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Definition Was ist Non-Blocking?

Der Begriff Non-Blocking steht für eine Eigenschaft eines Switches oder Routers. Non-Blocking bedeutet, dass das Gerät beziehungsweise seine Backplane genügend Bandbreite hat, um an allen Ports die jeweils maximal mögliche Datenübertragungsrate bereitzustellen. Unter Vollduplex-Volllast ist bei Non-Blocking-Systemen sichergestellt, dass keine Datenpakete verworfen werden. Ein nicht-blockierender Switch verfügt über eine Backplane mit Hochleistungsbussystem.

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Die wichtigsten IT-Fachbegriffe verständlich erklärt.
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(Bild: © aga7ta - stock.adobe.com)

Der Begriff Non-Blocking beschreibt im Netzwerkumfeld eine Eigenschaft eines Switches oder Routers. Ein Switch wird als nicht-blockierender Switch bezeichnet, wenn seine Switching Fabric genügend Bandbreite besitzt, um allen vorhandenen Ports aller Module zu jeder Zeit die Kommunikation mit der jeweils maximal möglichen Datenübertragungsrate zu ermöglichen. Selbst wenn alle Ports mit ihrer Maximalgeschwindigkeit im Vollduplex Daten übertragen, müssen in einem nicht-blockierenden System keine Datenpakete aufgrund mangelnder Backplane-Bandbreite verworfen werden. Die Backplane eines Switches oder Routers ist hierfür mit einem oder mehreren Hochleistungsbussystemen ausgestattet. Die notwendige Bandbreite für eine Non-Blocking-Architektur lässt sich folgendermaßen berechnen:

Portanzahl x Portbandbreite x 2 = Mindestbandbreite für blockierungsfreies Arbeiten

Hat ein Switch beispielsweise zehn Ports mit jeweils einem Gigabit pro Sekunde Portbandbreite beträgt die Mindestbandbreite für blockierungsfreies Arbeiten = 10 x 1 Gbps x 2 = 20 Gbps. Bei modularen Switches oder Routern mit vielen breitbandigen Anschlussports sind hohe Bandbreiten bereitzustellen. Bietet ein Gerät diese Bandbreite nicht, werden unter Volllast aller Ports aufgrund der auf der Backplane auftretenden Blockierungen Datenpakete verworfen.

Neben der Non-Blocking-Eigenschaft bestimmen zahlreiche weitere Funktionen und Eigenschaften die Leistungsfähigkeit eines Switches. Beispielsweise sind das die Buffering-Architektur oder das Verhalten beim Head-Of-Line-Blocking (HOL-Blocking). Head-Of-Line-Blocking bedeutet, dass Datenpakete trotz nicht-blockierender Architektur nicht zugestellt werden können. Diese Art des Blockings kann auch in einer Non-Blocking-Architektur auftreten und die Datenübertragung einschränken, obwohl auf der Backplane prinzipiell genügend Bandbreite zur Verfügung steht.

HOL-Blocking tritt auf, wenn ein Datenpaket am Ausgang einer Buffer-Queue eines Quellports nicht zustellbar ist, da beispielsweise der Zielport überlastet ist. Dieses Paket blockiert dann alle weiteren nachfolgenden Pakete des Buffers, obwohl eigentlich genügend Bandbreite zur Zustellung der Pakete vorhanden ist. Zur Vermeidung des HOL-Blockings werden spezielle Buffer-Techniken verwendet.

Bedeutung der Backplane für einen nicht-blockierenden Switch oder Router

Entscheidenden Einfluss darauf, ob ein Switch oder Router nicht-blockierend arbeitet, hat die so genannte Backplane. Alternativ wird die Backplane als Busplatine, Bussystem, Busleiterplatine oder Rückwandplatine bezeichnet. Es handelt sich um die Baugruppe, die die verschiedenen Systemkomponenten wie Einsteckkarten, Schnittstellenkarten, Module oder Ports eines Switches oder Routers intern miteinander verbindet. Bei Netzwerkgeräten wie Switches oder Routern müssen die Backplanes hohe Bandbreiten unterstützen, damit die blockierungsfreie Datenübertragung zwischen den Anschlussports sichergestellt ist. In der Regel handelt es sich dabei daher um ein Hochgeschwindigkeitsbussystem, das erheblich höhere Bandbreiten als die verbundenen Netzwerke bereitstellt. Für eine Non-Blocking-Backplane-Mindestbandbreite gilt die im vorherigen Abschnitt beschriebene Formel:

Portanzahl x Portbandbreite x 2 = Non-Blocking-Backplane-Mindestbandbreite

Die Leistungsfähigkeit der Backplane ist ein wesentliches Qualitätskriterium eines Switches oder Routers. Bei modular ausgeführten Geräten ist sie maßgeblich dafür verantwortlich, mit wie vielen Modulen und Anschlussports einer bestimmten Bandbreite das Gerät bestückt werden darf, ohne dass die Leistungsfähigkeit unter Volllast beeinträchtigt ist. Je nach Typ des Geräts befinden sich auf der Backplane ein oder mehrere Hochgeschwindigkeitsbussysteme. Damit das Bussystem keinen Single Point of Failure (SPoF) darstellt, sind in hochverfügbaren, kritischen Geräten Bussysteme teils redundant oder gedoppelt ausgeführt. Denn ist die Datenübertragung über das Bussystem der Backplane gestört und kein redundantes Bussystem vorhanden, ist die Funktionsfähigkeit des kompletten Systems nicht mehr gegeben.

Realisierungsmöglichkeiten einer Non-Blocking-Architektur

Non-Blocking-Architekturen lassen sich grundsätzlich über verschiedene Konzepte realisieren. Häufig zum Einsatz kommen:

  • busorientierte Architekturen mit ausreichend Bandbreite
  • Matrix-Architekturen - jeder Port ist mit jedem anderen mit voller Bandbreite über eine Art Matrixschaltung verbunden

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