Programmierbare WANs: Applikationen regieren und Netzwerke reagieren

SDN-Controller sind im programmierbaren WAN eine Art Netzwerk-Hypervisor. Spezielle Apps steuern dabei in virtualisierten Netzwerken die Bandbreite.

Software-defined Networking (SDN) verschafft Wide Area Networks (WAN) eine neue Bedeutung. Netzwerke mit einer virtuellen Infrastruktur sind die neue Spitzentechnologie, die bedarfsgerecht angeboten und an die Bedürfnisse virtueller Maschinen (VM) sowie Anwendungen angepasst werden können. SDN macht dies mit programmierbarem WANs zur neuen Realität.

Ziel des programmierbaren WAN ist es, einen SDN-Controller als eine Art Netzwerk-Hypervisor zu verwenden. Damit wird die Bereitstellung virtueller WAN-Tunnel oder Netzwerk-Segmente automatisiert und die Migration von VMs, flexiblen Anwendungen beziehungsweise unterschiedlichen Datenströme unterstützt.

In den meisten SDN-Varianten ist die Kontrollebene von der Datenebene getrennt. Die Steuerungsgewalt befindet sich in einem zentralen Controller. Dieser überwacht im WAN das gesamte Netzwerk von der Paket- bis zur optischen Leitungsschicht, so Ashish Shah, Director Product Strategy and Product Line Management bei Vello Systems.

Software spielt entscheidende Rolle bei WAN-Provisioning

Damit kann der Controller den WAN-Abstraktionsschichten und Netzwerk-Diensten mitteilen, welche Anwendung und VM in den einzelnen Tunneln Unterstützung benötigt. Programmierbares WAN im Zusammenspiel mit SDN kann dies leisten. Dafür muss die Applikation mit RESTful APIs in das WAN integriert werden. Der Controller wertet den Input der individuellen Applikationen aus und korrigiert dynamisch die Policy für die virtuellen Netzwerke. Dies wirkt sich möglicherweise auch auf die darunter liegenden physikalischen Netzwerke aus.

Ingenieure bei Internet2, einem globalen 100-GBit-SDN-Netzwerk, das Forschungs- und Bildungs-Einrichtungen verbindet, arbeiten an einem programmierbaren WAN mit SDN. Dieses soll Anwendern die Möglichkeit bietet,  Anwendungen zu schreiben, die Rechenleistung, Speicher, Virtualisierung und große Datenkopien autonom beeinflussen.

"Wir würden die Kontrolle des Netzwerks gerne der Anwendung überlassen. Der Entwickler soll selbst entscheiden, wo die Daten verarbeitet und gespeichert werden", erläutert Rob Vietzke, Vice President Netzwerk-Services bei Internet2. In den statischen Netzwerken von heute undenkbar. In einem SDN ist die Software in der Lage, die Umgebung autonom zu steuern. Diese Art von Netzwerk und Konfiguration ermöglicht es Unternehmen, detailliertere und  sicherere Service Level Agreements (SLAs) anzubieten.

"Wir arbeiten an einer EMC-Lösung, bei der die Apps auf unseren SDN-Controllern laufen und direkt mit der Storage-Software kommunizieren. Der Controller kann Einstellungen direkt aus der Anwendung ableiten. Wir abstrahieren die darunterliegende Infrastruktur in der jeweiligen Sprache der Applikation", so Shah. "Wollen Kunden ihre Applikationen nicht direkt mit dem Netzwerk verzahnen, abstrahieren wir das Netzwerk als einen gesonderten Pool an Ressourcen (mit einer gemeinsamen Policy). Die Einstellungsschicht übersetzt die Anforderungen der Apps in die Netzwerk SLAs."

Programmierbares WAN ermöglicht Skalierbarkeit

Sichtbarkeit und Flexibilität sind die Herzstücke des programmierbaren WANs. Beide erlauben es, die IT-Infrastruktur automatisiert zu skalieren. Damit bewegt man sich von der Starrheit physikalischer Infrastrukturen weg. „Die Skalierung basiert auf Ereignissen, die innerhalb des Netzwerks und den Applikationen ablaufen", erklärt Karthikeyan Subramaniam, Chief Software Architect des SDN- und Virtualisierungs-Providers Adara Networks.

Die angesprochene Flexibilität kann Probleme mit der Bandbreite beseitigen. Unternehmen geben oft Geld für Bandbreite aus, die sie nicht vollständig nutzen. Gleichzeitig stellt man bestimmten Anwendungen nicht genug Bandbreite zur Verfügung, da diese teuer ist. Davon ist jedenfalls Mitch Auster, Senior Director Marktentwicklung bei Ciena, überzeugt. Das Unternehmen ist ein Spezialist für optische Netzwerke.

Ein programmierbares WAN mit SDN erlaubt Machine-to-Machine-APIs. Anwendungen und Cloud-Komponenten können damit bei Bedarf mehr Bandbreite anfordern. SDN erhöht daraufhin die Bandbreite, so Auster. "Die Kombination von programmierbarem WAN und SDN löst bestimmte Probleme, da es Bandbreite skalieren kann. Die Priorisierung von Anwendungen, die sensibel auf Latenzzeiten reagieren, ist möglich."

Internet2 arbeitet seit einem Jahr mit Ciena, Brocade und Juniper an einem OpenFlow-Netzwerk, dass die angesprochene Flexibilität gewährleistet. Ciena liefert die WAN-Programmierbarkeit innerhalb des Netzwerks von Internet2s. Dies erstreckt sich von Hanover in Maryland bis nach Chicago. Dort trifft die Infrastruktur von Internet2 auf das Canadian Research and Education Network und stellt die Verbindung zu Forschungs-Einrichtungen in Ottawa her. Cienas Kooperation mit Internet2 erschafft ein programmierbares WAN, dass bis zum Kern der optischen Transport-Schicht reicht. Eine ideale Testumgebung für die wissenschaftlichen Einrichtungen in Ottawa.

"Die Labore in Ottawa gehören zu den modernsten Forschungszentren Nordamerikas", erklärt Vietzke. Damit biete man ein Netzwerk der nächsten Generation an, das die Forschungseinrichtungen besser als das heutige Ethernet unterstützt und direkten Zugriff auf die optischen Schichten bietet.

Herausforderungen für programmierbare WANs

Programmierbare WANs, die SDN verwenden, bergen aber auch Probleme. Zunächst müssen IT-Profis bezüglich der Netzwerke umdenken. Es handelt sich nun um eine gemeinsam genutzte Infrastruktur und eine Zusammenstellung virtueller Ressourcen. Vietzke hat auf die Evolution der Server- und Storage-Virtualisierung hingedeutet. IT-Profis haben gelernt, die Rechenleistung und das Storage Area Network (SAN) als einen Pool gemeinsam genutzter und flexibler Ressourcen zu behandeln.

"Der gleiche Virtualisierungs-Trend muss sich auch auf den WAN-Bereich ausbreiten.", sagt Vietzke. "So funktioniert die Cloud nun mal. Es ist eine gemeinsame Infrastruktur, die geringere Kosten pro Einheit verursachen. Gleichzeitig bietet sie dedizierte Kapazitäten. Das Netzwerk muss den gleichen Weg gehen."

Eine standardisierte, oberhalb des SDN-Controllers liegende Northbound API ist eine weitere Herausforderung. Viele SDN-Controller verwenden eine RESTful API. Allerdings definiert dies nicht, wie das System die Daten durch die API leitet oder wie man mit den Parametern einer Netzwerk-Anfrage kommuniziert. Der Software-Typ bestimmt die Art von Daten, die die API weitergeben soll. Die Methode für die Kommunikation mit Daten-Parametern muss standardisiert werden.

"Ohne einen Kommunikationsstandard bezüglich der Parameter, verwenden alle Hersteller eine RESTful API. Allerdings legt ein Anbieter vielleicht eine 'Bandbreite=1000' für eine Verbindung von einem Gigabit pro Sekunde fest. Ein andere deklariert es wiederum mit 'Bandbreite=1' ", so Auster.

Ein Standard Northbound Interface (NBI) -- oder ein Satz von NBIs, jeder für eine breite Kategorie an Service-Typen optimiert -- würde das programmierbare WAN mit SDN Anbieterneutral gestalten. Dazu gehören aber auch standardisierte Daten-Konstruktionen, -Modelle und -Sprachen. Die Geschäftsanwendung wäre in diesem Fall ein portabler, herstellerunabhängiger SDN-Kontroller, erklärt Auster.

Letztlich muss programmierbares WAN bessere Messungen der Netzwerkleistung bieten, um damit eventuelle Probleme zu lösen. SDN-Entwickler müssen Prüfeinheiten entwickeln, die genaue Informationen über Datenströme messen. Das steht im Gegensatz zum Sammeln von Daten aus jedem Datenstrom, erklärt Auster abschließend.

Über den Autor: David Geer schreibt über Sicherheits- und Enterprise-Technologie für internationale Wirtschafts- und Business-Publikationen.

Artikel wurde zuletzt im November 2013 aktualisiert

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