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10.09.1993

100-Mbit/s-Ethernet: Wie man einem Standard "Beine macht" Fast Ethernet wuerde Anwendern und Herstellern Sicherheit geben

Fuer nicht unerheblichen Wirbel - gerade auch in der Kabelszene - sorgt derzeit das Tauziehen um den Standard eines zukuenftigen 100- Mbit/s-Ethernet. Welche Konzeption hinter dem Fast Ethernet und anderen High-speed-Networking-Techniken steckt, untersucht Marco Becker*, der sich darueber hinaus aber auch mit dem "traditionellen" CSMA/CD-Vorschlag der von 3Com angefuehrten Herstellergruppe auseinandersetzt.

*Marco Becker ist Support Manager bei der 3Com GmbH, Muenchen.

Die Zeiten eines gemaechlichen Netzwerkbetriebes neigen sich ihrem Ende zu. Dabei geht es nicht um die Prestigefrage nach dem "immer schneller", "immer groesser" und "immer komfortabler" - sondern es ist eine schlichte Notwendigkeit, die sich aus steigenden Kommunikationsanspruechen im Netz ergibt. Das Verlangen nach groesserer Bandbreite entsteht nicht nur aus den ueberproportional steigenden Datenmengen beispielsweise im CAD/CAM-Bereich, sondern vor allem auch durch Applikationen wie Image-Processing, Multimedia sowie der parallelen Nutzung von Daten, Sprache und Bild im unternehmensweiten Netz.

Mitte der 70er Jahre wurde von Xerox-Mitarbeitern, zu denen auch 3Com-Gruender Robert Metcalfe gehoerte, das Ethernet aus der Taufe gehoben. Zur damaligen Zeit ahnte sicher niemand, dass in etwas mehr als einem Jahrzehnt weltweit mehr als 20 Millionen Knoten auf Basis dieser Technologie installiert sein wuerden. Auch konnte sich wohl kaum ein Mensch vorstellen, dass die Uebertragungsleistung von 10 Mbit/s einmal zu einer Art Flaschenhals in einem Netzwerkszenario fuehren koennte. Als im November 1982 das IEEE- Komitee in seiner Norm 802.3 die Ethernet-Spezifikation zum Standard erhob, stand diesem eine fast unglaubliche "Karriere" bevor, die bis heute so gut wie ungebrochen ist.

Die 80er Jahre waren dann gepraegt von kleineren Weiterentwicklungen - insbesondere auf dem Gebiet der Kabelmedien. Vom allseits bekannten, ungeliebten, dicken, gelben Koaxial- Ethernet-Kabel fuehrte die Entwicklung ueber duennes Koaxialkabel (RG 58) und Glasfaser bis hin zum verdrillten, ungeschirmten 4-Draht- Kupferkabel (UTP ; Unshielded Twisted Pair). Generationen von Adapaterkarten, Konzentratoren, Bridges und spaeter auch Router folgten. Weitere markante Fixpunkte dieser Zeit waren die Leistungsverbesserung der Token-Ring-Technologie von vier auf 16 Mbit/s sowie mit FDDI der erste grosse Sprung in die 100-Mbit/s- Welt.

Das "Jahrzehnt des LANs" - wie man schon Ende der achtziger die neunziger Jahre bezeichnete, ist bis heute bestimmt durch die weitaus staerkere Beruecksichtigung konkreter Anwenderwuensche, die Beobachtung von Trends im Markt sowie die Vereinfachung eines "Global Data Networkings" auf der Basis von Standards. Die Anwender fragen heute in zunehmendem Masse nach Produkten, die auf Standards beruhen und erwarten dabei benutzerfreundliche Geraete sowie groesstmoegliche Flexibilitaet beim Ausbau ihrer Netze. Obenan steht fast immer die Forderung nach Investitionsschutz - und dies nicht erst seit der spuerbaren Rezession.

Diese Entwicklung geht einher mit dem Trend zu groesserer Bandbreite, die sich nicht zuletzt in einem sprunghaften Anstieg der jeweiligen Endgeraetezahl beim Anwender widerspiegelt. Dabei erhoeht sich die Leistungsfaehigkeit dieser Komponenten staendig, das heisst, man erhaelt mehr MIPS fuers Geld. Natuerlich traegt hier auch die Applikationssoftware mit groesser werdenden Dateien - wie sie beispielsweise mit der Bildverarbeitung bei medizinischen Objekten wie Molekularmodellen oder im Bereich der Flugsimulation unvermeidbar sind - ihren Anteil dazu bei. Die Marktentwicklung tut das uebrige: RISC-basierende Workstamtions, immer schnellere, leistungsfaehigere PCs - aber weitgehend gleichbleibend hohe Preise bei FDDI.

Das aktuelle Szenario zeigt deutlich, dass das High-speed- Networking auf Basis von Techniken wie ATM und FDDI/CDDI dem "alten" Ethernet noch lange nicht den Rang ablaufen wird. Die Gruende dafuer liegen auf der Hand. ATM steckt noch in den Kinderschuhen und wird, von Pilotprojekten abgesehen, fruehestens 1995 beziehungsweise 1996 eine ernsthafte Rolle im Markt spielen koennen. FDDI ist zwar eine ausgereifte Technologie, findet sich aber bis heute immer noch fast ausschliesslich auf der Backbone- Ebene wieder und hat den Weg zum Desktop vor allem deshalb noch nicht gefunden, weil die Unterstuetzung von Standards nach wie vor zu wuenschen uebrig laesst - abgesehen von den immer noch recht hohen Kosten (vgl. Abbildung). Warum also nicht auf Ethernet aufbauen, wenn ohnehin bereits weltweit rund 20 Millionen Knoten installiert sind?

Die Ueberlegung dabei war so einfach wie einleuchtend. Wenn viele Hersteller an einem Strang ziehen, kann relativ schnell ein neuer Standard definiert werden, der nicht nur die bestehenden Investitionen der Anwender schuetzt, sondern auch den Herstellern von Betriebssystem-Software, Speicherbausteinen, Konzentratoren und anderer Internetworking-Komponenten die notwendige Orientierungshilfe und Planungssicherheit gibt.

Diese Intention fuehrte dann allerdings zur Bildung von zwei Herstellerlagern. Die sogenannte "100Base-VG"-Gruppe - angefuehrt von Hewlett-Packard und AT&T - ging einen Weg, der sich nicht am klassischen Ethernet-Verfahren orientiert. Die andere Gruppe - unter massgebender Federfuehrung von 3Com - baute hingegen auf einem der aeltesten Netzstandards, der sogenannten Carrier-Sense- Multiple-Access/Collision-Detection (CSMA/CD), auf. Dieser Initiative schlossen sich Unternehmen wie Cabletron, Chipcom, Intel, National Semiconductors, NCR, SMC, Sun Microsystems sowie Synoptics an und bildeten damit ein Gremium, das immerhin rund 80 Prozent des Marktes fuer Ethernet-Adapter, Konzentratoren, netzwerkrelevante Chips und Workstamtions repraesentiert.

Der Standardisierungsvorschlag dieser Gruppe beruht auf zehn charakteristischen Merkmalen, die zum groessten Teil ihre Basis im bereits etablierten 802.3-Standard haben. An erster Stelle steht - naturgemaess - die Forderung nach einer Uebertragungsrate von 100 Mbit/s. Auch das in der 802.3-Spezifikation festgelegte Paketformat wird beibehalten, ebenso das Zugriffsverfahren CSMA/CD. Als weiteres Charakteristikum ist die 100-Meter-Distanz zwischen Repeater und Endgeraet zu vermerken, die einen Gesamtdurchmesser von 200 Meter fuer jedes Netzwerksegment zulaesst (vgl. Abbildung 2).

Kennzeichnend fuer alle Komponenten, die diesen zukuenftigen Standard erfuellen, ist darueber hinaus die sogenannte Zwei- Geschwindigkeiten-Unterstuetzung - sowohl fuer 10 Mbit/s als auch fuer 100 Mbit/s - fuer Konzentratoren (Repeater oder Hubs), die zudem auch als Option fuer entsprechende PC-Adapter verfuegbar sein wird. Der neue Standard soll gleichzeitig aber auch weiterhin eine Spezifikation fuer kabelunabhaengige Schnittstellen enthalten sowie die Unterstuetzung multipler Konzentratoren bis 100 Mbit/s gewaehrleisten. Schliesslich ist noch vorgesehen, dass auch die Erfuellung bestimmter Normen - etwa die FCC Klasse B, EN 55022B, EN 55024-3 und fuer ungeschirmte, verdrillte Kupferleitungen die ISO- Spezifikation 8877 - beruecksichtigt wird.

Besonders markant wird der neue Normen-Vorschlag, wenn man ihn unter dem Aspekt des Zeitverhaltens betrachtet: Die Erhoehung der Datenrate von 10 auf 100 Mbit/s bewirkt, dass die Uebertragungszeit eines Bits sich von 100 Nannosekunden auf zehn Nannosekunden verringert.

Um den Faktor zehn vermindert sich auch der Zeitraum zwischen den einzelnen Frames - naemlich von 9,6 Mikrosekunden auf 0,96 Mikrosekunden. Eine deutliche Einschraenkung erfaehrt hingegen der Netzwerkradius, der sich auf auf rund 200 Meter verringert; die einzelnen Segmente lassen sich jedoch auch weiterhin ohne groesseren Aufwand ueber einfache Bruekken miteinander verbinden. Unveraendert bleiben ueberdies so wichtige Merkmale der IEEE-802.3-Norm wie das Media-Access-Control-(MAC-)-Protokoll, die Laenge und das Format der Frames sowie die maximale Zahl der Knoten.

Bei seiner Sitzung am 15. Juli 1993 hat das IEEE-Komitee den groessten Teil des Entwurfes bereits akzeptiert. Eine Arbeitsgruppe (IEEE 802.3) beschaeftigt sich nun mit weiteren Aspekten dieses Vorschlags; aehnliches gilt jedoch auch fuer das Konzept des 100Base-VG-Lagers, das im IEEE-802.12-Gremium weiter diskutiert wird.

Die meisten Mitglieder der CSMA/CD-Gruppe sind indes optimistisch. Das beweist nicht zuletzt die Tatsache, dass erste Produktankuendigungen fuer Anfang naechsten Jahres bereits erfolgt sind. Interessant ist auch die Stellungnahme eines "Aussenseiters" zu diesem Entwurf. Kein geringerer als Darell Miller, Executive Vice-President vom LAN-Marktfuehrer Novell, meinte zu den Diskussionen um das Fast Ethernet: "Wir begruessen die Bemuehungen dieser Gruppe (gemeint ist die CSMA/CD-Gruppe; Anm. d. Red.) um einen neuen Standard, der bei den Anwenderprogrammen auf der bestehenden Wissensbasis aufbaut und die eingefuehrte Technologie des IEEE 802.3-Standards unterstuetzt."

Unabhaengig vom Wettkampf beider Lager gilt jedoch: Wenn man die Fakten addiert, die Chancen nuechtern abwaegt und die augenblickliche Situation realistisch einschaetzt, liegt der Schluss nahe, dass das Fast Ethernet fuer eine Reihe von Jahren eine relativ grosse Bedeutung im Markt haben wird. Das gilt zumindest fuer die laut IDC bis 1995 weltweit installierten 40 Millionen Ethernet- Knoten. Andererseits waere es jedoch gewiss kurzsichtig, sich in falsch verstandener Euphorie den Blick auf die anderen High-speed- Technologien zu verbauen. Der rasante Fortschritt - insbesondere bei den Multimedia-Applikationen - entwickelt so grosse Freiraeume, dass unterschiedliche Uebertragungstechniken und physikalische Netzkonzepte nicht nur ihren Platz nebeneinander finden, sondern sich auch sinnvoll ergaenzen werden muessen.

Gute Chancen fuer Ethernet: Waehrend ATM noch in den Kinderschuhen steckt, tut sich FDDI auf dem Weg zum Desktop weiterhin schwer und ist zu teuer.