Wenn Mikrosekunden über Gewinn und Verlust entscheiden

Ultra Low Latency Netzwerke – Optimierung auf Layer 1

18.05.2011 | Autor / Redakteur: Dr. Michael Ritter / Andreas Donner

Latenzzeiten entstehen in modernen Kommunikationsnetzen auf verschiedenen Ebenen des OSI-Referenzmodells.
Latenzzeiten entstehen in modernen Kommunikationsnetzen auf verschiedenen Ebenen des OSI-Referenzmodells.

Beim Handel mit Wertpapieren und ähnlich volatilen Finanzprodukten ist Schnelligkeit ein bedeutender Faktor. Bereits Milli- oder gar Mikrosekunden entscheiden hier heute über Gewinn und Verlust. Die IT-Systeme von Banken, Börsen und Brokern sind daher bereits in fast allen Schichten des ISO/OSI-Modells optimiert worden – nun rücken auch die Transportnetze und mit ihnen die unterste und bisher unangetastete Schicht 1 – der Physical Layer – des OSI-Referenzmodells ins Zentrum des Interesses.

Computer sind nicht nur bedeutend schneller als der Mensch, wenn es um das Platzieren von Wertpapierhandelsaufträgen geht, sie sind auch in der Lage eine größere Menge an Informationen parallel zu verarbeiten. Eine Besonderheit des automatisierten Handels sind so genannte Blitzaufträge.

Dabei werden Computer nur wenige Millisekunden vor anderen Marktteilnehmern über einen Kauf- oder Verkaufsauftrag informiert. Dadurch können sie schnell selbst kaufen und den Kauf mit einem minimalen Preisaufschlag weiterreichen. Selbst wenn pro Stück nur wenige Cent verdient werden, kann sich dieses durch große Volumina zu einem beträchtlichen Betrag aufsummieren.

Durch diese Entwicklung ist die Netzwerktechnologie plötzlich zum bedeutenden Faktor für die Akteure der wettbewerbsintensiven Finanzbranche geworden. Wer über die schnellsten Verbindungen zwischen zwei Handelsplätzen verfügt, ist auf der Gewinnerseite. Latenzoptimierte Übertragungssysteme helfen den stetig steigenden Ansprüchen an die Konnektivität von Finanzdienstleistern, Brokern, Fondsmanagern und Börsen gerecht zu werden.

Geschwindigkeit und Latenz

Schnelligkeit hat in diesem Fall allerdings nichts mit der Bandbreite einer Verbindung, also der Übertragungsrate wie zum Beispiel 10Gbit/s, 40Gbit/s oder 100Gbit/s zu tun. Die Anforderung der Finanzbranche besteht nicht darin, eine möglichst hohe Bandbreite zur Verfügung zu haben, sondern eine möglichst kurze Übertragungsverzögerung. Damit ist die Zeit gemeint, die zwischen dem Absenden einer Wertpapierorder und dem Empfang der Order am Handelsplatz vergeht – sie soll möglichst kurz sein und wird im Netzwerk-Fachjargon mit dem Begriff Latenzzeit bezeichnet.

Eine gute Analogie findet sich im Bereich der Sport- und Actionfotografie: Will man als Fotograf exakt den Zieleinlauf der Hundertmeterläufer festhalten, ist eine kurze Verschlusszeit von 1/2000 Sekunde zwar hilfreich, genügt jedoch nicht. Ist etwa die Auslösezeit zwischen dem Drücken des Auslösers und dem tatsächlichen Öffnen und Schließen der Blende zu lang, sind die Läufer bereits im Ziel bevor die Szene aufgenommen wird. In diesem Fall war die Verschlussgeschwindigkeit zwar hoch, aber die Auslösezeit, was in unserem Fall der Latenz entspricht, zu lang. Ebenso ist bei der Vernetzung von Börsenhandelsplätzen eine 100Gbit/s Verbindung zwar schnell, kann aber bei einer gegebenenfalls langen Latenzzeit nicht garantieren, dass ein Kauf- oder Verkaufsauftrag zuerst ausgeführt wird.

Latenzzeiten entstehen in modernen Kommunikationsnetzen auf verschiedenen Ebenen des OSI-Referenzmodells. Während das Latenzthema auf höheren Schichten, wie zum Beispiel der Anwendungsebene, schon sehr früh angegangen wurde, hat man sich erst in jüngster Vergangenheit mit den niedrigeren Schichten beschäftigt. Vor allem die Optimierung der Algorithmen und der Einsatz schnellerer Computer mit wesentlich höherer Rechenleistung haben den Betreibern von automatisierten Handelssystemen zu erheblich kürzeren Reaktionszeiten verholfen. Durch diese Erfolge geriet die Netzwerktechnik in den Fokus der Finanzbranche.

Nischenanbieter entwickelten spezielle Switch- und Router-Lösungen für die Finanzindustrie, um die Latenzzeit auf Schicht 3 – dem Network Layer – und Schicht 2 – dem Data Link Layer – zu minimieren. Sie setzten hauptsächlich bei den Paketverarbeitungszeiten an und minimierten diese, anstatt wie bei herkömmlichen Systemen üblich den Durchsatz zu maximieren. Ähnlich wie bei der Optimierung der Algorithmen und der Rechenleistung wurden die meisten Rechenzentren der Akteure binnen kürzester Zeit auf die neue Technologie umgestellt und neue Protokolle wie InfiniBand und Low Latency Ethernet fanden schnell Verbreitung. Die Vorteile waren unübersehbar und folgerichtig rückten die Transportnetze kurz darauf ins Zentrum des Interesses – die unterste und bisher noch nicht angetastete Schicht 1 – der Physical Layer – des OSI-Referenzmodells. Seit gut einem Jahr befassen sich Systemhersteller und Netzbetreiber nun damit, die Latenz in glasfaserbasierten Transportnetzen zu verringern. Dabei spielen drei wesentliche Faktoren eine Rolle: die geografische Lage, das Glasfaserkabel und die aktiven Systeme, die im Transportnetz zum Einsatz kommen.

Geografische Lage

Um die entfernungsbedingte Latenz sehr gering zu halten, bieten Börsenorganisationen wie die Deutsche Börse oder die London Stock Exchange so genannte Proximity Services an. Dabei wird die Infrastruktur in der Nähe der Handelssysteme platziert, wodurch Broker und Handelspartner einen extrem latenzarmen Zugang erhalten. Proximity-Lösungen bieten darüber hinaus auch eine Vielzahl von Diensten, wie etwa Managed Hosting oder Hardwarebeschaffung, die das Geschäftsmodell der Betreiber von automatisierten und computergestützten Handelssystemen ideal unterstützen und die Konzentration auf deren Kernkompetenzen ermöglichen.

Glasfaserstrecken

Proximity Hosting löst aber nur einen Teil des Problems: Durch die Nähe der Rechner zu den Handelsplattformen des jeweiligen Börsenplatzes läuft zwar die Auftragsausführung schneller ab, doch die Informationsbeschaffung von anderen Handelsplätzen wird dadurch nicht beschleunigt. Eine Schlüsselrolle spielen dabei die Glasfaserverbindungen: Die dadurch verursachte Latenz entspricht der Zeit, die die Datensignale für die Übertragung über die Faser benötigen. Je kürzer diese Strecke, desto geringer auch die Zeitverzögerung. Pro einhundert zurückgelegten Kilometern geht man von einer Laufzeit von etwa einer Millisekunde aus. Ideal wäre eine Glasfaser, die auf dem kürzesten Weg zwischen zwei Handelsplätzen verlegt ist.

In der Realität gibt es jedoch viele Umwege aufgrund von praktischen, baulichen und geologischen Gründen. Streckenminimierung bedeutet deshalb, eine möglichst optimale Kombination aus Faserteilwegen zu finden, die zusammen eine möglichst kurze Verbindung ergeben. Bei der Streckenoptimierung zwischen internationalen Handelszentren wie etwa London, Frankfurt, Paris, Brüssel und Amsterdam spielt dieses Vorgehen eine entscheidende Rolle. Gerade in jüngster Vergangenheit haben verschiedene überregionale Netzbetreiber neue Faserwege erschlossen, um eine möglichst direkte und geradlinige Verbindung zwischen Handelsplätzen zu gewährleisten, die Latenzzeit zu minimieren und um letztlich neue Kunden aus der Finanzbranche zu gewinnen.

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