T-DSL via Satellit: Funktionsweise

Wir danken dem Autor:
Goose


Nachzulesen im IP via Sky Forum


Vorab die Klärung einiger Begriffe:

Rückkanal (Upstream):
bezeichnet grundsätzlich die Richtung vom lokalen Rechner in das Internet ZURÜCK. Hier wird der Rückkanal über die terrestrische Verbindung (z.B. ISDN) zurück zu SES-ASTRA (deswegen auch Rückkanal) geführt. Dieser kann über Modem, ISDN, GSM usw. realisiert werden. (Mit der verwendeten Technologie kann nicht von Zuhause an den Satelliten gesendet werden !)

Hinkanal (Downstream):
bezeichnet grundsätzlich die Richtung aus dem Internet HIN zum lokalen Rechner. Der Downstream teilt sich hier auf die (langsame) terrestrische Verbindung und den schnellen Weg über den Satelliten auf. Sobald ein Server aus dem Internet mehr Daten liefert, als durch die langsame, terrestrische Verbindung 'passen', sendet SES-ASTRA die restlichen Daten über den Satelliten, dazu später mehr.

Terrestrische Verbindung:
bezeichnet hier die Verbindung, die ganz normal über Erde (per Modem, ISDN, GSM usw.) ins Internet geht. Über die terrestrische Verbindung laufen der komplette Upstream und ein Teil des Downstreams, d.h. die terrestrische Verbindung wird in beiden Richtungen genutzt.

Satellitenverbindung:
bezeichnet die Verbindung von SES-ASTRA in Luxemburg zum Satelliten (hoch) und von dort zum lokalen Rechner (runter). Über die Satellitenverbindung läuft ein Teil (normalerweise der grösste Teil) des Downstreams. Die Satellitenverbindung kann nur in dieser Richtung genutzt werden, das Senden von Zuhause auf den Satelliten ist mit der verwendeten Technologie nicht möglich.

Lokaler Proxy:
bezeichnet eine Software, die auf dem lokalen Rechner läuft, und die Anfragen der verschiedenen Programme wie Browser, Mail-Client, FTP-Program usw. entgegennimmt und an den Proxy bei SES-ASTRA in Luxemburg weiterleitet. Der lokale Proxy gleicht auch einige technologiebedingte Schwächen der Satellitentechnik aus, wie z.B. die langen Latenzzeiten. Natürlich muss den verschiedenen Programmen mitgeteilt werden, dass sie ihre Anfragen an den lokalen Proxy zu geben haben. Eine weitere Funktion ist das Zusammensetzen der Datenströme aus der terrestrischen Verbindung und der Satellitenverbindung.

ASTRA Proxy:
bezeichnet eine Software, die auf einem Rechner bei SES-ASTRA in Luxemburg läuft. Diese nimmt die Anfragen all der lokalen Proxies entgegen, wertet sie aus und holt die gewünschten Daten bei den verschiedenen Servern im Internet ab. Von Luxemburg aus werden die Daten an den Satelliten gefunkt.

Funktionsweise:
1. Man gibt eine Adresse (z.B. www.ipviasky.de) in den Browser ein, und fordert somit diese Seite an.
2. der Browser gibt die Anfrage an den lokalen Proxy weiter,
3. der lokale Proxy gibt die Seitenanfrage an den ASTRA-Proxy weiter
4. der ASTRA-Proxy in Luxemburg holt die gewünschten Daten vom entsprechenden Webserver ab (hier www.ipviasky.de) und
5. sendet die Daten an den lokalen Proxy zurück.
6. dieser gibt die Daten an den Browser weiter und (Wunder), die Seite erscheint auf dem Bildschirm.

Das ist (sehr vereinfacht) die Funktionsweise. Nun steckt aber der Teufel im Detail:

Aufteilung des Downstreams:
In Punkt 5 kommt eigentlich erst wirklich die Satellitentechnik ins Spiel. Der ASTRA-Proxy holt also die Daten aus dem Internet ab und hat diese nun in Luxemburg. Um die Vorteile der terrestrischen Verbindung (kurze Latenzzeiten aber nur schmalbandig, d.h. langsam) mit den Vorteilen der Satelliten-Technik (sehr schnell, aber bedingt durch die grossen Entfernungen (72000 km) hohe Latenzzeiten) zu kombinieren, kommt nun ein sogenannter Buffer-Overflow-Mechanismus zum Einsatz:
Standardmässig versendet der ASTRA-Proxy die Daten über die terrestrische Verbindung an den lokalen Proxy. Dies ist für Anwendungen optimal, die eine kurze Latenzzeit bei nur wenigen Daten (z.B. Onlinespiele) erfordern. Bei SES-ASTRA ist nun ein Puffer, der einerseits durch das Versenden der Daten über die terrestrische Verbindung zum lokalen Proxy geleert, und andererseits durch neue Daten aus dem Internet gefüllt wird. Liefert ein Server aus dem Internet nun mehr Daten, als über die langsame terrestrische Verbindung zum lokalen Proxy gesendet werden können (was normalerweise der Fall ist), läuft der Puffer über. Alle Daten, die nicht in den Puffer passen und 'überlaufen', werden über den Satelliten versendet.
Der lokale Proxy empfängt nun sowohl die 'terrestrischen' Daten, als auch die Daten vom Satelliten, setzt diese zusammen und gibt sie an den Browser weiter, der sie schliesslich anzeigt.

Nutzung des Rückkanals:
Um den (schmalbandigen) Rückkanal (der ja über die terrestrische Verbindung läuft) möglichst frei von vielen ACK's (Acknowledg(e)ment's, Bestätigungen)) zu halten, wird nicht (wie üblich) mit positiven ACK's gearbeitet (der lokale Proxy bestätigt jedes Paket, das er bekommen hat) sondern mit negativen ACK's (NACK's, d.h. der Proxy meldet sich nur, wenn er ein Paket nicht erhalten hat, damit er es nochmal zugesendet bekommt).

Aufgrund dieser Sachverhalte (Buffer-Overflow-Mechanismus, NACK's) ist es notwendig, auch während grösserer Downloads die terrestrische Verbindung aufrecht zu erhalten. Offline Downloads sind in Planung, jedoch noch nicht umgesetzt. Es wird trotzdem nicht so sein, dass beliebige Daten offline empfangen werden können, sondern nur bestimmte, vorher abgesprochene und populäre Daten, wie z.B. ein Service-Pack o.Ä., Stichwort Datenkarussell. Einen Vorgeschmack davon kann man unter Sat@Once bekommen.

Optimierungen:
Nicht weiter wichtig für die Funktionsweise an sich, aber eine der Optimierungen ist das sog. Prefetching, welches bei SES-ASTRA passiert und folgendermassen funktioniert:
Der ASTRA-Proxy analysiert die angeforderte Seite und 'sieht', dass der Browser z.B. Bilder auf der Seite anfordern wird. Er holt diese aus dem Internet ab und sendet sie sofort zurück an den lokalen Proxy, bevor der Browser diese überhaupt angefordert hat. Da der ASTRA-Proxy über eine monstermässige Anbindung ans Internet verfügt, greift der Buffer-Overflow-Mechanismus normalerweise sofort, die Daten werden über den schnellen Satellitenweg verschickt, landen beim lokalen Proxy und im Cache des Browser. Optimalerweise, bevor dieser weiss, dass er sie überhaupt haben will ! Toll, oder ? Wie Roland bereits sagte ... Wunder über Wunder. Eine weitere Optimierung nennt sich Enhanced TCP. ETCP sorgt hauptsächlich für eine Verringerung der Latenzzeiten.

Fazit:
Insgesamt ist die Satellitentechnik mit ihren Optimierungen sehr faszinierend. Es dauert theoretisch zwar ein wenig länger, bis das erste Byte einer Seite da ist, dann jedoch landet die Seite sehr schnell auf dem Rechner. Durch die beschriebenen Optimierungen vermittelt das Surfen über Satellit ein sehr schnelles Gefühl. Für reine Downloads sind ohnehin keinerlei Nachteile gegeben. Ich persönlich kann nach 6 Monaten Pilottest durchaus eine positive Bilanz ziehen.


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