Was ist Netzwerklatenz bei Ethernet-Switches?

Netzwerklatenz, ein kritischer Aspekt moderner Netzwerke, hat einen erheblichen Einfluss auf die Effizienz der Datenübertragung. Ethernet-Latenz ist ein Begriff, der häufig auftaucht， aber haben Sie ein tiefgehendes Verständnis davon? Dieser Artikel erläutert, was Netzwerklatenz ist, wodurch Netzwerkverzögerungen verursacht werden, wie man sie misst und wie man sie mit Ethernet-Switches reduziert. Lesen Sie weiter, um mehr zu erfahren.

Was ist Netzwerklatenz?

Die Bedeutung von Latenz im Netzwerkbereich

Der Begriff "Netzwerklatenz" bezeichnet die Verzögerung bei der Übertragung von Daten über ein Netzwerk. Die Latenz eines Ethernet-Switches bezeichnet die spezifische Zeitspanne, die ein Ethernet-Paket benötigt, um einen Netzwerk-Switch zu durchlaufen. Ein Netzwerk mit langer Verzögerung wird als Netzwerk mit hoher Latenz bezeichnet, während ein Netzwerk mit kurzer Verzögerung als Netzwerk mit niedriger Latenz bezeichnet wird.

Ethernet-Switch Latenz kann aus zwei Perspektiven betrachtet werden - Einweg-Latenz und Round-Trip-Latenz. Letztere wird typischerweise als primäre Metrik verwendet und umfasst die Gesamtzeit, die ein Ethernet-Paket benötigt, um von der Quelle zum Ziel zu gelangen. Heute ist die Round-Trip-Verzögerung eine wichtige Metrik, da das Gerät das TCP/IP-Netzwerkprotokoll verwendet, um die spezifischen Daten an ihr Ziel zu senden, und auf eine Bestätigung wartet, bevor es weitere sendet. Daher hat diese Methode einen erheblichen Einfluss auf die Leistung des Netzwerks. 

Die Bedeutung der Netzwerkverzögerung

Da immer mehr Unternehmen eine digitale Transformation durchlaufen, setzen sie cloudbasierte Anwendungen und Dienste ein, um wesentliche Geschäftsprozesse auszuführen. Betriebliche Aktivitäten stützen sich auch auf Daten, die von mit dem Internet verbundenen intelligenten Geräten gesammelt werden, die zusammen als Internet der Dinge (IoT) bezeichnet werden. Verzögerungen bei der Latenz können zu Ineffizienzen führen, insbesondere bei Echtzeitabläufen, die auf Sensordaten angewiesen sind. Darüber hinaus verringert eine hohe Latenz die Rendite von Investitionen zur Erweiterung der Netzwerkkapazität, beeinträchtigt die Benutzererfahrung und Kundenzufriedenheit, selbst wenn Unternehmen kostspielige Netzwerkinfrastrukturen implementiert haben.

Was verursacht  Latenz im Netzwerk?

Die vorherigen Abschnitte behandelten das Konzept der Netzwerklatenz. Dieser Abschnitt untersucht die Ursachen von Latenz. Viele Faktoren tragen zur Dauer der Netzwerklatenz bei. Hier sind einige mögliche Faktoren, die dazu beitragen können.

Auswirkung des Übertragungsmediums

Da Daten über Übertragungsmedien oder Verbindungen übertragen werden, ist der Einfluss von Übertragungsmedien oder Verbindungen auf die Latenz erheblich. Beispielsweise ist die Latenz in Glasfasernetzen im Vergleich zu drahtlosen Netzwerken geringer. Ebenso erhöht sich die gesamte Übertragungszeit jedes Mal um einige Millisekunden, wenn ein Netzwerk von einem Medientyp zu einem anderen wechselt.

Header-Analyse 

Latenz kann in Ethernet-Switches entstehen, da sie gelegentlich zusätzliche Zeit benötigen, um Details des Paket-Headers zu analysieren und wesentliche Daten einzubeziehen. Dies kann zu einer verlängerten Durchlaufzeit für Pakete führen, die den Switch passieren. 

Speicherbedingte Paketverzögerungen

Speicherverzögerungen können auftreten, wenn Pakete bei der Speicherung oder beim Festplattenzugriff auf zwischengeschalteten Geräten wie Switches und Bridges Verzögerungen erfahren.

Latenz des Sicherheitsprozesses

Netzwerkverzögerungen können durch Antiviren- und Sicherheitsprozesse beeinflusst werden, die Zeit benötigen, um vor der Übertragung die Nachrichtenrekombination und -zerlegung abzuschließen.

Softwarefehler

Verzögerungen können durch Softwarefehler auf der Benutzerseite entstehen, die zur Latenz im Netzwerk beitragen.

Messung der Netzwerklatenz in Ethernet-Switches

Wie aus dem vorherigen Kapitel ersichtlich, stellt die Switch-Latenz ein wesentliches Element dar, das die Netzwerklatenz beeinflusst. Daher stellt sich die Frage: Wie misst man sie?

IEEE-Spezifikation RFC2544

Die IEEE-RFC2544-Spezifikation bietet einen allgemein anerkannten Ansatz zur Bewertung der Latenz von Store-and-Forward-Geräten. RFC2544 verlangt, dass der Verzögerungstest mindestens 20 Mal wiederholt wird und dass das Ergebnis der Durchschnitt aller Testergebnisse ist.

Netperf 

Netperf ist ein Tool zur Messung der Netzwerkleistung für TCP- oder UDP-basierte Übertragung. Die Netperf-Testergebnisse zeigen, wie schnell ein System Daten an ein anderes System senden kann und wie schnell das andere System Daten empfangen kann.

Ping Pong

Ping Pong steht für einen Ansatz zur Messung der Latenz innerhalb eines Hochleistungsrechenclusters. Diese Methode bewertet die Round-Trip-Dauer von Remote Procedure Calls (RPCs), die über das Message Passing Interface (MPI) übertragen werden.

Wie lässt sich die Netzwerklatenz mit Ethernet-Switches reduzieren?

Verschiedene Methoden werden eingesetzt, um die Netzwerkverzögerung mithilfe von Ethernet-Switches zu minimieren. Diese Ansätze umfassen:

Erhöhung der Netzwerkkapazität

Einer der unkompliziertesten und effektivsten Ansätze zur Minderung von Latenz und Kollisionen besteht darin, Ihren Ethernet-Switch mit der erforderlichen Kapazität auszustatten.   Es ist wichtig zu überprüfen, ob der Switch die Möglichkeit bietet, die Netzwerkkapazität zu erweitern.   Ethernet-Switches, die keinen Paketverlust gewährleisten, spielen eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung der Netzwerkleistung. Das Link Aggregation Control Protocol, kurz LACP, ist eine Standardfunktion, die die Netzwerkleistung durch Port-Trunking verbessert. Um mehr über LACP zu erfahren, lesen Sie bitte diesen Artikel:  LACP vs. PAGP: Was ist der Unterschied? - QSFPTEK

Verwendung von VLANs zur Netzwerksegmentierung

Da herkömmliche flache Netzwerke häufig zu Link-Überlastungen führen, können Ethernet-Switches mit VLAN-Funktionen den Datenverkehr effizient an seine vorgesehenen Ziele weiterleiten.  Für die Verkehrssegmentierung auf der Grundlage von Faktoren wie Port, dynamischer VLAN-Zuweisung, Protokoll, MAC-Adresse und mehr steht eine Reihe von Layer-2- und Layer-3-VLAN-Ethernet-Switches zur Verfügung.

Implementierung der Cut-Through-Technologie

Diese Methode bezieht sich auf paketvermittelnde Systeme und zielt darauf ab, Netzwerklatenzen zu minimieren.  Cut-through Switching verringert die Netzwerklatenz, indem es dem Switch ermöglicht, mit der Paketweiterleitung zu beginnen, noch bevor das vollständige Paket empfangen wurde, sobald die Zieladresse verarbeitet ist.  Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass diese Technologie optimal funktioniert, wenn sie auf Ports angewendet wird, die mit derselben Geschwindigkeit arbeiten.

Latenz mit RDMA reduzieren

RDMA, oder Remote Direct Memory Access, ist eine hochmoderne Netzwerktechnologie, die die Effizienz der Datenübertragung revolutioniert. Im Gegensatz zu traditionellen Methoden, die die CPU einbeziehen, ermöglicht RDMA den direkten Datenaustausch zwischen Computerspeichern innerhalb eines Netzwerks. Dies umgeht die CPU und reduziert die Latenz, was zu einer beschleunigten Datenkommunikation für Aufgaben wie Echtzeitsimulationen, Datenanalyse und High-Performance Computing führt. QSFPTEK's S5600 und S7600 Switches der Serie unterstützen RDMA, um hohen Durchsatz und extrem niedrige Latenz bereitzustellen.

Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Netzwerklatenz für eine effiziente Datenübertragung in Ethernet-Switches von entscheidender Bedeutung ist. Ziel dieses Artikels ist es, das Konzept der Ethernet-Latenz in Ethernet-Switches zu erläutern und Einblicke in Strategien zu ihrer Reduzierung zu geben. Auch wenn es möglicherweise nicht möglich ist, Netzwerklatenz vollständig zu eliminieren, besteht das Ziel darin, sie so weit wie möglich zu minimieren. Das Verständnis der Auswirkungen von Netzwerklatenz und die Anwendung von Minderungsstrategien sind in der heutigen netzwerkabhängigen Landschaft unerlässlich.