Die Cloud braucht „Software Defined Networks“

19. Juni 2015
Die Cloud braucht „Software Defined Networks“

    Weil in der kommenden Ära des Cloud Computings ein Grossteil des Datenverkehrs innerhalb und zwischen den grossen konsolidierten Rechenzentren stattfindet, kann die neue Generation von „Software Defined Networks“ (SDN) drohende Engpässe vermeiden. Im lokalen Netzwerk innerhalb des RZ kann ein SDN den Datenverkehr zwischen den Servern und ihren Datenzugriff auf die Speicher beschleunigen; ausserdem lässt sich ein SDN dynamisch an aktuelle Workloads und Service-Level-Anforderungen anpassen. Im Fernnetz ergeben sich ebenfalls viele Vorteile, da Virtuelle Netzwerke die speziellen Anforderungen bzw. Abtrennungen der Datenflüsse umsetzen.

    Der Cloud-basierte Datenverkehr vervierfacht sich bis zum Jahr 2016 weltweit, und zwar von 1,8 Zettabyte 2011 auf dann 6,6 Zettabyte; das sind unglaubliche 6600 Milliarden Gigabyte. Das prognostiziert jedenfalls Netzwerkpionier Cisco im aktuellen „Global Cloud Index“. Im gleichen Zeitraum soll der Datenverkehr innerhalb der Rechenzentren, den Herbergen der Clouds, sogar insgesamt um den Faktor Sechs auf 4,3 Zettabyte anschwellen. Der Grund für diese Datenflut im Netz ist einfach: Der Grossteil des Cloud-Traffic wird nicht von Anwendern verursacht, sondern durch Cloud-Computing-Prozesse, die im Hintergrund ablaufen. Bis 2016 werden 76 Prozent davon innerhalb der Rechenzentren entstehen und überwiegend durch Storage, Produktions- und Entwicklungsdaten erzeugt, meint Cisco. Für weitere 7 Prozent ist dann der Verkehr zwischen den RZ verantwortlich, etwa aufgrund von Datenreplikation und Updates. Nur läppische 17 Prozent entstehen durch Nutzer, die z. B. für Internet, E-Mails oder Video-Streaming auf Cloud-Dienste zugreifen.

    Cloud Computing – auch eine Frage verfügbarer Bandbreiten
    Diese Zahlen machen eines deutlich: Bei Cloud Computing kommt es nicht nur auf die Server und Speicher in den Mega-Rechenzentren von Amazon, Google, Microsoft, IBM und Co. an, sondern auch auf die Performance und Zuverlässigkeit der Netzwerke – insbesondere in und zwischen Cloud-Rechenzentren. Wie rasant die Datenexplosion verläuft, hat auch das Marktforschungsinstitut IDC errechnet: Demnach wurden im Jahr 2011 weltweit 1,5 Zettabyte an elektronischen Informationen erzeugt und gespeichert. In sieben Jahren sollen es laut IDC rund 50 Mal so viel sein. Kein Wunder, dass IT-Manager nach Wegen suchen, um diese Datenflut zu „zähmen“. Ein Mittel besteht darin, mehrfach vorhandene Informationen auf Datei-, Block- oder Byte-Ebene zu „deduplizieren“. Dabei werden die Originaldaten durch Zeiger (Pointer) ersetzt. Das Resultat: Das Datenvolumen lässt sich je nach Art der Informationen bis zum Faktor 20 reduzieren. Das hilft nicht nur bei der Speicherung, wo das Deduplizieren bei Bandlaufwerken für die Datensicherung seit vielen Jahren im Einsatz ist. Künftig kann diese Deduplizierung auch zur Schlüsseltechnologie beim Datentransport über Weitverkehrsleitungen in der Cloud werden. Das können E-Mails mit ähnlichen Inhalten oder mit identischen Attachments sein, aber auch grosse CAD/CAM-Dateien, bei denen häufig nur Details geändert werden.

    Die Datenflut per Deduplizierung „zähmen“
    Mit entsprechenden Algorithmen lassen sich die Datenmengen, die über eine Weitverkehrsstrecke transportiert werden, teilweise um mehr als 90 Prozent verringern. Diese Reduktion der Informationsmenge wiederum ist die Grundlage für eine Vielzahl neuer Anwendungen, die an Bedeutung gewinnen. Dazu zählen das Replizieren von Daten zwischen mehreren Rechenzentren oder zwischen Aussenstellen und Firmenzentralen, der Zugriff auf virtualisierte Desktops und die Analyse grosser Datenmengen, Stichwort „Big Data“. Eine andere Technologie, die bei der Zähmung der Datenflut helfen kann, ist das sogenannte „Software Defined Network“. Die Basis für ein SDN bildet das Protokoll OpenFlow (OF), das herstellerunabhängig eine Trennung von Datenübertragung und Netzwerkmanagement ermöglicht. Implementiert wird OpenFlow von führenden Herstellern als Add-on ihrer Ethernet-Router, -Switches und Wireless Access Points.

    SDN trennt die Datenübertragung vom Netzwerkmanagement
    Ein SDN kann dann bei der Anbindung entfernter Standorte, ausländischer Niederlassungen oder Tochtergesellschaften an die „Private Cloud“ übergreifende Infrastruktur schaffen, die mit Hilfe Virtueller Netzwerke die speziellen Anforderungen bzw. Abtrennungen der Datenflüsse sicherstellt. Man spricht dabei von „Multi Tenant Networks“. Besonders zum Tragen kommen diese Vorteile bei der effizienten Vernetzung mehrerer RZ-Standorte oder bei der Anbindung von Kundenunternehmen an Cloud-Provider, etwa in Form der flexiblen Buchung von Verbindungen und Bandbreiten entsprechend dem tatsächlichen Übertragungsbedarf. Im Ergebnis sinkt auf jeden Fall der Netzwerkverwaltungsaufwand; oft lassen sich zudem die vorhandenen Server- und Netzwerk-Ressourcen besser auslasten. Auch im lokalen Netzwerk innerhalb des RZ kann ein SDN den Datenverkehr zwischen den Servern und ihren Datenzugriff auf die Speicher beschleunigen; ausserdem lässt es sich dynamisch an aktuelle Workloads und Service-Level-Anforderungen anpassen. Diese Flexibilität entsteht dadurch, das Netzwerkkontrolle und -management von der eigentlichen Datenübertragung sauber getrennt werden. Entscheidungen über die Wege der Datenströme im Netzwerk treffen nicht mehr (unabhängig voneinander) die einzelnen Router oder Switches im Netzwerk, sondern sogenannte SDN-Controller auf Basis einer „globalen“ Sicht. In Kenntnis der Gesamtkonfiguration und der aktuellen Workload treffen SDN-Controller bessere Entscheidungen als die auf sich gestellten Router und Switches, die zudem entlastet werden; sie müssen nur noch Weiterleitungsaufgaben erfüllen und werden dadurch viel einfacher. Das heisst auch: Sie werden günstiger, schneller und weniger fehleranfällig.

    Mehr Intelligenz dank SDN
    Die Intelligenz eines SDN wird nicht mehr verteilt im Netzwerk implementiert sondern im Netzwerk-Management zentralisiert. Dabei droht aber kein „Single Point of Failure“, weil diese Zentralisierung nicht an einem einzigen Ort erfolgt, sondern in Form einer übergreifenden Sicht auf die gesamte Netzwerk-Infrastruktur in allen SDN-Controllern des Netzwerkes. RZ-Betreiber oder Cloud-Provider können so viele Vorteile erreichen, indem sie die aus der IT bestens bekannte Technologie der Virtualisierung auch auf ihre Netzwerke übertragen. Diese lassen sich dann über Softwareprozesse sehr flexibel gestalten, in Form virtueller Lokal- und Fernnetzwerke. Probleme, die sich aus starren Netzwerkstrukturen und komplizierten Routing-Mechanismen ergeben, gehören dann weitgehend der Vergangenheit an. Das Netzwerkmanagement wird durch die Zentralisierung der Kontrolle wesentlich einfacher, weil sich der Einsatz verteilter Protokolle wie Spanning Tree erübrigt; das nimmt viel Komplexität aus dem Thema Traffic-Management heraus. Weil ein SDN den Datenverkehr automatisch überwacht und steuert, wird das Netzwerk schneller. Abhängig von Policies, die jeder Kunde für jedes virtuelle Netzwerk separat selbst definieren kann, werden die Datenpakete durch das Netzwerk geschleust. Dabei wird sowohl der Status von Netzwerkkomponenten und -leitungen als auch die aktuelle Verkehrssituation im Netz berücksichtigt.

    Skalierbarkeit und Offenheit
    Skalierbarkeit und Offenheit sind zwei weitere entscheidende Vorteile. Das Management des Datenverkehrs kann ein SDN innerhalb eines einzigen Racks, aber auch für das gesamte Rechenzentrum oder zwischen Rechenzentren übernehmen. Dabei lässt es sich dank der offenen Architektur auch in die vorhandene Netzinfrastruktur einbetten, was die Infrastruktur insgesamt verbessert und den sukzessiven Umstieg auf die SDN-Technologie erleichtert. Aufgrund der Offenheit und Skalierbarkeit von SDN ist nicht zwingend die gesamte Cloud darauf umzustellen. Man kann in einem abgegrenzten Bereich beginnen und diesen bei Bedarf erweitern. Sogenannte Hybrid-Switches sorgen dabei für den Übergang vom bestehenden Netzwerk zum SDN-basierten Bereich. Die Anschaffung neuer Systeme kann exakt am erwarteten Bedarf orientiert erfolgen. Das heisst: Ein neuer IT-Service kann bei der Einführung im kleinen Massstab auf Akzeptanz beim Kunden bzw. Anwender geprüft werden. Liegen dann erste Erfahrungen vor, kann der Cloud-Provider oder die IT-Abteilung diesen neuen Cloud-Service oder seine Zielgruppe erweitern. Dazu kann das SDN an den jeweils notwendigen Stellen problemlos aufgestockt werden, so dass bei Projektstart keine überdimensionierten Netzwerkkomponenten mehr angeschafft und betrieben werden müssen.

     

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