D-link Gigabit-Ethernet-Switches BROCHURE

SONDERDRUCK

I

n vielen Ethernet-basierten Unternehmens-

netzen sorgen Lastspitzen immer wieder da­für, dass es im Netz eng wird, und dann kommt
es je nach Aus- und Überlastung zu teils erheb­lichen Datenverlusten. Aber auch andere über­tragungstechnische Parameter, wie Latency oder

Jitter, können – wenn sie gewisse Toleranzwerte
überschreiten, weil beispielsweise das Netzwerk
und seine Komponenten überfordert sind – zu
Störungen einzelner Services oder auch der ge­samten Kommunikation führen. Im Zeital­ter konvergenter Netze, die Echtzeit-

applikationen wie Voice- und Video-over-IP
aber auch Produktionsteuerungsdaten in das
klassische Datennetz integrieren, führen Daten­verluste und andere Störungen in der Praxis zu

empfindlichen Kommunikationsstö-

rungen und Produktionsausfällen.

So haben in realen Projekten

schon mangelhaft priorisieren-

de Switches ganze Call-Center
außer Betrieb gesetzt.

Auswirkungen von

Datenverlusten

Bei klassischen Dateitransfers arbeitet
das System mit möglichst großen Datenrah­men. Bei Echtzeit-Applikationen teilt sich
das Feld. Video-Übertragungen nutzen ähn­lich den Dateitransfers relativ große Daten­rahmen. Voice-over-IP bewegt sich dagegen
im Mittelfeld.

Kritische und wichtige Daten
müssen auch in hochperfor­manten konvergenten Netzen
bevorzugt behandelt werden,
dafür sorgen Gigabit-Ethernet­LAN-Switches mit Datenpriori­sierung. Wie schnell und intelli­gent solche Systeme sind,
mussten sechs Exemplare in
unseren Real-World Labs be­weisen.

Reportcard / interaktiv unter www.networkcomputing.de

Policy-based Switching

A>=4,3; B>=3,5; C>=2.5; D>=1,5; E<1,5;
Die Bewertungen A bis Cbeinhalten in ihren Bereichen +
oder -;

Gesamtergebnisse und gewichtete Ergebnisse basieren auf
einer Skala von 0 bis 5.

D-Link HP ProCurve Extreme Networks Allied Telesyn Dell SMC

Feature Gewichtung DXS-3350SR Switch 5308x Summit 400-48T AT-9924T PowerConnect 6024 TigerSwitch 8648T

Strict-Priority-Switching Layer-2 Burst-Size 1 12,5 % 555555

Strict-Priority-Switching Layer-2 Burst-Size 100 12,5 % 332212

Bandbreitenmanagement Layer-2 Burst-Size 1 12,5 % 554442

Bandbreitenmanagement Layer-2 Burst-Size 100 12,5 % 554442

Strict-Priority-Switching Layer-3 Burst-Size 1 12,5 % 5 3 5555

Strict-Priority-Switching Layer-3 Burst-Size 100 12,5 % 331212

Bandbreitenmanagement Layer-3 Burst-Size 1 12,5 % 5 4 5 442

Bandbreitenmanagement Layer-3 Burst-Size 100 12,5 % 5 4 5 442

Gesamtergebnis 100 % 4,50 4,00 3,88 3,75 3,50 2,75

A- B+ B B- B- C

ZurReport-Card-Wertung: Um die Flut der Messergebnisse in eine Report-Card verdichten zu können, mussten wir einen Algorithmus definieren, der eine in Bezug auf eine generelle, anwendungsunabhängige Echtzeitfähigkeit aussagefähige,
relevante und trennscharfe Ergebnisbewertung ermöglicht. Bewertethaben wir die Differenz zwischen den zu erreichenden Sollwerten und den gemessenen Testergebnissen. Hierzu haben wir in den jeweiligen Disziplinen den jeweiligen Mittelwert
der Abweichungen errechnet und nach folgendem Schlüssel bewertet: Abweichung vom Sollwert </= 5% = 5, >5% = 4, >10% = 3, >20% = 2 und >30% = 1.

Gigabit-Ethernet-Switches

Schnell und
intelligent im Netz

Messungen mit Ethernet-LAN-Phones der ersten
Generation in unseren Real-World Labs haben
beispielsweise ergeben, dass diese Voice-over-IP­Lösung die Sprache mit konstant großen Rahmen
von 534 Byte überträgt. Aktuelle Lösungen über­lassen es dem IT-Verantwortlichen selbst festzu­legen, mit welchen Frame-Größen die Systeme
arbeiten sollen. Dabei sollte der IT-Verantwort­liche berücksichtigen, dass der Paketierungs­Delay mit kleiner werdenden Datenrahmen
kleiner wird. Dagegen wächst der Overhead, der
zu Lasten der Nutzdatenperformance geht, je
kleiner die verwendeten Pakete sind. Generell
kann man bei der IP-Sprachübertragung davon
ausgehen, dass mittelgroße Frames verwendet
werden. Und auch die meisten Web-Anwendun­gen nutzen mittelgroße Datenrahmen. Kurze Fra­mes von 64 Byte sind dagegen beispielsweise bei
den TCP-Bestätigungspaketen oder interaktiven
Anwendungen wie Terminalsitzungen zu messen.

Für eine realitätsnahe und aussagefähige
Auswertung der Messergebnisse ist es darüber
hinaus entscheidend zu wissen, welche Frame­größen in welchen Verteilungen in realen Netz­werken vorkommen. Die Analyse der Verteilung
der Framegrößen, die für das MCI-Backbone
dokumentiert sind, sowie die Ergebnisse der
Analyse typischer Business-DSL-Links haben er­geben, dass rund 50 Prozent aller Datenrahmen
in realen Netzwerken 64 Byte groß sind. Die üb­rigen rund 50 Prozent der zu transportierenden
Datenrahmen streuen über alle Rahmengrößen
von 128 bis 1518 Byte.

Für die Übertragung von Real-Time-Appli­kationen ist zunächst das Datenverlustverhalten
von entscheidender Bedeutung. Für Voice-over­IP gilt beispielsweise: Ab 5 Prozent Verlust ist je

nach Codec mit deutlicher Verschlechterung der
Übertragungsqualität zu rechnen, 10 Prozent
führen zu einer massiven Beeinträchtigung, ab
20 Prozent Datenverlust ist beispielsweise die
Te lefonie definitiv nicht mehr möglich. So ver­ringert sich der R-Wert für die Sprachqualität
gemäß E-Modell nach ITU G.107 schon bei 10
Prozent Datenverlust um je nach Codec 25 bis
weit über 40 Punkte, also Werte, die massive
Probleme im Telefoniebereich sehr wahrschein­lich machen. Auf Grund ihrer Bedeutung für die
Übertragungsqualität haben wir daher das Da­tenrahmenverlustverhalten als primäres K.O.­Kriterium für unseren Test definiert. Die Para­meter Latency und Jitter sind dann für die ge­nauere Diagnose und weitere Analyse im Einzel­fall wichtig. Sind jedoch die Datenverlustraten
von Hause aus schon zu hoch, können gute
We rte für Latency und Jitter die Sprachqualität
auch nicht mehr retten. Dafür, dass es zu sol-

chen massiven Datenverlusten im Ethernet-LAN
erst gar nicht kommt, sollen entsprechend gut
funktionierende Priorisierungsmechanismen
sorgen. Bei entsprechender Überlast im Netz
sind Datenverluste ganz normal, jedoch sollen
sie durch die Priorisierungsmechanismen in der
Regel auf nicht echtzeitfähige Applikationen
verlagert werden. Arbeitet diese Priorisierung
nicht ausreichend, kommt es auch im Bereich
der höher priorisierten Daten zu unerwünsch­ten Verlusten.

Qualitätssicherungsmechanismen

Um solchen Problemen vorzubeugen rüsten die
Ethernet-Hersteller ihre Switches mit einer zu­sätzlichen Funktionalität aus, die es ermöglichen
soll, bestimmten Applikationen die Vorfahrt im
Netzwerk einzuräumen, wenn es einmal eng
wird.Diese Priorisierungs-Mechanismen wer-

den allgemein als Class-of-Service oder – verfäl­schend in Anlehnung an ATM – als Quality-of­Service bezeichnet. Standardisiert ist eine acht­stufige Priorisierung auf Layer-2 nach IEEE

802.1p/Q und auf Layer-3 nach RFC
1349/2474/2475. Die jeweils zugeordnete Priori­sierung lesen die Systeme aus den Headern der
Datenpakete aus.

Wie Switches die Datenpakete dann gemäß
ihrer Priorität behandeln, hängt von den jeweils
implementierten Queuing-Mechanismen ab. So
besteht beispielsweise die Möglichkeit, be­stimmten Daten absolute Vorfahrt einzuräumen
oder auch für niedrigere Prioritäten Mindest­durchsatzraten zu garantieren. Eine gute
Queuing- oder Scheduling-Strategie sollte fol­gende Voraussetzungen erfüllen:



Sie muss die faire Verteilung der Bandbreite
auf die verschiedenen Serviceklassen unterstüt­zen. Dabei sollte auch die Bandbreite für beson­dere Dienste berücksichtigt werden, so dass es zu
bestimmten Gewichtungen bei der Fairness
kommen kann.



Sie bietet Schutz zwischen den verschiedenen
Serviceklassen am Ausgangsport, so dass eine
Serviceklasse mit geringer Priorität nicht die
anderen Serviceklassen anderer Queues

beeinflussen kann.



We nn ein Dienst nicht die gesamte Bandbreite
verwendet, die für ihn reserviert ist, dann sollte
diese Überkapazität auch anderen Diensten zur
Ve rfügung stehen, bis der eigentliche Dienst die­se Kapazitäten wieder benötigt. Alternativ soll die
Bandbreite für diesen Dienst absolut begrenzt
werden.



Ein schneller Algorithmus, der hardwaremäßig
implementiert werden kann, muss für diese Stra­tegie existieren. Nur dann kann diese Strategie
auch auf Switches eingesetzt werden, die mit ho­her Geschwindigkeit arbeiten. Algorithmen, die
nur softwareseitig implementiert werden können,
sind in der Regel ungeeignet, da man die Priori­sierung bei hoher Last braucht und gerade dann
reicht die Performance der Softwarelösung in der
Regel nicht aus.

Eine intelligente Ausnutzung der in einem
konvergenten Netzwerk vorhandenen Bandbrei­ten und die Garantie für angemessene Service­Qualitäten der einzelnen Anwendungen setzt ei­ne durchgängige Switching-Policy voraus, die
nicht nur blind bestimmten Daten die Vorfahrt
anderen gegenüber einräumt, sondern ein sinn­volles Bandbreitenmanagement für das gesamte
Netzwerk realisiert.

So ist es möglich, bei auftretenden Überla­sten die Störungen im Betrieb gering und lokal
begrenzt zu halten. Aus diesem Grund haben

wir für unseren Real-World-Labs-Vergleichstest
Switches gefordert, die CoS-Queuing-Mechanis­men sowie Bandbreitenmanagement unterstüt­zen und damit erlauben, nicht nur bestimmten
Applikationen Vorfahrt anderen gegenüber ein­zuräumen, sondern auch durch die Einräumung
von Mindestbandbreiten die Service-Qualität
niedriger Prioritäten und somit das Funktionie­ren der entsprechenden Applikationen zu garan­tieren und dafür zu sorgen, dass Dienste nicht
mehr senden als vorgesehen.

Die Hersteller von Switches verwenden oft
eigene Namen für die CoS-Queuing-Strategien
oder ändern die eigentliche Strategie nach ihren
Vo rstellungen ab. Oft werden auch verschiedene
Strategien miteinander kombiniert, um die Er­gebnisse zu verbessern. Die ursprünglichen
Queuing-Strategien sind:



First-In First-Out (FIFO),



Strict- und Rate-Controlled-Priority-Queuing (PQ),



Fair-Queuing (FQ),



We ighted-Fair-Queuing (WFQ),



We ighted-Round-Robin-Queuing (WRR),
auch

als Class-Based-Queuing (CBQ) bezeich-

net und



Deficit-Weighted-Round-Robin-Queuing

(DWRR).

Info

Gigabit-Ethernet-Switches



Allied Telesyn AT-9924T



Dell PowerConnect 6024



D-Link DXS-3350SR



Extreme Networks Summit 400-48T



HP ProCurve Switch 5308x



SMC TigerSwitch 8648T

Das Testfeld

Wie diese Verfahren im einzelnen arbeiten,
haben wir in einem separaten Grundlagenarti­kel in diesem Heft ab Seite 52 dargestellt.

Das Real-World-Labs-Testszenario

Wir wollten wissen, wie gut Queuing-Mechanis­men heute in aktuellen LAN-Switches arbeiten
und ob es mit ihnen möglich ist, die gewünsch­te Policy zu realisieren. Aus diesem Grund ha­ben wir sechs Class-of-Service-fähige LAN­Switches einer umfangreichen Testprozedur un­terzogen. Um unseren Test wie gewohnt im Vor­feld sauber zu strukturieren, haben wir zur De­finition unserer Test-Spezifikation, die wir an al­le einschlägigen Hersteller gesandt haben, wie­der auf unser Modellunternehmen HighFair zu­rückgegriffen.

Das Modellunternehmen HighFair möchte
neben den klassischen Datenapplikationen und
Vo ice-over-IP weitere Real-Time-Applikationen
in ihr Unternehmensnetz integrieren. Ein geeig­neter Vergleichstest sollte evaluieren, welche
Switches für diese Aufgaben auch unter entspre­chender Last geeignet sind. Dabei sollten ver­schiedene CoS-Queuing-Mechanismen, wie
Strict-Priority-Queuing, Weighted-Fair­Queuing oder Weighted-Round-Robin, auf ihre
Eignung für das geplante Szenario untersucht
werden.

Folgende Dienste sollen im LAN integriert
werden:



Videokonferenzen (Video-over-IP, bidirektio-

nal, unicast),



Videodistribution (Multicast-Betrieb),



Vo ice-over-IP (Call-Center),



SAP-Anwendungsdaten sowie



übrige Datenanwendungen und Updates.

Um die möglichst absolute Störungsfreiheit
der Kommunikations- und Arbeitsprozesse im
Unternehmen zu garantieren, ist eine vierstufige
Daten-Priorisierung sowie eine intelligente
Queuing-Policy erforderlich. Gefordert ist für
die LAN-Switches neben der Datenpriorisierung
ein intelligentes Bandbreitenmanagement, das

es ermöglicht, von vorneherein eine Überla­stung des Backbones zu vermeiden. Daraus er­gaben sich folgende Anforderungen an die Test­stellungen:



Layer-3-Gigabit-Ethernet-Switch,



mindestens 20 Gigabit-Ethernet-Kupfer-Ports

(RJ45-Stecker),



Datenpriorisierung nach IEEE 802.1p/Q auf

Layer-2,



Diffserv-Datenpriorisierung nach RFC 2474

oder



Ty pe-of-Service-Datenpriorisierung nach

RFC 791 und/oder 1349 auf Layer-3,



mindestens zwei CoS-Queuing-Mechanis­men, wie Strict-Prioriry-Queuing, Weighted­Fair-Queuing oder Weighted-Round-Robin, die
softwareseitig konfiguriert werden können, so­wie



Multicast-Funktionalität (IGMP-Snooping).

Als Testverfahren haben wir Messungen
nach RFC 2544 (Many-to-One) festgelegt, die
die Parameter Performance, Packet-Loss, Laten­cy und Jitter ermitteln. Analysiert wird dann das
unterschiedliche Verhalten der Systeme in den
verschiedenen CoS-Queuing-Modi.

Unsere Testspezifikation haben wir an die
einschlägigen Hersteller geschickt und diese ein­geladen, an unserem Vergleichstest in unseren
Real-World Labs an der FH Stralsund teilzuneh­men. Auf den Herbstmessen Systems und Expo­net haben wir dann den einschlägigen Herstel­lern unser Testprojekt erläutert. Neben Allied
Te lesyn, Dell, D-Link, Extreme Networks,
Hewlett-Packard und SMC waren auch Cisco,
Huawei und Nortel an einer Teilnahme interes­siert. Als dann nach fast dreimonatiger Vorlauf­phase unsere Testtermine anstanden, sah sich
Nortel nicht in der Lage, eine Teststellung zur
Ve rfügung zu stellen. Und auch Cisco hat wegen
»mangelnder Ressourcen« ihre Teilnahme abge­sagt. Der chinesische Hersteller Huawei,der sich
gerade anschickt den europäischen Markt zu er­obern, sah sich auch nicht in der Lage, unseren
Test zu unterstützen. Begründung: Auf Grund
des Chinesischen Neujahrfestes ist eine ausrei­chende Unterstützung der Tests momentan lei­der nicht gewährleistet, da zeitgleich so viele
Kundenanfragen und Tests durchgeführt wer­den müssen. Das Feld der Gigabit-Ethernet­Switches bildeten schließlich Allied Telesyns
»AT-9924T«, Dells »PowerConnect 6024«, D­Links »DXS-3350SR«, Extreme Networks »Sum­mit 400-48T«, HPs »ProCurve Switch 5308x«
und SMCs »TigerSwitch 8648T«. Im vorliegen­den Artikel stellen wir die Messergebnisse mit
Strict-Priority-Queuing und mit Bandbreiten­management dar. In einer der nächsten Ausga-

ben von Network Computing berichten wir
dann, wie sich die Systeme in Bezug auf Multi­cast-Funktionalität und Stray-Frames verhalten
haben.

Die Gigabit-Ethernet-Switches im Test

Messtechnisch sind die einzelnen CoS-Queuing­Ve rfahren zum Teil schlecht auseinander zu hal­ten, da sie unter entsprechenden Lasten zu ei­nem ähnlichen Verhalten der Systeme führen.
Dieser Fakt ist aber auch nicht weiter problema­tisch, da für einen möglichst störungsfreien
Netzwerkbetrieb das konkrete Switching-Ver­halten der Systeme und nicht die dahinter ste­henden Mechanismen und Theorien entschei­dend sind. Konkret haben wir zwei Policies iso­liert und messtechnisch untersucht. Zunächst
sollten die Switches eine Strict-Priority-Policy
umsetzen. Hier kam es vor allem darauf an, dass
die Daten der höchsten Priorität unter allen
Umständen weitergeleitet werden sollten. Als
zweites Testszenario haben wir dann mit Band­breitenmanagement gearbeitet. Hier sollten die
Systeme den Datenströmen aller vier Prioritäten
Maximalbandbreiten garantieren, um einem
Zusammenbruch der Anwendungen niedrigerer
Prioritäten bei Überlast vorzubeugen.

Aus den Ergebnissen von Performance­Messungen wie den von uns durchgeführten ist
gut zu erkennen, ob, und wenn ja, in welchem
Bereich, das jeweilige System Schwierigkeiten
hat. Arbeitet der so belastete Switch korrekt,
muss er in allen Fällen gemäß den »Class­of-Service-Regeln« die niedrig priorisierten
Daten zugunsten der höher priorisierten
verwerfen. Ein Datenverlust in der höchsten
Priorität dürfte bei allen unseren Strict-Priority­Tests theoretisch nicht vorkommen, nur so
würde der jeweilige Switch die fehlerfreie Über­tragung der am höchsten priorisierten Echtzeit­applikation, beispielsweise einer Video-Kon­ferenz, garantieren.

Für die Switches sind pro Zeiteinheit um so
mehr Header-Informationen auszuwerten, um
so kleiner die einzelnen Datenrahmen sind. Ein
Switch wird also zuerst Probleme mit 64-Byte­Datenströmen bekommen, wenn er bei der in­ternen Verarbeitungsgeschwindigkeit an seine
Grenzen stößt. Bei großen Datenrahmen können
je nach Design dagegen schneller Probleme mit
dem Speichermanagement beziehungsweise mit
der Größe des überhaupt verfügbaren Puffer­speichers entstehen.

Strict-Priority-Switching

In unserem Gigabit-Ethernet-Switch-Test haben

wir ausschließlich die Gigabit-Ethernet-Ports der
Systeme im Test eingesetzt.

Test-Setup

Gigabit-Ethernet vs. Gigabit-Ethernet

Smartbits

Lastgenerator/Analysator

Switch im Test

16 x Gigabit-Ethernet

4 x Gigabit-Ethernet