Software Defined Networking (SDN): Eine tiefgehende Betrachtung
SDN erweist sich als eine Schlüsseltechnologie im Bereich der Netzwerkentwicklung und der Kreation neuer Anwendungen. Die deutliche Zunahme von Multimedia-Inhalten, die weitverbreitete Nutzung mobiler Geräte und das Bedürfnis nach Cloud-Computing haben allesamt zu einem erhöhten Bedarf an anpassungsfähigeren und leistungsfähigeren Netzwerkarchitekturen beigetragen.
Traditionelle Netzwerkstrukturen haben mit diesen Trends, die zu unvorhersehbaren Datenverkehrsmustern und einem rapiden Anstieg der Nachfrage nach spezifischen Ressourcen führten, ihre Schwierigkeiten. Da die Skalierung der Netzwerkinfrastruktur zur Bewältigung dieser Fluktuationen sehr kostspielig und komplex sein kann, war eine alternative Herangehensweise notwendig.
SDN wurde entwickelt, um dieses Problem anzugehen, indem die Steuerungsebene von der Datenebene getrennt wird. Das ermöglicht es dem Netzwerk, sich automatisch an veränderte Anforderungen anzupassen, was dessen Gesamtleistung und Effizienz verbessert. Lassen Sie uns die Grundlagen von SDN genauer betrachten.
Was bedeutet SDN?
Software-Defined Networking (SDN) ist eine moderne Netzwerkarchitektur, die es Netzwerkadministratoren erlaubt, das Verhalten von Netzwerkgeräten über Software zu steuern und zu definieren, anstatt die Geräte einzeln zu konfigurieren.
SDN wird häufig mit der Netzwerkfunktionsvirtualisierung (NFV) kombiniert, um die Flexibilität und Wirtschaftlichkeit des Netzwerks weiter zu erhöhen. Es unterstützt zudem die Zentralisierung der Netzwerkintelligenz, was die Fehlerbehebung und Überwachung des Netzwerks vereinfacht.
Die Architektur von SDN
Eine SDN-Architektur besteht typischerweise aus drei Hauptebenen: der Anwendungsebene, der Steuerungsebene und der Datenebene.
Bildquelle: Sotirios Goudos
- Anwendungsebene: Dies ist die oberste Ebene der SDN-Architektur und ist für die Definition des gewünschten Netzwerkverhaltens zuständig. Anwendungen auf dieser Ebene können Traffic-Engineering-Tools, Sicherheitsrichtlinien oder Overlays für virtuelle Netzwerke sein.
- Steuerungsebene: Diese Ebene ist für die Umsetzung der auf der Anwendungsebene definierten Richtlinien und Regeln zuständig. Sie wird in der Regel als zentraler Controller implementiert, der mit den Netzwerkgeräten auf der Datenebene kommuniziert.
- Datenebene: Diese Ebene besteht aus den physischen Netzwerkgeräten, wie Switches und Routern, die die Datenebene bilden. Sie sind für die Weiterleitung des Netzwerkverkehrs durch das Netzwerk verantwortlich.
Die Kommunikation zwischen den verschiedenen Ebenen der Architektur wird durch die Northbound- und Southbound-Schnittstellen erleichtert. Durch die Integration dieser drei Ebenen ist ein koordiniertes und effizientes Funktionieren des Netzwerks möglich.
Wie funktioniert SDN?
In einem SDN-Netzwerk sind die Steuerungs- und Datenebene voneinander getrennt. Die Steuerungsebene entscheidet darüber, wie der Datenverkehr durch das Netzwerk geleitet wird, während die Datenebene den Datenverkehr entsprechend diesen Entscheidungen weiterleitet.
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Die Steuerungsebene wird über einen zentralen Controller implementiert, eine Softwareanwendung, die auf einem einzelnen Server oder einer Gruppe von Servern läuft. Der Controller behält eine umfassende Übersicht über das Netzwerk und verwendet diese, um Entscheidungen zur Weiterleitung des Datenverkehrs zu treffen. Dies geschieht durch die Kommunikation mit den Elementen der Datenebene im Netzwerk, die als „Weiterleitungselemente“ oder „Switches“ bekannt sind.
Diese Switches in einem SDN-Netzwerk sind in der Regel „offen“, d.h. sie können von externer Software gesteuert und programmiert werden, anstatt mit einem festen Satz von Regeln für die Weiterleitung des Datenverkehrs fest codiert zu sein. Dadurch kann der Controller die Switches so konfigurieren, dass sie den Datenverkehr auf die gewünschte Weise lenken.
Um die Switches zu steuern, kommuniziert der Controller über eine Southbound-API mit ihnen. Dies ist eine Reihe von Protokollen und Schnittstellen, über die der Controller Anweisungen an die Switches senden und Statusinformationen von ihnen erhalten kann. Der Controller nutzt Northbound-APIs zur Kommunikation mit Anwendungen und Systemen, die das Netzwerk nutzen müssen, wie beispielsweise Anwendungen, die in der Cloud ausgeführt werden.
Auf diese Weise fungiert der Controller als das „Gehirn“ des Netzwerks, das Entscheidungen über die Weiterleitung des Datenverkehrs trifft und diese an die Switches übermittelt, die als „Muskeln“ des Netzwerks fungieren und die Anweisungen des Controllers ausführen, um den Datenverkehr entsprechend weiterzuleiten.
Funktionen von SDN
Es gibt mehrere Kernmerkmale von SDN, die es von traditionellen Netzwerkarchitekturen unterscheiden:
- Flexibilität: Netzwerkänderungen können ohne physische Neukonfiguration der Geräte vorgenommen werden, sodass Netzwerkmanager schnell auf veränderte Anforderungen reagieren können.
- Programmierbarkeit: Das Netzwerkverhalten kann über APIs oder andere Softwareentwicklungstools programmatisch gesteuert werden. Das erleichtert die Automatisierung von Netzwerkaufgaben und die Integration mit anderen Systemen.
- Abstraktion: In einer SDN-Architektur ist die Steuerungsebene von der Datenebene getrennt, was es Ingenieuren erleichtert, die Funktionsweise des Netzwerks zu ändern, ohne die Datenweiterleitung zu beeinträchtigen.
- Virtualisierung: SDN ermöglicht die Virtualisierung von Netzwerkressourcen, was es Administratoren erlaubt, virtuelle Netzwerke bei Bedarf zu erstellen. Das kann besonders in Cloud-Computing-Umgebungen nützlich sein, in denen die Nachfrage nach Netzwerkressourcen stark schwanken kann.
Neben den oben genannten Funktionen ist der Hauptvorteil von SDN, dass es Unternehmen ermöglicht, ihre physische Netzwerkinfrastruktur in Software zu simulieren, wodurch die Gesamtkapitalausgaben (CAPEX) und Betriebskosten (OPEX) reduziert werden.
Arten von SDN-Architekturen
Generell können verschiedene Arten von Netzwerken unterschiedliche Ansätze für SDN erfordern.
Ein großes Unternehmensnetzwerk mit einer Vielzahl von Gerätetypen und einer komplexen Topologie kann beispielsweise von einer hybriden SDN-Architektur profitieren, die Elemente von zentralisiertem und verteiltem SDN kombiniert. Ein zentralisiertes SDN-Design könnte hingegen für ein kleineres Netzwerk mit weniger Geräten und einer einfacheren Topologie gut funktionieren.
Es ist wichtig, die verschiedenen Optionen sorgfältig abzuwägen und die Architektur zu wählen, die den Anforderungen der jeweiligen Organisation am besten entspricht. SDN verwendet hauptsächlich fünf verschiedene Architekturmodelle.
#1. Zentralisiertes SDN
Bei einer zentralisierten SDN-Architektur werden alle Steuerungs- und Managementfunktionen in einem einzigen Controller zusammengefasst, was es Administratoren ermöglicht, das Netzwerkverhalten einfach zu definieren und zu steuern. Dies kann jedoch auch zu einem Single Point of Failure führen.
#2. Verteiltes SDN
Bei dieser Architektur werden die Steuerungsfunktionen auf mehrere Controller verteilt, was die Zuverlässigkeit erhöht, aber die Verwaltung des Netzwerks komplexer macht.
#3. Hybrides SDN
Das hybride SDN-Architekturmodell kombiniert zentralisierte und verteilte SDN-Elemente. Je nach Netzwerkanforderungen kann es für einige Funktionen einen zentralisierten und für andere verteilte Controller einsetzen.
#4. Overlay-SDN
Overlay-Architekturen nutzen virtuelle Netzwerktechnologien, wie VXLAN oder NVGRE, um ein logisches Netzwerk über einem bestehenden physischen Netzwerk zu erstellen. Das ermöglicht es Administratoren, virtuelle Netzwerke einfach zu erstellen, zu ändern und zu löschen.
#5. Underlay-SDN
Die Underlay-Architektur nutzt die vorhandene Netzwerkinfrastruktur, um die Erstellung virtueller Netzwerke zu ermöglichen, wobei Technologien wie MPLS oder Segment-Routing verwendet werden können, um virtuelle Verbindungen zwischen Geräten im Netzwerk zu erstellen.
Lernmittel
Die Auswahl der besten Ressourcen zum Erlernen von SDN-bezogenen Konzepten kann schwierig sein, da viele verschiedene Optionen zur Verfügung stehen. Daher kann es hilfreich sein, einige verschiedene Quellen auszuprobieren, um herauszufinden, welche für Sie am besten geeignet sind.
#1. SDN Crashkurs Praxis/Hands-on
Dies ist ein Kurs, der auf der Udemy-Plattform angeboten wird. Er ist eine ausgezeichnete Möglichkeit, praktische Erfahrungen in SDN und OpenFlow-basierter Netzwerkprogrammierung zu sammeln. Der Kurs behandelt auch eine Vielzahl von erweiterten OpenFlow-Konzepten, wie Zählertabellen (QoS) und Gruppentabellen (Load Balancer, Sniffer).
Wir empfehlen diesen Kurs jedem, der mehr über SDN und die verschiedenen Technologien erfahren möchte. Grundlegende Netzwerkkenntnisse reichen für den Einstieg in diesen Kurs aus.
#2. SDN: Softwaredefinierte Netzwerke
Dieses Buch behandelt vor allem die wichtigsten Technologien und Protokolle von SDN, einschließlich OpenFlow, OpenStack und ONOS. Es enthält detaillierte Beispiele dafür, wie diese Technologien zum Aufbau und zur Verwaltung von Netzwerken verwendet werden können.
Zusätzlich gibt es hilfreiche Tipps zur Einrichtung und Verwaltung von SDN-Netzwerken, einschließlich Fehlerbehebung und Sicherheitsaspekte.
#3. SDN und NFV vereinfacht
Dieses Buch bietet einen umfassenden Überblick über SDN und NFV, einschließlich ihrer Vorteile, Technologien und Anwendungen. Es enthält auch Beispiele aus der Praxis und Fallstudien zur Veranschaulichung der wichtigsten Punkte, die zeigen, wie diese Technologien in der Branche eingesetzt werden.
Die Autoren haben eine hervorragende Arbeit geleistet, indem sie die Schlüsselkonzepte von SDN und NFV auf klare und prägnante Weise erklären und das Buch für Leser mit unterschiedlichem technischen Wissen zugänglich machen.
#4. Softwaredefinierte Netzwerke
Dieses Buch bietet eine umfassende Einführung in SDN aus der Perspektive von Personen, die die Technologie implementieren und nutzen.
Es ist sehr hilfreich, die gesamte SDN-Architektur zu verstehen, selbst für Anfänger. Außerdem wird erklärt, wie das Netzwerk mit Industriestandards für eine skalierbare Umgebung konzipiert wird.
#5. SDN und NFV: Grundlagen
Dies ist ein gut geschriebener und ansprechender Leitfaden, der eine solide Grundlage für SDN und NFV bietet und für Leser mit unterschiedlichem technischen Hintergrund geeignet ist.
Die beste Möglichkeit, sich mit SDN-Konzepten vertraut zu machen, ist das Sammeln praktischer Erfahrungen mit SDN-Tools und -Technologien. Versuchen Sie, eine einfache SDN-Umgebung mit Tools wie Mininet und einem Controller wie RYU einzurichten, um mit der Steuerung des Netzwerkverkehrs per Software zu experimentieren.
Zusammenfassung
SDN ist in der heutigen digitalen Umgebung hilfreich, da es die Vernetzung flexibler und effektiver macht.
In traditionellen Netzwerken sind Steuerungsebene und Datenebene eng miteinander verbunden. Änderungen in der Steuerungsebene erfordern daher auch Änderungen in der Datenebene. Insbesondere in großen und komplexen Netzwerken kann dies zu Problemen und Zeitverlust führen.
Bei SDN wird die Steuerungsebene von der Datenebene abstrahiert, was es einfacher macht, das Netzwerkverhalten programmatisch zu steuern und zu optimieren. Dies ist besonders in Umgebungen nützlich, in denen Änderungen schnell vorgenommen werden müssen, wie beispielsweise in Cloud-Computing-Umgebungen, wo Arbeitslasten zügig bereitgestellt werden müssen.
Ich hoffe, dieser Artikel war hilfreich für Sie, um mehr über SDN und dessen Architektur zu erfahren.
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