Projekt

Software Defined Networking (SDN)

Aufgabe von Netzelementen, wie Switche und Router, ist es Datenpakete anhand ihrer Routingtabellen weiterzuleiten.

Die Tabellen werden anhand von Routingalgorithmen und teilweise durch manuelle Konfiguration erstellt.

Solange sich die Netztopologie nicht ändert, bleiben in der Regel auch die Routingtabellen unverändert. Router und Switche haben somit zwei Funktionen: ihre Routingtabellen gemäß der verwendeten Routingprotokolle und manueller Einstellungen aktuell zu halten und ankommende Pakete gemäß dieser Tabellen weiterzuleiten und ggf. zu manipulieren.

Mit SDN werden diese Funktionen örtlich voneinander getrennt.

Alle Netzelemente eines Telekommunikationsnetzes sind nur noch für das Weiterleiten und Manipulieren der Pakete verantwortlich, während zentrale Controller die dafür benötigten Routingtabellen verwalten und dafür von einer globalen Sicht auf das gesamte oder weite Teile vom Netz profitieren.

Routingtabellen können in sehr kurzen Zeitintervallen angepasst werden und auch ganze Netzknoten und Leitungen bei geringer Auslastung abgeschaltet werden bzw. bei hoher Last hochgefahren werden.  

Network Functions Virtualization (NFV)

Eine Netzfunktion ist ganz allgemein ein funktionaler Block innerhalb einer Netzinfrastruktur mit definierten externen Schnittstellen und definiertem funktionalem Verhalten.

Darunter fallen beispielsweise einzelne Netzelemente mit speziellen Funktionen in einem Telekommunikationsnetz wie HLR, SGSN, (e)NodeB, MME; Signalisierungsfunktionen wie SBC und IMS; Monitoring-Funktionen, wie DPI, QoE-Messungen; Sicherheitsfunktionen wie Firewall, Virus Scanner, Intrusion detecion;  Netzwerkweite Funktionen wie Policy Control, Charging platform und mehr.

Bezogen auf Netzressourcen lassen sich Netzfunktionen allgemein durch Parameter der Lokalisierung, des Ressourcenbedarfs und Verkehrsanforderungen beschreiben. Die Parameter sind in der Regel fix. Wird ein Netzfunktion virtualisiert, so verändern sich diese Parameter: sie werden flexibel.

Das physische komplett NFV/SDN kontrollierte Netz benötigt keine speziellen Netzelemente mehr. Die Architektur der Netze kann konsolidiert werden und letztendlich aus Standardservern und Hosts aufgebaut werden.

Netzfunktionen werden als Software implementiert und können flexibel im Netz verfügbar gemacht werden und sind skalierbar, ohne dass spezielles Equipment bereit gestellt werden muss. 

Use-Cases

Brownfield und Greenfield Scenario
Brownfield
Greenfield

Ausgangspunkt ist ein Netz bestehend aus klassischen Switches und Leitungen bestimmter Kapazität, die diese verbinden.

Die Routingtabellen wurden so eingestellt, dass auch bei Spitzenbelastung (Busy Hour) der gesamte Verkehr getragen werden kann.

In der restlichen Zeit bleibt Kapazität ungenutzt.

Würde man alle vorhandenen Switches durch SDN Switches ersetzen, so könnte man die Verkehrsflüsse bedarfsgerecht steuern und ungenutzte Netzelemente abschalten.

Eine vollständige Migration aller Switches ist aber meist teuer, umständlich und vor allen Dingen in vielen Fällen gar nicht nötig.

Für diesen Use-Case gilt es zu bestimmen, welche Switches durch SDN-Switches ersetz werden sollen, um mit möglichst geringen Aufwand ein möglichst effizientes Netz zu erhalten. 

Optimale Platzierung von Network Functions