Software-Defined Networking (SDN) in 5 Minuten oder weniger erklärt

SDN gilt als Schlüsseltechnologie für die Entwicklung neuer Netzwerktechnologien und -anwendungen.

Die Zunahme von Multimedia-Inhalten, die zunehmende Nutzung mobiler Geräte und die Nachfrage nach Cloud-Computing haben alle zum Bedarf an flexibleren und effizienteren Netzwerkarchitekturen beigetragen.

Da diese Trends zu unvorhersehbaren Verkehrsmustern und einem plötzlichen Anstieg der Nachfrage nach bestimmten Ressourcen geführt haben, haben traditionelle Netzwerkarchitekturen Mühe, Schritt zu halten.

Es bestand Bedarf an einer alternativen Strategie, da die Skalierung der Netzwerkinfrastruktur zur Bewältigung dieser Schwankungen sehr kostspielig und kompliziert sein kann.

SDN wurde entwickelt, um dieses Problem zu lösen, indem die Steuerungsebene von der Datenebene getrennt wird. Dadurch kann sich das Netzwerk automatisch neu konfigurieren, um sich ändernden Anforderungen gerecht zu werden, wodurch seine Gesamtleistung und Effizienz verbessert werden. Lassen Sie uns verstehen, worum es bei diesem SDN geht.

Was ist SDN?

Software-Defined Networking (SDN) ist eine moderne Netzwerkarchitektur, die es Administratoren ermöglicht, Software zu verwenden, um das Verhalten von Netzwerkgeräten zu definieren und zu steuern, anstatt diese Geräte einzeln zu konfigurieren.

Es wird oft mit Netzwerkfunktionsvirtualisierung (NFV) gekoppelt, um die Flexibilität und Kosteneffizienz des Netzwerks weiter zu verbessern. Außerdem ermöglicht es die Zentralisierung der Netzwerkintelligenz, was die Fehlerbehebung und Überwachung des Netzwerks erleichtert.

Architektur von SDN

Eine SDN-Architektur umfasst typischerweise drei Hauptebenen: Anwendungsebene, Steuerungsebene und Datenebene.

1. Anwendungsschicht: Dies ist die oberste Schicht der SDN-Architektur und für die Definition des gewünschten Verhaltens des Netzwerks verantwortlich. Zu den Anwendungen auf dieser Ebene können Traffic-Engineering-Tools, Sicherheitsrichtlinien oder Overlays für virtuelle Netzwerke gehören.
2. Kontrollschicht: Die Kontrollschicht ist für die Implementierung der auf der Anwendungsschicht definierten Richtlinien und Regeln verantwortlich. Es wird typischerweise als zentraler Controller implementiert, der mit den Netzwerkgeräten in der Datenebene kommuniziert.
3. Datenebene oder Infrastrukturebene: Diese Ebene besteht aus den physischen Netzwerkgeräten wie Switches und Routern, die die Datenebene bilden. Diese Geräte sind für die Weiterleitung des Netzwerkverkehrs durch das Netzwerk verantwortlich.

Die Northbound- und Southbound-Schnittstellen werden verwendet, um die Kommunikation zwischen den verschiedenen Schichten der Architektur zu erleichtern. Durch die Integration dieser drei Schichten kann das Netzwerk koordiniert und effizient arbeiten.

Wie funktioniert SDN?

In einem SDN-Netzwerk sind die Steuerebene und die Datenebene getrennt. Die Steuerungsebene trifft Entscheidungen darüber, wie der Datenverkehr durch das Netzwerk weitergeleitet wird, während die Datenebene für die Weiterleitung des Datenverkehrs gemäß diesen Entscheidungen verantwortlich ist.

Die Steuerungsebene wird mithilfe eines zentralen Controllers implementiert, einer Softwareanwendung, die auf einem einzelnen Server oder einer Reihe von Servern ausgeführt wird. Der Controller behält eine globale Ansicht des Netzwerks bei und verwendet diese Ansicht, um Entscheidungen darüber zu treffen, wie der Datenverkehr weitergeleitet werden soll. Dies geschieht durch Kommunikation mit den Datenebenenelementen im Netzwerk, die als „Weiterleitungselemente“ oder „Switches“ bekannt sind.

Diese Switches in einem SDN-Netzwerk sind in der Regel „offen“, was bedeutet, dass sie von externer Software gesteuert und programmiert werden können, anstatt mit einem festen Satz von Regeln für die Weiterleitung des Datenverkehrs fest codiert zu sein. Als Ergebnis kann der Controller die Schalter so konfigurieren, dass sie Verkehr auf die gewünschte Weise übertragen.

Um die Switches zu steuern, kommuniziert der Controller mit ihnen über eine Southbound-API, eine Reihe von Protokollen und Schnittstellen, die der Controller verwenden kann, um Anweisungen an die Switches zu senden und Statusinformationen von ihnen zu erhalten. Und der Controller verwendet Northbound-APIs, um mit übergeordneten Anwendungen und Systemen zu kommunizieren, die das Netzwerk verwenden müssen, z. B. Anwendungen, die in der Cloud ausgeführt werden.

Auf diese Weise fungiert der Controller als „Gehirn“ des Netzwerks, indem er Entscheidungen darüber trifft, wie der Datenverkehr weitergeleitet werden soll, und diese Entscheidungen an die Switches übermittelt, die als „Muskel“ des Netzwerks fungieren und die vom Switch empfangenen Anweisungen ausführen Controller und leitet den Datenverkehr entsprechend weiter.

Funktionen von SDN

Es gibt mehrere Hauptmerkmale von SDN, die es von herkömmlichen Netzwerkarchitekturen unterscheiden:

• Flexibilität: Änderungen am Netzwerk können vorgenommen werden, ohne dass Geräte physisch neu konfiguriert werden müssen, wodurch Netzwerkmanager schnell auf sich ändernde Anforderungen und Umstände reagieren können.
• Programmierbarkeit: Es ist möglich, das Verhalten des Netzwerks mithilfe von APIs oder anderen Softwareentwicklungstools programmgesteuert zu steuern. Dies erleichtert die Automatisierung von Netzwerkaufgaben und die Integration des Netzwerks mit anderen Systemen.
• Abstraktion: In einer SDN-Architektur ist die Steuerebene von der Datenebene getrennt, die den Datenverkehr weiterleitet. Dies hilft Ingenieuren, die Funktionsweise des Netzwerks einfach zu ändern, ohne die Geräte für den Weiterleitungsverkehr zu beeinträchtigen.
• Virtualisierung: Es ermöglicht auch die Virtualisierung von Netzwerkressourcen, sodass Administratoren bei Bedarf virtuelle Netzwerke erstellen können. Dies kann besonders in Cloud-Computing-Umgebungen nützlich sein, in denen die Nachfrage nach Netzwerkressourcen sehr dynamisch sein kann.

Zusätzlich zu den oben aufgeführten Funktionen besteht der Hauptvorteil der Verwendung von SDN darin, dass es Unternehmen ermöglicht, ihre physische Netzwerkinfrastruktur in Software zu simulieren, wodurch die Gesamtkapitalkosten (CAPEX) und Betriebskosten (OPEX) gesenkt werden.

Arten von SDN-Architekturen

Im Allgemeinen erfordern verschiedene Arten von Netzwerken möglicherweise unterschiedliche Ansätze für SDN.

Beispielsweise kann ein großes Unternehmensnetzwerk mit vielen verschiedenen Gerätetypen und einer komplexen Topologie von einer hybriden SDN-Architektur profitieren, die Elemente von zentralisiertem und verteiltem SDN kombiniert. Umgekehrt könnte ein zentralisiertes SDN-Design für ein kleineres Netzwerk mit weniger Geräten und einer einfacheren Topologie gut funktionieren.

Es ist wichtig, die verschiedenen Optionen sorgfältig zu prüfen und die Architektur auszuwählen, die den Anforderungen der Organisation am besten entspricht. SDN verwendet hauptsächlich fünf verschiedene Architekturmodelle.

#1. Zentralisiertes SDN

In einer zentralisierten SDN-Architektur sind alle Steuerungs- und Verwaltungsfunktionen in einem einzigen zentralen Controller konsolidiert, der es Administratoren ermöglicht, das Verhalten des Netzwerks einfach zu definieren und zu steuern. Dennoch kann es auch zu einem Single Point of Failure kommen.

#2. Verteiltes SDN

Bei diesem Architekturtyp werden die Steuerungsfunktionen auf mehrere Controller verteilt, was die Zuverlässigkeit verbessert, aber die Verwaltung des Netzwerks komplexer macht.

#3. Hybrid-SDN

Hybrides SDN-Architekturmodell kombiniert zentralisierte und verteilte SDN-Elemente. Abhängig von den Anforderungen des Netzwerks kann es für einige Funktionen einen zentralisierten Controller und für andere verteilte Controller verwenden.

#4. SDN überlagern

Overlay-Architekturen verwenden virtuelle Netzwerktechnologien wie VXLAN oder NVGRE, um ein logisches Netzwerk auf einem vorhandenen physischen Netzwerk zu erstellen. Auf diese Weise können Administratoren virtuelle Netzwerke erstellen, die einfach erstellt, geändert und gelöscht werden können.

#5. SDN unterlegen

Die Underlay-Architektur nutzt die vorhandene Netzwerkinfrastruktur, um die Erstellung virtueller Netzwerke zu unterstützen, die Technologien wie MPLS oder Segment-Routing verwenden können, um virtuelle Verbindungen zwischen Geräten im Netzwerk zu erstellen.

Lernmittel

Es kann schwierig sein, die besten Ressourcen zum Erlernen von SDN-bezogenen Konzepten auszuwählen, da viele verschiedene Optionen verfügbar sind. Daher kann es hilfreich sein, ein paar verschiedene Ressourcen auszuprobieren, um zu sehen, welche für Sie am besten geeignet sind.

#1. SDN-Crashkurs Praxis/Hands-on

Dies ist ein Kurs, der auf der Udemy-Plattform angeboten wird. Dieser Kurs ist eine hervorragende Möglichkeit, praktische Erfahrungen in der SDN- und OpenFlow-basierten Netzwerkprogrammierung zu sammeln. Es behandelt auch eine Vielzahl von erweiterten OpenFlow-Konzepten wie Zählertabelle (QoS) und Gruppentabelle (Load Balancer, Sniffer).

Wir können diesen Kurs jedem wärmstens empfehlen, der mehr über SDN und die verschiedenen beteiligten Technologien erfahren möchte. Grundlegende Netzwerkkenntnisse reichen aus, um mit diesem Kurs zu beginnen.

#2. SDN: Softwaredefinierte Netzwerke

Dieses Buch behandelt hauptsächlich 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.

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#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, um die wichtigsten Punkte zu veranschaulichen und zu zeigen, wie diese Technologien in der Branche eingesetzt werden.

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Die Autoren haben großartige Arbeit geleistet, indem sie die Schlüsselkonzepte von SDN und NFV auf klare und prägnante Weise erklärt haben und das Buch Lesern aller technischen Fachkenntnisse zugänglich gemacht haben.

#4. Softwaredefinierte Netzwerke

Dieses Buch bietet eine gründliche Einführung in SDN aus der Sicht von Einzelpersonen, die die Technologie implementieren und nutzen.

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Dieses Buch ist sehr hilfreich, um die gesamte SDN-Architektur zu verstehen, sogar für Anfänger. Außerdem wird erläutert, wie das Netzwerk unter Verwendung von Industriestandards für eine skalierbare Umgebung entworfen wird.

#5. SDN und NFV: Grundlagen

Es ist ein gut geschriebener und ansprechender Leitfaden, der eine solide Grundlage für SDN und NFV bietet und für Leser aller technischen Fachkenntnisse geeignet ist.

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Der beste Weg, sich mit SDN-Konzepten vertraut zu machen, besteht darin, praktische Erfahrungen bei der Arbeit mit SDN-Tools und -Technologien zu sammeln. Sie können versuchen, eine einfache SDN-Umgebung mit Tools wie Mininet und einem Controller wie RYU einzurichten und mit der Steuerung des Netzwerkverkehrs mithilfe der Software experimentieren.

Einpacken

SDN ist in der heutigen digitalen Umgebung hilfreich, da es die Vernetzung flexibler und effektiver macht.

In traditionellen Netzwerken sind Control Plane und Data Plane eng gekoppelt, was bedeutet, dass Änderungen an der Control Plane auch Änderungen an der Data Plane erfordern. Dies kann insbesondere in großen und komplexen Netzwerken den Netzwerkwechsel erschweren und zeitaufwändig machen.

Bei SDN wird die Steuerungsebene von der Datenebene abstrahiert, was es einfacher macht, das Verhalten des Netzwerks programmatisch zu steuern und zu optimieren. Dies kann besonders in Umgebungen nützlich sein, in denen schnell und einfach Änderungen am Netzwerk vorgenommen werden müssen, z. B. in Cloud-Computing-Umgebungen, in denen Arbeitslasten schnell bereitgestellt und bereitgestellt werden können.

Ich hoffe, Sie fanden diesen Artikel hilfreich, um mehr über SDN und seine Architektur zu erfahren.

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