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Netzwerkoptimierung durch Virtualisierung:
Wo, wann, was und wie?
Virtualisierungstechnologie ist keine Neuheit auf dem Markt mehr, aber sehr wohl die
Art, wie sie bei den Netzwerkfunktionen von Switches, Routern und anderen Geräten
zum Einsatz kommt. Hohe Kosteneinsparungen und weniger Komplexität sind die
primären Ziele. In den Anfängen der Servervirtualisierung wurden enorme
Einsparungen bei den Kapitalkosten für Server erzielt. Gleichzeitig kamen aber
komplexere und arbeitsintensivere Prozesse zum Einsatz und ließen die
Betriebskosten in die Höhe schnellen. Teilweise konnten diese Kosten durch die
vermehrte Integration der Server- und Netzwerkinfrastruktur und erweiterte
Funktionalität der Software eingedämmt werden.
Was können die Betreiber aus der Vergangenheit der Servervirtualisierung lernen? Die reine Verschiebung von
Kapital- zu Betriebskosten sollte vermieden werden. Die richtigen Ressourcen und Funktionen müssen anhand der
geschäftlichen Anforderungen und nicht der Technologie wegen virtualisiert werden. Die Senkung der
Gesamtbetriebskosten durch eine flexible und anpassungsfähige Infrastruktur sollte im Mittelpunkt stehen.
Optimierung der Betreiberumgebung
Komplexität: Die Verringerung der Komplexität ist ein geeigneter Ausgangspunkt. Das Management bestehender
Services und Anwendungen bei gleichzeitiger Einführung neuer Funktionen ist in vielen Unternehmen noch immer
ein sehr aufwändiger Prozess. Die dafür notwendigen betrieblichen Prozesse sind äußerst komplex und
zeitaufwändig und müssen von Fachpersonal durchgeführt werden. Eine Verringerung der Komplexität durch
Automatisierung und Orchestrierung beschleunigt den Betrieb, verbessert die Serviceflexibilität und reduziert die
Betriebskosten. Eine geeignete Virtualisierungstechnologie muss nachweislich die Komplexität des gesamten
Netzwerkbetriebs reduzieren und sie nicht nur von einer Stelle an eine andere verschieben.
Selektive Virtualisierung: Es gibt eindeutig bestimmte Bereiche, in denen die Virtualisierung und der Einsatz
gemeinsamer Server ganz allgemein sinnvoll ist. Dazu gehören Netzwerkfunktionen mit hohem Bedarf an
Rechenleistung aber eher niedrigen Anforderungen an Latenz, Geschwindigkeit und Vorhersagbarkeit. Das sind
z. B. Funktionen zur Steuerung von Subsystemen wie IP Multimedia Subsystems (IMS) oder zur Netzwerkkontrolle
wie DNS (Domain Name System). Die Virtualisierung und gemeinsame Nutzung von Servern macht für Funktionen
mit hohen Anforderungen an die Netzwerkleistung, wie z. B. hoher Bandbreitenbedarf, kurze Latenzzeiten oder
eine hohe Vorhersagbarkeit, wenig Sinn. Konkrete Bespiele hierfür sind das Switching im Rechenzentrums-Core
oder Routing im WAN-Backbone, die kaum Rechenleistung, dafür aber einen sehr hohen Netzwerkdurchsatz
benötigen.
Positionierung von virtualisierten Funktionen: Ein weiterer Aspekt, der sich auf die Qualität der Optimierung
auswirkt, ist die Entscheidung, an welcher Stelle im Netzwerk die Virtualisierung stattfinden soll. Der für die
Optimierung erforderliche Aufwand sollte immer mit der Anforderung zur Sicherstellung der Performance und QoS
(Quality of Service) abgewogen werden. Wenn die erzielten Kosteneinsparungen durch den Einsatz von
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Virtualisierungs- und Verbrauchsplattformen sich negativ auf das Kundenerlebnis auswirken, sind diese häufig
nicht zu empfehlen. Der genaue Einsatzort der Virtualisierungsfunktionen muss wohl überdacht sein. Dazu
gehören auch die Gesamtkosten der Servicebereitstellung und -verwaltung, dessen Skalierbarkeit und die
Flexibilität der Infrastruktur.
So sollte ein virtualisierter HD-Video-Feed sich bestenfalls so nahe am Verbraucher wie möglich befinden, um
optimale Qualität und Performance sicherzustellen. Werden Funktionen weiter entfernt von ihrem Einsatzort
platziert kann dies generell die Bandbreitenkosten für das Netzwerk-Backhaul erhöhen. Ein verteilter HD-VideoFeed erzielt eine bessere Performance, wenn die Netzwerklast verringert wird. Andererseits ist die zentrale
Speicherung großer Datenmengen im zentralen Storage-System meist preiswerter. Die ideale Infrastruktur
ermöglicht dem Betreiber die einfache flexible Verschiebung von Inhalten.
Virtualisierte Funktionen sind beispielsweise in zentralen oder verteilten Rechenzentren, Points Of Presence (POP)
und der Zentrale gut aufgehoben. (Telekommunikationsanbieter verfügen bereits über eine zentrale Infrastruktur
und entwickeln die Niederlassungen praktisch in kleine Rechenzentren.) Optimale Qualität der virtualisierten
Funktionen wird natürlich auch ermöglicht, wenn sich diese direkt am Einsatzort, also am Kundenstandort,
befinden.
Eine Infrastruktur, die eine einfache Verschiebung der virtualisierten Funktionen unterstützt, kann auch
geschäftskritisch sein. So kann eine beschleunigte Bereitstellung über ein zentrales Rechenzentrum z. B. die
Markteinführungszeit verkürzen. Wenn die Nachfrage steigt und Skalierungs- und Performance-Anforderungen
sich stark erhöhen, müssen die Netzwerkfunktionen ggf. an andere Stellen im Netzwerk verschoben werden.
Bereitstellung virtualisierter Funktionen: Virtualisierte Funktionen können von herkömmlichen Servern auf
verschiedene Art und Weise bereitgestellt werden: auf x86-Rackmount- oder Blade-Servern in Rechenzentren, auf
x86-Blade-Servern in Router- oder Switch-Steckplätzen oder auf x86-Servern an anderen Standorten (Zentrale,
Point Of Presence, Kundenstandort). Durch eine umfassende Analyse von Performance-Vorteilen und anfallenden
Kosten kann die Netzwerkarchitektur optimiert und der beste Standort für die virtualisierten Funktionen ermittelt
werden.
Kapazitätsplanung: Eine Studie von ACG Research zeigt, dass traditionelle Ansätze zur Kapazitätsplanung nicht
mehr in der Lage sind, den wirtschaftlichen Rhythmus mit den Anforderungen in Einklang zu bringen (siehe
Abbildung 1). Dies kann zum Verlust von Chancen, Kunden und Umsatz führen, aber auch zu nicht ausgenutzten
Investitionen. Deshalb stellt das alte Kapazitätsplanungsmodell eine weitere Möglichkeit zur Optimierung dar.
Netzbetreiber benötigen eine flexiblere und detailliert skalierbare Infrastruktur zur Bewältigung unvorhergesehener
und stetig wachsender Kapazitätsanforderungen.
Die Anzahl mobiler Benutzer und von Anwendungen mit hoher Netzwerklast wie HD-Videoinhalte wächst, und die
Netzwerkkapazität und -ressourcen müssen schneller auf Veränderungen reagieren können, als das gegenwärtige
Bereitstellungsmodell es zulässt. Dies bedeutet, dass die Infrastruktur in der Lage sein muss, Ressourcen und
Kapazität auf die Anforderungen von Anwendungen und Verbrauchern anzupassen. Wenn sie richtig eingesetzt
wird, kann die Virtualisierung sich flexibel und präzise an steigende oder sinkende Anforderungen anpassen. Der
Server übernimmt dabei die Anforderungen an die Hardware. Wird bestimmte Hardware vorläufig nicht mehr
benötigt, kann sie mithilfe der Virtualisierungsfunktionen einfach heruntergefahren werden, wodurch sich
erhebliche Einsparungen bei Strom- und Kühlungskosten ergeben.
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Abbildung 1:
Herausforderungen bei der Kapazitätsplanung für Netzbetreiber
Quelle: ACG Research
Einsatz von Orchestrierungsfunktionen: Die meisten Services erfordern heutzutage mehrere Funktionen. Sind
diese Funktionen virtualisiert, müssen Sie möglichst geschickt und einfach zusammengeführt werden, um einen
optimalen Netzwerkbetrieb zu gewährleisten. Ohne NFV-fähige Orchestrierungstools ist dies nur sehr schwierig
umzusetzen. Ein geeignetes Orchestrierungssystem kann automatisch auf die Anforderungen der Anwendungen
und Services reagieren – und zwar auch in der richtigen Reihenfolge, mit der richtigen CPU-, Storage- und
Netzwerkkapazität und am optimalen Standort. Das Orchestrierungssystem weiß anhand von Serviceprofilen,
Erkennungs- und Katalogisierungsfunktionen, wo sich die virtualisierten Funktionen befinden (oder wo sie gerade
benötigt werden) und welche überhaupt benötigt werden. Je nach aktueller Anforderung kann eine Funktion
verschoben, aktiviert oder deaktiviert werden. Mit einem Orchestrierungssystem lassen sich die Integration und der
koordinierte Einsatz der Netzwerkfunktionen optimieren.
Verringerung des Kapitalaufwands: Ein weiteres Ziel der Optimierung ist die Verringerung des Kapitalaufwands.
Ein zusätzlicher Vorteil der Virtualisierung dieser Ressourcen, einer konvergenten Infrastruktur und
programmierbarer Netzwerke ist die optimierte Nutzung der verfügbaren Netzwerkressourcen. Aktuelle
Betreiberumgebungen zeichnen sich durch eine dedizierte und mit maßgeschneiderten Funktionen ausgestatteten
Infrastruktur aus, die aber schwierig zu verwalten und nicht vollständig ausgelastet ist. Durch die Verschiebung hin
zu x86-Serverplattformen und einer höheren Nutzung der Netzwerkressourcen durch einen höheren Grad an
Intelligenz, Virtualisierung und Automatisierung können Netzbetreiber ihr Investitionsbudget dank gesteigerter
Wiederverwendung von Ressourcen optimieren.
Was bedeutet das für die virtualisierte Infrastruktur? Was die Optimierung betrifft, muss die von den Netzbetreibern
gewählte Infrastruktur eine flexible Unterstützung aller Servicearten mit unterschiedlichen Kapazitätsstufen und
einer detaillierten Ressourcenskalierbarkeit je nach Verbrauch unterstützen. Die Virtualisierung an verschiedenen
Standorten im Netzwerk und eine geschäftsabhängige Verschiebung der Funktionen müssen ebenfalls
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gewährleistet sein. Weiterhin muss eine Interaktion mit Anwendungen und Managementtools möglich sein, um
eine hohe Ressourcenflexibilität sowie eine schnelle On-Demand-Aktivierung und -Deaktivierung zu ermöglichen.
Letztendlich muss die Komplexität verringert werden, damit die IT-Mitarbeiter sich vermehrt auf geschäftliche
Innovationen konzentrieren können.
Weitere Informationen
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