SDN - Software Defined Networking

Zu Software Defined Networking, Software Defined Network oder softwaredefiniertes Netzwerk, kurz SDN, gehören Netzwerk-Komponenten, deren Funktionen sich individuell programmieren lassen und sich entsprechend unterschiedlich verhalten. Dieses Konzept wurde ursprünglich von der Stanford University (USA) im Jahr 2006 entwickelt.

Die Open Networking Foundation (ONF) beschreibt softwaredefiniertes Networking als „die Fähigkeit zur Entkopplung der Funktionen zur Netzsteuerung und dem Datentransport“. Im Prinzip werden bei einem SDN die Hardware und Software voneinander getrennt. Die Software werden in Funktionen für Steuerung und Transport geteilt und beides virtualisiert. Die Steuerung kann so direkt programmiert werden.
Die Steuerung wird in einer Software-Schicht durchgeführt, die auf einer separaten Hardware arbeitet. Die Infrastruktur (Data Layer / Data Plane) wird dann von einem logisch und physisch getrennten SDN-Controller (Control Layer / Control Plane) verwaltet und gesteuert. Durch die Programmierbarkeit kann man das Netzwerk flexibler gestalten und lastet dabei alle Netzwerk-Elemente besser aus (Komponenten und Leitungen).

In einem herkömmlichen Netzwerk agieren Switche und Router unabhängig voneinander. Die Funktionalität von Switching und Routing, sowie deren Entscheidungskriterien wurden aus Geschwindigkeitsgründen ursprünglich in der Hardware festgelegt und waren deshalb nur teilweise parametrierbar.
Standard-Hardware ist inzwischen so leistungsfähig, dass die Entscheidungen zentral in einem herstellerunabhängigen SDN-Controller erfolgen können, der Datenströme übergreifend auf mehrere Netzwerk-Komponenten und Leitungswege verteilen kann.

Vorher-Nachher

herkömmliches Netzwerk ohne SDN

In einem herkömmlichen Netzwerk arbeiten alle Netzwerk-Komponenten unabhängig voneinander mit Hilfe von dezentralen Protokollen. Eine zentral gesteuerte und gemeinsamen Steuerung aller Komponenten ist nur begrenzt möglich.

Netzwerk mit SDN

Ein SDN erlaubt die Steuerung und Programmierung aller Komponenten durch einen zentralen SDN-Controller.

Anwendungen

SDN-Konzepte und SDN-Techniken bilden die Grundlage für das Rechenzentrum und große Netze der Zukunft.

  • Verwalten von Netz-Ressourcen
  • Verwalten von Firewall-Regeln
  • Datenverkehr zentral und herstellerunabhängig steuern
  • Bandbreitenzuteilung bei spontan ansteigender Netzlast
  • Übersicht über den aktuellen Status und den Nutzungsgrad aller Komponenten und Leitungen

Anforderungen an Netzwerk-Komponenten

Typische Netzwerk-Komponenten für den Datentransport sind Switche und Router. Form und Funktion dieser Netzwerk-Komponenten sieht in einem SDN natürlich anders aus. Hier gibt es zwei Ansätze.

  • Handelsübliche Standard-Computer-Hardware, in der alle Netzwerk-Funktionen programmiert werden. Es handelt sich dabei um eine reine Software-Lösung.
  • Herkömmliche Netzwerk-Komponenten, die nicht nur konfigurierbar, sondern zusätzlich programmierbar sind.

Im einfachsten Fall verfügen Netzwerk-Komponenten, wie Switche, Router, Firewalls und Gateways über offene Programmierschnittstellen, über die sie von einem zentralen Controller zur Laufzeit rekonfiguriert werden können. Sowohl die Netzwerk-Komponenten als auch der Controller brauchen hierfür einheitliche und normierte Schnittstellen, um auf alle Netzwerk-Komponenten zugreifen zu können. Hierfür gibt es zwei Standards.

  • IEEE 802.1cf
  • OpenFlow

OpenFlow

Die Open Networking Foundation (ONF) widmet sich der Verbreitung und Implementierung von SDN und verwaltet den OpenFlow-Standard.
OpenFlow ist ein Standard, der ein Protokoll und eine Schnittstelle beschreibt, der den direkten Zugriff auf die Steuer- und Weiterleitungsebene eines Switches oder Routers bietet.

Software-Defined WAN (SD-WAN)

Ein Netzbetreiber trennt in seinem WAN die Netzsteuerung und Netzfunktionen von ihrer proprietären Hardware. Die Steuerung und Funktionen laufen dann als Software auf Standard-Hardware.

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