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Die Physik des Backbone-Netzwerks, Teil 1

Mittels Parallelisierung soll im Wide Area Network der Datendurchsatz steigen

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Der amerikanische Kompromiss

Die meisten Spezifikationen für die vielen Varianten von Ethernet werden vom IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) in den USA erstellt. Verbindungsleitungen, diese können Kupfer oder Lichtwellenleiter als Medium benutzen, ist aus Kostengründen neben der Übertragungsrate immer auch die Länge der Übertragungsstrecke abzufragen. Die Übertragungsreichweite wird in drei Bereiche unterteilt.

Übertragungsstrecke; Entfernung; Bezeichnung

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  • kurz; bis ca. 10 Meter; SR = Short Range
  • mittel; bis ca. 100 Meter; LR = Long Range
  • sehr lang; über 100 bis ca. 40 000 Meter; WAN = Wide Area Network

Da sehr oft die benötigte Datenrate nicht über die vorhandenen Kabel, Steckverbinder und Leitungstreiber/-empfänger erreicht wird, werden serielle Parallel-Lösungen genutzt und logisch so betrieben als wäre dies ein einziger serieller Kanal mit entsprechend hoher Übertragungsrate.

Bei Gigabit Ethernet (GbE) und 10 Gigabit Ethernet (10 GbE) und 100 Gigabit Ethernet (100 GbE) ist es üblich auf vier Kupferleitungen (Doppeladern; twisted Pair) jeweils nur ein viertel der Daten je Drahtpaar zu übertragen.

Übertragungsverhalten optimieren

Weil 1 GbE, 10 GbE und 100 GbE vollduplex arbeiten, werden diese vier verdrillten Drahtpaare auch für die Gegenrichtung benutzt. Der Sender filtert seine eigenen, gesendeten Daten heraus und verwirft sie.

Übrig bleiben somit nur die von der Gegenseite gesendeten Daten. Bei 40 GbE sind das dann viermal soviel und bei 100 GbE zehnmal so viele. Bei optischer Übertragung sind dementsprechend vier oder 10 Glasfaser-Übertragungsstrecken parallel in Betrieb oder es werden entsprechend viele Frequenzen (Farben) in einer Glasfaser übertragen.

Es wird auch Transceiver mit viermal je 25 Gigabit (Quad SFP Optical Transceivers) bei der optischen Übertragung geben. Die Spezifikation IEEE P802.3ba für 40 Gbit/s and 100 Gbit/s ist seit Juni 2010 freigegeben.

Systembetrachtungen

Neben Ethernet/TCP/IP (ETI) gibt es auch noch andere Übertragungstechniken, wie Fibre Channel (FC) und InfiniBand (IB). FC für Speicheransteuerung und IB für Rechnerkopplung sind wesentlich effektiver, aber auf gewisse Anwendungsschwerpunkte optimiert. Sie sind nicht so weit verbreitet und daher teurer.

Sie werden dort eingesetzt, wo höhere Übertragungseffizienz und kürzere Latenzzeiten gefordert werden. In größeren Rechen-, Daten- oder Kommunikationszentren wird mit allen drei Varianten gearbeitet. So ist es nicht verwunderlich, dass ein einheitliches Übertragungsnetz angestrebt wird.

Aus heutiger Sicht würden damit aber die individuellen Nachteile der drei Techniken für alle gelten. Nur der Geschwindigkeitsnachteil könnte teilweise durch die angestrebten, noch höheren Übertragungsraten, aufgefangen werden.

Die Erfahrung bei FCoE hat gezeigt, dass ein konvergentes Protokoll dieser unterschiedlichen Architekturen sehr komplex wird. Das hat weitere Leistungseinbußen zur Folge.

Auch iSCSI oder FCoE benötigen ein vom normalen Ethernet getrenntes Netzwerk mit redundanten Kanälen, wenn sie einigermaßen ausfallsicher arbeiten sollen. Die vielen Protokollwandlungen vergrößern die Verzögerungszeiten (Latenz) sehr deutlich.

Teil 2 erscheint am Montag, den 25.10.2010 und behandelt die physikalischen Aspekte von Verbindungsleitungen und Transceivern,

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