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Grundlagen moderner Netzwerktechnologien im Überblick – Teil 32 Struktur und Betriebsverfahren von Wide Area Networks (WAN)

| Autor / Redakteur: Dr. Franz-Joachim Kauffels / Dipl.-Ing. (FH) Andreas Donner

So lange es WANs gibt hat sich an der grundlegenden Struktur und an den grundsätzlichen Betriebsverfahren bis zum heutigen Tage nicht sehr viel verändert. Lediglich die Technologie wurde immer besser. Hier lesen Sie jetzt, wie WANs grundsätzlich funktionieren und was der Unterschied zwischen Circuit Switching und Packet Switching ist.

In Weitverkehrsnetzen werden wesentliche Verbindungsstrecken virtuell abgebildet; Bild: Dr. Franz-Joachim Kauffels
In Weitverkehrsnetzen werden wesentliche Verbindungsstrecken virtuell abgebildet; Bild: Dr. Franz-Joachim Kauffels
( Archiv: Vogel Business Media )

Die Struktur eines WANs ist durch eine Menge von Knotenrechnern (IMPs) und Verbindungen zwischen diesen Knotenrechnern gegeben. IMPs und Verbindungen bilden das Kommunikations-Subsystem.

Ein Teilnehmer wendet sich beim Kommunikationsaufbau mittels einer Teilnehmer-Schnittstelle vertrauensvoll an einen Knotenrechner und lässt sich über dessen Kommunikations-Subsystem eine meist Virtuelle (gedachte) Verbindung schalten, über die er seinen Datenverkehr mit einem anderen Partner, der an einem entfernten Knotenrechner angeschlossen ist, abwickelt.

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Aus der Perspektive der Teilnehmer ist das Kommunikations-Subsystem transparent, d.h., die Teilnehmer glauben, eine unmittelbare Verbindung zwischen sich zu haben, obwohl das Netz intern die Verbindung anders implementiert. Man trennt deshalb deutlich zwischen Funktionen innerhalb des Kommunikations-Subsystems und Diensten für die Teilnehmer.

Abbildung 1 zeigt am Beispiel von X.25, an welchen Stellen ein Teilnehmer/Netzwerk-Protokoll in den Schichten 1-3 wirkt. X.25 ist so geschickt geschrieben, dass ein Teilnehmer meint, er würde unmittelbar mit dem entfernten Teilnehmer korrespondieren, obwohl er direkt nur mit seiner lokalen Datenübertragungseinrichtung kommuniziert.

Das Kommunikations-Subsystem

Das Kommunikations-Subsystem bei WANs arbeitet meist nach einem Store-and-Forward-Prinzip, was bedeutet, dass Datenpakete von einem IMP entgegengenommen und so schnell wie möglich an den in Kommunikationsrichtung am nächsten liegenden IMP weitergeleitet werden (Forwarding). Wobei allerdings dennoch Wartezeiten (durch IMP-Rechenzeit oder Leitungsüberlastung) auftreten können, während derer die Datenpakete zwischengespeichert werden (Store) und warten müssen.

Ein Teilnehmer muss im Rahmen des vom Netz angebotenen Dienstes seinen Kommunikationspartner unter der Menge der anderen Teilnehmer auswählen können. Es gibt heute zwei prinzipielle Techniken mit Hilfe derer er seinem Kommunikationspartner Nachrichten zukommen lassen kann:

  • Circuit Switching
  • Packet Switching mit virtuellen Verbindungen und Datagrammen

Zum Aufbau einer Verbindung wird beim Circuit Switching ein fester Leitungsweg gesucht, der für die gesamte Dauer der Verbindung reserviert und ausschließlich für die Kommunikation zwischen den beteiligten Partnern genutzt wird, wie wir dies vom Telefonnetz gewohnt sind.

Positiv ist, dass mit Ausnahme der Signalverzögerung keine Verzögerungszeiten innerhalb der Übertragung auftreten, wenn die Verbindung einmal aufgebaut ist. Das System ist völlig transparent gegenüber allen verwendeten Protokollen höherer Schichten. Wegwahlentscheidungen (Routing) benötigt man nur in der Aufbauphase, sie können relativ statisch mit wenig Rechenaufwand in einem Knoten getroffen werden.

Nachteilig sind ein zeitaufwendiger Auf- und Abbau der Verbindung, Vollauslastung des Netzes bzw. mancher Zwischenknoten bereits durch eine relativ geringe Anzahl von Verbindungen, Fehlen von Ausweichmöglichkeiten bei Fehlern, sobald die Verbindung einmal aufgebaut ist, und schlechte Nutzung der Leitungskapazitäten, da erfahrungsgemäß auf den geschalteten Leitungen nur während eines geringen Zeitanteils Daten übertragen werden. Auch bei wenig belastetem Netz kann es zudem vorkommen, dass zwei aktive Stationen nicht miteinander kommunizieren können, da sie in der Verbindungsaufbauphase scheitern.

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