Es muß nicht immer Kaviar sein

Von: Herbert Almus

er soll mehrere Subnetze miteinander verbinden, von denen einige mit Fast-Ethernet arbeiten, die anderen aber noch mit einfachem Ethernet. Die Konfiguration soll möglichst einfach sein und - ach ja, kosten darf er eigentlich nichts. Schließlich handelt es sich um die peripheren Bereiche des Unternehmens-LANs. Diesen Anforderungen sieht sich ein Workgroup-Switch im Low-end-Bereich ausgesetzt. Das Testgerät "Netgear FS508" ist mit acht Ports ausgestattet, so daß sich ein Preis pro Port von 184 Mark ergibt. Dieser Wert erleichtert einen Vergleich mit Geräten anderer Portzahlen. Zu den herausragenden Funktionen des Gerätes, das wie alle Netgear-Produkte keine Managementmöglichkeit bietet, gehört der Full-Duplex-Mode. Das bedeutet, daß jeder Port bidirektional unter Vollast senden und empfangen kann. Daß der FS 508 diese Funktion automatisch anwendet (Auto-Duplexmode-Sensing), verringert den Konfigurationsaufwand genauso wie die Auto-Speed-Sensing-Funktion. Sie erkennt, ob das angeschlossene Segment mit zehn MBit/s oder 100 MBit/s arbeitet. Dadurch eignet sich der Switch gut für kleinere Unternehmen, die sich noch in der Aufbauphase des Netzes befinden und auf eine unkomplizierte Installation angewiesen sind.

Leistung zwischen Theorie und Praxis

Aber die schönsten Funktionen nutzen wenig, wenn Leistung und Zuverlässigkeit nicht stimmen. Ein Gerät, das das Netzwerk lähmt, wäre auch geschenkt noch zu teuer. Weil unterschiedliche Paketgrößen sowie verschiedene Verbindungs- und Lastsituationen der Ports erheblichen Einfluß auf das Verhalten der Switching-Engine haben, sind Tests unter verschiedenen Konstellationen notwendig, um die Performance eines Switches zu bewerten. Die Basistests zu Durchsatz, Latenzzeit, Paketverlusten und Back-to-Back belasten je zwei Ports bidirektional, wobei in diesem Fall vier Datenströme parallel gesendet wurden. Schafft ein Prüfling etwa im Basis-Durchsatztest mit Datenverkehr zwischen je zwei Ports 100 Prozent, bedeutet das noch lange nicht eine hundertprozentige Gesamtperformance. Das müssen zusätzliche Prüfungen belegen. Erst die Summe der Einzeltests ergibt ein realistisches Gesamtbild.

Weil schon geringe Paketverluste zu merkbaren Performance-Einbrüchen im Netz führen können, hat diese Variable besondere Bedeutung. Größere Datenpakete aus Layer 4 oder höher werden auf den unteren Schichten als Folgen kleinerer Datenpakete übertragen. Geht auf einer unteren Schicht ein Paket verloren und kann das größere Paket nicht rekonstruiert werden, entsteht Zusatzverkehr durch Retransmissionen, bis das große Paket am Ziel ankommt. Die Spezifikationstabelle des FS 508 verspricht einen Durchsatz am physikalischen Limit und zwar auf allen Ports gleichzeitig. Dieses Versprechen konnte das Gerät nicht halten. Während es im Basistest bei größeren Paketen tatsächlich den maximal möglichen Durchsatz erreichte, schaffte es bei 64 Byte großen Paketen 97,39 Prozent und bei 128 Byte großen Paketen 97,45 Prozent. Paketverluste von 2,61 beziehungsweise 2,55 Prozent sind als Ergebnis dieser Messung ein guter Wert und kein Kritikpunkt.

Ebenfalls geringe Verluste ergab der "Fan-out-Switching-Test". In diesem Szenario senden die Ports 1 bis 4 in allen Kombinationen an die Ports 5 bis 8. Drei verschiedene Paketgrößen wurden jeweils unter voller Sendelast getestet: 64, 512 und 1518 Byte. Dabei verschwanden 5,92 Prozent der 64-Byte-Pakete, 2,85 von Hundert der 512-Byter sowie 4,13 Prozent der 1518-Byte-Pakete. Damit läßt sich gut leben, schließlich handelt es sich nicht um einen Backbone-Switch.

Wie wichtig verschiedene Belastungsszenarien sind, zeigt der "X-Stream-Durchsatztest". Er ermittelt die Paketverlustrate für Belastungszenarien, bei denen mehrere oder - wie in diesem Fall - alle Ports gleichzeitig Daten senden und empfangen. Dabei beschickt das Testgerät gleichmäßig alle beteiligten Ports mit variierender Paketgröße, Last und Burstsize. Bei bis zu 80 Prozent Last auf den Ports arbeitete der Netgear-Switch verlustfrei. Bei 90 Prozent verlor er 16,02 von Hundert der 64 Byte großen Pakete und sackte unter maximaler Auslastung bei allen Paktgrößen auf über 26 Prozent ab. Veränderungen der Burstsize ergaben keine signifikant abweichenden Meßergebnisse. Angesichts einer derart hohen Verlustquote sollte sich der Administrator schon bei der Installation eine Notiz für zukünftiges Troubleshooting machen, denn wenn alle Ports unter Vollast senden und empfangen, wird der Switch leicht zum Flaschenhals im Netz.

Das Latenzverhalten erzeugtkeinen Stau

Grundsätzlich sieht Netgear für das Weiterleiten der Daten das "Cut-through-Verfahren" vor; danach werden die ankommenden Pakete ohne zwischenspeichern weitergeleitet. Als zusätzliche Modi stehen auch noch "Fragment free cut through" und "Store and forward" zur Verfügung, die der Switch automatisch je nach Last im Netz auswählt. Die verschiedenen Verfahren haben spezifische Vor- und Nachteile: Während Cut-through aufgrund des direkten Durchschaltens die schnellere Technik ist, hat Store and Forward den großen Vorteil, daß defekte Pakete ausgefiltert werden und so nicht das Netz unnötig belasten. Wir testeten die Latenzzeit beim Cut-through-Verfahren.

Die Latenzzeit beschreibt das Zeitintervall zwischen dem Eintritt des ersten Bits des Datenpaketes am Eingangsport bis zum Verlassen desselben Bits am Ausgangsport. Unsere "Unicast-Messungen" (Port zu Port) ergaben gleiche Werte für verschiedene Paketgrößen von etwa neun Mikrosekunden bis zu einer Last von 80 Prozent. Bei maximaler Auslastung vergrößerte sich das Zeitintervall auf maximal 43,7 Mikrosekunden; ein erfahrungsgemäß gutes Ergebnis, das gegenüber Konkurrenzgeräten keinen Vergleich scheuen muß.

Gegenüber dem Basistest muß der Switch beim "Broadcast-Frame-Handling-and-Latency-Test" die auf einem bestimmten Port eingehenden Frames auf allen anderen Ports ausgeben. Der Durchsatz und die Latenzzeit hängen bei dieser Funktion stark von der Art der Implementierung ab, die von Hersteller zu Hersteller variiert. Die Sendelast beträgt bei diesem Aufbau 100 Prozent. Im Broadcast-Betrieb verlor der FS 508 nicht ein einziges Paket, zeigte aber bei zunehmender Paketgröße nahezu proportional steigende Latenzzeiten und verhielt sich in diesem Punkt deutlich anders als bei der Unicast-Messung. Die ansteigenden Werte deuten auf eine Zwischenspeicherung der Daten bei der Verteilung auf mehrere Ports hin, da die Dauer von der Paketgröße abhängt. Trotz des relativ hohen Wertes von 120 Mikrosekunden bei Paketen von 1518 Byte dürften sich in der täglichen Praxis keine nennenswerten Verzögerungen ergeben.

Der Umgang mit Adressen

Datenströme mit Mac-Zieladressen, die ein Switch gespeichert hat, leitet er gezielt an die Ports weiter, an denen er die Mac-Adressen gelernt hat. Datenpakete mit dem Switch unbekannten Mac-Adressen "flooded" er: Er sendet sie an alle Ports. Nur so kann er sichergehen, daß das Paket auch wirklich sein Ziel erreicht. Flooding belastet das Netz natürlich weit mehr als das gezielte Weitersenden von Frames, so daß die Fähigkeit, viele Mac-Adressen lernen zu können, mit zunehmender Größe der angeschlossenen Segmente wichtiger wird. Der "Address-Handling-and-Speed-Learning-Test" ermittelt sowohl, wie viele Mac-Adressen ein Port lernen und beibehalten kann, als auch wie schnell er das schafft.

In der Disziplin Adressenlernen übertraf der FS 508 mit 4085 Adressen seine eigene Produktbeschreibung, die 4000 Mac-Adressen verspricht und für den Einsatzbereich ausreichend dimensioniert ist. Daß er den gesamten Adressenspeicher nahezu unter Vollast speichern kann (bei 146735 Frames pro Sekunde), spricht für flexible Alltagstauglichkeit.

Sollten Datenströme mit geringerem "Inter Frame Gap" als 960 Nanosekunden ankommen, gleicht das Testgerät den Abstand an den Ethernet-Standard an und verhält sich somit standardkonform. Der Funktionsumfang entspricht dem vorgesehenen Einsatzgebiet des Switches. Netgear verzichtet zwar bei den Low-end-Geräten konsequent auf Managementfunktionen, hat im FS 508 aber Autosensing und Autonegotiation implementiert, was sich als sehr zeitsparend bei der Installation erweist. Der Leistungskompromiß erscheint für einen Segment-Switch, der kleinere Gruppen vernetzen soll, angemessen, aber nicht großzügig. Von einem Schnäppchen-Angebot kann bei 184 Mark pro unverwaltetem Port schließlich keine Rede sein. Wenn der Datenverkehr zwischen den angeschlossenen Subnetzen ansteigt, so daß der FS 508 häufig unter Vollast arbeitet, sollte der Administrator nach einer ruhigeren Stelle im Unternehmens-LAN suchen. Dort arbeitet der Switch zuverlässig und solide.

Herbert Almus ist Leiter des European Advanced Network Test Center (EANTC) der TU Berlin. Das Institut führt unter anderem herstellerunabhängige Tests von Netzwerkequipment durch.