Definition Was ist 802.3az / Energy Efficient Ethernet (EEE)?

802.3az ist ein IEEE-Standard aus dem Jahr 2010. Er definiert Erweiterungen des Ethernet-Standards, die die Energieeffizienz von Ethernet-Netzwerkkomponenten bei geringer Auslastung verbessern. Der Standard wird auch als Energy Efficient Ethernet (EEE) bezeichnet und von zahlreichen Hardwareherstellern unterstützt. Die Energieeinsparungen werden erreicht, indem gerade inaktive Ethernet-Verbindungen in eine Art Schlafzustand (Low Power Idle; LPI) versetzt werden.

802.3az ist die Bezeichnung eines Standards des Institutes of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) zur Verbesserung der Energieeffizienz von Ethernet-Netzwerkverbindungen. Alternative Begriffe für den Standard sind Energy Efficient Ethernet (EEE) oder Green Ethernet.

Er definiert Erweiterungen des Ethernet-Standards, die den Stromverbrauch von Ethernet-Komponenten wie Netzwerkadapter und -ports senken, indem Verbindungen bei geringer Aktivität oder Inaktivität über ein LPI-Signal (Low Power Idle) in eine Art Schlafzustand versetzt werden. 802.3az wird von zahlreichen Herstellern von Netzwerkhardware wie Router, Switches oder Netzwerkkarten unterstützt. Je nach Hersteller ist die Funktion standardmäßig bereits aktiviert oder lässt sich manuell vom Netzwerkadministrator aktivieren.

Der Standard wurde von einer im Jahr 2006 ins Leben gerufenen IEEE-Task-Force erarbeitet und 2010 final verabschiedet. Er ist mit den bestehenden Ethernet-Standards voll kompatibel, erfordert zur Senkung des Energieverbrauchs aber eine 802.3az-Kompatibilität der beteiligten Ethernet-Netzwerkkomponenten.

Motivation für die Entwicklung von Energy Efficient Ethernet

Die Energieeffizienz beim Betrieb von IT-Equipment gewinnt zunehmend an Bedeutung. Insbesondere für Rechenzentrumsbetreiber ist der Energieverbrauch einer der größten Kostenfaktoren. Ein nicht zu vernachlässigender Teil der Energie wird von den Ethernet-Komponenten zur Vernetzung der IT-Systeme benötigt. Immer höhere Grundbandbreiten sorgen für einen steigenden Energiebedarf.

Untersuchungen haben allerdings gezeigt, dass die volle Ethernet-Bandbreite nur zu einem Bruchteil der Zeit benötigt wird. Viele Netzwerkschnittstellen sind zu einem nicht unerheblichen Prozentsatz der Zeit inaktiv, verbrauchen aber dennoch die volle elektrische Leistung. Durch den Einsatz effizienterer Ethernet-Komponenten lässt sich der Stromverbrauch deutlich senken.

802.3az wurde entwickelt, um den Energieverbrauch von Ethernet-Komponenten mit geringer Netzwerkaktivität zu senken, ohne dass die Kompatibilität mit bestehenden Ethernet-Geräten darunter leidet. Energy Efficient Ethernet lässt sich als eine von vielen Maßnahmen im Rahmen von Green-IT einordnen. Unter dem Begriff Green-IT werden Bestrebungen zusammengefasst, die für einen ressourcen- und umweltschonenden Einsatz von Informations- und Kommunikationstechnik sorgen sollen.

Funktionsweise von 802.3az

802.3az ist kompatibel mit den MAC-Layern von 100 Mbit/s- und Gbit/s-Ethernet. Für die Einstellung der Parameter der Ethernet-Gegenstellen wird das Link Layer Discovery Protokoll (LLDP) genutzt. Ohne 802.3az-Funktionalität bleiben die Netzwerkschnittstellen und -schaltkreise von Ethernet-Geräten auch dann aktiv, wenn aktuell keine Daten fließen. Die Transmitter senden in diesem Fall zur Synchronisation von Sender und Empfänger ein kontinuierliches IDLE-Signal. Das Senden und Empfangen hält die Transceiver aktiv, als würde tatsächlich eine Datenübertragung stattfinden, und verursacht einen entsprechenden Energieverbrauch.

Mit dem EEE-Standard wird ein so genannter LPI-Modus (Low Power Idle Modus) eingeführt. Er sorgt für Energieeinsparung, wenn keine oder wenig Datenpakete gesendet werden. Über ein LPI-Signal wird mitgeteilt, dass gerade keine Daten zur Übertragung anstehen und die Transmitter abgeschaltet werden können. Sie werden durch das LPI-Signal in eine Art Schlafmodus versetzt und benötigen in dieser Zeit nur noch einen Bruchteil der ursprünglichen Energie. Durch die periodische Wiederholung des LPI-Signals bleibt der Schlafmodus bestehen. Erst wenn wieder Daten übertragen werden sollen, wird über das Senden eines IDLE-Signals der aktive Übertragungszustand wiederhergestellt. Damit die Aktivierung und Deaktivierung des Schlafzustands funktioniert, müssen beide Endstellen der Ethernet-Verbindung Energy Efficient Ethernet unterstützen.

802.3az erzielt signifikante Energieeinsparungen ab Auslastungen von Ethernet-Verbindungen von unter circa 20 Prozent. Da viele Ethernet-Verbindungen mit geringen Auslastungen betrieben werden, lässt sich mit EEE und der automatischen Anpassung des Stromverbrauchs an die Netzwerkauslastung eine deutliche Energieeinsparung erzielen. Der Energieverbrauch der Ethernet-Schaltkreise mit sehr geringer Aktivität kann zum Teil auf bis zu nur noch zehn bis 20 Prozent des ursprünglichen Verbrauchs gesenkt werden.

Neben diesem beschriebenen und in 802.3az definierten LPI-Mechanismus zur Senkung des Energieverbrauchs von Ethernet-Komponenten gibt es einige weitere, häufig proprietäre Funktionen und Mechanismen zur Steigerung der Ethernet-Energieeffizienz, die manchmal ebenfalls unter dem Begriff Green Ethernet geführt werden. So kann zum Beispiel die Länge des Ethernet-Kabels Berücksichtigung finden. Transmitter versorgen die Schnittstellen in der Regel mit genügend Energie, um Daten über Kabellängen von bis zu 100 Meter zu transportieren. Da viele Ethernet-Kabelstrecken aber meist deutlich kürzer sind, lässt sich durch eine entsprechende Anpassung der Sendeleistung ebenfalls eine Energieeinsparung erzielen.

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