Langsames Ethernet Netzwerk durch Duplex Mismatch und Autonegotiation
Vollduplex/Halbduplex
Mit Vollduplex oder Halbduplex bezeichnet man
in der Kommunikationstechnologie die Richtungsabhängigkeit von
Kommunikationskanälen. Halbduplex bedeutet, dass Informationen au den
selben Leitungen in beide
Richtungen fließen können, allerdings nicht gleichzeitig. Da bei dieser
Übertragungsart gleichzeitig nur Senden ODER Empfangen möglich ist, kann es
vorkommen, dass ein ausgesendetes Datenpaket auf ein anderes Datenpaket trifft,
das gerade in die entgegen gesetzte Richtung läuft. In diesem Fall "vernichten"
sich die Datenpakete gegenseitig. Wenn eine Kollision erkannt wird, überträgt
die sendende Station ein 32bit langes Daten-Stau-Signal (jam signal). Daten, die
während der Übertragung durch Kollisionen beschädigt wurden, werden
Kollisionsfragmente oder Runts genannt. Durch das "Jam-Signal" werden die
jeweiligen Sendestationen veranlasst, ihre Datenpakete nochmals zu einem
zufälligen Zeitpunkt neu zu senden.
Vollduplex lässt die Übertragung der Informationen auf verschiedenen
Leitungen in beide Richtungen zu gleicher Zeit zu. Dies verdoppelt natürlich die
Netzwerkleistung und verhindert somit Kollisionen. In einem 10 Mbps-Netz
wird eine Steigerung auf 20 Mbps erreicht, in einem 100 Mbps-Netz auf 200 Mbps.
Wird Halbduplex mit Vollduplex zusammengesteckt, so gibt es zwar scheinbar eine
Datenübertragung, aber mit einer extremen Anzahl an Kollisionen, was mit der
Zeit bis zu einem völligem Stillstand des gesamten Netzes führen kann.
Gigabit-Ethernet (1000Base-T, 1000Base-SX, 1000Base-LX) wird immer nur
Vollduplex übertragen. Hubs oder alte Printserver sind
nur für Halbduplex geeignet. Vollduplex gibt es nur bei Switches.
Für den Netzwerkbenutzer zeigt sich ein Duplex-Mismatch durch
eine extrem schlechte Netzwerkleistung. Eine Leistungssteigerung um bis zu 200%
durch eine einfache Anpassung der Einstellungen ist tatsächlich möglich. Die
Verschlechterung der Leistung
durch eine Duplex-Fehlanpassung ist richtungsabhängig. Besonders stark fällt die
Leistung des Halbduplex-Ports beim Senden ab.
Autonegotiation
 Autonegotiation arbeitet auf der Schicht 1 des OSI-Modells und ist im IEEE
Standard 802.3u (Kapitel 28) definiert. Autonegotiation ermöglicht es zwei Linkpartnern im Ethernet
sich optimal zu konfigurieren. Dazu tauschen die Geräte über einen Link Pulse
Informationen aus. Der NLP-Puls ist ein Erkennungspuls, der von
10Base-T-Stationen gesendet wird. Autonegotiation auf TP-Kabel verwendet eine
erweiterte Form des im 10BaseT-Standard spezifizierten NLP, den Fast Link Pulse
(FLP). In der FLP Signalfolge teilt die Station ihrem
Verbindungspartner ihre unterstützten Einstellungen mit. dabei werden Parameter
zur Geschwindigkeits-, Duplexeinstellung und Flusskontrolle übertragen. Autonegotiation stellte
die Firma National Semiconductor 1994 erstmals der 100Base-TX-Arbeitsgruppe als
N-way Autonegotiation vor. Deshalb sprach man lange Zeit auch oft einfach nur
von N-way. N-way Autonegotiation versetzt also Ethernetgeräte in die Lage,
Bandbreite und Kodierungsverfahren für die Übertragung selbsttätig zu wählen.
Unterstützen beide Komponenten am jeweiligem Ende eines
Segments Autonegotiation, gilt es, die höchste gemeinsame Übertragungsrate und
den höchstmöglichen Übertragungsmodus ausfindig zu machen. Dazu tauschen die
beiden Geräte Link-Codewörter aus. Über sie erfahren autonegotiationsfähige
Komponenten von ihrem Gegenüber dessen Möglichkeiten und teilen ihre eigenen
mit. Darüber können sich die gegenüberliegenden Geräte eines Segments mit den in
den Link-Codewörtern enthaltenen Informationen aufeinander einstellen. In der
Regel sind Ethernet-Geräte dadurch in der Lage, durch die Autonegotiation selbst
auszuhandeln, was die höchstmögliche Bandbreite und der beste Modus ist.
Autonegotiation führt jedoch keine Überprüfung der Verbindung durch. Unterstützen beide
Karten Gigabit Ethernet, so werden auch über ein unzureichendes Kabel 1GBit/s
eingestellt. In der Praxis gibt es aber auch Probleme, Bauteile unterschiedlicher Hersteller,
mit Autonegotiation zu verbinden.
Wenn ein Gerät nicht auf die FLPs antwortet, greift als nächster Schritt die
Parallel Detection, die den Übertragungsstandard anhand der Signalform und der
Kodierung erkennt. Die autonegotiationfähige Station erkennt an der
Kodierung
des Gegenübers deren Geschwindigkeit. Diese wird dann auch korrekt eingestellt.
Eine Bestimmung des Duplex-Modus ist dabei nicht möglich; Deshalb wird
standardmäßig der Halbduplexbetrieb ausgewählt. Dies führt dann zu Problemen,
wenn das andere Gerät manuell auf Vollduplexbetrieb eingestellt wurde.
Duplex Fehlanpassung
Die möglichen Duplex- und Geschwindigkeits-Kombinationen zwischen zwei Netzwerkgeräten:
| Switch |
NIC |
Ergebnis |
| 100 Halbduplex |
100 Halbduplex |
100 Halbduplex, bei Last entstehen viele Kollisionen |
| 100 Halbduplex |
100 Vollduplex |
Duplex-Mismatch, viele Fehler (excessive collisions), schlechtes Leistungsverhalten |
| 100 Halbduplex |
Autonegotiaton |
NIC geht auf 100 Halbduplex |
| 100 Vollduplex |
100 Vollduplex |
die schnelle und sichere Methode |
| 100 Vollduplex |
Autonegotiaton |
Duplex-Mismatch, NIC geht auf 100 Halbduplex, excessive collisions, schlechtes Leistungsverhalten |
| Autonegotiaton |
Autonegotiaton |
bei 100Mbps Teilnehmern gehen meist beide auf 100 Vollduplex, manchmal tritt aber auch ein Duplex Mismatch auf.
Bei zwei Gigabit Teilnehmern funktioniert 1Gbps/Full |
Einen Duplex-Mismatch erkennt man an den Fehlerzählern eines
Netzwerkgerätes. Typische Anzeichen für falsche Duplexeinstellungen sind CRC/FCS-Errors,
excessive collisions (Anzahl der Pakete, die nach 16maliger Kollision nicht
gesendet wurden) und Runts auf der Vollduplexseite.
Auf der Seite mit "Halbduplex" sind viele verspätete Kollisionen ein Hinweis für
eine Duplex-Fehlanpassung. Verspätete Kollisionen sind Zusammenstöße, die
außerhalb des Kollisionsfensters von 512 Bit, also verspätet, auftreten. Dafür
gibt es sonst eigentlich nur noch wenige Ursachen: Entweder eine Station mit
Netzwerkkartendefekt oder die Kabellänge ist nicht eingehalten worden (zu lange
Signallaufzeit). Auf einem Cisco Switch erkennen Sie diese "late collisions" an
Fehlermeldungen wie: %AMDP2_FE-5-LATECOLL; %DEC21140-5-LATECOLL;
%ILACC-5-LATECOLL; %LANCE-5-LATECOLL; %PQUICC-5-LATECOLL;
%PQUICC_ETHER-5-LATECOLL; %PQUICC_FE-5-LATECOLL; %QUICC_ETHER-5-LATECOLL.
Netzwerkgeräte richtig konfigurieren
Unter Microsoft Windows XP, Vista oder Windows 7 erfolgt die Einstellung in den
Eigenschaften der "Netzwerkumgebung":
Mit der rechten Maustaste auf der LAN-Verbindung / "Eigenschaften" auswählen:
Anschließend beim verwendeten NIC "Konfigurieren" anwählen:
Im Reiter "Erweitert" wird jetzt die passende Übertragungsrate und die Duplexeinstellung ausgewählt:
Windows XP mit 10/100-NIC:
Windows 7 mit Gigabit-NIC:
Viele nicht managebare Switche bieten keine Duplexeinstellungen und
arbeiten immer mit Autonegotiation. An diesen Switchen sind die Endgeräte
also zwangsweise auch auf Autonegotiation einzustellen. Einige NIC-Hersteller bezeichnen Autonegotiation auch als autosensing, autodetection oder mediasensing. Clients die an
einen Hub angeschlossen sind, müssen immer auf Halbduplex eingestellt werden.
Auf Cisco Switches mit Cisco IOS benutzt man das Kommando "speed 10|100|1000|auto"
zur Einstellung der Übertragungsrate und "duplex half|full|auto" zur
Einstellung des Duplex Modus. Die aktuell eingestellten Werte auf den Ports
werden mit "sh int" angezeigt.
Es hat sich leider gezeigt, dass die Kombination Autonegotiaton/Autonegotiaton
nicht immer verlässlich funktioniert. Daher sollten am
besten beide Partner fest auf die gleichen Vorgaben eingestellt werden.
Es gilt also immer: Für die volle Ausnutzung der Bandbreite, müssen beide
Linkpartner (Switch, PC) auf die selben Duplexeinstellungen konfiguriert werden.
Entweder beide fest auf Vollduplex oder beide auf Autonegotiation.
GepaNet GmbH Netzwerküberprüfung durch Netzwerkspezialisten.
Führen diese Tipps nicht zum gewünschten Ergebnis, kann unsere
Netzwerküberprüfung erkennen, ob Ihre vorhandenen Verkabelungen Sprache oder
10/100/Gigabit Ethernet unterstützt. Wir können aufzeigen, weshalb Ihre
vorhandene Verkabelung nicht die erforderliche Bandbreite bietet (z.B.
Nebensprechen) Wir messen, was sich am Ende eines Kabels befindet, und zeigen
Ihnen die Gerätekonfiguration (Geschwindigkeit/ Duplex/ Paarigkeit) auf. Wir
identifizieren nicht verwendete Switch-Ports, die neu zugeteilt werden können
oder zeigen im Verdrahtungstest grafisch die Verdrahtungskonfiguration und Entfernung zu
Fehlern. Sprechen Sie mit uns, wir bekommen auch Ihr Netzwerk wieder flott.
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