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09.08.1996

High-speed im LAN/Switching: Königsweg zum High-speed-Netz

"Wir werden uns verstärkt darum bemühen, für unsere Kunden homogene Netze zu gestalten", beschreibt Dieter Walzer, verantwortlich für den Vertrieb von LAN-, WAN- und TK-Produkten bei der Unternehmensberatung Weihenstephan GmbH in Freising-Attaching, den Weg in die nähere Zukunft. Seine Klientel aus der Nahrungsmittel- und Getränkebranche möchte er jedoch nicht mit dem visionären Asynchronous Transfer Mode (ATM) oder Switch-Architekturen versorgen. Er denkt schlicht und einfach an Ethernet und TCP/IP. Schlicht, weil sich der Anwender mit Ethernet und TCP/IP bei der Bedienung, Überwachung, Verwaltung und Analyse des Netzes in dem ihm vertrauten System- und Protokollumfeld bewegt einfach, weil er als Kenner der Technik für die Konfiguration eines Unix-Servers am Netz nur etwa 20 Minuten benötigt. Wo die Kapazität des Unternehmensnetzes zu eng wird, reagiert man mit dem Einsatz von Ethernet- und Fast-Ethernet-Switching. Diese Verfahren bahnen dem Datenfluß in einem altbekannten System- und Protokollumfeld einen verzögerungsfreien Durchsatzweg durch die Leitungen.

Walzer ist kein Sonderling. So wie er reagiert derzeit die Mehrzahl der Unternehmensberater, und DV-Entscheider in den Firmen zeigen der ATM-Technik häufig die kalte Schulter. Die Frage der "Computerworld", ob bei ihnen künftig ATM zum Einsatz komme, beantworteten nur 16 Prozent der in den USA auskunftgebenden Unternehmen mit Ja. Ethernet- und Fast-Ethernet-Switching empfinden die meisten Entscheider hingegen als Königsweg, weil weit über 70 Prozent der Installationen in deutschen Betrieben auf der Grundtechnik von Ethernet basieren. Zudem gibt es handfeste Kostengründe, warum Firmen für Ethernet- beziehungsweise Fast-Ethernet-Switching und gegen die noch nicht vollständig standardisierte ATM-Technik votieren. Eine Ethernet-Switch-Schnittstelle kostet bis zu 1600 Mark, die Fast-Ethernet-Variante schlägt mit maximal 3000 Mark zu Buche, die passenden Adapterkarten mit 200 respektive weniger als 700 Mark. Der Vergleich mit den asynchronen Übertragungsgeräten verdeutlicht die Diskrepanz: Für die Kombination aus Switch- und Endgeräte-Schnittstelle in ATM-Technik muß der Anwender derzeit zwischen 5000 und 35000 Mark ausgeben.

Für die klassischen Switch-Techniken und gegen ATM sprechen jedoch weitere Argumente: Eine der wesentlichen Stärken der ATM-Technologie ist die Integration von Sprache, Video und Daten.

Dafür definierten die Väter des Verfahrens verschiedene Dienste, die es erlauben, isochrone Video- und Sprachdaten ebenso wie asynchrone Rechnerdaten zu übertragen. "In heutigen Unternehmensnetzen sind aber fast ausschließlich Datenanwendungen im Einsatz, die eine Isochronität nicht erfordern", erklärt Rüdiger Both, Bereichsleiter Telekommunikation und Netze bei der Diebold Deutschland GmbH, München. "Damit kommt ein gewichtiger Vorteil von ATM nicht zum Tragen. Das Verfahren ist zu teuer, um es nur als Bit-Pumpe zu nutzen." Auch fehlen der Technik genormte Application Programming Interfaces (APIs). Ein Umstieg würde also größere Eingriffe in die Anwendungsprogramme erfordern. "Beim Einsatz von Ethernet- und Fast-Ethernet-Switching kann dagegen die Anwendungssoftware weitgehend ohne Modifikation übernommen werden", so Both weiter. Weder Zugriffsverfahren, Fehlererkennungs- und Fehlerbehebungsmechanismen noch Protokoll-Stacks oder APIs änderten sich.

Nahtloser Wechsel von 10 auf 100 Mbit/s

Die Grundvoraussetzungen für einen sanften Übergang vom 10- auf das 100-Mbit/s-Ethernet schufen die Verfechter des Fast-Ethernet-Standards (IEEE 802.3) dadurch, daß sie die Zugriffs- technik Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) vom klassischen Ethernet übernommen haben. Wo keine dedizierte Bandbreite benötigt wird, kann der Anwender den Fast-Ethernet-Bus als geteiltes Medium zwischen mehreren Arbeitsstationen einsetzen.

Selbst auf dem Backbone - dem Bereich, in dem ATM zuerst Fuß fassen soll - stiehlt der Klassiker in Form von Fast Ethernet der ATM-Moderne derzeit noch die Schau. Wie weit die ATM-Technik generell hinter der Fast-Ethernet-Technik an Boden zurückliegt, weisen aktuelle Zahlen des Marktforschers IDC aus. Danach wurden 1995 mehr als 20mal soviel Fast-Ethernet- wie ATM-Komponenten verkauft. Und Fast Ethernet kommt heute vor allem als Backbone-Lösung zum Einsatz.

Entsprechend fällt die Prognose des Marktforschers Heinz Unland von der IDC Deutschland GmbH in Kronberg aus: "Die Migration zu ATM im Kernnetz beginnt erst, wenn in etwa zwei Jahren der 100-Mbit/s-Backbone an seine Grenzen stößt." Bisher reicht in den meisten Unternehmen der FDDI- beziehungsweise Fast-Ethernet-Backbone völlig aus. Das Längenlimit auf dem lokalen Fast-Ethernet-Backbone scheint sie kaum zu berühren. Über Kupferkabel sieht der Standard eine maximale Entfernung von 100 Metern vor. Über Glasfaser ist nach höchstens 412 Metern Schluß. Weitere Distanzen sind nur durch das Zwischenschalten eines Repeaters möglich.

Der Einsatz des klassischen Ethernet in Kombination mit Switching-Techniken erübrigt auch die Diskussion über die Switch-internen Verarbeitungsmodi Store and forward und Cut through. Michael Rudolphi, Associate Partner bei der Andersen Consulting GmbH in Sulzbach, erklärt die generellen Unterschiede beider Verfahren: "Cut-through-Switch-Systeme beginnen bereits mit der Weiterleitung des LAN-Pakets, sobald die MAC-Adresse eingelesen und interpretiert worden ist. Sie sind damit besonders durchsatzschnell, das Paket verweilt dabei zirka 50 Millisekunden im Switch. Store-and-forward-Switch-Systeme puffern das komplette Paket, um alle Steuerinformationen interpretieren zu können." Daraus ergebe sich eine entsprechend längere Verweildauer im Switch, die je nach Paketlänge im Ethernet zwischen etwa 90 und 1300 Millisekunden liegen kann. Außer beim Einsatz zeitempfindlicher Kommunikationsformen wie Video oder unkomprimierter Sprache bestehe praktisch kein Bedarf an der Cut-through-Technik.

Store-and-forward-Switching überzeugt hingegen mit Vorteilen, die in die reale Netzwerkwelt passen. Weil das komplette Datenpaket gepuffert wird, können alle Steuerfelder geprüft und interpretiert werden. Dieser Mechanismus verhindert, daß fehlerhafte Pakete ins Netz weitergeleitet werden. Insbesondere bei der Kombination von Shared-Media- und Switch-Segmenten ist diese Funktionalität äußerst wichtig. In derartigen Umgebungen ist das Risiko groß, daß fehlerhafte Pakete am Switch-Port ankommen.

Weil das komplette Datenpaket zwischengepuffert wird, können zudem Filter auf eine Vielzahl von Steuerfeldern gesetzt werden. Damit lassen sich Datenflüsse regulieren und Daten vor unberechtigtem Zugriff schützen. Ein Cut-through-Switch reagiert hingegen nur auf die MAC-Adresse und auf bestimmte Bit-Muster.

Store and forward oder Cut through?

Es gibt weitere gute Gründe, die für den Einsatz des Store-and-forward-Verfahrens sprechen: Da die Prozesse in diesem Switch im Gegensatz zum Cut-through-Switch komplett über Software gesteuert werden, ist ein Update oder Upgrade des Systems im Vergleich zum Cut-through-Switch meist unproblematisch. Mit der Folgeversion muß lediglich die neue Software auf den Switch geladen werden.

Unbedingt notwendig ist der Store-and-forward-Switch an der Schnittstelle zu zwei unterschiedlichen LAN-Techniken. Beim Übergang einer Ethernet-Arbeitsgruppe in ein FDDI-Backbone muß das Gerät etwa das komplette Datenpaket zwischenspeichern, um die notwendigen Adreßumsetzungen durchzuführen. Zudem paßt die Store-and-forward-Technik zum aktuellen Trend der Hersteller, ihren Switch-Systemen Ebene-3-Intelligenz zu implementieren. Dafür ist aber die Zwischenpufferung des kompletten Datenpakets zwingend notwendig.

Wer dennoch nicht auf den Geschwindigkeitsvorteil des Cut-through-Verfahrens verzichten will, dem empfiehlt Andersen-Berater Rudolphi, auf Switch-Systeme zu setzen, die die Fehlerhäufigkeit an den einzelnen Ports registrieren und dementsprechend selbsttätig in den Cut-through- oder Store-and-forward-Modus schalten.

VLANs sind derzeit noch teuer

Cisco und IBM bieten etwa Switch-Lösungen an, die bei steigender Fehlerhäufigkeit selbständig vom Cut-through- in den Store-and-forward-Modus schalten. Bei einigen Systemen anderer Hersteller hat der Anwender zumindest die Wahl und kann fest Cut through oder Store and forward am Switch einstellen.

Auch die Diskussion über unternehmensweite virtuelle LANs (VLANs) in Verbindung mit Switch-Anschlüssen wird angesichts des anhaltenden Trends zu den Ethernet-Varianten zur bloßen Theorie. Machbarkeitsstudien allein helfen dem Anwender kaum weiter. Zumal die Kosten für VLANs, in denen neue Endgerätezuordnungen nur an der Netzwerk-Management-Konsole getroffen werden müssen, eindeutig gegen den Einsatz dieser Technik sprechen.

"IT-Manager in deutschen Firmen denken zwar laut über neue Strategien, insbesondere das VLAN, nach", beschreibt IDC-Mann Unland die derzeitige Situation in den Unternehmen, "doch das VLAN verursacht relativ hohe Migrationskosten schon bei der Installa- tion." Die Kosten für ein vollständig vermitteltes VLAN, allerdings beschränkt auf Arbeitsgruppenebene, schlagen mit 900 Dollar je Knoten zu Buche, so Rudolphi.

Wesentlich höher werden die Ausgaben, wenn sich die VLANs über den Workgroup-Bereich hinaus auf den ATM-Backbone erstrecken. Dann muß zusätzlich in ein ATM-fähiges Router-System (Kosten zwischen 80000 und 180000 Mark) und in das Viergespann LAN Emulation Server (LES), LAN Emulation Configuration Server (LECS), Broadcast and Unknown Server (BUS) und LAN Emulation Client (LEC) investiert werden. Die LES- und BUS-Funktionalität ist sogar für jedes VLAN im Unternehmensnetz gesondert erforderlich.

Das mögliche Einsparungspotential durch die flexible Zuordnung von Endgeräten von der Konsole aus - ein Argument, das Hersteller gern betonen - fällt vergleichbar spärlich aus: Das Marktforschungsinstitut Dataquest/Ledge beziffert eine neue Endgerätezuordnung ohne VLAN-Technik auf 270 Dollar und geht dabei davon aus, daß Mitarbeiter im Schnitt einmal in zwei Jahren innerhalb des Unternehmens umziehen.

Doch es gibt noch mehr Gründe, die derzeit gegen einen praktischen Einsatz dieser Technologie sprechen: "Virtuelle LANs erfordern hohe Geschwindigkeiten über große Entfernungen, um Arbeitsgruppen ortsunabhängig realisieren zu können. Das ist einerseits eine Frage der verfügbaren Technik, andererseits eine Frage der anfallenden Kosten", meint TK-Experte Both von Diebold Deutschland. Denn die unternehmensweite flexible Zuordnung von Endgeräten ist nur dann sinnvoll, wenn alle Stationen und Server mit einer Switch-Schnittstelle ausgerüstet sind. Außerdem sollten sämtliche Endgeräte genügend Durchsatzpotential für alle möglichen Verbindungskonstellationen vorrätig haben - ein Szenario, das von der derzeitigen Netzwerkrealität mit gemischten Switch- und Shared-Media-Umgebungen weit entfernt ist.

Daß der Switch-Technik und dem virtuellen LAN die Zukunft gehören, daran besteht kein Zweifel. Denn mehr Durchsatzpotential und die Trennung von physikalischem und logischem Netz sind die richtigen Rezepte, um in Zukunft mit Telearbeit, Telekooperation und Videoübertragung schnell auf Reorganisationsprozesse reagieren zu können. Doch die Switch-Technik und das unternehmensweite VLAN werden in den Netzwerken erst dann im großen Stil installiert, wenn sich die Schnittstellen-Preise der Switch-Systeme den Kosten für konventionelle Shared-Media-Anschlüsse annähern. Bis dahin werden die meisten Unternehmen nur partiell LAN-Switch-Systeme einsetzen, um Bandbreitenprobleme zu lösen. Im Backbone-Bereich werden sie auf Fast Ethernet oder FDDI setzen - für ATM ist zunächst noch kein Platz in den Unternehmensnetzen. Die klassischen Netztechniken bleiben also bis auf weiteres aktuell..

ANGEKLICKT

Die Switching-Technologie vereint verschiedene Vorteile: Mit dem altbekannten Ethernet-Protokoll lassen sich schnelle Netze aufbauen. Vorhandenes Know-how ist somit nicht verloren und für ein neues Verfahren nutzbar. Die geschalteten High-speed-Leitungen halten zudem den Weg frei für eine etwaige ATM-Migration und für die Installation von virtuellen LANs. Nachteilig ist der immer noch hohe Preis.

*Hadi Stiel ist freier Journalist in Bad Camberg.