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09.11.2001 - 

LAN im Wandel/Der Klassiker sprengt die Grenzen des LAN

Ethernet setzt seinen Siegeszug fort

Ethernet hat sich im LAN gegenüber anderen Verfahren durchgesetzt, keine andere Technik ist so weit verbreitet. Jetzt schickt sich der Klassiker sogar an, seinen Siegeszug über die Grenzen der lokalen Netze hinaus fortzusetzen. Von Petra Borowka*

Mit seiner inzwischen fast 30 Jahre währenden Geschichte ist Ethernet - gemessen an der für eine Zugangstechnik üblichen Lebensdauer von zehn bis 20 Jahren - schon reichlich betagt. Die Erfolgsstory des LAN-Klassikers begann langsam, beschleunigte sich jedoch zu einem rasanten Tempo, hinter dem alle derzeit vergleichbaren Verfahren zurückblieben.

1972 bis 1976 startete Bob Metcalfe im Xerox Parc in Palo Alto, Kalifornien, mit dem Experimental Ethernet (Kapazität 3 Mbit/s, ein Kilometer Reichweite) erste Versuche, die nach einer gemeinsamen Weiterentwicklung mit Digital und Intel 1980 als Ethernet v1.0 (mit 10 Mbit/s) veröffentlicht und unter den Namen Bluebook oder DIX-Net bekannt wurden. Im Oktober 1981 wurde Ethernet v1.0 als Draft B beim Institute of Electrical and Electronics Engineers IEEE) 802 eingereicht und 1982 als Ethernet v2.0 an die Standardvorstellungen des Gremiums angepasst.

Bis 1988 folgte die Spezifizierung der Erweiterungen 802.3a, b, c und e, darunter Cheapernet (10Base-2), Breitband Ethernet (10Broad-36) und das von einigen Herstellern genutzte Starlan (1Base-5). Eine Arbeitsgruppe bastelte ab 1988 an Ethernet über Twisted Pair, das Resultat war der Anfang der 90er Jahre unter der Bezeichnung 10Base-T verabschiedete Standard. Zu dieser Zeit wurden auch die optischen Standards 10Base-FL und 10Base-FB entwickelt, sternförmiges, dienstneutrales Netzdesign setzte sich durch.

Ab Mitte der 90er Jahre legte Ethernet dann deutlich an Tempo zu: 1995 bis 1996 entstand Fast Ethernet mit 100 Mbit/s, formal unter IEEE 802.3u verabschiedet. Parallel dazu gründete sich im Mai 1996 die Gigabit Ethernet Alliance. Bereits im Juli 1998 kam es zur formalen Ratifizierung des Standards, zunächst nur für Glasfaser.

Bahn frei für GigabitDie Spezifikation für Gigabit über Kupfer (Twisted Pair) folgte als 802.3ab erst ein Jahr später, im Juli 1999. Zu diesem Zeitpunkt bildete sich die 10 Gigabit Ethernet Alliance (10GEA), im Januar 2000 erfolgte die Autorisierung der dazugehörigen Arbeitsgruppe IEEE 802.3ae. Aktuell liegt der Draft 3 vor, ein letzter Draft 4 ist für November geplant. Die IEEE-Ratifizierung soll im Juli 2002 erfolgen.

Der erste 10-Gbit-Standard wird wiederum nur Glasfaser unterstützen, es gibt jedoch schon erste Überlegungen, auch eine Kupferversion als "Supplement" zu erarbeiten. Mit großer Wahrscheinlichkeit jedoch in Kategorie 6 (Klasse E) oder Kategorie 7 (Klasse F), also höherwertigem Kabel als Kategorie 5 (Klasse D). Einige Stimmen prognostizieren bereits einen Standard für 100-Gbit-Ethernet in vier bis fünf Jahren.

Drei Entscheidungen sind verantwortlich dafür, dass sich die Ethernet-Technik dermaßen schnell entwickelte und scheinbar endlos skalierbar ist. Zum einen ist dies die Beibehaltung des Frame-Formats, hinzu kommt die Entkopplung der physikalischen Codierung von der MAC-Schicht sowie die Adaption vorhandener Codierungen an neue Ethernet-Standards.

Seit Fast Ethernet benutzen die Standards jeweils bekannte Codierungen, die für andere Verfahren entwickelt wurden. Für 100 Mbit war dies die FDDI-Codierung (für Glasfaser und Kupfer), für Gigabit handelte es sich um eine Weiterentwicklung der Fibre-Channel-Codierung (8B/10B). Das 10 Gigabit Ethernet bedient sich der Sonet-Rahmung, für Ethernet in der Last Mile könnte es VDSL sein. Neu ist die 64B/66B-Codierung für 10-Gbit-Varianten im LAN.

Doch im LAN-Umfeld gibt es nicht nur Ethernet, sondern auch andere Standardverfahren wie Token Ring FDDI und ATM. Frühere Ethernet-Rivalen wie Token Bus und Arcnet können bei dieser Betrachtung außer Acht gelassen werden, da sie ab Mitte der 90er Jahre stark an Marktanteil verloren haben und inzwischen völlig verschwunden sind. Aber was wird aus Token Ring und FDDI?

Nachdem der Token Ring 1993 bis 1994 fast gleiche Umsatzanteile wie Ethernet erzielt hatte, geriet er ab 1995 gegenüber der neuen Layer-2-Switching-Technologie ins Hintertreffen. Dies lag offensichtlich daran, dass Token-Ring-Switch-Ports nicht schnell genug und insbesondere nicht zu vergleichbaren Kosten hergestellt werden konnten. Der endgültige Abstieg begann mit der Verbreitung von Fast Ethernet 1996: Ein Standard für High Speed Token Ring (HSTR) mit 100 Mbit/s kam nach langem Zögern der Hersteller erst über zwei Jahre später - zu einem Zeitpunkt, als für Ethernet schon die Weiterentwicklung auf 1 Gbit/s spezifiziert war.

Aus für Token RingVon den ursprünglich in der HSTR-Allianz dominanten Herstellern Cisco, 3Com, IBM, Madge, Nortel und Olicom bauten nur Olicom und Madge den 100- Mbit-Token-Ring. Kurz darauf verschwand Olicom vom Markt, die Produkte übernahm Madge Connect. Heute ist der Token Ring praktisch tot, für die Noch-Anwender stellt sich nicht mehr die Frage ob, sondern wann die Umstellung auf Ethernet erfolgen soll.

Dasselbe Schicksal ereilte auch FDDI, das hinsichtlich Port-Zahlen und Datenrate nicht mehr gleichziehen konnte. Seit 1999 werden FDDI-Treiber für neue Netzwerk- und Server-Betriebssystem-Versionen verspätet, seit 2001 teilweise gar nicht mehr ausgeliefert. Gleiches gilt für den Asynchronous Transfer Mode(ATM). Das Produktspektrum bei Server-Adaptern mit 622 Mbit/s ist sehr begrenzt, 2,4- Gbit/s-Adapter sind nicht etabliert. Die Port-Konzentration und damit Skalierbarkeit von ATM-Switches bleibt weit hinter der von Ethernet-Switches zurück.

Ethernet im VorteilGleichzeitig liegt der Pro-Port-Preis von ATM im Vergleich zu Ethernet um den Faktor zwei bis vier höher. Workgroup-Switches mit 2,4-Gbit-ATM- Uplinks sind nicht verfügbar, während Gigabit-Ethernet-Uplinks zum Workgroup-Portfolio aller etablierten Switch-Hersteller gehören. Vorhandene LAN-Emulationssoftware wird nicht mehr wesentlich weiterentwickelt. Multiprotocol over ATM (MPOA) zur Vermeidung langsamer Routing-Verbindungen in ATM-Netzen ist so gut wie nicht im Einsatz.

Aus den genannten Gründen ist ATM im LAN bestenfalls ein Nischenmarkt. Ethernet hingegen hat verschiedenen Umfragen zufolge im Bereich der lokalen Netze einen Umsatz-Marktanteil von mindestens 95 Prozent. Da das Verfahren die niedrigsten Pro-Port-Preise besitzt, liegt dieZahl der insgesamt installierten Schnittstellen sogar noch höher.

Änderungen im WANAnders sieht es im Weitverkehrsbereich aus: ATM dominiert zwar nach wie vor diesen Markt, doch Ethernet befindet sich bereits auf dem Vormarsch ins Metro-Netz (Metropalitan Area Network = MAN). Dies ist für alle Behörden und Unternehmen mit City-Netzen interessant, in denen ATM oder auch noch FDDI betrieben wird. Nachdem mit 1000Base-LH außerhalb der Norm offen gelegte Spezifikationen für Entfernungen bis zu 120 Kilometern entwickelt wurden, bieten Startup- und City-Carrier in den USA in großen Industriegebieten bereits skalierbar von 1 Mbit/s bis 1 Gbit/s Ende-zu-Ende reine Ethernet-Dienste ohne zwischengeschaltetes ATM oder Sonet an.

Sogar die deutsche Telekom bietet in Großstädten unter dem Namen "Dark Fiber" 100 Mbit/s oder Gigabit Ethernet inklusive Switch als City-Dienst an.

Damit ist die Entwicklung von Ethernet noch nicht zu Ende. Formales Arbeitsziel der IEEE-802.3ae-Arbeitsgruppe ist die Spezifikation zweier Ethernet-Schnittstellen, eine für LAN und eine für WAN. Damit greift 10 Gbit Ethernet WAN-Strukturen auf Basis von ATM/Sonet in mehrfacher Hinsicht an: Die Datenrate ist höher als bei existierenden ATM-Schnittstellen, außerdem zieht sie gleich mit existierenden Sonet-Add/Drop-Multiplexern (ADMs). Das Verfahren deckt mit 40 Kilometer Reichweite mindestens den Metro-Bereich ab, als Erweiterung der ersten Norm sind sogar Spezifikationen für größere Entfernungen absehbar. Und nicht zuletzt gelang der IEEE ein Coup in Sachen WAN-Interface: Dieses arbeitet nämlich nicht mit 10 Gbit/s, sondern mit 9,58464 Gbit/s - das entspricht der Sonet-Rate OC-192.

Das WAN-Frame-Format entspricht ebenfalls der Sonet-Rahmung. Damit lassen sich Ethernet-Switches als "Overlay-Netz" leicht in vorhandene Sonet-ADM-Infrastrukturen integrieren mit dem Ziel, Sonet zukünftig schrittweise durch Dense Wavelength Division Multiplexing(DWDM) mit 10 Gbit/s und reinem Ethernet-Dienst abzulösen. Da die unterliegenden Kabelmedien der LAN- und WAN-Spezifikation völlig identisch sind, ist eine Sonet-Ablösung durchaus vorstellbar.

Ethernet everywhereAls einzige Bastion, die noch nicht von Ethernet erobert wurd, bleibt die letzte Meile (Last Mile) zum Kunden. Die aktuellen Alternativen sind hier ISDN (klassisch), E1/E3 (teuer), xDSL (modern) sowie Wireless (visionär). Herstellerlösungen wie Ciscos Long Reach Ethernet (LRE) oder das von Extreme entwickelte Ethernet in the First Mile (EFM) zeigen, dass Entwicklungsdynamik und Potenzial in diesem Bereich durchaus vorhanden sind.

Tatsächlich bereitet seit November 2000 eine Arbeitsgruppe des IEEE die Spezifizierung von Ethernet on the First Mile vor.

Zu den Zielen der Arbeitsgruppe gehören: mit P2P over Copper die Spezifizierung von Punkt-zu-Punkt-Verbindungen über "Voice-Grade"-Kupfer (Kategorie 1, 2 und 3) bis zu 750 Metern und Raten von mindestens 10 Mbit/s; mit "Ethernet over Optical Network" (Epon) die Spezifizierung von Punkt-zu-Punkt-Verbindungen über Glasfaser (Single Mode Fiber = SMF) für bis zu zehn Kilometer mit Raten von 1 Gbit/s - die Beschränkung auf eine einzelne SMF soll 50 Prozent der notwendigen Transceiver zur Versorgung der einzelnen Hausanschlüsse sparen.

Hier wird vermutlich die direkte Anschaltung der Haushalte an das Central Office (CO) wegen des hohen LWL-Aufwands vermieden werden. Aktuell bevorzugte Varianten sind der Einsatz eines Switches am Verteilpunkt, was jedoch ein Problem bei der Stromversorgung des Switches bedeutet, oder die Verwendung eines passiven optischen Splitters, was zu einer Art Shared-Verfahren mit statistischem Multiplex führen würde. Erwogen wird ein Splitting von maximal eins zu 32 (das bedeutet zirka 30 Mbit/s je Hausanschluss).

Obwohl heutige Weitverkehrsnetze zu etwa 75 Prozent noch mit ATM betrieben werden, deutet sich eine Trendwende an. Die Puzzleteile fügen sich zusammen: DWDM als physikalische Übertragung bietet wesentlich höhere Bandbreiten zu günstigeren Preisen, wodurch der Bedarf nach feinskalierten Dienstequalitäten (Quality of Service = QoS) sinkt. Hinzu kommt die Ethernet-Standardisierung für LAN, MAN, Last Mile und WAN sowie IP als Basisprotokoll für alle Anwendungen inklusive Stimmübertragung, Video und Speicherkomponenten.

Man könnte auch sagen: TCP/IP wurde der Standard, der OSI hätte werden sollen - und Ethernet wird das Zugangsverfahren, das ATM sein wollte. Die Anwender haben gegen die ATM-Pläne der International Telecommunication Union (ITU) und der Hersteller mit den Füßen abgestimmt und Ethernet den Weg von der Etage über den LAN-Backbone in den WAN-Backbone geebnet. (ave)

*Diplominformatikerin Petra Borowka leitet das Planungsbüro UBN in Aachen.