5.23.Wenn Ethernet-Netze zu langsam werden

Wenn zusätzliche Anwender in ein gemeinsam genutztes Netz eingebunden oder datenintensive Anwendungsprogramme installiert werden, verschlechtert sich die Netzleistung.  Der Grund dafür ist die Tatsache, dass alle Benutzer eines gemeinsam benutzten Netzes bei Verwendung des Ethernet-Busses miteinander konkurrieren.  Auf einem mässig ausgelasteten 10 Mbit/sEthernet-Netz, das von 30-50 Anwendern gemeinsam benutzt wird, kann das Netz normalerweise nur einen Durchsatz von ca. 2,5 Mbit/s bieten, wenn man die Belastung durch Paket-Header, ungenutzte Lücken zwischen den Paketen und Kollisionen berücksichtigt.  Wenn die Benutzerzahl (und damit die Anzahl der Paketübertragungen) zunimmt, wächst damit auch die Gefahr von Kollisionen.  Kollisionen treten immer dann auf, wenn zwei oder mehr Knoten versuchen, Informationen gleichzeitig zu senden.  Sobald die Knoten erkennen, dass eine Kollision eingetreten ist, brechen die sendenden Stationen den Vorgang ab, bevor sie einen neuen Übertragungsversuch unternehmen.  In einem gemeinsam benutzten (Shared) Ethernet-Netz nimmt die Wahrscheinlichkeit von Kollisionen zu, wenn neue Knoten in die gemeinsam benutzte Collision Domain des gemeinsam benutzten Ethernet-Netzes integriert werden.

Eine Möglichkeit zur Lösung derartiger Probleme ist die Segmentierung des Datenverkehrs mit einer Bridge oder einem Switch.  Ein Switch kann einen Hub ersetzen und gleichzeitig die Netzleistung verbessern, Zum Beispiel kann ein Switch mit acht Anschlüssen jeweils acht EthernetNetze unterstützen, und auf jedem dieser Netze steht die volle Ethernet-Geschwindigkeit von 1 0 Mbit/s zur Verfügung.  Eine andere Möglichkeit ist die, einen oder mehrere dieser Switch-Anschlüsse einem Gerät mit hohem Datenaufkommen zur Verfügung zu stellen, z. B. einem Fileserver.

Multimedia- und Videoanwendungen benötigen bis zu 1,5 Mbit/s kontinuierlicher Bandbreitenleistung.  Wie oben gezeigt, würde es einem einzelnen derartigen Anwender schwerfallen, sich diese Bandbreite als exklusiven Anteil in einem Netz zu sichern, das einen durchschnittlichen Durchsatz von 10 Mbit/s bietet.  Wenn man sich dann noch vorstellt, dass Videos ruckartig oder mit Unterbrechungen dargestellt werden, wenn diese Bandbreite nicht dauernd zur Verfügung steht, dann wird deutlich, dass unter solchen Bedingungen der Netzmanager gezwungen ist, mehr Bandbreite für derartige Anwendungen bereitzustellen.

Die Einbindung von Ethernet-Switches hat gegenüber einem gemeinsam benutzten Netz eine Reihe von Vorteilen.  Der wichtigste Vorzug ist die Fähigkeit, Netze in kleinere und schnellere Segmente zu unterteilen.  Ethernet-Switches überprüfen jedes Paket und ermitteln, wo der Zielort dieses Paketes liegt; demzufolge wird ein Paket nur an diejenigen Anschlüsse weitergeleitet, für die das Paket auch tatsächlich bestimmt ist.  Moderne Switches sind in der Lage, alle diese Aufgaben in Echtzeit, d. h. ohne Verzögerung, auszufahren.

Ethernet-Switches entscheiden nicht nur, ob ein Paket weiterbefördert oder gefiltert wird, sondern sie regenerieren auch das Ethernet-Paket komplett.  Diese Regenerierung des Pakets und seine Taktberichtigung ermöglichen es, dass jeder Anschluss einem Switch als vollständiges Ethernet-Segment behandelt wird, das die maximal zulässige Länge aufweisen darf (unter Berücksichtigung der Repeater-Regeln).

Außerdem werden fehlerhafte Pakete von Ethernet-Switches erkannt und sofort von der weiteren Übertragung ausgeschlossen.  Durch diese "Bereinigung" bleiben Probleme auf ein einzelnes Segment beschränkt, und es wird so verhindert, dass es zu Störungen des gesamten Netzes kommt.  Dieser Aspekt der Switching-Technologie kann nicht überbetont werden, insbesondere in einer Netzumgebung in der mit Geräteausfällen zu rechnen ist. Der Betrieb im Full Duplex -Modus ist eine weitere Methode, die Bandbreite von Workstations und Servern zu erhöhen, die für besondere Aufgaben reserviert sind.  Es müssen spezielle Netzwerk-Schnittstellenkarten im Server oder in der Workstation installiert sein und der Switch muss den Betrieb im Full Duplex-Modus unterstützen, damit diese Technologie im Netz genutzt werden kann.  Full Duplex verdoppelt die auf der jeweiligen Verbindung zur Verfügung stehende Bandbreite, d. h. es werden 20 Mbit/s für Ethernet und 200 Mbit/s für Fast Ethernet bereitgestellt Der nächste logische Schritt zur Steigerung des Datendurchsatzes ist die Einführung von Fast Ethernet, Übergeordnete Geräte können an Switches oder untereinander über 100 Mbit/s Fast Ethernet verbunden werden, womit ein ganz neues Bandbreitenpotential im Netz bereitsteht.  Viele Switches werden auf eine derartige Konfiguration hin konstruiert, d. h. sie sind mit Fast Ethernet-Uplinks für den Anschluss an einen Fileserver oder an andere Switches ausgerüstet.  Ausserdem kann Fast Ethernet bis zu Einzeiarbeitsplätzen geführt werden, indem man alle Computer mit Fast Ethernet-Schnittstellenkarten ausrüstet und Fast Ethernet-Switches und -Repeater benutzt.