MÜNCHEN: Lösungsmöglichkeiten zur Performance-Steigerung im Netz gibt es viele. Und mit Sicherheit gehört LAN Switching hier zu den zukunftsweisenden Technologien, die sich besonders gut zur Erhöhung der Netzwerkbandbreite eignen. Allerdings gilt die Switching-Technologie häufig als relativ komplex, kompliziert und teuer. Der folgende Beitrag erläutert Steve Schmidt, Divisional Vice President of New Product Development bei SMC, welche Vorteile LAN-Switches bringen und welche interessanten Lösungen es hier für den Handel gibt.Switches sind aus heutigen LANs nicht mehr wegzudenken. Denn mit Switches werden Netzwerke leistungsfähiger und zuverlässiger. Sie verhelfen traditionellen Netzwerken zu Performance-Steigerungen und sind kostengünstiger als Router. Deshalb werden sie in immer mehr lokalen Netzwerken zur Beseitigung von Bandbreiten-Engpässen eingesetzt.
Aber immer noch wird LAN-Switching mit High-end-Lösungen und großen "Campus-Netzen" assoziiert - Schlagworte sind hier Collapsed Backbone, Token Ring oder FDDI. Das eigentliche Wachstum und damit auch der "heiße" Markt liegt jedoch im unteren Bereich: Bei den Desktop-Lösungen und den Arbeitsgruppen, also den kleineren und mittleren Netzen.
Wachstum vor allem im unteren Marktsegment
Der Trend zum "einfachen" LAN-Switching läßt sich auch aus einer Prognose von IDC ablesen: Danach werden von den 14,15 Millionen LAN Switch Ports, die im Jahr 1999 verkauft werden sollen, 11,9 Millionen Desktop Switch Ports und Workgroup Switch Ports sein. Diese Zahlen belegen einen klaren Trend zu Switching-Produkten im unteren Marktsegment. Wachstumschancen hat dieser Markt nicht zuletzt deshalb, weil es inzwischen auch die geeigneten Produkte dafür gibt - kostengünstig, einfach zu installieren und zu warten.
All dies ist Grund genug, sich die Switching-Technologie und den Markt für Switching-Produkte einmal genauer anzuschauen. Welche Lösungen gibt es hier, worin liegt ihr Nutzen und welche Produkte sind speziell für den Handel interessant?
Switched Ethernet ist zunächst einmal eine kostengünstige Alternative, um die Bandbreite und Performance im Netz zu erhöhen. Es reduziert den Datenverkehr, weil es zusätzliche Wege zur Datenübertragung zur Verfügung stellt. Das bringt Bandbreite nach Bedarf, wie sie heute für datenintensive Anwendungen erforderlich ist. Denn moderne Netzwerke mit Windows-Applikationen und Multimedia stoßen zunehmend an ihre Grenzen. Bottleneck- und Performance-Probleme sind die Folge.
Switching schafft hier Abhilfe. Damit lassen sich datenintensive Client-Server- oder Server-basierte Anwendungen wie Lotus Nodes, SAP, Microsoft-Office-Anwendungen, die von Servern geladen werden und Video-Server-/Multimedia-Anwendungen einbinden. Bei einer Netzwerkerweiterung können weitere User ins Netz aufgenommen werden. Auch beim Backup, wenn das Netzwerk nicht zugänglich ist, können Engpässe beseitigt werden. Die Serverleistung läßt sich erhöhen, denn wenn statt zwei nur eine Netzkarte im Server installiert ist, entsteht kein Routing-Overhead, den der Server zusätzlich verarbeiten muß. Außerdem vereinfacht sich so die Serverkonfiguration- und das Servermanagement.
Grundsätzlich lassen sich Switches in verschiedene Klassen unterteilen: Dazu gehören beispielsweise Desktop Switches, Workgroup Segment Switches und Backbone Switches.
1. Der Desktop Switch
Der Desktop Switch bietet eine garantierte Übertragungsgeschwindigkeit zwischen zwei Endstationen oder Knoten. Aufgrund des niedrigen Preises pro Port ist der Desktop Switch eine günstige Alternative zu einem Shared-10Base-T-Hub. Der Desktop Switch ermöglicht jedem Benutzer eine dedizierte 10-Mbps-Verbindung, stellt quasi jedem Anwender einen Port zur Verfügung. Damit liegt der Hauptnutzen eines Desktop Switches auf der Hand: Er bringt dem Endverbraucher das höchste Maß an Leistung, weil er jedem Benutzer volle Ethernet-(10 Mbps-)Bandbreite garantiert. Zu den Merkmalen von Desktop Switches gehören eine begrenze Anzahl von Netzwerkadressen pro Port sowie die Cut-Through-Forwarding-Architektur.
Viele Desktop Switches unterstützen nur eine MAC-Adresse pro Port oder eine sehr geringe Anzahl von Adressen pro Port - in der Annahme, daß nur ein einziger Knoten oder wenige Knoten mit einem Port verbunden werden. Dementsprechend werden Kollisionen - und gerade sie sind es ja, die die Netz-Performance und das Arbeitstempo herunterdrosseln - virtuell beseitigt. Eine ideale Umgebung für einen Switch, der im Cut-Through-Modus arbeitet! Kollisionsfragmente und andere Paketfehler werden nur zu dem Port weitergeleitet werden, der in der Zieladresse angegeben ist.
Die Cut-Through-Forwarding-Technologie empfiehlt sich für kleinere Netze, in denen viele Daten zwischen wenigen Knoten übertragen werden sollen und man geringe Verzögerungen bei der Übertragung zwischen einzelnen Knoten in Kauf nehmen will.
2. Die Workgroup Segment Switches
Eine zweite Klasse von Switches sind Workgroup Segment
Switches. Ein Ethernet Segment Switch ermöglicht "Guaranteed Wire Speed Connectivity" zwischen zwei freien Ethernet-Netzwerken und
-segmenten. Auf Workgroup-Ebene teilt jeder Anwender 10-Mbps-Ethernet-Bandbreite mit anderen Usern auf dem gleichen Segment. Der Segment-Switch überträgt Daten gleichzeitig zwischen verschiedenen Netzwerkpaaren, und das bei voller Netzwerk-Geschwindigkeit.
Wo in erster Linie die Bandbreite durch Segmentierung erhöht werden soll, sind Segment Switches eine kostengünstige Alternative zu Routern. Weil Segment Switches eine Vielzahl von Adressen unterstützen, sind sie besonders geeignet für Workgroups mittlerer Größe. Mehrere User auf dem Segment bedeuten mehr Konkurrenz um die Bandbreite - und natürlich mehr Kollisionen. Die Store-and-Forward-Architektur verhindert Kollisionen und vermeidet, daß fehlerhafte Pakete durch das Netzwerk weitergeleitet werden. Der Vorteil liegt auf der Hand: Indem zunächst geprüft wird, ob das Datenpaket komplett und fehlerfrei ist, werden falsche oder fehlerhafte Pakete von vornherein ausgeschaltet; zwar muß der Absender sie dann nochmal übertragen, andererseits aber nimmt er keine Überlastung des Netzes in Kauf. Es werden nur fehlerfreie Daten gesendet.
3. Backbone Switches
Schließlich gibt es noch große Backbone Switches. Sie arbeiten ähnlich wie Workgroup Switches, dennoch gibt es einige grundlegende Unterschiede. Back-bone Switches sind modulare Chassis-basierte Produkte, die wesentlich mehr High-speed-Ports unterstützen als Workgroup Switches. Viele Backbone Switches unterstützen mehrere Ports für Fast Ethernet, FDDI, ATM und andere Hochgeschwindigkeitsprotokolle.
Backbone Switches sind in der Regel teurer als Workgroup Switches, weil sie eine High-speed-Backplane, eigene ICs und Pufferspeicher benötigen, um die Frame Forwarding Rates für die schnellen Technologien zu unterstützen. Features wie Packet Filtering, Virtual LANs und Routing machen sie zudem teuer.
Die verschiedenen Switching-Technologien haben zu einer Diskussion um die Vor- und Nachteile von Store-and -Forward- und Cut-Through-Switching und die Latenz-Unterschiede zwischen diesen beiden üblichen Ansätzen geführt. Dennoch sind die meisten Anwender kleiner und mittlerer Netze oft auf sich allein gestellt, wenn es um die Entscheidung geht, welcher Ansatz der beste für sie ist. Diesen Anwendern ist zu raten, darauf zu achten, die Bandbreite kostengünstig zu erhöhen und eine nicht überdimensionierte, für ihre Netzwerkgröße und zu ihren Anforderungen passende Lösung einzusetzen. Denn gerade diese Anwenderkreise werden mit kostengünstigen, einfach zu implementierenden Switching-Lösungen das Wachstum im Bereich LAN Switching und Fast Ethernet vorantreiben.
Weitere Alternative zur Erweiterung der Bandbreite
Eine weitere Alternative, um die Bandbreite zu erweitern, ist 100Mb Fast Ethernet (100-Base-T). Hier gibt es Shared 100Mb und Swit-ched 100Mb. Switched 100Mb zum Desktop ist aber immer noch zu teuer, um es standardmäßig in Firmen mit kleinen oder mittleren Netzen einzusetzen, und daran wird sich innerhalb der nächsten paar Jahre auch wenig ändern. Shared 100Mb dagegen ist bereits relativ kostengünstig und konkurrenzfähig zu Switched 10Mb.
Anhand eines Beispiels soll verdeutlicht werden, was in einem hochbelasteten Netzwerk passieren kann: Wenn viele Stationen viele Daten senden wollen, reichen die vorhandenen Übertragungswege für eine Übertragung mit maximaler Geschwindigkeit nicht mehr aus. Das heißt, der Forwarding-Prozeß der Daten von Punkt A nach Punkt B kann sich erheblich verzögern. Vergleichbar ist dieser Vorgang mit einer überlasteten staugefährdeten Autobahn.
Ein erster Lösungsansatz für dieses Problem: Führt man zwei weitere Übertragungswege in jeder Richtung ein, erhöht sich die durchschnittlich verfügbare Bandbreite, die Übertragungszeit verringert sich. Diese Lösung entspricht der 10Mb-Switching-Technologie. In Analogie zur Autobahn wird hier eine zusätzliche Spur gebaut.
Weil aber viele Anwender ihre Daten in noch kürzerer Zeit übertragen wollen, als es im oben genannten Beispiel möglich ist, ist eine alternative Übertragungsmethode gefragt. Eine solche Lösung sieht dann so aus: Man richtet eine einzige Hochgeschwindigkeits-Verbindung ein. Insgesamt nimmt die Datenübertragung dann wesentlich weniger Zeit in Anspruch. 100Mb Shared Fast Ethernet setzt wie diese Lösung an.
Sowohl mit Switched 10Mb als auch mit Shared 100Mb kann die Bandbreite erhöht und der Datenverkehr vermindert werden. Wenn man physikalisch mehr Bits pro Sekunde oder Pakete pro Sekunde von Punkt A (Server) zu Punkt B (Client) innerhalb einer einzigen Netzwerkdomäne übertragen muß, ist eine schnellere Technologie angesagt. Mit 100Mb können maximal 148,00 64-byte-Pakete in einer Sekunde, mit 10Mb maximal 14,800 64-byte-Pakete übertragen werden. Eine 6-Megabyte-Datei wird sicherlich schneller von einem Server zu einem Client in einer Shared-100Mb-Umgebung befördert als in einer Switch-10Mb-Umgebung, weil Burst-Übertragungen mit einer zehnmal höheren Wahrscheinlichkeit auftreten.
Fazit
Man sollte Shared und Switched 10Mb- und 100Mb-Technologien als zwei konkurrierende Ansätze zur Erweiterung der Bandbreite akzeptieren und von den jeweiligen Vorteilen profitieren. Ob es nun sinnvoll ist, sich für die eine oder andere Variante zu entscheiden, hängt von der jeweiligen Umgebung und den Ansprüchen ab. Letztlich muß individuell entschieden werden, welcher Technologie man den Vorzug gibt.