De huidige datanetwerken, zoals de traditionele lan- of wan-technologieën, lijken niet te kunnen voldoen aan toekomstige eisen. Met betrekking tot schaalbaarheid, gegarandeerde bandbreedte en hoge transmissiesnelheid heeft de technologie van ‘asynchronous transfer mode’ (atm) veel te bieden. In dit eerste artikel uit een serie van twee beschrijft Bertrand George ondermeer de drijvende krachten voor hogesnelheidsnetwerken, de status van atm, en de ondersteuning van lan-protocollen.
Datacommunicatie vindt binnen allerlei verschillende netwerken plaats. Op lokaal niveau worden computers (PC’s, servers en mainframes) voornamelijk met elkaar verbonden in lokale netwerken, zoals Ethernet- of Token Ring-lan’s. Deze lan’s worden binnen een gebouw of groep gebouwen (‘campus’) met behulp van backbone-netwerken gekoppeld, waarbij vooral van fiber-optic distributed data interface (fddi) gebruik wordt gemaakt. Grotere afstanden worden daarentegen met behulp van wan’s overbrugd, waarmee uiteindelijk wereldwijde netwerken kunnen worden gevormd. In Duitsland zijn verscheidene typen wan’s bekend: openbare en niet-openbare netwerken, waarbij vaste telefoonlijnen worden gebruikt en inkiesnetwerken met X.25 en Isdn, Datex-m, enzovoort.
Voor het onderling verbinden van netwerken kunnen uiteenlopende componenten worden gebruikt. Er zijn eenvoudige, passieve apparaten zoals repeaters, verder hubs, concentratoren, bridges, routers en sinds kort ook switches, en de meer complexe gateways op toepassingsniveau. Daarbij worden zeer diverse transmissiemedia gebruikt, van telefoonlijnen tot aan hoogwaardige monomode-glasvezelkabels. De snelheden variëren van 2,4 kbits/s via het openbare telefoonnetwerk tot en met 155 Mbits/s en meer met atm (asynchronous transfer mode). Al met al bestaat er een grote verscheidenheid aan transmissiemedia en topologieën.
Al deze netwerken – met uitzondering van het openbare telefoonnetwerk, Isdn en nu ook atm – zijn oorspronkelijk voor de overdracht van gegevens ontworpen. Er worden dus protocollen gebruikt die zijn gemaakt voor het ondervangen van gegevensvervorming en -verlies. Met isochrone gegevensbronnen en hun strikte beperkingen ten aanzien van fluctuaties in de looptijden (bijvoorbeeld in het geval van ongecomprimeerde spraak) wordt bij de traditionele datanetwerken – behalve bij Isdn – geen rekening gehouden. In de meeste bedrijven bestaat er voor spraak een apart telefoonnetwerk met eigen lijnen, schakelingen en extra aansluitingen, naast het datanetwerk.
Drijvende krachten
Bedrijven moeten hun netwerklandschap voortdurend aan de marktsituatie aanpassen vanwege een groot aantal redenen. Versterking van de concurrentiepositie en het verkorten van innovatiecycli. Tijd is geld. Een bedrijf moet de informatiestroom beheersen, wil het aanhoudend succes op de markt hebben. Dit houdt in dat er uit gegevens informatie gewonnen moet worden die de medewerkers in het bedrijf en eventueel ook klanten ter beschikking moet staan, op zo’n manier dat het bedrijf er zo veel mogelijk baat bij heeft. Dit proces moet sneller en efficiënter verlopen dan bij de concurrentie. Het volledige creatieve potentieel van een bedrijf moet vrijkomen en actief door de informatietechnologie worden ondersteund. Dit leidt tot een groot aantal binnen een netwerk verbonden computers in de commerciële sfeer en het gebruik van communicatie-intensieve toepassingen, zoals e-mail, groupware, transactieverwerking, boekings- en opvraagsystemen en gegevensoverdracht.
Actief benutten van externe informatiebronnen. De wereldwijd toenemende informatievloed maakt het zoeken in externe bronnen steeds belangrijker. Dit verklaart het succes van het Internet met meer dan veertig miljoen gebruikers, een aantal dat nog steeds toeneemt. Verder biedt het World Wide Web voor een bedrijf enorme mogelijkheden om verwante bedrijven en potentiële klanten in de hele wereld informatie over de eigen produkten en diensten te verschaffen, tegen zeer lage kosten in vergelijking met andere media.
Nieuwe arbeidsprocessen en bedrijfsstructuren. De hoge concurrentiedruk in veel sectoren maakt een volledige herziening van de arbeidsprocessen in bedrijven noodzakelijk. Daarbij wordt de oude vertrouwde hiërarchische organisatiestructuur vaak opgeofferd. Telewerken, groupware-toepassingen en mobile computing maken het mogelijk dat leden van een team ruimtelijk gescheiden van elkaar werken en informatie uit de diverse bronnen in het netwerk halen. Een teken van de veranderde structuur is de vorming van ad hoc teams, waarvan de leden één ding gemeen hebben: geschiktheid voor de specifieke taak die het team is toegewezen, ongeacht de functie of de standplaats van elk teamlid.
Nieuwe desktop-toepassingen. Tegenwoordig kunnen verschillende soorten gegevens steeds beter met elkaar worden gecombineerd tot complexe documenten die tekst, illustraties, spraak en video bevatten. Dit heeft een enorme toename van de behoefte aan bandbreedte tot gevolg, omdat deze documenten via het netwerk moeten worden verzonden. In backbone-netwerken is de bestaande transmissiecapaciteit dan ook snel verbruikt. De nieuwe wijzen van werken vereisen echter dat de externe ontvangers net zo’n goede service krijgen als die in het lan.
Deregulering van de telecommunicatiemarkt. Doordat over de hele wereld telecommunicatiemarkten worden geopend, komen er voor de datacommunicatiemarkt veel nieuwe, interessante mogelijkheden bij. De eenwording van spraak- en datanetwerken is met Isdn voor kleinere ondernemingen al begonnen. Voor bedrijfsomvattende netwerken verwacht men een consolidering op backbone-gebied om te besparen op de kosten voor transmissielijnen voor nog meer netwerkverkeer. Netwerkbeheerders zullen waarschijnlijk vooral interesse hebben in nieuwe, lagere tarieven voor wan’s, gekoppeld aan verbeterde service en nieuwe diensten. Dit is een langzaam proces met grote gevolgen.
Hogesnelheidsnetwerken
De netwerkbeheerder wordt bij zijn planning geconfronteerd met een immens toegenomen behoefte aan bandbreedte. Naar de omvang van deze behoefte kan hij slechts raden, omdat deze rechtstreeks vanuit de desktop-toepassingen wordt bepaald. Vooral wanneer grote veranderingen in de netwerktopologie worden overwogen, wordt de netwerkbeheerder met de volgende beperkingen van de traditionele lan-technologie (10/16 Mbits/s) en wan-technologie (56/64 kbits/s) geconfronteerd.
De huidige technologieën kunnen niet eenvoudig worden opgeschaald tot het formaat van een bedrijfsomvattend netwerk. Bij de lan-techniek bijvoorbeeld moeten de signaallooptijden beperkt zijn. Daarom kunnen relatief gezien alleen korte afstanden overbrugd worden. Wan-lijnen met lan-bandbreedten zijn bij de huidige prijzen al snel onbetaalbaar.
Waar een lan overgaat in een wan vindt dus meestal een abrupte wisseling plaats, bijvoorbeeld van 10 Mbits/s-lijnen naar 64 kbits/s-lijnen. Dit gaat eventueel gepaard met andere netwerk- of subnetwerkprotocollen en veranderingen in de fysieke infrastructuur. Met het oog op de nieuwe arbeidsmodaliteit kan men er niet meer van uitgaan dat bijvoorbeeld slechts 10 procent van het lan-verkeer in het wan terechtkomt.
Anderzijds heeft de heterogeniteit van de netwerken met hun grote aantallen segmenten, subnetwerken, routers en netwerkovergangen tot een complex geheel geleid dat steeds moeilijker te beheersen is. Daarbij komt de groeiende mobiliteit van de medewerkers, die ten dele door nieuwe arbeidsprocessen wordt veroorzaakt. Dit leidt ertoe dat de netwerkconfiguratie voortdurend wordt veranderd en uitgebreid en dat de kosten steeds stijgen.
Ten slotte stellen ook multimedia-toepassingen nieuwe eisen aan de kwaliteit (quality of service, qos) van de gegevensoverdracht. Gegarandeerde bandbreedten met een grote mate van schaalbaarheid, uitzonderlijk lage foutenfrequentie of strikte beperking van looptijdfluctuaties kunnen door de huidige technologieën over het algemeen niet worden geboden. Dit geldt evenmin voor de gewenste overdracht van alle multimedia-componenten over één kabel.
Gegarandeerde bandbreedte
Met atm kunnen de bovengenoemde problemen van de huidige transmissietechnologieën niet alleen worden opgelost voor bestaande gegevens maar ook voor nieuwe multimedia-gegevens. Het wordt mogelijk tekst, binaire gegevens en grafische gegevens in combinatie met spraak, stilstaande of bewegende beelden over te brengen. Diverse diensten, zoals gegarandeerde bandbreedten voor spraak of video of best effort-overdracht voor statisch multiplexen, kunnen via één en dezelfde lijn worden geleverd. Hoge transmissiesnelheden en het optimaal benutten van de lijnen kunnen bovendien leiden tot een aanmerkelijke verlaging van de netwerkkosten, vooral voor wan’s.
De installatie van atm-netwerken brengt echter allerlei eisen met zich mee, zoals migratiestrategieën voor de legacy lan’s, een optimale toepassing van routing en switching, en het netwerkbeheer. Voor grotere netwerken is een omschakeling naar atm daarom meestal een langzaam proces met verregaande gevolgen.
Fysieke interfaces
Op fysiek niveau zijn verschillende interfaces met diverse coderingsmethoden gedefinieerd: multimode- en monomode-glasvezelkabels, gecodeerd volgens sdh (synchronous digital hierarchy)-standaarden of volgens Sonet (synchronous optical network)-standaarden en met snelheden vanaf 51 Mbits/s. Deze methoden onderscheiden zich alleen van elkaar in een aantal header-bits, maar zijn toch niet compatibel. De gangbare atm-switches en -adapters ondersteunen beide methoden. Als slechts één methode wordt ondersteund, krijgt het van oorsprong Amerikaanse Sonet de voorkeur.
Voor koperen kabels en utp (unshielded twisted pair) in het bijzonder legde het ATM-forum onlangs 25,6 Mbits/s als transmissiesnelheid vast. Interessant is vooral dat de coderingsmethode is gebaseerd op Token Ring, waardoor de produktiekosten van de chips laag kunnen blijven. Verder wordt gewerkt aan een standaard voor utp met 155 Mbits/s om dezelfde redenen: veiligstellen van de investering in de bekabeling en sterk dalende prijzen vanwege de doorbraak in de ‘massamarkt’.
Ook coax-kabels kunnen worden gebruikt, maar spelen commercieel gezien nauwelijks een rol. De in de geïndustrialiseerde landen algemeen verspreide televisiekabelnetwerken (catv) kunnen op de lange termijn een steeds belangrijker plaats innemen, indien ze in toenemende mate multimedia-diensten aan huishoudens aanbieden.
Atm Adaptation Layers
De grote hoeveelheid (1-5) atm adaptation layers (Aal’s) met hun onderlinge incompatibiliteit veroorzaken veel verwarring. Aal 5 heeft voor de gewone datacommunicatie al min of meer ingang gevonden. Daarnaast worden bewegende beelden, waarvoor een constante bit-rate (cbr) in ongecomprimeerde vorm nodig is, gewoonlijk met bijvoorbeeld Mpeg 1 of 2 sterk gecomprimeerd. Zodoende kan de bit-rate bij de transmissie van deze beelden variabel zijn (vbr) en kunnen de gegevens via Aal 5 worden overgebracht. Dit gaat verbazingwekkend goed, ondanks het feit dat Aal 5 de eenvoudigste Aal is.
In principe kan spraak op dezelfde manier worden behandeld, temeer omdat daarvoor comprimeringsmethoden zijn vastgelegd. Er gaan echter genoeg stemmen op (vooral van telefoonnetwerkexploitanten en fabrikanten van telefooncentrales en telecommunicatievoorzieningen) die eerder de voorkeur geven aan Aal 1. Er is echter geconstateerd dat Aal 1 – afhankelijk van de drukte in een netwerk – inefficiënt gebruik van de gegarandeerde (en betaalde!) bandbreedte toelaat. In dit verband is het streven van een aantal fabrikanten om Aal 1 zowel voor cbr- als voor vbr-verkeer toe te passen zeker interessant. De public telecommunications operators pto’s hebben veel belang bij efficiënte spraakoverdracht. De andere Aal’s spelen nu al een ondergeschikte rol en naar verwachting zal hun betekenis voor de markt steeds geringer worden.
Signaleringsprotocollen
Met de door het ATM-forum gedefinieerde protocollen Q.2931 en Uni V3.1 is een stabiele basis ontstaan waarop fabrikanten hun netwerkcomponenten kunnen bouwen. Zoals zo vaak bij een nieuwe technologie, is een eerdere standaard – in dit geval Uni V3.0 – incompatibel met Uni V3.1, omdat de Q.2931-standaard niet is nagevolgd. Hoewel alle fabrikanten hebben toegezegd Uni V3.1 te ondersteunen, zijn er nu nog steeds voornamelijk V3.0-implementaties, al zijn deze primair bedoeld om te testen. De situatie zal zich echter tegen 1996 in hoge mate hebben gestabiliseerd. Van het ATM-forum verwacht men eind 1996 Uni V4.0, dat compatibel zou moeten zijn met V3.1.
De meeste apparaten die nu verkrijgbaar zijn, ondersteunen nog steeds alleen pvc’s (vooraf opgezette verbindingen), omdat die geen signalisering vereisen. Hoewel de ondersteuning voor svc’s (kiesverbindingen) veel ingewikkelder is, hebben de interoperabiliteitsproeven van de verschillende fabrikanten gunstige resultaten opgeleverd. Svc’s zijn in een atm-netwerk met meer dan een paar knooppunten dringend noodzakelijk, omdat het werk aan de configuratietabellen (in het ergste geval moet een terminal minstens één pvc voor alle andere terminals instellen) steeds meer in omvang toeneemt. Veel exploitanten van openbare atm-proefnetwerken met uitsluitend pvc’s kampen nu al met het probleem dat het toekennen van pvc’s aan gebruikers relatief veel tijd in beslag neemt.
Ondersteuning
TCP/IP heeft zich vooralsnog gevestigd als de feitelijke standaard in de huidige atm-netwerken, dankzij de vroege specificatie voor het gebruik van ‘klassieke IP via atm’ met de arp-server (RFC 1483, 1577). Voor het gebruik van meerdere leveranciers in de produktiesfeer kan nu desnoods alleen ‘klassieke IP via atm’ worden aanbevolen. In principe kan een dergelijke methode ook voor andere netwerk- en transportprotocollen worden gedefinieerd, maar de kosten en de complexiteit hiervan (één oplossing per protocol) worden voorlopig nog als een belemmering gezien.
Dit is aanleiding geweest voor het ATM-forum om de standaard V1.0 voor Elan’s (emulated lans) te definiëren. Het doel is de bestaande investeringen zo mogelijk veilig te stellen en tegelijkertijd een migratiepad naar atm te bieden. De traditionele lan’s zullen daarbij onafhankelijk van de netwerkprotocollen volledig ongewijzigd kunnen blijven. Door middel van een client en server voor lan-emulatie (geïmplementeerd als sw-modulen in voor atm geschikte apparaten) worden gegevens van de mac-laag naar atm-cellen geconverteerd, en omgekeerd. Op deze manier kunnen terminals in het lan van de grotere bandbreedte in een atm-backbone-netwerk profiteren.
Er bestaan veel oudere, beschermde implementaties van bedrijven zoals IBM en Fore Systems. Alle fabrikanten van naam hebben zich echter verplicht de standaard te ondersteunen, omdat deze een heel belangrijke rol in de migratiestrategieën voor legacy lan’s speelt.
Lan-emulatie heeft wel enkele nadelen. Ze is alleen gedefinieerd voor Ethernet en Token Ring; voor fddi wordt de deur naar een reeks incompatibele uitbreidingen geopend. Verder is het nog niet mogelijk dat terminalsystemen met lan-emulatie serviceparameters zoals bandbreedte voor een bepaalde servicekwaliteit (quality of service) kunnen definiëren. Daarmee vervalt een belangrijk argument voor het gebruik van atm op de lange termijn. Ten slotte is lan-emulatie alleen een standaard voor het overbruggen van mac-lagen via atm en biedt het dus weinig ondersteuning voor de realisatie van krachtige firewall-ontwerpen.
Met lan-emulatie zijn echter virtuele lan’s mogelijk. Hiermee is de flexibiliteit bij de configuratie van een netwerk aanmerkelijk te verbeteren.
Virtuele lan’s
De netwerkbeheerder kan – onafhankelijk van de fysieke standplaats – voor atm geschikte apparaten of poorten, gekoppeld aan een lan-switch of hub, aan het Elan toewijzen. Op deze manier zijn virtuele lan’s (vlan’s) te creëren. Dit betekent dat de beheerder met een geschikt netwerkbeheer het netwerk optimaal kan configureren in overeenstemming met de veranderende organisatieprocessen en informatievloed. Aangezien de kosten bij een andere oplossing aanmerkelijk hoger zijn, is er voor deze oplossing heel veel belangstelling.
Enige voorzichtigheid is wel geboden in dit betrekkelijk vroege stadium. Momenteel zijn er allerlei vlan-implementaties die per fabrikant verschillen, omdat er voor vlan’s nog geen standaard is. Deze oplossing zal dus nog enige tijd leveranciersgebonden blijven. Desondanks worden zowel vendor-push als market-pull op dit gebied verwacht, vanwege de mogelijk grote kostenbesparing die deze oplossing biedt.
Bertrand George is werkzaam bij Siemens Nixdorf Informationssysteme AG, München
