Networking in der Cloud

IT-DIRECTOR: Herr Stückmann, wo sehen Sie die größten Herausforderungen für den IT-Chef eines Großunternehmens oder einer Behörde, der sein Netzwerk für den Betrieb einer Private Cloud vorbereiten will?
M. Stückmann: Der größte Hemmschuh bei der Implementierung von Cloud Computing dürfte die Inflexibilität der Netzwerkkonfiguration und des Routings sein. Diese Inflexibilität erschwert es, der Dynamik der Prozessvirtualisierung in der Cloud gerecht zu werden.

IT-DIRECTOR: Woran liegt das?
M. Stückmann: Heutige Standardnetze sind schlicht und ergreifend nicht für Virtualisierung ausgelegt. Damit meine ich: Es gibt keine Abstraktion der Netzwerkpfade und -komponenten und nur selten eine saubere Abtrennung von Kundennetzen bei den Providern. Man spricht dabei von Multi-Tenant-Betrieb. Dieser erfordert bisher in der Regel parallele physikalische Netze oder auf die existierenden Technologien aufgepfropfte Mechanismen, die schwer zu implementieren und verwalten sind. Weitere Schwachpunkte heutiger Netze sehe ich in der mangelhaften Isolation des Verkehrs unterschiedlicher Applikationen und Benutzer, in den noch weitgehend manuell durchgeführten Aufgaben bei Netzwerkkonfiguration und -betrieb und an der Intransparenz der Verbindungen, die für den Administrator heute mit ihren Endpunkten nicht klar ersichtlich sind. Diese Mankos erschweren Performanzgarantien, Service Level Agreements und kurze Reaktionszeiten.

IT-DIRECTOR: Warum sollte sich das mit Software Defined Networks (SDN) ändern?
M. Stückmann: Bei der Bewältigung dieser Herausforderungen kann die Virtualisierung des Netzwerkes eine Hauptrolle spielen, denn sie ermöglicht die saubere „Trennung“ von Funktion und zugrundeliegender Hardware. Dadurch ist es z.B. möglich, bei Hardwarefehlern einfach die Box auszutauschen und für die Verbindung einen Alternativpfad auf der physischen Ebene zu wählen, ohne dass das virtuelle Netz davon beeinträchtigt wird.

Die Virtualisierung schottet die Verbindungen von den realen Netzwerkkom-ponenten ab und zieht eine Isolationsschicht zwischen den Anwendungen, Kunden oder Benutzern. Dank der Abstraktion von der Hardware lassen sich die physikalischen und virtuellen Netzwerke außerdem voneinander unabhängig
weiterentwickeln.

IT-DIRECTOR: Virtualisierung des Netzwerks an sich ist ein alter Hut. Was ist das Neue am Software Defined Network, auch im Vergleich zu Technologien wie MPLS?
M. Stückmann: Vor allem die größere Flexibilität, etwa durch neue Optionen für das Routing und die Behandlung von Datenströmen. So lassen sich etwa die Datenströme entsprechend den Kunden- und/oder Anwendungsvorgaben auf optimalen Pfaden durch das Netz führen. Diese Pfade lassen sich mit unterschiedlichen Algorithmen berechnen, beispielsweise der schnellste, kostengünstigste oder sicherste Pfad. Diese Pfade können dann im Laufe einer Sitzung sogar dynamisch geändert werden, wenn eine Leitung ausfällt oder ein Router überlastet ist. Zusätzlich erlaubt die durch SDN ermöglichte größere Kontrolle des Verkehrs das Einschleifen von Netzwerkfunktionen wie Firewalls und Loadbalancern. Dies erfolgt bei SDN mit-Hilfe der Möglichkeiten zur Netzwerkprogrammierung, so dass keinerlei physikalische Änderungen am Netz vorzunehmen sind. Einer dynamischen, zeitnahen und automatisierten Bereitstellung solcher Funktionen, auch individuell für bestimmte Applikationen, Nutzer und Verkehrstypen, steht damit nichts mehr im Wege.

IT-DIRECTOR: Was sorgt sonst noch für mehr Flexibilität?
M. Stückmann: Größere Flexibilität ergibt sich dadurch, dass die Virtualisierung à la SDN die Perspektive des Netzwerkmanagers von den einzelnen Boxen hin zum gesamthaften „Fabric Management“ verlagert. Er muss sich nicht mehr so sehr um die Verfügbarkeit und Performance einzelner Router und Switches kümmern, sondern kann von einer zentralen Konsole aus das gesamte Netz optimieren und die Datenpfade von Anfang bis Ende einfacher überwachen. Zudem kann er für einzelne Anwendungen, Kunden oder User die „Quality of Service“ individuell festlegen.

Entscheidungen über Wege von Datenströmen im Netz werden mit „globaler“ Intelligenz vom SDN-Controller getroffen und nicht mehr von jedem einzelnen Router oder Switch. Diese müssen nur noch Weiterleitungsaufgaben erfüllen und werden dadurch einfacher, d.h. auch schneller, billiger und zuverlässiger.

Die Netzwerkintelligenz liegt also nicht mehr verteilt vor, sondern sozusagen zentral im Netzwerkmanagement. Zentral bedeutet hier nicht „Single point of failure“, sondern eine netzwerkübergreifende Sicht auf die gesamte Infrastruktur. „Open Flow“ (OF) ist das Protokoll, das diese Trennung ermöglicht (siehe Kasten).

IT-DIRECTOR: Welche Bausteine braucht man für ein „Software Defined Network“?
M. Stückmann: SDN baut auf Trennung von Forwarding und Kontrolle auf, d.h. auf Switches und Controllern. Weil bis heute Open Flow die einzige Realisierung von SDN ist, werden also auch OF-fähige Switches und Controller benötigt. Dafür stellen wir mit der Produktfamilie „Programmableflow“ Komponenten bereit, vor allem RZ-taugliche Switches und Controller sowie eine Managementkonsole. Herz des SDN sind natürlich die Controller. Sie realisieren alle nötigen Funktionen für die Netzwerkvirtualisierung und zentralisieren das Management.

IT-DIRECTOR: Welche Vorgehensweise empfehlen Sie für den Aufbau eines SDN?
M. Stückmann: Man kann klein angefangen, z.B. in einem Rack mit wichtigen Server- und Speichersystemen, und das Netz nach Bedarf erweitern. Das ist kein Problem, denn die Interoperabilität mit dem bereits vorhandenen Netzwerk ist auf der IP-Ebene gegeben.

IT-DIRECTOR: Wo liegen die Hauptvorteile eines SDN für Betrieb und Management einer Private Cloud?
M. Stückmann: In der Private Cloud müssen zwar nicht Kunden voneinander getrennt werden, aber meist doch einige Anwendungen oder User besonders behandelt werden – sei es aus Kostengründen, Sicherheitsüberlegungen oder Performance-Bedenken. Neben der Isolation des Traffics gelten alle genannten Vorteile der Virtualisierung des Netzwerkes gleichermaßen für Public und Private Clouds; die zentrale Kontrolle verbessert die Übersicht und erleichtert das Management.

IT-DIRECTOR: Können Sie Beispiele für Verbesserungen im Netzwerkmanagement nennen?
M. Stückmann: Policies können zentral definiert und dann automatisch verteilt und durchgesetzt werden. Die Automation lässt sich in alle Netzebenen tragen, da es nun einen zentralen Konfigurationspunkt mit API gibt. Letztlich ermöglicht das SDN sogar eine „Selbstbedienung“ der User; sie können die benötigten Cloud-Services am Service-Desk online bestellen und sogar selbst in Betrieb nehmen, wenn ihnen das erlaubt ist.

Was ist Open Flow?
Open Flow ist ein Protokoll, das herstellerunabhängig die Trennung von Datenweiterleitung und Verkehrsmanagement ermöglicht. Als offener Standard ist es fundamentaler Bestandteil eines regelrechten Ökosystems für „Software Defined Networks“, das zurzeit weltweit aufblüht. Entwickelt wird das Protokoll durch ein Konsortium von Global Playern wie Google, Microsoft oder Deutsche Telekom, so dass die Investitionssicherheit gegeben ist. Implementiert wird Open Flow von führenden Herstellern als Add-on ihrer Ethernet-Router, -Switches und Wireless Access Points – nicht nur von NEC, sondern auch von anderen Anbietern.
Die Intelligenz wird nicht mehr verteilt im Netzwerk implementiert, sondern im Netzwerkmanagement zentralisiert. Dabei droht aber kein „Single Point of Failure“, denn diese Zentralisierung erfolgt statt an einem einzigen Ort in Form einer übergreifenden Sicht auf die gesamte Netzwerkinfrastruktur in allen SDN-Controllern des gesamten Netzwerks.
Im Internet: www.opennetworking.org