FAQ: Multigigabit-Ethernet
Multigigabit-Ethernet alias NBase-T lockt mit vielfach höherer Datenrate als Gigabit-Ethernet. Die wichtigsten Fakten zur nächsten Technikgeneration fürs LAN.
(Bild: asharkyu/Shutterstock.com)
Gigabit-Ethernet ist Alltag, jetzt kommt Multigigabit-Ethernet. Welche Vorteile bringt der neue Netzwerkstandard, welche Stolperfallen drohen und wo bleiben eigentlich die Adapter? Antworten auf Ihre Fragen zum schnellen Netzwerk.
Kabel statt Funk
Wozu braucht man noch Ethernet, es gibt doch WLAN?
Das Netzwerkkabel hat einen schlagenden Vorteil: Die Geräte an seinen Enden nutzen es exklusiv, anders als das Funkspektrum bei WLAN, wo einem immer Nachbarn reingrätschen können. Man erhält per Kabel jederzeit die maximal mögliche Nettodatenrate, bei Gigabit-Ethernet rund 950 MBit/s (circa 115 MByte/s), bei 2,5-, 5- und 10-GBit/s-Ethernet entsprechend mehr. Stationäre Geräte sollte man möglichst immer per Kabel anschließen. Das entlastet das eigene WLAN, besonders wenn Dauerverkehr darüber läuft, beispielsweise Videostreaming. Schließlich kann ein Ethernet-Kabel anders als WLAN auch Energie transportieren (Power-over-Ethernet, PoE). Damit lassen sich Überwachungskameras, WLAN-Basen oder VoIP-Telefone über eine einzige Leitung anschließen.
Mehr Speed
Wer braucht 2,5 GBit/s oder mehr im LAN?
Alle, die ständig sehr große Dateien – Videoaufnahmen oder VM-Images – im LAN hin und her kopieren, profitieren direkt durch kürzere Wartezeiten von den höheren Datentransferraten. Indirekt nützen extraschnelle Verbindungen zwischen Abteilungsswitches in Firmen. Für den Heimeinsatz genügt hingegen Gigabit-Ethernet – zumindest solange noch, bis sich Internetanschlüsse ausbreiten, die mehr als 1000 MBit/s liefern.
Mehr Strom
Welche Nachteile hat Multigigabit-Ethernet?
Für Netze mit Multigigabit-Ethernet braucht man neue Verteiler (Switches) sowie Netzwerkadapter in PCs und Notebooks, es wird also eine Investition in Hardware fällig. Viele High-End-Mainboards bringen schon einen immerhin 2,5 GBit/s schnellen Netzwerkanschluss mit. Je schneller der Ethernet-Link ist, desto höher wird auch sein Leistungsbedarf: Während ein Gigabit-Ethernet-Port mit rund 0,3 Watt auskommt, werden für 10 GBit/s über Kupfer schon 2–3 Watt fällig. Damit steigen die Stromkosten und Desktop-Switches fürs Büro – zumindest jene der im Sommer 2021 aktuellen Generation – sind wegen ihrer Lüfter nicht unhörbar.
Mehr Kosten
Warum ist 10-Gigabit-Ethernet über Kabel noch so teuer?
Zwar gibt es 10GBase-T, 10 GBit/s über Kupferkabel, schon seit 2006. Aber es hat sich bisher sehr langsam verbreitet, weil es für die maximale Ethernet-Segmentlänge von 100 Metern eine CAT6a-Verkabelung voraussetzt. Langsam löst NBase-T mit den Zwischenstufen 2,5 und 5 GBit/s das etablierte Gigabit-Ethernet ab, denn es funktioniert auch auf älteren CAT5e-Kabelsystemen – bei 10 GBit/s aber nur bis ungefähr 50 Meter Leitungslänge. Wer nun seine Hardware aufrüstet, sollte aber nicht aufs Marketing hereinfallen und sich mit 2,5 GBit/s zufriedengeben, sondern gleich für die Zukunft planen und mindestens 5 GBit/s vorsehen. Sonst wird vielleicht in ein paar Jahren schon wieder ein Hardware-Tausch nötig.
Teilschritte
Was bringen die Zwischenstufen 2,5 und 5 GBit/s?
Wenn der Sender – beispielsweise ein Netzwerkspeicher oder Server – seine Daten flott genug liefern kann, schaffen die NBase-T-Zwischenstufen praktisch den zweieinhalb- beziehungsweise fünffachen Durchsatz von Gigabit-Ethernet. Die 2,4 GBit/s netto bei einem 2,5-GBit/s-Link rechnen sich um zu rund 300 MByte/s, entsprechend rund 550 MByte/s bei einem 5-GBit/s-Link. Um eine 10-GBit/s-Verbindung mit 1100 MByte/s auszuschöpfen, muss ein NAS aber mit einer passend angebundenen RAID-5-Konstellation aus SATA-SSDs oder gleich mit NVMe-SSDs bestückt sein.
Multigigabit per USB
Warum gibt es keine USB-Adapter für 10 GBit/s?
USB 3.2 Gen 2 erreicht zwar 10 GBit/s auf der USB-Leitung, aber durch den Protokoll-Overhead wird man diesen Durchsatz auf der Ethernet-Seite nicht erreichen. Schon bei Adaptern mit USB 3.2 Gen 1 alias SuperSpeed (5 GBit/s) für NBase-T mit maximal 5 GBit/s stellten wir fest, dass sie bestenfalls rund 3,5 GBit/s übers Netz schicken. Vielleicht wird es mit dem kommenden USB 4.0 dann Ethernet-Adapter geben, die bis zu 10 GBit/s im LAN schaffen.
Licht statt Elektrik
Ist Glasfaser im Haus sinnvoller?
Ethernet über Glasfaser erreicht zwar viel höhere Datenraten als über Kupfer, aktuell ist es bis 800 GBit/s standardisiert. Aber die Leitungen sind empfindlicher und es gibt nur sehr wenige Router, die fürs LAN SFP- beziehungsweise SFP+-Slots enthalten (Einsätze für 1- und 10-GBit/s-Optikmodule). Auch PCs mit SFP/SFP+-Fassungen sind rar, sodass man eine PCI-Express-Karte plus Optikmodul nachbestücken muss.
Sinnvoll ist eine Glasfaserverbindung wegen der elektrischen Potenzialtrennung (Blitzschutz, keine PEN-Ausgleichsströme) beispielsweise, wenn man ein Nebengebäude ans LAN des Haupthauses anschließen möchte. Ferner braucht ein 10-GBit/s-Optikmodul mit rund 1 Watt auch nur ein Drittel der Leistung eines vergleichbaren 10-GBit/s-Moduls für Kupferkabel. Ob diese Energieersparnis den Umrüstungsaufwand wert ist, muss jeder selbst entscheiden.
Schnellerer Ping
Sinkt mit Multigigabit-Ethernet nicht auch die Pingzeit?
Ja, die Latenz (Round Trip Time, RTT) sinkt mit steigender Datenrate tatsächlich etwas. Aber der Unterschied zwischen Gigabit-Ethernet (1000 MBit/s) und 10-Gigabit-Ethernet (10.000 MBit/s) im LAN ist nach unseren Messungen so klein (0,50 Millisekunden zu 0,40 Millisekunden), dass er für Gamer bedeutungslos ist. Wenn es nur um den Ping geht, können Sie sich die Ausgabe für Multigigabit-Ethernet sparen.
Jumbo-Frames bleiben proprietär
Bei 10-Gigabit-Ethernet konnte man früher mit Jumbo-Frames den Durchsatz erhöhen beziehungsweise die CPU-Last senken. Ist diese Technik inzwischen standardisiert?
Jumbo-Frames sind tatsächlich schon sehr lange in Gebrauch, aber auch mit der Erweiterung NBase-T (IEEE 802.3bz) immer noch nicht in den Ethernet-Standard IEEE 802.3 eingeflossen. Nach wie vor kann es also in seltenen Fällen wegen Inkompatibilitäten zu Durchsatzeinbrüchen kommen, wenn man sie auf Hardware unterschiedlicher Hersteller aktiviert. Unseren Versuchen nach klettert der maximale TCP-Durchsatz auf einer 10-GBit/s-Verbindung mit 9000-Byte-Frames von 9,4 auf 9,9 GBit/s. Diese fünf Prozent kann man zwar messen, wird sie in der Praxis aber nur selten spüren. Immerhin bleibt der Vorteil der niedrigeren CPU-Last erhalten: Bei einem Core-i3-6300-Prozessor sank sie von rund 15 auf 5 bis 10 Prozent (je nach Übertragungsrichtung). Auch das dürfte in der Praxis vernachlässigbar sein.
Gebräuchliche Ethernet-Varianten
| Bezeichnung | Medium¹ | max. Distanz² | Bruttodatenrate |
| 100Base-TX | Kupfer (2 Adernpaare) | 100 m | 100 MBit/s |
| 1000Base-T | Kupfer (4 Adernpaare) | 100 m | 1000 MBit/s |
| 1000Base-SX | Glas (2 Fasern, MMF) | 220–550 m | 1000 MBit/s |
| 1000Base-LX | Glas (2 Fasern, SMF) | 5 km | 1000 MBit/s |
| 1000Base-BX10 | Glas (1 Faser, SMF) | 5 km | 1000 MBit/s |
| 2500Base-T | Kupfer (4 Adernpaare) | 100 m | 2500 MBit/s |
| 5000Base-T | Kupfer (4 Adernpaare) | 100 m | 5000 MBit/s |
| 10GBase-T | Kupfer (4 Adernpaare) | 100 m | 10.000 MBit/s |
| 10GBase-SR | Glas (2 Fasern, MMF) | 25–400 m | 10.000 MBit/s |
| 10GBase-LR | Glas (2 Fasern, SMF) | 10 km | 10.000 MBit/s |
| ¹ MMF = Multi-Mode Fiber, SMF = Single-Mode Fiber ² Kupfer: auf CAT5e-Leitungen, bei 10GBase-T CAT6a, das mit CAT5e max. ca. 50 m | |||
Stop-and-Go am Switch
Ich habe einen 10-GE-fähigen PC über einen Switch mit dem WLAN-Router verbunden, der 2,5 GBit/s kann. Der WLAN-Durchsatz zu meinem Notebook ist aber niedriger als bei einer 1-GBit/s-Verbindung. Was ist da los?
Einen ähnlichen Effekt haben wir bei WLAN-Messungen an Routern festgestellt: Mit 10 GBit/s zwischen Test-PC und Switch sowie 2,5 GBit/s zwischen Switch und Router gingen nur rund 0,9 GBit/s übers WLAN. Begrenzten wir die PC/Switch-Verbindung per Konfiguration am Switch auf 2,5 GBit/s, dann kletterte der gemessene WLAN-Durchsatz deutlich auf 1,4 GBit/s. Vermutlich kam es durch die stark unterschiedlichen Linkraten zu einem Stau mit Stop-and-Go durch volllaufende Puffer in Switch und Router. Manchmal kann es also helfen, die Linkrate zu senken.
In c’t 17/2021 liefern wir jede Menge Anregungen und Tipps fürs mobile Büro. Wir bescheren älteren Geräten mit dem Raspberry Pi einen zweiten Frühling, haben Versender von Phishing-Mails entlarvt und den brandneuen AMD Ryzen 5700G getestet. Außerdem beleuchten wir klimafreundliche(re) Kryptowährung, testen USB-Speicher mit Schreibschutz und stellen sechs technische Konzepte für Quantencomputer vor. Ausgabe 17/2021 finden Sie ab dem 30. Juli im Heise-Shop und am gut sortierten Zeitschriftenkiosk.
(ea)
