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Software Defined Networks (SDN)

Traditionelle Netzwerke werden zum Flaschenhals im Rechenzentrum

21.03.2016
Die historisch gewachsenen Netzwerke in den Rechenzentren der Unternehmen und Provider sind den Anforderungen steigender Datenvolumen aus dem Internet of Things und zunehmend virtualisierter Workloads in Cloud-Umgebungen immer weniger gewachsen. Software Defined Networks (SDN) sollen Abhilfe schaffen und den Weg zum Software Defined Data Center (SDDC) ebnen.

Die Betreiber von Rechenzentren - seien es Unternehmen oder Cloud-Provider - stehen unter immensem Druck: Die Digitale Transformation, Big Data, neue mobile Services sowie das Internet of Things stellen immer höhere Anforderungen an Agilität, Leistungsfähigkeit und Flexibilität der IT-Infrastruktur. Während Server- und Storage-Landschaften in den letzten Jahren - vor allem mit Hilfe von Virtualisierungstechnologien - vielfach schon einem grundlegenden Wandel unterzogen wurden, sind es oft die Netzwerke, die zum Hemmschuh der Entwicklung werden.

Cloud-Architekturen basieren heute vor allem auf der Idee der Virtualisierung. Dabei haben die meisten Unternehmen mit der Virtualisierung der Serverlandschaft begonnen - also der reinen Rechenpower. Aber auch bei der Organisation der Storage-Landschaften ist ein klarer Trend hin zur Virtualisierung erkennbar. Die Vision einer vollkommen virtualisierten Infrastruktur geht aber noch darüber hinaus. Der Gedanke, der dem Software Defined Data Center (SDDC) oder SDI (Software Defined Infrastructure), zu Grunde liegt, ist es, alle Ressourcen im RZ zu virtualisieren, mit Automatisierungsmechanismen auszustatten und einem einheitlichen Management zu versehen.

Auf dem Weg hin zum Software Defined Data Center erweist sich aber bisher oft die Netzwerk-Infrastruktur als Engpass: Traditionelle, historisch gewachsene Netzwerke sind primär auf die Unterstützung mehrschichtiger Client-/Server-Applikationen mit Datenverkehrsmustern von festen Endpunkten (Clients) zu speziellen Web-, Anwendungs- und Datenbank-Servern ausgerichtet. Diese Art der Netzwerk-Infrastruktur wird den Anforderungen virtualisierter Workloads nicht mehr gerecht.

Konfiguration dauert oft Tage

Es wird deshalb nicht reichen, die heutigen Netzwerke einfach aufzurüsten und auszubauen. Infrastrukturverantwortliche stehen vor der Aufgabe, auch die Netzwerke so umzugestalten, dass sie sich nahtlos in Software definierte Landschaften einfügen und die höheren Datenvolumen und die zunehmende Komplexität des Datenverkehrs bewältigen können.

Denn die manuelle Provisionierung von Netzwerk-Ressourcen ist heute noch gängige Praxis in der Mehrzahl der Unternehmen, während auf der anderen Seite die virtualisierten Workloads - wie etwa Cloud-Services - zunehmend schon automatisiert bereitgestellt werden können. Daraus ergibt sich eine Diskrepanz, die sich auf die gesamte IT-Infrastruktur auswirkt: Eine Netzwerk-Administration, bei der die einzelnen Elemente des Netzwerks manuell und separat konfiguriert werden müssen, wird zum Flaschenhals im Rechenzentrum.

"Oft dauert es Tage, Wochen oder sogar Monate, bis eine Ende-zu-Ende-Netzwerkverbindung in Abstimmung mit dem Systemadministrator der virtuellen Server-Landschaft zur Verfügung gestellt werden kann", hat Axel Simon, Chief Technologist bei HPE Aruba, beobachtet. Dabei gelte die Regel: Je komplexer ein Netz, desto mehr Zeit, Aufwand und Kosten fallen bei Verbindungseinrichtung und -aufbau pro bereitzustellender Anwendung an.

Netzwerke durchgängig automatisieren

"SDN ist die beste derzeit verfügbare Technologie, um dieses drängende Problem vieler Netzwerkbetreiber zu lösen", sagt der Spezialist von HPE. SDN beseitigt die Probleme der manuellen Konfiguration, indem die Funktionen der Switches auf eine zentrale Kontrollebene verlagert werden. Damit entfällt die Konfiguration von Einzelsystemen und die Administration des Netzwerks kann auf eine zentrale Management-Konsole verlagert werden. Ein wichtiger Aspekt ist dabei, dass SDN auf den Open-Flow-Standard setzt und damit grundsätzlich herstellerunabhängig und flexibel einsetzbar ist.

Die Umrüstung eines kompletten Netzwerks auf SDN ist indes nicht nur technisch ein anspruchsvolles Unterfangen: "Natürlich muss zuerst ein SDN-Controller in das Netzwerk eingebracht werden. Dann müssen entweder die bestehenden Switches per Update Open-Flow-fähig gemacht oder durch neue Open-Flow-fähige Switches ersetzt werden", erklärt Simon. Einzelne Funktionen würden durch SDN-Applikationen beziehungsweise Schnittstellen zu Cloud-Provisionierungssystemen wie etwa Open Stack realisiert.

"Wesentlich dabei ist, dass der SDN-Ansatz konsequent umgesetzt wird", erläutert der HPE-Spezialist. Denn nur wenn die Netzwerke durchgängig automatisiert und die Steuerungsebene nicht nur teilweise, sondern komplett von der physikalischen Infrastruktur getrennt werde, ließen sich die Netzwerke umfassend in Software definierte Strukturen integrieren. Und das sei erst dann erreicht, wenn SDN-Technologien über das ganze Netz hinweg vorhanden sind - von der Hardware über die Steuerungsebene bis hin zu den Anwendungen, und vom Rechenzentrum bis zum Desktop. Damit sei die Integration aber nicht abgeschlossen: Auch die Prozesse für Netzwerk-Konfiguration und -Betrieb müssten angepasst und die Mitarbeiter entsprechend geschult werden.

Klassische dreistufige Netzwerktopologien zu starr

"Die Art und Weise, wie Unternehmen IT-Ressourcen bereitstellen und wie Anwender diese nutzen, hat sich grundlegend gewandelt" resümiert HPE-Experte Simon. Während früher starre, monolithische Rechensilos und hierarchische Server-Client-Beziehungen typisch waren, haben Trends aus dem Endkundenbereich wie Self-Service und das App-Prinzip längst auch Einzug in Unternehmensanwendungen gehalten. Die zunehmende Virtualisierung der Server, Service-orientierte Architekturen (SOA) und auf Microservices oder Webservices basierende verteilte Softwarekonzepte haben zu einer anderen Verteilung der Kommunikationsströme geführt. "Vor diesem Hintergrund erweisen sich klassische dreistufige Netzwerktopologien, wie sie in den Rechenzentren noch weit verbreitet sind, als zu starr und ineffizient und für Anforderungen wie Cloud Computing, Virtualisierung oder Software-orientierte Architekturen als schlecht geeignet."

Trotz des nicht eben geringen Aufwands rechne sich SDN deshalb für eine ganze Reihe von Anwendern: Vor allem sollten sich Unternehmen mit SDN beschäftigen, die große Rechenzentren oder Campus-Netzwerke betreiben, Anwendungen auf der Serverseite virtualisieren oder den Betriebsaufwand und die Kosten ihres Netzwerkes senken wollen.