Schneller, flexibler, grüner Die Internet-Architektur der Zukunft

Autor / Redakteur: Hendrik Kahmann* / Dipl.-Ing. (FH) Andreas Donner

Die Anforderungen an Telekommunikationsnetze steigen kontinuierlich. Immer größere Datenmengen erfordern immer mehr Bandbreite. Gleichzeitig sind hohe Skalierbarkeit und ein nachhaltiges Ressourcen-Management gefragt. Wie lässt sich die Internet-Architektur der Zukunft gestalten?

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Hendrik Kahmann von Axians Networks & Solutions erläutert, wie die Internet-Infrastruktur aussehen muss, um für die Zukunft gerüstet zu sein.
Hendrik Kahmann von Axians Networks & Solutions erläutert, wie die Internet-Infrastruktur aussehen muss, um für die Zukunft gerüstet zu sein.
(Bild: © Axians)

Die Anforderungen an die IT-Infrastruktur wachsen ständig. Zunehmend verlagern sich Geschäftsprozesse in die Cloud. Statt zu telefonieren nutzen wir Video-Call-Dienste und statt fernzusehen Streaming-Angebote. Neue Technologien wie IoT und Big Data Analytics, Echtzeitanwendungen und die Übertragung hochauflösender Datenformate erfordern immer größere Bandbreiten.

Hinzu kommt, dass sich durch die Corona-Pandemie ein Großteil der Arbeit ins Internet verlagert. All das stellt Carrier und Service Provider vor große Herausforderungen. Meiner Meinung nach ist klar: Die anhaltende, weltweite Situation rund um die Pandemie, verbunden mit dem schlagartigen Anstieg von Remote Working, Remote Schooling und anderen digitalen Prozessen in unserer Gesellschaft sowie in kritischen Bereichen, erfordern einen Ausbau und ein Umdenken in den Geschäftsmodellen aller Carrier und Service-Provider.

Wie die DE-CIX ihre Bandbreite mit DWDM optimiert

Einer unserer langjährigen Kunden ist DE-CIX, der Betreiber des größten Internet-Knotens der Welt in Frankfurt am Main, der im letzten Jahr sein 25-jähriges Jubiläum feierte. DE-CIX war schon immer ein technischer Pionier und hat die Internet-Infrastruktur maßgeblich mit aufgebaut.

Bei der Unternehmensgründung 1995 hätte kaum jemand gedacht, welche rasante Entwicklung das Netz nehmen würde. Heute betreibt DE-CIX Internetknoten an weltweit 28 Standorten mit 2.200 angeschlossenen Netzwerken. Seine Standorte bilden das weltgrößte neutrale Interconnection Ökosystem. Wir begleiten das Unternehmen seit vielen Jahren bei seiner Erfolgsgeschichte.

DE-CIX ist ein Kunde, der sich ständig damit auseinandersetzt, wie er seine Netze optimieren kann. So stellten wir uns auch gemeinsam der Herausforderung, wie man den wachsenden Anforderungen an Bandbreite und Flexibilität gerecht werden kann. Jährlich verzeichnet DE-CIX eine Zunahme des Datenvolumens um bis zu 20 Prozent, wobei der Traffic allein im Monat März 2020 Corona-bedingt um 10 Prozent anstieg. Pro Sekunde werden über die Glasfaserleitungen des DE-CIX in Frankfurt in Spitzenzeiten deutlich über 10 Terabit an Daten geschickt. Im Jahr 2020 erreichte der gesamte Datentraffic der DE-CIX Standorte weltweit einen Wert von 32 Exabyte.

Dank einer vorausschauenden Planung konnte DE-CIX den rasanten Traffic-Anstieg während der Pandemie problemlos bewältigen. Bereits 2017 beschloss der Internetknoten-Betreiber, seine IT-Infrastruktur auszubauen und weitere Glasfaserkabel anzumieten. Dabei setzt er auf Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM). Dadurch lassen sich über eine Faser parallel mehrere Signale übertragen, wodurch sich die Zahl der benötigten Kabel reduziert.

Kapazitäten bis zu 27,6 Terabit pro Sekunde

Die DWDM-Geräte kommen bei der Datenübertragung zwischen den Rechenzentren der einzelnen Standorte zum Einsatz. Sie verwandeln die „grauen“ 100-Gigabit-Signale der Router oder Switches in unterschiedlich „farbige“ Wellenlängen. Durch Multiplexing zweier 100-Gigabit-Signale in eine 200-Gigabit-Wellenlänge lässt sich das verfügbare Farbspektrum noch effizienter ausnutzen. Die Bandbreite multipliziert sich mit der Anzahl der übertragenen Wellenlängen.

So sind bis zu zwölf 100-Gigabit-Dienste und damit 1,2 Terabit pro Sekunde je System möglich. Durch das Zusammenschalten mehrerer Geräte lässt sich die Kapazität auf bis zu 27,6 Terabit pro Sekunde erweitern. Die Lösung kann also mit dem Traffic-Bedarf mitwachsen. Selbst wenn alle Firmen Europas ausschließlich im Homeoffice arbeiten und nebenher die Fußball-EM übertragen wird, könnte DE-CIX die notwendigen Bandbreiten bereitstellen.

Virtualisierung und Automatisierung

Die ständige Erhöhung der Übertragungsbandbreiten durch die Weiterentwicklung der DWDM-Technologie ist ein großer Schritt auf dem Weg zur Internetarchitektur der Zukunft. Als weitere wichtige Trends sehe ich die Virtualisierung und die Automatisierung. Neben den Bandbreiten steigen die Anzahl, die Vielfalt und die Qualitätsansprüche der Services auf den Netzen. Die erforderliche Flexibilität erreicht man durch die Virtualisierung der Netzfunktionen. Die einhergehende Komplexität im Betrieb ist nur mit Automatisierung in den Griff zu bekommen.

Bei der Modernisierung und Optimierung von Telekommunikationsnetzen spielen Software-Defined Networks (SDN) eine wichtige Rolle. Im SDN kontrollieren und steuern zentrale Einheiten die Prozesse und Services im Netz. Das vereinfacht und beschleunigt zum Beispiel die Konfiguration von Netzelementen, die Verteilung von Konfigurationen sowie die Prüfung von Zuständen in Betrieb und Wartung.

Schnittstellen wie NETCONF und YANG realisieren die herstellerübergreifende M2M-Kommunikation und bilden damit die Grundlage für die automatisierte Steuerung von Netzen und Diensten anstatt einzelner Systeme ohne zusätzliche Middleware. Manuelle Konfigurationsprozesse über das CLI oder proprietäre Management-Systeme können damit entfallen und die Fehlerquote sowie die Bereitstellungszeit für neue Dienste und Konfigurationen minimiert werden.

Telemetriedaten aus den Systemen geben dabei jederzeit detailliert Auskunft über den Status des Netzes und ermöglichen die dynamische sowie mittlerweile mehr und mehr AI-gestützte Anpassung an die aktuellen Gegebenheiten. Die Grundlagen und Werkzeuge sind also verfügbar. Die Herausforderung liegt in deren anforderungsoptimierter Auswahl und ihrer Integration.

(Internet-)Netzwerk-Management gestern und heute vs. morgen und übermorgen.
(Internet-)Netzwerk-Management gestern und heute vs. morgen und übermorgen.
(Bild: © Axians)

Green IT im Innovation & Testing Center

Automatisierung spielt auch im Hinblick auf die Nachhaltigkeit eine wichtige Rolle. Dieser Aspekt wird für Carrier und Internet Service Provider immer wichtiger. Denn während der Bedarf an leistungsfähiger Datenübertragung steigt, gilt es gleichzeitig, Energie zu sparen und den Klimawandel aufzuhalten. In unserem Innovation & Testing Center haben wir bereits ein Green-IT-Konzept umgesetzt.

Eine automatisierte Ressourcenverwaltung aktiviert Komponenten nur dann, wenn sie auch tatsächlich verwendet werden. In der Praxis lässt sich der Strombedarf dadurch um zirka 30 Prozent senken. Die Green-IT-Lösung kann auch gut auf den Edge-Computing-Bereich übertragen werden und birgt auch dort großes Einsparpotenzial. Mit einem aktiven und ganzheitlichen Ressourcen-Management vom Core bis an das Edge lassen sich hochdynamische Anwendungsfälle energieeffizient umsetzen. Etwa Spitzenlasten innerhalb von Content-Delivery-Prozessen während eines Software-Rollout.

Das Innovation & Testing Center bietet Netzbetreibern die Möglichkeit, Green IT und andere neue Technologien einmal auszuprobieren. Wir haben hier eine vollständig automatisierte Testumgebung aufgebaut, in der Unternehmen Proof of Concepts und Tests zielgerichtet planen und ausführen können, ohne dass sie selbst ein On-Premises-Lab brauchen. Insbesondere an einem digitalen Zwilling erproben Netzbetreiber Lösungsszenarien, ohne die Performance für ihre Kunden zu beeinträchtigen.

Fazit und Ausblick

Carrier und Internet Service Provider stehen mehr denn je unter Modernisierungsdruck. Ich gehe davon aus, dass die Anforderungen an die IT-Infrastruktur in den kommenden Jahren durch Echtzeitanwendungen, Cloud-basiertes Online-Gaming oder höchstauflösendes Streaming auf mobilen und stationären Endgeräten stetig ansteigen werden. Zusätzlich erfordern sie ein Höchstmaß an Flexibilität, ohne gleichzeitig die Aspekte Nachhaltigkeit und Effizienz zu vernachlässigen.

Die Grenzen zwischen Mobilfunk mit 5G und der Technologien im Festnetz verschwimmen hierbei zunehmend. Technologien wie DWDM, Software-Defined Networking, Automatisierung und eine intelligente Ressourcenverwaltung helfen dabei, die Herausforderungen zu meistern.

Hendrik Kahmann.
Hendrik Kahmann.
(Bild: © Axians)

Wer neue Technologien einmal live ausprobieren und sich von den Vorteilen automatisierter Prozesse überzeugen möchte, ist im Axians Innovation & Testing-Center an der richtigen Adresse.

* Hendrik Kahmann ist Leiter Business Development bei Axians Networks & Solutions.

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