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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Senden von Datenrahmen von
mindestens zwei Eingängen
an einen Ausgang in einem ATM-Netz,
in dem jeder Datenrahmen in Zellen aufgeteilt ist. Außerdem betrifft
die Erfindung eine Vorrichtung zum Senden sowie eine Vorrichtung
zum Empfangen von Datenrahmen in einem ATM-Netz, in dem die Datenrahmen in
Zellen aufgeteilt sind.
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ATM-Netze
(Asynchronous Transfer Mode, asynchroner Übertragungsmodus) sind wohlbekannt und
in der ganzen Welt weit verbreitet. In einem ATM-Netz werden die
zu übertragenden
Daten zu einem Rahmen zusammengefasst, der aus einer Anzahl von
Zellen besteht. Die Anzahl der Zellen hängt von der zu übertragenden
Datenmenge ab. Jede Zelle beinhaltet 48 Byte Dateninformationen
und 5 Byte Steuerinformationen. Die Steuerinformationen enthalten
alle Informationen, die zum Übertragen
der Zelle von ihrer Quelle zu einem gewünschten Ziel erforderlich sind.
Die Steuerinformationen enthalten ein VPI-Feld (Virtual Path Identifier,
virtuelle Pfadkennung) und ein VCI-Feld (Virtual Channel Identifier, virtuelle
Kanalkennung). Insbesondere kennzeichnet das VPI-Feld den gewünschten
Datenpfad und stellt daher ein wichtiges Merkmal der betreffenden
Verbindung dar.
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Die
Zellen werden von der Quelle über
eine Anzahl von Knoten zum Ziel gesendet. Jeder dieser Knoten zwischen
der Quelle und dem Ziel stellt eine Quelle für seinen nachfolgenden Knoten
dar und wird deshalb als Eingang bezeichnet. Desgleichen stellt jeder
dieser Knoten ein Ziel für
seinen vorangehenden Knoten dar und wird deshalb als Ausgang bezeichnet.
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Die
Verbindung zwischen der Quelle und dem Ziel wird als Punkt-zu-Punkt-Verbindung
bezeichnet. Dabei gibt es nur einen Pfad, der sich weder verzweigt
noch sich mit anderen Pfaden vereinigt. Wie oben erwähnt wird
jede derartige Punkt-zu-Punkt-Verbindung durch ihr spezielles VPI-Feld
gekennzeichnet.
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Eine
weitere Möglichkeit
ist eine Punkt-zu-Mehrpunkt-Verbindung. In diesem Fall sendet eine
Quelle dieselben Daten als Broadcast-Sendung an mehrere Ziele. Zu diesem
Zweck stellt das ATM-Netz eine Nachricht SETUP (Einrichten) und eine
Nachricht ADD PARTY (Teilnehmer hinzufügen) bereit. Mittels der Nachricht
SETUP wird eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung eingerichtet. Dann können mittels
der Nachricht ADD PARTY weitere Ziele zu dieser Punkt-zu-Punkt-Verbindung hinzugefügt und so
die Punkt-zu-Mehrpunkt-Verbindung aufgebaut werden.
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Jede
Punkt-zu-Mehrpunkt-Verbindung wird durch ihr spezielles VPI-Feld
gekennzeichnet. Dieses Feld beinhaltet einen Eingang und mindestens zwei
auf diesen folgende Ausgänge,
um die zu übertragenden
Daten von der einzelnen Quelle auf mehrere Ziele zu verteilen. Da
es nur eine Quelle gibt, die sich auf ein einziges VPI-Feld bezieht,
kommen alle Zellen, die an den Zielen eintreffen und ein identisches
VPI-Feld haben, von derselben Quelle. Von anderen Quellen kommende
Zellen können
anhand ihrer unterschiedlichen VPI-Felder ausgesondert werden. Deshalb
ist es unproblematisch, in den Zielen den ursprünglich von der einzelnen Quelle
gesendeten Rahmen aus den empfangenen Zellen zusammenzusetzen.
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Ferner
kann aus der Punkt-zu-Mehrpunkt-Verbindung umgekehrt eine Mehrpunkt-zu-Punkt-Verbindung
erzeugt werden. Zu diesem Zweck kann in die Nachricht SETUP und
in die Nachricht ADD PARTY eine Umkehrmarkierung eingefügt werden.
Auch in diesem Fall wird jede spezielle Mehrpunkt-zu-Punkt-Verbindung
durch ihr VPI-Feld gekennzeichnet.
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Eine
solche Mehrpunkt-zu-Punkt-Verbindung beinhaltet mindestens zwei
Eingänge
und nur einen auf diesen folgenden Ausgang. Dadurch werden die von
mehreren Quellen zu dem einen Ziel zu übertragenden Daten zusammengeführt. Das
führt dazu,
dass von verschiedenen Quellen stammende Zellen, die zusammengeführt werden,
ineinander verschachtelt sein können.
Deshalb sind die von verschiedenen Quellen an einem einzelnen Ziel
ankommenden Zellen gemischt und müssen hinsichtlich ihrer verschiedenen
Quellen wieder richtig geordnet werden. Da das VPI-Feld einer einzigen
Mehrpunkt-zu-Punkt-Verbindung für
alle von sämtlichen Quellen
gesendeten Zellen identisch ist, können die Zellen von verschiedenen
Quellen nicht anhand des VPI-Feldes wieder geordnet werden. Aus
diesem Grund wird ein Mechanismus benötigt, um in dem einzelnen Ziel
die von verschiedenen Quellen kommenden Zellen wieder richtig zusammenzusetzen.
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Ein
erster Mechanismus besteht darin, dass jeder Ausgang so lange alle
an einem bestimmten Eingangsanschluss ankommenden Zellen mit demselben
VPI-Feld sammelt, bis er alle Zellen eines bestimmten Rahmens beisammen
hat. Danach werden diese gesammelten Zellen fortlaufend zum nächsten nachfolgenden
Ausgang weitergeleitet, d. h., ohne dass sie mit anderen Zellen
von anderen Eingängen verschachtelt
werden. Durch Anwendung dieses Mechanismus werden die Zellen nicht
gemischt, und die von den verschiedenen Quellen gesendeten Rahmen
können
wieder richtig zusammengesetzt werden, da diese Rahmen ohne Unterbrechung
an dem einzelnen Ziel ankommen. Dieser Mechanismus weist jedoch
den Nachteil auf, dass er zu einer beträchtlichen Verzögerung der
Datenübertragung führt.
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Bei
einem anderen Mechanismus wird das VCI-Feld einer Zelle zur Kennzeichnung
einer bestimmten Quelle der Zelle verwendet. Jeder Quelle wird ein
weltweit einmaliger Wert zugewiesen, der dann von der Quelle in
das VCI-Feld jeder von der Quelle zu sendenden Zelle eingefügt wird.
Aufgrund der eindeutigen Konfiguration können dann alle an einem Ziel
ankommenden Zellen mit einem identischen Wert wieder zu demselben
Rahmen zusammengesetzt werden. Dieser Mechanismus bewirkt keine
Verzögerung,
erfordert jedoch die Zuweisung eines weltweit einmaligen Wertes
für das
VCI-Feld, was sich in der Praxis nur schwer gewährleisten lässt.
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In „SMART:
A many-to-many multicast protocol for ATM", IEEE Journal on selected areas in
communications, Bd. 15, Nr. 3, April 1997, S. 458 bis 472, XP00068941,
wird von Gauthier et al. ein Protokoll zur Steuerung eines gemeinsam
genutzten Multicast-ATM-Baums
beschrieben, der die Mehrpunkt-zu-Mehrpunkt-Datenübertragung unterstützt. Darin
wird erläutert,
dass zur Abwicklung der Zellenverschachtelung der AAL-Diensttyp
AAL5 nicht verwendet werden soll, während im Diensttyp AAL3/4 den
Quellen MIDs (Message Identifiers, Nachrichtenkennungen) zugewiesen
werden können,
wobei auf Kosten der Allgemeingültigkeit
eine geregelte Verteilung der MIDs durchgeführt wird.
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Wie
aus dem Dokument „Asynchronous Transfer
Mode Switching",
im Internet zu finden unter http://www.cisco.comm/univercd/cc/td/doc/product/atm/12020/2020r231/sysover/atmtech.htm,
ersichtlich, erfolgt das „Packen" von Informationen
in allen verschiedenen Ebenen dadurch, dass der Rahmen durch einen
Header (Kopfdaten) und einen Trailer (Abschlussdaten) vervollständigt wird,
bevor er in der SAR-Unterebene
in Einzelbestandteile aufgeteilt wird, wobei jeder Einzelbestandteil
wiederum seinen eigenen Header und Trailer erhält. In diesen Header kann der
Absender die MID selbst einfügen.
Außerdem
umfasst der Schritt zur letzten ATM-Schicht einen Prozess, bei dem
die SAR-PDUs (Segmentierung-und-Reassemblierung-Protokolldateneinheiten)
als Nutzinformation für
die letzte ATM-Zelle dienen. Die MID, falls vorhanden, stellt somit
nur einen Teil der Nutzinformation in der letzten ATM- Zelle dar, kann daher
in dieser Schicht nicht als Steuerinformation zur Wiederherstellung
der Ordnung der Zellen dienen und erfüllt nicht mehr die Funktion
einer Kennung.
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Daher
besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren und eine
Vorrichtung für
eine Mehrpunkt-zu-Punkt-Verbindung bereitzustellen, um die von verschiedenen
Quellen stammenden Zellen in dem einzelnen Ziel erfolgreich wieder
richtig zusammenzusetzen.
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Bei
einem oben beschriebenen Verfahren löst die Erfindung diese Aufgabe
durch die folgenden Schritte: Der Ausgang erzeugt für jeden
der Eingänge
eine Kennung und sendet die Kennung an die Eingänge, worauf jeder der Eingänge die
empfangene Kennung in jede Zelle einfügt und die Zellen an den Ausgang
sendet, worauf der Ausgang die empfangenen Zellen entsprechend der
eingefügten
Kennung wieder zu Rahmen zusammensetzt.
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Desgleichen
löst die
Erfindung in einer oben beschriebenen Vorrichtung zum Senden die
Aufgabe durch Mittel zum Empfangen einer Kennung, Mittel zum Einfügen der
Kennung in jede Zelle des Rahmens und Mittel zum Senden der Zellen.
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Desgleichen
löst die
Erfindung in einer oben beschriebenen Vorrichtung zum Empfangen
diese Aufgabe durch Mittel zum Erzeugen einer Kennung, Mittel zum
Senden der Kennung, Mittel zum Empfangen von Zellen und Mittel zum
zusammensetzen der Zellen zu Rahmen, entsprechend der darin enthaltenen
Kennung.
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Bei
dem Mechanismus gemäß der Erfindung weist
ein Ausgang, z. B. das Ziel, jedem Eingang eine Kennung zu, und
jeder der Eingänge,
z. B. alle Quellen, fügt
diese Kennung in seine Zellen ein. Der Ausgang empfängt dann
alle übertragenen
Zellen mit der eingefügten
Kennung. Anhand der Kennung kann der Ausgang die Zellen wieder richtig
zu den Rahmen der verschiedenen Eingänge zusammensetzen.
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Der
Mechanismus gemäß der Erfindung führt zu keiner
Verzögerung,
da die Zellen übertragen werden,
ohne in den dazwischen liegenden Eingängen gesammelt zu werden. Desgleichen
erfordert der erfindungsgemäße Mechanismus
keine globale Konfiguration, da der Ausgang jedem Eingang eine Kennung
zuweist. Der erfindungsgemäße Mechanismus setzt
lediglich voraus, dass während
der Einrichtung der Mehrpunkt-zu-Punkt-Verbindung die entsprechenden
Kennungen vom Ausgang zu den Eingängen übertragen werden. Hierfür ist jedoch
nur ein geringfügiger
Zusatzaufwand erforderlich, der vor der Datenübertragung geleistet werden
muss und deshalb die Datenübertragung
selbst nicht beeinflusst. Darüber
hinaus setzt der erfindungsgemäße Mechanismus
voraus, dass alle Eingänge
die entsprechenden empfangenen Kennungen in die zu übertragenden
Zellen einfügen.
Hierfür
ist jedoch ebenfalls nur ein geringfügiger Zusatzaufwand während des
Versorgens der Zellen mit ihren Steuerinformationen in den betreffenden
Ausgängen
erforderlich, was wiederum vor der Datenübertragung erfolgt, sodass
die Datenübertragung
selbst nicht beeinflusst wird.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsart
der Erfindung wird die Kennung in die Nachricht SETUP und/oder ADD
PARTY eingefügt,
um vom Ausgang zu den Eingängen übertragen
zu werden. Gemäß der obigen
Beschreibung sind diese Nachrichten zur Einrichtung einer Mehrpunkt-zu-Punkt-Verbindung
erforderlich. Deshalb bedeutet die Übertragung der Kennung vom
Ausgang zu den Eingängen
keinen zusätzlichen
Zeitaufwand. Es reicht aus, die Kennung in die betreffende Nachricht
einzufügen
und diese wie gewöhnlich
zu übertragen.
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Bei
einer anderen vorteilhaften Ausführungsart
der Erfindung wird die Kennung in das VCI-Feld der Zellen eingefügt, wenn diese
von den Eingängen zum
Ausgang zurück übertragen
werden. Durch diese Einfügung
werden alle Zellen so gekennzeichnet, dass der Ausgang weiß, von welchem
Eingang die Zellen kommen. Mit anderen Worten, durch Einfügen der
Kennung in das VCI-Feld der Zellen werden alle Zellen in Bezug auf
ihren jeweiligen Eingang gekennzeichnet. Das VCI-Feld ist gemäß der obigen
Beschreibung Bestandteil der Steuerinformationen aller Zellen und
somit zur Erzeugung einer Zelle erforderlich. Deshalb wird für die Übertragung
der Kennung im VCI-Feld keine zusätzliche Zeit benötigt. Es
reicht aus, die Kennung in das VCI-Feld jeder Zelle einzufügen und
die Zelle wie gewöhnlich
zu übertragen.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsart
der Erfindung umfasst den weiteren Schritt der Bereitstellung einer
Anzahl von Kennungen für
jeden Eingang und der anschließenden
Bereitstellung einer der Kennungen durch jeden Eingang für einen
anderen Eingang auf Anfrage. Durch diese Prozedur kann der erfindungsgemäße Mechanismus
für Fälle angepasst
werden, bei denen die Mehrpunkt-zu-Punkt-Verbindung nicht vom Ziel,
sondern von einem der dazwischen liegenden Knoten ausgelöst wird.
Desgleichen gestattet dieses Verfahren, dass zu einem späteren Zeitpunkt
ein weiterer neuer Knoten in die Mehrpunkt-zu-Punkt-Verbindung aufgenommen
wird.
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Weitere
Vorteile der Erfindung werden ersichtlich aus der folgenden Beschreibung
einer Ausführungsart
der Erfindung in Verbindung mit den Figuren der Zeichnung.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer Mehrpunkt-zu-Punkt-Verbindung in einem ATM-Netz mit
mehreren Quellen und einem Ziel,
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2 zeigt
eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Senden von Datenrahmen
von mehreren Quellen zu dem Ziel in der Mehrpunkt-zu-Punkt-Verbindung
von 1, und
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3 zeigt
eine schematische Darstellung von drei Kennungsebenen.
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1 zeigt
eine Mehrpunkt-zu-Punkt-Verbindung in einem ATM-Netz. Es sind vier Quellen 1 bis 4 vorgesehen,
die über
zwei weitere Knoten mit einem Ziel verbunden sind. Die beiden Quellen
1 und 2 sind mit dem Knoten 5 verbunden. Die Quellen 3 und 5 sind
mit dem Knoten 6 verbunden und die Quelle 4 und der Knoten 6 sind
mit dem Ziel verbunden.
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Jeder
Knoten in 1 stellt einen Eingang für seine
nachgeschalteten Knoten (Downstream-Knoten) und einen Ausgang für seine vorgeschalteten
Knoten (Upstream-Knoten) dar. Insbesondere stellen die Quelle 3
und der Knoten 5 jeweils einen Eingang dar, d. h. eine Quelle für den Downstream-Knoten
6, der wiederum einen Ausgang darstellt, d. h. ein Ziel für die Upstream-Quelle
3 und den Knoten 5.
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Bei
der Mehrpunkt-zu-Punkt-Verbindung von 1 werden
Daten von den Quellen 1 bis 4 zum Ziel übertragen. Die Mehrpunkt-zu-Punkt-Verbindung ist
Bestandteil eines ATM-Netzes. Deshalb werden die Daten in Rahmen übertragen,
d. h., alle von einer der Quellen 1 bis 4 zum Ziel zu übertragenden
Daten werden in einem Rahmen zusammengefasst. Als Protokoll für diese Übertragungen
dient z. B. das Internetprotokoll IP.
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Jeder
Rahmen besteht aus mehreren Zellen. Die zu übertragenden Daten sind in
diese Zellen aufgeteilt. Jede Zelle enthält 48 Byte Dateninformationen
und 5 Byte Steuerinformationen. Die Steuerinformationen enthalten
ein VPI-Feld (virtuelle Pfadkennung), das speziell das Ziel markiert,
zu welchem die Daten übertragen
werden sollen. Darüber
hinaus enthalten die Steuerinformationen ein VCI-Feld (virtuelle Kanalkennung).
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Zum
Einrichten einer Mehrpunkt-zu-Punkt-Verbindung erzeugt das Ziel
zuerst eine Nachricht SETUP, welche eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung herstellt.
Zum Einrichten einer umgekehrten Punkt-zu-Punkt-Verbindung wird in die Nachricht
SETUP eine Umkehrmarkierung eingefügt.
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Gemäß 2 erzeugt
das Ziel außerdem eine
Kennung ID, die durch einen Zähler
dargestellt wird und zu Anfang auf ID = 1 gesetzt ist. Diese Kennung
ID = 1 wird in die Nachricht SETUP eingefügt. Dann wird die gesamte Nachricht
SETUP zusammen mit der Kennung ID = 1 zu einer der gewünschten Quellen
1 bis 4 gesendet. Der Zähler
für die
Kennung wird auf ID = 2 erhöht.
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Nach
dem Senden der Nachricht SETUP erzeugt das Ziel eine Nachricht ADD
PARTY. Wiederum wird eine Umkehrmarkierung eingefügt, um anstelle
einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung eine Mehrpunkt-zu-Punkt-Verbindung
einzurichten.
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Darüber hinaus
fügt das
Ziel die erhöhte Kennung
ID = 2 in die Nachricht ADD PARTY ein und sendet die Nachricht ADD
PARTY an die nächste
der gewünschten
Quellen 1 bis 4. Der Zähler
für die
Kennung wird wieder um eins auf ID = 3 erhöht.
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Diese
Vorgehensweise, bei der eine Nachricht ADD PARTY erzeugt und diese
zusammen mit den aufeinander folgenden Kennungen ID = 3, ID = 4, ...
gesendet wird, wird so lange wiederholt, bis alle gewünschten
Quellen 1 bis 4 die Nachricht SETUP oder die Nachricht ADD PARTY
empfangen haben. Die Kennungen ID = 1, ID = 2, ID = 3 und ID = 4
kennzeichnen dabei jeweils die Quellen 1 bis 4.
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Wenn
die Nachricht SETUP oder die Nachricht ADD PARTY an eine der Quellen
1 bis 4 gesendet werden, empfängt
die betreffende Quelle 1, 2, 3 oder 4 die Nachricht SETUP oder die
Nachricht ADD PARTY und extrahiert aus der Nachricht die Kennung.
Die Kennung wird dann in der betreffenden Quelle 1, 2, 3 oder 4
gespeichert, z. B. wird die Kennung ID = 3 in der Quelle 3 gespeichert.
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Wenn
z. B. die Quelle 3 Daten zum Ziel senden will, teilt sie die Daten
wie oben beschrieben in Zellen auf. Alle diese Zellen stellen den
Datenrahmen dar. Dann fügt
die Quelle 3 gemäß 2 die
gespeicherte Kennung, z. B. die Kennung ID = 3, in das VCI-Feld
jeder Zelle des zu übertragenden
Datenrahmens ein. Die Zellen werden dann zusammen mit der Kennung
im VCI-Feld zum Ziel übertragen.
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Auf
ihrem Weg von der Quelle 3 zum Ziel passieren die Zellen den Knoten
6, der für
die Quelle 3 und den Knoten 5 einen Ausgang darstellt. Wenn der
Knoten 6 gleichzeitig Zellen von der Quelle 3 und vom Knoten 5 empfängt, können diese
Zellen am Ausgangsanschluss des Knotens 6 verschachtelt werden.
Darunter ist zu verstehen, dass von der Quelle 3 empfangene Zellen
und vom Knoten 5 empfangene Zellen willkürlich gemischt werden können, während sie
vom Knoten 6 zum Ziel übertragen
werden. Obwohl die Zellen in der oben beschriebenen Weise verschachtelt
werden können,
bleibt ihre Reihenfolge unverändert.
Das bedeutet, dass keine Zelle von ein und derselben Quelle ihre
Vorgängerin überholt.
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Das
Ziel empfängt
die vom Knoten 6 gesendeten Zellen. Diese Zellen können wie
oben beschrieben von der Quelle 3 oder vom Knoten 5 stammen. Darüber hinaus
kann das Ziel auch Zellen von der Quelle 4 empfangen. Das Ziel extrahiert
dann aus dem VCI-Feld
jeder der empfangenen Zellen die jeweilige Kennung. Anhand dieser
Kennung setzt das Ziel dann die empfangenen Zellen wieder zu Rahmen zusammen.
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Zu
diesem Zweck setzt das Ziel alle Zellen mit einer identischen Kennung,
z. B. der Kennung ID = 3, nacheinander zu einem Rahmen zusammen.
Die Reihenfolge der Zellen ist wie oben erwähnt unverändert. Deshalb braucht diesbezüglich keine
Anpassung vorgenommen zu werden.
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Daraus
folgt, dass das Ziel in der Lage ist, die Zellen richtig in die
entsprechenden Rahmen der verschiedenen Quellen zusammenzusetzen.
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Anhand
der Steuerinformationen der Zellen kann das Ziel die letzte Zelle
eines solchen Rahmens erkennen. Da das Ziel die Kennungen den verschiedenen
Quellen selbst zugewiesen hat, kann es auch den empfangenen Rahmen
wieder der richtigen Quelle, z. B. der Quelle 3, zuordnen. Deshalb
ist das Ziel in der Lage, die Rahmen vollständig und korrekt wieder zusammenzusetzen
und die zusammengesetzten Rahmen der richtigen Quelle zuzuordnen.
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Bei
Mehrpunkt-zu-Punkt-Verbindungen, die nicht vom Ziel, sondern von
einem der Knoten der Verbindung eingerichtet wurden, muss der beschriebene
Mechanismus angepasst werden.
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3 zeigt
eine Anzahl von Kennungen, die in drei Ebenen angeordnet sind. Wenn
z. B. der Knoten 6 die Mehrpunkt-zu-Punkt-Verbindung von 1 von den
Quellen 1 bis 4 zum Ziel einrichtet, sendet der Knoten 6 die Kennungen
der Ebene 1 an seine Nachbarknoten. Beispielsweise werden die Kennungen
0 bis 4999 an den Knoten 5, die Kennungen 5000 bis 9999 an die Quelle
3 und die Kennungen 10000 bis 14999 an das Ziel gesendet. Dann senden diese
Nachbarknoten die empfangenen Kennungen wiederum an ihre Nachbarknoten.
Beispielsweise werden die Kennungen 0 bis 499 an die Quelle 1 und die
Kennungen 500 bis 999 an die Quelle 2 gesendet. In derselben Weise
werden die Kennungen 10000 bis 10499 an die Quelle 4 gesendet.
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Diese
Vorgehensweise wird so lange fortgesetzt, bis alle Knoten Kennungen
empfangen haben. Die Anzahl der Ebenen kann natürlich größer als drei sein und würde bei
einer realen Implementierung durch Binärzahlen ausgedrückt.
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Eine
der empfangenen Kennungen wird dann dem Knoten selbst zugeordnet.
Da jeder Knoten normalerweise mehr als nur eine Kennung empfängt, kann
es immer vorkommen, dass dieser Knoten die anderen Kennungen zu
weiteren neuen Knoten weitersendet. Das kann sogar zu einem späteren Zeitpunkt
erfolgen, wenn sich diese neuen Knoten an der Mehrpunkt-zu-Punkt-Verbindung
beteiligen wollen.