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Die wichtige Rolle von virtuellen Kabeln im Netzwerk der Zukunft

Neue Virtualisierungstechniken wie SDN, NFV und die Cloud ändern die Netzwerkinfrastruktur. Traffic lässt sich nun auch über virtuelle Kabel leiten.

Dass das Netzwerk revolutioniert werden würde, hat man uns früher bereits versprochen. Die IP-Konvergenz war eine erfolgreiche Revolution, die ausgerufene Revolution im Bereich Frame Relay/ATM hingegen schlug fehl. Daher ist es verlockend, Virtualisierung, die Cloud, Software-defined Networking (SDN) und Network Functions Virtualization (NFV) lediglich als vier weitere Kandidaten für dieses Versprechen zu betrachten, aber sie sind viel mehr als nur das.

Dieses Mal reden wir nicht nur über vier neue Technologien, sondern über vier Gesichter einer Netzwerkrevolution. Die traditionelle Betrachtungsweise, dass Dienste an die Netzwerkinfrastruktur gebunden sind, auf der sie laufen, wird sich dadurch ändern. Man wird von einer diensteunabhängigen Infrastruktur sprechen. Kurz gesagt: Dies könnte der umfassendste Umbruch sein, vor dem das Netzwerk je gestanden hat. Das könnte dazu führen, dass Dienste über virtuelle Kabel transportiert werden anstatt über die physische Schicht im OSI-Modell (Open Systems Interconnection).

Heute sind Dienste das native Verhalten der Geräte, die wir in unserer Netzwerkinfrastruktur bereitstellen. Das ist in Bezug auf die Optimierung der Infrastruktur ein Problem. Um den Dienstemix zu ändern, müssen Sie die Infrastruktur entsprechend anpassen. Das Ganze hat vielleicht eine Nutzungsdauer von fünf bis sieben Jahren. Dann, wenn Sie den Dienstemix ändern oder neue Dienste hinzufügen, müssen Sie Ihre Betriebsabläufe ändern und das Personal neu schulen. Die enge Bindung von Diensten an Netzwerkressourcen bedeutet Verschiebungen, Ergänzungen und Änderungen, was zeitaufwendig sein und massive Störungen hervorrufen kann. Das sind genau die Faktoren, die durch Virtualisierung, die Cloud, Software-defined Networking und Network Functions Virtualization geändert werden sollen.

Netzwerkdienste folgen den ersten drei Schichten des alten Standard-OSI-Modells. Dabei handelt es sich um die physische Schicht (Physical Layer), die Datenverbindungsschicht (Data Link Layer) und die Netzwerkschicht (Network Layer). Das Netzwerk der Zukunft unterstützt diese Schichten nach wie vor. Das Ziel ist es jedoch, so viele Schichten wie möglich zu virtualisieren, um dienstspezifische Geräte zugunsten von handelsüblichen White-Box- oder Serverelementen zu vermeiden.

Zu diesem Zweck nutzt SDN Softwaresteuerung für die Weiterleitung, um entweder auf Layer 2 Data-Link- oder auf Layer 3 Netzwerkkonnektivität auf White-Box-Geräten zu generieren. Möglich ist auch die Verwendung von gehosteten Software-Switch- oder -Router-Instanzen. NFV stellt alle Netzwerk- und Cloud-Funktionen oder Anwendungselemente auf Cloud-Servern oder Customer Premises Equipment bereit und verwaltet die zusammengefassten Funktionen so, dass sie wie ein einziger Dienst wirken.

Virtuelle Kabel als Ersatz für die physische Schicht

Wir erleben bereits jetzt, dass SDN und NFV in aktiven Diensten bereitgestellt werden. Somit lautet die Frage nicht, ob diese Änderung stattfindet, sondern wie schnell und wie weit sie vorankommen wird. Die Antwort hängt von der ersten der drei OSI-Schichten ab – der physischen Schicht. Wenn virtuelle Kabel ihren Platz in dieser Netzwerkrevolution finden, wird die Infrastruktur des Netzwerks von morgen vollständig umgekrempelt. Der Begriff virtuelle Kabel hat die Idee von virtuellen Schaltungen ersetzt, wie sie bei ATM und Frame Relay verwendet wurden, als diese Technologien in der Versenkung verschwanden.

Alle Dienste für Netzwerkverbindungen beruhen darauf, Bits hin- und herzubewegen. Die Kerntechnologie dafür sind optische Netzwerke. Während optische Leitungen ursprünglich sowohl teuer als auch statisch waren – erinnern Sie sich an SONET und SDH –, haben moderne optische Verfahren die Preise drastisch nach unten korrigiert. Dies ermöglichte Wellenlängen-Multiplexverfahren bei Faserbündeln sowie optisches Switching und Grooming – Agile Optics oder ROADM (Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer). Trotzdem sind optische Leitungen immer noch so überdimensioniert, um sie für die Nutzung durch User und Dienste zu reservieren.

Das bahnbrechend Neue an virtuellen Kabeln ist, dass sie sich durch Softwareprozesse hinzufügen und ersetzen lassen.

Virtualisierung, oberhalb der optischen Schicht angewendet, um virtuelle Kabel zu erzeugen, könnte dieses Problem lösen. Durch Erstellen von virtuellen Pfaden auf der physischen Schicht lassen sich virtuelle anstelle von physischen Kabeln erzeugen. Da jeder Tunnel ein virtuelles Kabel darstellt, existieren sie in gewissem Sinne bereits. SDN jedoch könnte für virtuelle Kabel auf der elektrischen Ebene sorgen, die kein darunter liegendes Ethernet- oder IP-Netzwerk benötigen.

Zumindest könnten auf diese Weise Netzwerke auf Ebene der virtuellen Kabel unterteilt werden. Außerdem könnten dort Instanzen von Software-Switches und -Routern hinzugefügt werden, um Dienste auf Layer 2 und Layer 3 zu erstellen, zum Beispiel virtuelle private Netzwerke (VPNs). Obwohl die Dynamik dieser Verlagerung komplex ist, könnten – konsequent zu Ende gedacht – alle Dienste sich so generieren lassen, sogar das Internet selbst.

Das bahnbrechend Neue an virtuellen Kabeln ist, dass sie sich durch Softwareprozesse hinzufügen und ersetzen lassen. Da sie selbst Paketschichten sind, sorgen sie für das Multiplexing oder die Aggregation von Traffic zur effizienten Nutzung von Ressourcen. Weil Routenänderungen und Aggregation traditionell Layer-2- und Layer-3-Funktionen sind, vereinfachen virtuelle Kabel die Anforderungen für diese Schichten. Zudem könnten Dienst- und User-Traffic mit virtuellen Kabeln ohne zusätzliche teure Geräte unterteilt werden. Auf diese Weise würden sich viele Dienste als unabhängige Netzwerke erstellen lassen.

Unabhängige User- oder Dienstnetzwerke auf Basis virtueller Kabel könnten dann durch per NFV oder in der Cloud bereitgestellte virtuelle Switches und Router ergänzt werden, um Dienste zu erstellen. VPNs und virtuelle LANs, die heute generiert werden, indem man die Switch- und Router-Infrastruktur segmentiert, könnten erzeugt werden, indem man einfach virtuelle Geräte zu virtuellen Kabeln hinzufügt. Dies würde die Bereitstellung, Änderungen und das Management radikal vereinfachen. Tatsächlich könnten virtuelle Kabel Netzwerke zu einem Ort machen, an dem es überhaupt keine Switches oder Router mehr gibt, sondern nur noch mittels SDN erzeugte virtuelle Kabel sowie auf NFV basierende virtuelle Switches und Router. Ein solches Netzwerk wäre in der Lage, sich vollautomatisch an Änderungen anzupassen und auf Fehler zu reagieren. Dadurch wäre es hochflexibel und extrem kosteneffizient.

Lesen Sie in Teil 2, wie NFV und SDN beim Design der Netzwerkinfrastruktur zusammenspielen.

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