Netzwerk-Virtualisierung und Breitbandanbindung als Grundlage von Cloud Computing Ohne flexible optische Netze bleibt Cloud Computing ein Wunschtraum

Autor / Redakteur: Christian Illmer / Dipl.-Ing. (FH) Andreas Donner

Cloud Computing ist unbestritten eine Technologie, die in den kommenden Jahren die IT-Landschaft drastisch verändern wird. Doch bei aller Euphorie rund um die „Cloud“ wird häufig eines übersehen: ohne eine leistungsstarke und vor allem flexible optische Netzwerkinfrastruktur bleibt Cloud Computing ein luftiges Gebilde ohne Substanz.

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Den Prognosen von Marktforschern und IT-Fachleuten zufolge steht Cloud Computing eine rosige Zukunft bevor. Die Marktforschungsgesellschaft Gartner geht beispielsweise davon aus, dass 2012 weltweit rund 114 Milliarden Dollar mit Cloud-Services umgesetzt werden. Für 2013 erwartet Gartner eine Steigerung auf 150 Milliarden Dollar; siehe Abbildung 1.

Auch in Deutschland gewinnt Cloud Computing an Bedeutung. Die Beratungsfirma Experton Group schätzt, dass der Umsatz mit Cloud-Computing-Diensten 2011 an die 930 Millionen Euro betragen wird. Hinzu kommen rund 317 Millionen Euro für Beratung und Integrationsdienstleistungen sowie 671 Millionen Euro für Hard- und Software. Für 2015 prognostiziert die Experton Group einen Umsatz von 8,16 Milliarden Euro mit Produkten rund um die Cloud.

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Desktops aus der Cloud beziehen

Zu den klassischen Cloud-Angeboten zählen das Bereitstellen von Software (Software as a Service, SaaS) sowie von Rechenleistung und Speicherkapazitäten (Infrastructure as a Service, IaaS). Hinzu kommen Entwicklungsumgebungen und Middleware, die als Platform as a Service (PaaS) angeboten werden. Es ist jedoch absehbar, dass weitere „As-a-Service-“Angebote hinzu kommen.

Etliche Cloud-Service-Provider stellen beispielsweise komplette Desktop-Umgebungen über die Cloud zur Nutzung bereit, etwa Windows und die entsprechenden Anwendungen wie Office-Pakete. Sofern sie sich standardisieren lassen, werden künftig sogar komplette Geschäftsprozesse via Cloud zur Verfügung stehen.

Häufig unterschätzt: die Netzwerkanbindung

Geht es um Cloud-Computing-Komponenten, ist häufig die Rede von Servern, Netzwerk-Switches und Storage-Systemen, zudem von Virtualisierungslösungen wie Vmware, Citrix Xen und Microsoft Hyper-V. Eine Komponente wird dagegen häufig übersehen, ohne die Cloud Computing nicht möglich wäre: eine leistungsfähige Netzwerkanbindung. Dies gilt nicht nur für Verbindungen innerhalb des Rechenzentrums, also zwischen Servern, Switches und Speichersystemen. Dort kommen Ethernet, Fibre Channel oder Fibre Channel over Ethernet (FCoE) über lokale Netze und Storage Area Networks zum Zuge.

Entscheidend ist, dass Breitband-Weitverkehrsverbindungen (WAN) zur Verfügung stehen, welche die Verbindung zu Cloud-Rechenzentren herstellen oder die Data Center eines Unternehmens im Rahmen einer „Intra-Cloud“ miteinander koppeln. Derzeit vertrauen viele Unternehmen noch auf E1/T1-WAN-Verbindungen mit 2,048 MBit/s beziehungsweise 1,544 MBit/s. Das ist für Cloud-Services wie das Sichern großer Datenmengen bei einem Cloud-Storage-Provider oder für das Replizieren von Daten zwischen Firmen-Rechenzentren allerdings viel zu wenig.

Auch asymmetrische und symmetrische DSL-Dienste (ADSL, SDSL) können diesen Anforderungen nicht genügen. Selbst VDSL mit Datenraten von derzeit 52 MBit/s beim Empfangen (Download) und 11 MBit/s beim Versenden (Upload) ist zu langsam. Die Praxis hat gezeigt, dass Unternehmen, die Cloud-Computing-Services nutzen, eine Anbindung mit einer Bandbreite von 100 MBit/s benötigen.

Quality of Service und Bandbreite nach Bedarf

Allerdings ist die verfügbare Bandbreite nur ein Faktor, der bei Cloud-Services zu berücksichtigen ist. Will ein Unternehmen Geschäftsanwendungen wie Customer Relationship Management (CRM), Backup und Restore oder Videoconferencing von einem Cloud-Service-Provider beziehen, spielen auch Parameter wie die Verzögerungszeiten (Latency) sowie die Quality of Service (QoS) und Class of Service (CoS) eine Rolle. Denn Echtzeit-Applikationen und geschäftskritische Anwendungen sind ohne garantierte Service-Levels nicht denkbar.

Eine weitere Anforderung an die Netzanbindung eines Unternehmens, und damit an die Kern- und Zugangsnetze von Carriern, betrifft die Skalierbarkeit und Flexibilität. Denn ein wesentlicher Vorteil von Cloud Computing besteht darin, dass der Anwender Bandbreite und Services nach Bedarf bestellen oder stornieren kann. Das bezieht sich nicht nur auf die Cloud-Services selbst, sondern auch auf die Netzwerkbandbreite, die diese benötigen. Das heißt, der Provider muss in der Lage sein, die Bandbreite und Servicegüte, die einzelne Anwendungen benötigen, dynamisch an den Bedarf des Kunden anzupassen.

weiter mit: Anforderungen an virtualisierte Netzwerkinfrastruktur

Anforderungen an virtualisierte Netzwerkinfrastruktur

Ebenso wie der Anwender bei Cloud Computing nach Bedarf ordern kann, muss er in der Lage sein, die nötige Netzwerkbandbreite zu buchen – und gegebenenfalls abzubestellen. Das schließt auch Parameter wie Garantien bezüglich der Verfügbarkeit und der Latency (Verzögerungszeiten) mit ein. Dies lässt sich nur mithilfe einer virtualisierten, flexiblen Netzwerkinfrastruktur realisieren. Diese muss folgende Anforderungen erfüllen:

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  • sie muss schnell und weitgehend automatisiert „Bandbreite nach Bedarf“ (Bandwidth on Demand) bereitstellen; wichtig ist dabei, dass flexibel auf bestimmte Anforderungen von Nutzern eingegangen werden kann, etwa in Bezug auf die Topologie (Punkt-zu-Punkt-; Punkt-zu-Mehrpunkt- oder Broadcast-Verbindungen), die Dienstgüte (Quality of Service, QoS), den Service-Typ sowie Redundanz;
  • sie muss automatische Fehlerkorrekturmechanismen bieten und Verbindungen innerhalb kürzester Zeit wiederherstellen;
  • sie muss Nutzungs- und Leistungsparameter transparent machen, etwa wie viel der verfügbaren Bandbreite bereits ausgebucht ist und welche Reserven noch vorhanden sind sowie wie es um die maximale und minimale Latency bestellt ist.

Die Lösung: optische DWDM-Netze und Carrier-Ethernet

Um die genannten Anforderungen zu erfüllen gibt es mehrere Lösungsansätze: Zum einen sind das optische Netze auf Basis von Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) zur Verbindung von Cloud Rechenzentren, zum anderen das Carrier Ethernet als Access Technologie der nächsten Generation zur effizienten Anbindung von Kunden an Cloud Rechenzentren.

DWDM stellt die benötigten Übertragungskapazitäten zwischen Rechenzentren zur Verfügung. Mit Wellenlängen-Multiplexing ist es möglich, eine hardwaregestützte Trennung der Verkehrsarten auf der physikalischen Ebene (Layer 2) durchzuführen. Das heißt, dass Services für einzelne Nutzergruppen über separate Wellenlängen bereitgestellt werden. Dies ist mithilfe von Übermittlungssystemen wie bspw. dem FSP 3000 von Adva Optical Networking machbar.

Ein weiterer Vorteil einer DWDM-Infrastruktur: Es lassen sich jedem Teilnehmer je nach Bedarf Bandbreiten von bis zu 10 GBit/s zur Verfügung stellen, und zwar sowohl im Downstream- als auch im Upstream-Betrieb. Damit lassen sich auch Services realisieren, die eine hohe Bandbreite benötigen, etwa das Koppeln von verteilten Firmenrechenzentren und von Cloud-Computing-Rechenzentren eines Service-Providers.

Carrier Ethernet ermöglicht es Service Providern und Carriern neue, breitbandige Dienste auf Basis von Ethernet anzubieten. Diese Dienste werden zur Anbindung von Endkunden an Cloud Rechenzentren benötigt, da die heute verfügbaren Technologien, wie z.B. xDSL oder E1-Festverbindungen weder geringe Latenz noch genug Bandbreite anbieten. Außerdem ist die Konvertierung von Ethernet in einen WAN-Schnittstellenstandard aufwendig und kompliziert. Somit ist es naheliegend, dass Ethernet auch in der „letzten Meile“ zum Einsatz kommt. Um aber alle Anforderungen bezüglich Quality-of-Service, Applikationspriorisierung und Administrierung erfüllen zu können, war eine Überarbeitung des Ethernet-Standards notwendig, an dessen Ende die Einführung von Carrier Ethernet stand. Mit dieser Technologoe stehen erstmals breitbandige, Ethernet-basierte Zugangslösungen bereit, die es Cloud-Anbietern ermöglichen ihre Dienste den Kunden so zur Verfügung zu stellen, als ob sie direkt im Cloud-Rechenzentrum arbeiten würden. Adva hat diesen neuen Standard in seinen Ethernet Access Produkten der FSP 150 Familie implementiert.

weiter mit: Einsatzbeispiele Disaster Recovery, Business Continuity und Zugang zu Cloud-Services

Szenario 1: Disaster Recovery und Business Continuity

Ein Einsatzbeispiel für DWDM im Bereich Cloud Computing ist die Kopplung von Rechenzentren eines Cloud-Service-Providers (Bild 2). Eine doppelt ausgelegte Verbindung zwischen zwei Rechenzentren stellt sicher, dass selbst bei Ausfall von Systemen in einem Rechenzentrum oder des gesamten Data Centers der Service-Provider weiterhin Dienste wie beispielsweise Infrastructure as a Service zur Verfügung stellen kann. Über statische optische Breitbandleitungen werden in diesem Fall Anwendungen und Daten in beiden Data Centern gespiegelt. Eine solche Lösung bietet sich auch für Private Clouds an, also Cloud-Infrastrukturen, die ein Unternehmen in Eigenregie aufbaut und betreibt.

Mithilfe eines DWDM-Netzes lässt sich zudem eine Intra-Cloud-Infrastruktur aufbauen (Bild 3). In diesem Fall lassen sich Server und Storage-Systeme über die Grenzen einzelner Rechenzentren hinweg virtualisieren. Die Standorte, an denen sich die Speichersysteme und die virtualisierten Server-Ressourcen befinden, sind über optische Breitband-Verbindungen miteinander gekoppelt.

Für beide Szenarien eignet sich WDM in besonderem Maße, zum einen wegen der niedrigen Latenzzeiten, zum anderen wegen der Möglichkeit, eine synchrone Datenspiegelung über Entfernungen von bis zu 200 Kilometern hinweg durchzuführen. Hinzu kommt, dass sich auch Infiniband- und Fibre-Channel-Pakete über diese Infrastruktur transportieren lassen.

Zudem stellt DWDM pro Wellenlänge eine Bandbreite von 100 GBit/s bereit. Eine Glasfaser hat somit eine Übertragungskapazität von bis zu 8 TBit/s. Dies reicht selbst für extrem anspruchsvolle Anwendungsfälle aus.

Szenario 2: Zugang zu Cloud-Services

Das zweite große Anwendungsfeld ist Carrier Ethernet im Zusammenhang mit Cloud Computing zur Anbindung von Endkunden an Cloud-Services. Wichtig sind in diesem Zusammenhang nicht nur große Bandbreiten und niedrige Verzögerungszeiten. Entscheidend ist, dass sich Dienste dynamisch bereitstellen und schnell an wechselnde Anforderungen anpassen lassen.

Adva Optical Networking stellt mit der FSP 150 Familie eine Lösung bereit, mit deren Hilfe Bandbreite flexibel provisioniert werden kann. In Verbindung mit dem FSP Service Manager von Adva Optical kann ein Netzbetreiber gewissermaßen auf Knopfdruck einem Anwender bestimmte Kapazitäten oder virtuelle Ethernet-Verbindungen (Ethernet Virtual Circuits) zur Verfügung stellen, mit der gewünschten Bandbreite und in der erforderlichen Service-Qualität.

Fazit

Cloud Computing ist ohne eine leistungsstarke und flexible Netzinfrastruktur im Access- und Core-Bereich nicht vorstellbar. Die Zukunft wird Cloud-Dienste bringen, die selbstständig eine bestimmte Bandbreite und Dienstgüte vom Netzwerk anfordern. Das bedeutet, das Netz von morgen muss mehr bieten als hohe Übertragungskapazitäten. Gefordert sind ein hohes Maß an Skalierbarkeit und die Fähigkeit, durchgängig – Ende zu Ende – unterschiedliche Service-Levels bereitzustellen und Applikationen flexibel zuweisen zu können.

Eine DWDM-basierte Infrastruktur und Carrier Ethernet als Zugangstechnologie, erfüllen diese Anforderungen. Dass sich die Cloud-Infrastruktur von morgen bereits heute realisieren lässt, belegt Adva Optical mit Lösungen wie dem FSP 3000 und dem FSP 150. Mit ihrer Hilfe ist es möglich, die Netzwerkinfrastruktur zu virtualisieren und damit den Grundstein für die Cloud von morgen zu legen.

Über den Autor

Christian Illmer ist als Senior Director Business Development Enterprise bei Adva Optical Networking tätig. Das Unternehmen ist ein führender Anbieter von Lösungen für optische Transportnetze und Ethernet-Infrastrukturen.

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