Datenkommunikation - FET

Zielausgang weiter. Dieses Vorgehen eignet sich besonders für Single-Chip-Lösungen, sie kommen bei einem 8-Port Switch
typischerweise mit zwei MByte Gesamtpuffer aus.
Einfache Switches basieren in der Regel auf einer Busarchitektur mit hoher Bandbreite, da diese vom Schaltungsaufwand geringer
ist. Dabei fließen die Rahmen von den Eingängen über den ersten Bus an einen zentralen Puffer und von dort über einen
zweiten Bus zu den Ausgängen. Für High-End-Switches kommen häufig Crossbars mit zentraler oder verteilter Pufferung
zum Einsatz, die in der Regel mittels speziell konstruierter Chips (Application Specific Integrated Circuits, ASICs) aufgebaut
werden.
complete partitioning complete sharing Partial sharing
völlig getrennte Pufferbereiche (CP, complete partitioning)
völlig gemeinsamer Pufferbereich (CS, complete sharing)
gemeinsamer Pufferbereich mit richtungsabhängiger Begrenzung
(SMXQ, sharing with maximum queue length)
gemeinsamer Pufferbereich mit richtungsabhängiger Reservierung
(SMA, sharing with minimum allocation)
gemeinsamer Pufferbereich mit richtungsabhängiger Begrenzung und Reservierung
(SMQMA, sharing with maximum queue length and minimum allocation)
Bild: Pufferverwaltung
Ungünstig ist die Zentralpufferung jedoch, wenn ein
Ausgang Y - beispielsweise einer, an dem ein Server
hängt - häufiger Rahmen erhält als die anderen. Dabei
kann der Zentralpuffer mit Rahmen voll laufen,
weil Ausgang Y sie nicht schnell genug abnehmen
kann. Das kann soweit führen, dass der Zentralpuffer
keinen Platz mehr für Rahmen an andere Ausgänge
hat.
Um dies zu vermeiden, begrenzt man üblicherweise
die Puffermenge, die ein Ausgang belegen darf.
Als Kenngröße ist ferner interessant, wie viele Rahmen ein Switch maximal pro Sekunde weiterleiten kann. Dabei ist das
Blocking beziehungsweise, Non-Blocking ein wesentliches Merkmal. Blocking bedeutet, dass der Switch Rahmen mangels
ausreichender Bandbreite oder Pufferkapazität verwerfen muss.
Wie viele Verbindungen ein Switch simultan schalten muss, hängt von seiner Port-Anzahl ab. Im schlimmsten Fall empfangen
alle Anschlüsse mit voller Geschwindigkeit. Dabei muss die interne Bandbreite für Non-Blocking so groß sein wie die
Bandbreite aller Ports zusammen. Bei einem Fast-Ethernet-Switch mit acht Anschlüssen ergeben sich beispielsweise 800
Mbit/s.
Die Anzahl der Rahmen pro Sekunde hängt dagegen von der Bandbreite des Ports und der minimalen Rahmengröße ab, letztere
ist bei Ethernet mit 64 Bytes festgelegt, dazu kommt ein gewisser Overhead für Präambel und Inter-Frame-Gap. So liefert
ein Port bei 100 Mbit/s maximal 148.800 Rahmen pro Sekunde, bei 10 Mbit/s entsprechend 14.880 und bei 1 Gbit/s
1.488.000 Rahmen/s. Setzt man das für den obigen Switch-Beispiel ein, dann muss dieser über acht simultane Verbindungen
knapp 1,2 Millionen Rahmen pro Sekunde. Schafft er das, dann ist er Non-blocking und besitzt die sogenannte Wire-Speed-
Fähigkeit.
Vermittlung
Neben der Angabe der Anzahl Rahmen pro Sekunden beeinflusst die Latenz den LAN-Durchsatz. Darunter versteht man die
Zeit, die verstreicht, während der Switch ein Datenrahmen verarbeitet. Wie groß die Latenz ist, hängt nun vom verwendeten
Switching-Verfahren ab. Dabei unterscheidet man drei Formen: Cut-Through, Store-and-Forward sowie Adaptive-Cut-
Through.
• Cut-Through: Hier beginnt der Switch mit der Ausgabe des Datenstroms auf den Zielport, sobald er diesen über die
Zieladresse identifiziert hat, also schon nachdem die ersten Bytes eines Rahmens hereingekommen sind. Das macht Cut-
Through zum schnellsten Verfahren. Ein Nachteil liegt jedoch darin, dass fehlerhafte oder beschädigte Rahmen ungehindert
durchlaufen und auch auf der Ausgabeseite eine an sich unnötige Belastung des LAN darstellen.
• Store-and-Forward:: Hiermit wird diese Belastung vermeidet, denn der Switch liest erst den vollständige Rahmen ein,
puffert es und testet die Richtigkeit anhand der Prüfsumme (CRC). Ist der Rahmen fehlerfrei, gibt der Switch es auf den
Zielport aus, wenn nicht, verwirft er es. Wegen der Zwischenpufferung ist Store-and-Forward grundsätzlich langsamer als
Cut-Through, dafür minimiert es die Netzbelastung mit fehlerhaften Rahmen. Außerdem kann ein Store-and-Forward-
Switch Rahmen zwischen unterschiedlich schnellen Netzsegmenten - beispielsweise von 10 auf 100 Mbit/s -vermitteln.
• Adaptive-Cut-Through-Verfahren: Es vereint die Vorteile beider Methoden. Nach der Startphase setzt der Switch zunächst
das schnellere Cut-Through ein, prüft jedoch auch dabei anhand der CRC die Fehlerfreiheit. Bei Überschreiten einer
festgelegten Fehlerschwelle schaltet er auf Store-and-Forward um. Geht die Fehlerrate später wieder zurück, dann
kommt erneut Cut-Through zum Zug. So erreicht man ein Optimum zwischen Performance und Fehlerfreiheit. Adaptive-
Cut-Through kommt derzeit nur bei High-End-Switches zur Anwendung, die eine einzige Datenrate unterstützen.
Institut für Kommunikationsnetze - TU Wien - o. Univ. Prof. Dr. Harmen R. van As - Vorlesung Datenkommunikation Teil 3-1a 5