Fairness in Netzwerken am Beispiel einer elektronischen Börse:
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1997
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INHALTSÜBERSICHT
Inhaltsverzeichnis 9
Abbildungsverzeichnis 15
Tabellenverzeichnis 17
1. Einleitung 19
2. Entwicklungsstand und Fairness von elektronischen Börsen 23
3. Die Rolle des Netzwerkes für elektronische Börsen 47
4. Faire Übermittlung zeitkritischer Informationen 79
5. Rahmenbedingungen für den Betrieb von fairen Netzwerken 111
6. Zusammenfassung und Schlusswort 123
Literaturverzeichnis 130
Sachverzeichnis 144
7
Inhaltsverzeichnis
INHALTSVERZEICHNIS
INHALTSVERZEICHNIS 9
ABBILDUNGSVERZEICHNIS 15
TABELLENVERZEICHNIS 17
1. EINLEITUNG 19
2. ENTWICKLUNGSSTAND UND FAIRNESS VON ELEKTRONISCHEN
BÖRSEN 23
2.1. Was ist eine elektronische Börse? 23
2.1.1. Rahmenbedingungen für eine elektronische Börse 23
2.1.2. Computer und Börsenhandel 23
2.1.2.1. Der computerunterstützte Handel 23
2.1.2.2. Der computergestützte Handel 24
2.1.2.3. Die elektronische Börse 24
2.1.3. Die Bank im Einfluss einer elektronischen Börse 25
2.1.3.1. Konsequenzen einer elektronischen Börse für die Banken 25
2.1.3.2. Konsequenzen einer elektronischen Börse für den Börsen¬
handel 26
2.1.3.3. Konsequenzen einer elektronischen Börse für die Banken¬
branche 27
2.1.4. Architektur einer elektronischen Börse 27
2.1.4.1. Database Services (Zentrale Rechner - Börsensystem). 27
2.1.4.2. Routing Services (Netzwerk) 28
2.1.4.3. Trader Services (Händlersystem) 28
2.1.5. Muss-Kriterien für eine vollelektronische, integrierte Börse 28
2.2. Beispiele ausländischer elektronischer Börsen 29
2.2.1. Aussereuropäische Börsenplätze 30
2.2.1.1. New York 30
9
Inhaltsverzeichnis
2.2.1.2. Toronto 32
2.2.1.3. Tokio 32
2.2.1.4. Australien 33
2.2.2. Europäische Börsenplätze 33
2.2.2.1. London 33
2.2.2.2. Frankfurt 34
2.2.2.3. Paris 34
2.3. Das Projekt Elektronische Börse Schweiz (EBS) 35
2.3.1. Die Geschichte des EBS-Projektes 35
2.3.2. Einbettung der EBS in den Finanzplatz Schweiz 36
2.3.3. Technische Übersicht der EBS 37
2.3.4. EBS - Die erste vollelektronische, integrierte Börse 39
2.3.4.1. Die Systeme der Schweizer Börse 39
2.3.4.2. Die Systeme beim Börsenmitglied 40
2.3.4.3. Die Verbindung zu SEGA/Intersettle 40
2.3.4.4. Die Verbindung zur Schweizerischen Nationalbank (SNB) 41
2.4. Fairness in einer elektronischen Börse 41
2.4.1. Anforderungen an eine elektronische Börse 41
2.4.1.1. Verfügbarkeit 41
2.4.1.2. Sicherheit 42
2.4.2. Gleichbehandlung (Fairness) in der EBS 42
2.4.3. Ein Leitsystem für Börsenaufträge (Order Routing) 44
3. DIE ROLLE DES NETZWERKES FÜR ELEKTRONISCHE BÖRSEN *7
3.1. Das Netzwerk und seine Ressourcen 3.1.1. Statische Zuteilungsverfahren 3.1.2. Dynamische Zuteilungsverfahren 3.1.3. Flusskontrolle 49
3.1.4. Transportzeit in einem Netzwerk 10
Inhaltsverzeichnis
3.2. Fairness in Netzwerken 50
3.2.1. Fairness - Gleiche Leitungskapazitäten 51
3.2.2. Fairness - Optimale Flow Control-Algorithmen 52
3.2.3. Fairness - Optimale Routingalgorithmen 53
3.2.4. Fairness - Zeitsynchronisation und Resequencing 54
3.2.5. Topologie eines fairen Netzwerkes 54
3.2.6. Komponenten eines fairen Netzwerkes 54
3.3. Leistungsparameter des Netzwerkes 56
3.3.1. Fairnessuntersuchungen des Netzwerkdurchsatzes 56
3.3.1.1. Fairnessuntersuchung von Jaffe 56
3.3.1.2. Fairnessuntersuchung von Gerla und Staskauskas 57
3.3.1.3. Fairnessuntersuchung von Sauve, Wong undField 58
3.3.1.4. Fairnessuntersuchung von Jain 59
3.3.2. Fairnessuntersuchungen der Netzwerkverzögerungszeit 59
3.3.2.1. Fairnessuntersuchung von Wong, Sauve und Field 59
3.3.2.2. Fairnessuntersuchung von Tsai, Cantrell und Goos 60
3.3.3. Kombinierte Fairnessuntersuchungen von Netzwerkdurchsatz und
Netzwerkverzögerungszeit 61
3.3.3.1. Fairnessuntersuchung von Bharath-Kumar und Jaffe 61
3.3.3.2. Fairnessuntersuchung von Dey und Varshney 62
3.3.3.3. Fairnessuntersuchung von Wong und de Marca 62
3.3.4. Zusammenfassende Beurteilung der Fairnessuntersuchungen 63
3.4. Die netzwerkweite Zeit als Voraussetzung für Fairness 65
3.4.1. Zeit und Uhr 65
3.4.2. Aufgaben der Zeit 67
3.4.2.1. Timing und Reihenfolge von Ereignissen 67
3.4.2.2. Zeitintervalle 67
3.4.2.3. Ausführen von Ereignissen 67
3.4.3. Ziele für eine faire Zeit 67
Inhaltsverzeichnis
3.4.4. Architektur eines Zeitservices 68
3.4.5. Aufgaben von Clerk und Server 69
3.4.5.1. Übermitteln von Zeitwerten 69
3.4.5.2. Berechnen der korrekten Zeit 71
3.4.5.3. Stellen der Uhr 73
3.4.5.4. Bestimmen der Ungenauigkeit einer Uhr 73
3.4.5.5. Einschalten von Sekunden 74
3.4.6. Synchronisieren der Uhren beim Auftreten von Fehlern 74
3.4.7. Konfiguration des Zeitservices 74
3.4.8. Network Time Protocol (NTP) 76
3.4.8.1. Network Time Protocol (NTP) für Internet 76
3.4.8.2. Das Implementationsmodell des NTP 76
3.4.9. Vergleich zwischen NTP und DTS 78
4. FAIRE ÜBERMITTLUNG ZEITKRITISCHER INFORMATIONEN 79
4.1. Eigenschaften eines fairen Übermittlungsmodells 7
4.2. Ein faires Übermittlungsmodell - Reliable Broadcast Software 0
4.2.1. RBS-Netzwerk 80
4.2.2. RBS-Netzwerkservices 84
4.2.3. Transmitter-Services 85
4.2.4. Distributor-Services 5
4.2.5. Garantierte Datenübermittlung innerhalb eines Zeitintervalles 8(
4.3. Routingalgorithmen für ein faires Broadcast-Netzwerk 8
89
4.3.1. Einfacher Broadcast-Algorithmus 90
4.3.2. Flooding-Algorithmus 91
4.3.3. Multidestination-Routingalgorithmus 92
4.3.4. Sink- oder Spanning Tree-Algorithmus 93
4.3.5. Reverse-path Forwarding-Algorithmus 12
Inhaltsverzeichnis
4.3.6. Reverse-path Forwarding-Algorithmus mit positivem Acknow-
ledgment 95
4.3.7. Zusammenfassung 96
4.4. RBS-Routingprotokoll 97
4.4.1. RBS-Netzwerktopologie 97
4.4.2. Reverse-path Forwarding 99
4.4.3. Reverse-path Forwarding mit Duplicate Detection 101
4.4.4. Reverse-path Forwarding mit positivem Acknowledgment 102
4.4.5. Reverse-path Forwarding mit periodischem, positivem Acknow¬
ledgment 103
4.5. RBS-Fehlerbehebungsprotokolle 106
4.5.1. Archivierung der Datenpakete 107
4.5.2. Anfrager für nochmalige Übermittlung eines Datenpaketes 107
4.5.3. Fehlende Sequenznummern 107
4.5.4. Ausbleiben des Herzschlages 107
4.5.5. TCP-Endpunktfehler 108
4.5.6. Testen der TCP-Verbindungen 108
4.5.7. Überwachung des aktiven Transmitters 109
4.6. Alternativen zur Reliable Broadcast Software 109
5. RAHMENBEDINGUNGEN FÜR DEN BETRIEB VON FAIREN
NETZWERKEN 111
5.1. Einfluss offener Systeme auf ein faires Netzwerk 111
5.1.1. Charakteristika eines offenen Systems 111
5.1.2. Definition eines offenen Systems 112
5.1.3. Standard-Kommunikationsprotokolle für ein faires Netzwerk 114
5.1.3.1. Open Systems Interconnection (OSI) 114
5.1.3.2. Das Internet-Protokoll (TCP/IP) 115
B
Inhaltsverzeichnis
5.1.3.3. Gegenüberstellung Internet-Protokoll (TCP/IP) und OSI-
Modell 116
5.1.4. Kommunikation in offener Umgebung 117
5.2. Management eines fairen Netzwerkes 118
5.2.1. Funktionen des Netzwerkmanagements 119
5.2.1.1. Configuration Management 119
5.2.1.2. Fault Management 120
5.2.1.3. Performance Management 120
5.2.1.4. Security Management 121
5.2.1.5. Accounting Management 121
5.2.1.6. Network Documentation 121
5.2.1.7. Network Maintenance 122
5.2.1.8. User Administration 122
5.2.2. Standardisierte Netzwerkmanagementsysteme 122
6. ZUSAMMENFASSUNG UND SCHLUSSWORT 123
LITERATURVERZEICHNIS 130
SACHVERZEICHNIS 144
14
Abbildungsverzeichnis
ABBILDUNGSVERZEICHNIS
Abbildung 1: Vollvernetzter Finanzplatz Schweiz [HOF 93] 37
Abbildung 2: Technische Architektur der Elektronischen Börse Schweiz [ATB 92c].. 38
Abbildung 3: Vollelektronische, integrierte Börse Schweiz [SEB 94b] 40
Abbildung 4: Gleichbehandlung der Banken in der EBS 43
Abbildung 5: Flusskontrolle und Zugangskontrolle im ISO-Modell 49
Abbildung 6: Konflikt zwischen Fairness und optimalem Netzwerkdurchsatz 52
Abbildung 7: Komponenten eines fairen Netzwerkes 55
Abbildung 8: Die Rolle der Zeit in einer elektronischen Börse 66
Abbildung 9: Die Beziehung zwischen UTC und dem Wert der Uhrj zum Zeitpunkt
UTC=r 66
Abbildung 10: Entstehende Verzögerungen, bis ein Clerk die Zeit von einem Server
übermittelt erhält 69
Abbildung 11: Berechnung der besten und korrekten Zeit 71
Abbildung 12: Berechnung der besten und korrekten Zeit mit einem fehlerhaften
Server 72
Abbildung 13: Beispiel einer Konfiguration eines Zeitservices 75
Abbildung 14: Implementationsmodell fürNTP 77
Abbildung 15: RBS-Applikationen und RBS-Servers 81
Abbildung 16: RBS-Applikationsservers 82
Abbildung 17: RBS-Applikationen und RBS-Services 82
Abbildung 18: Einsatz von TCP- und UDP-Protokollen bei RBS 83
Abbildung 19: Beispiel einer RBS-WAN- und LAN-Netzwerktopologie 84
Abbildung 20: Vier Knoten-Netzwerk und sein minimaler, überspannender Baum 88
Abbildung 21: Einfacher Broadcast-Algorithmus im Vier Knoten-Netzwerk 89
Abbildung 22: Flooding-Algorithmus im Vier Knoten-Netzwerk 90
Abbildung 23: Multidestination-Routingalgorithmus im Vier Knoten-Netzwerk 91
15
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 24: Sink- oder Spanning Tree-Algorithmus im Vier Knoten-Netzwerk 92
Abbildung 25: Beispiel des Reverse-path Forwarding-Algorithmus [TAN 89] 94
Abbildung 26: Reverse-path Forwarding-Algorithmus im Vier Knoten-Netzwerk 94
Abbildung 27: Reverse-path Forwarding-Algorithmus mit positivem Acknow-
ledgment im Vier Knoten-Netz werk 95
Abbildung 28: Netztopologie 98
Abbildung 29: Baumtopologie 98
Abbildung 30: Reverse-path Forwarding, Schritt 1 99
Abbildung 31: Reverse-path Forwarding, Schritt 2 100
Abbildung 32: Reverse-path Forwarding, Schritt 3 100
Abbildung 33: Generierung der Sequenznummern 101
Abbildung 34: Reverse-path Forwarding mitDuplicate Detection 102
Abbildung 35: Positives Acknowledgment 103
Abbildung 36: Forwarding mit positivem Acknowledgment 04
Abbildung 37: Unterbrechung des positiven Acknowledgments 104
Abbildung 38: Zeitnehmer für periodisches, positives Acknowledgment 105
Abbildung 39: Ende der Unterbrechung des positiver Acknowledgments 106
Abbildung 40: Das MUSIC-Modell ! 3
Abbildung 41: Das siebenschichtige OSI-Modell 14
Abbildung 42: Gegenüberstellung Internet-Protokoll (TCP/IP) und OSI-Modell 116
Abbildung 43: Beziehungen der Funktionen des Netzwerkmanagements [TER 94]... 119
Abbildung 44: Das Fairnesspuzzle 126
16
Tabe 1 le n verze ich n is
TABELLENVERZEICHNIS
Tabelle 1: Vergleich zwischen NTP und DTS 78
Tabelle 2: Eigenschaften eines fairen Übermittlungsmodells 80
Tabelle 3: Connect options Services (Transmitter) 85
Tabelle 4: Command line options (Transmitter) 85
Tabelle 5: Connect options Services (Distributor) 86
Tabelle 6: Command line options (Distributor) 86
Tabelle 7: Einfacher Broadcast-Algorithmus im Vier Knoten-Netzwerk 89
Tabelle 8: Flooding-Algorithmus im Vier Knoten-Netzwerk 90
Tabelle 9: Multidestination-Routingalgorithmus im Vier Knoten-Netzwerk 91
Tabelle 10: Sink- oder Spanning Tree-Algorithmus im Vier Knoten-Netzwerk 93
Tabelle 11: Reverse-path Forwarding-Algorithmus im Vier Knoten-Netzwerk 95
Tabelle 12: Reverse-path Forwarding-Algorithmus mit positivem Acknowledgment
im Vier Knoten-Netzwerk 96
Tabelle 13: Zusammenfassung der Broadcast-Routingalgorithmen im Vier Knoten-
Netzwerk 96
Tabelle 14: Beurteilung der Broadcast-Routingalgorithmen im Vier Knoten-
Netzwerk 97
—
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