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Wie Software-defined Networking von Segment Routing (SR) profitieren könnte

Segment Routing (SR) könnte sich als ernst zu nehmende Alternative zu OpenFlow erweisen. Doch bis zur Mainstream-Technologie ist es ein weiter Weg.

Segment Routing, oder kurz SR, ist eine innovative Alternative zu OpenFlow und anderen Plattformen, die als Basis für Software-defined Networking (SDN) dienen.

Sie können sich SR als eine moderne Form von Loose Source Routing vorstellen, denn Pakete können zusätzlich zu den im Segmentweg angegebenen Routern auch andere durchlaufen.

Was ist das Besondere an Segment Routing? Zunächst ist dessen Konfiguration deutlich einfacher als die Alternativen – in der Regel lediglich einige Zeilen. Außerdem fallen weniger Statusinformationen an, die im Netzwerk gespeichert werden müssen. Das bedeutet, es gibt weniger Informationen, die zwischen den Netzwerkgeräten ausgetauscht werden müssen, was sie effizienter und weniger komplex macht. Und letztlich werden die komplexen Statusinformationen in einem Path Computation Element (PCE) verwaltet, einem Knoten für die Pfadberechnung, der ähnlich einem logisch zentralisierten SDN-Controller funktioniert.

Das PCE ist die Stelle, an der Netzwerkrichtlinien implementiert werden, um den optimalen Pfad durch das Netzwerk zu bestimmen. Der Pfad kann bedingen, dass eine bestimmte Topologie eingehalten wird, zum Beispiel ein Pfad mit geringer Latenz. Oder der Pfad kann es erforderlich machen, dass eine spezifische Dienstkette eingehalten wird, etwa das Durchlaufen von Load Balancer oder Firewall.

SR bietet einen schnelles Failover zu alternativen Pfaden, wenn ein Netzwerk- oder Gerätefehler auftritt. Es werden topologieunabhängige, schleifenfreie alternative Pfade berechnet – vorausgesetzt, die Topologie enthält einen schleifenfreien alternativen Pfad. Das Failover liegt in der Größenordnung von 50 Millisekunden, was sich mit allen anderen Failover-Mechanismen der Vergangenheit messen kann.

Anwendungsschnittstelle für die Pfadwahl

Eine der wichtigsten Funktionen von SDN liegt darin, dass das Netzwerk und die Anwendungen in der Lage sind, Informationen miteinander zu teilen. Eine Anwendung, die bestimmte Netzwerkeigenschaften – zum Beispiel Latenz, Jitter, Paketverlust oder die Reservierung einer Mindestbandbreite – benötigt, kann diese Anforderungen an den zentralen Netzwerk-Controller übermitteln. Der Controller legt anschließend fest, ob das Netzwerk den Datenfluss unterstützen kann, und bestimmt den Pfad, den der Datenfluss nehmen soll. Falls das Netzwerk nicht in der Lage ist, den Anwendungsfluss zu unterstützen, kann sich die Anwendung dem anzupassen, was das Netzwerk bereitstellen kann.

Was ist das Besondere an Segment Routing? Zunächst ist dessen Konfiguration deutlicher einfacher als die Alternativen – in der Regel lediglich einige Zeilen.

Sonst nimmt der Netzwerk-Controller, beziehungsweise das PCE in diesem Fall, eine Reservierung für die Anwendung vor. Einer der Vorteile von Segment Routing besteht darin, dass die Anwendung nicht auf das Netzwerk warten muss, bevor sie mit dem Senden der Daten beginnt. Sie kann unter Verwendung der Standardeinstellungen für Quality of Service (QoS) sofort mit der kürzesten Pfadroute beginnen. Das PCE kann den Pfad dynamisch neu programmieren, indem es den erforderlichen Label Stack im Eingangsrouter festlegt.

Ein einfaches Beispiel für eine Anwendung, die mit dem Netzwerk interagiert, liefert Unified Communications & Collaboration (UCC). Der UCC-Controller kann einen Dienst für einen neuen Anruf anfordern, und das Netzwerk kann auf Basis der verfügbaren Bandbreite zwischen den Endpunkten eine Anrufsteuerung (Call Admission Control) durchführen.

Dennoch wird es einige Zeit dauern, bevor gängige Anwendungen mit dem Netzwerk zu kommunizieren beginnen. Die APIs müssen richtig definiert sein, und die Anbieter der Anwendungen werden Zeit brauchen, um die neue Technologie zu integrieren. Bis es soweit ist, werden Tools wie WAN-Automatisierung und WAN-Optimierung die nicht modifizierten Anwendungen unterstützen.

Eine Einführung in Segment Routing

Eine gute Einführung in Segment Routing bietet dieses White Paper von Cisco, das die Implementierung der Technologie behandelt. Ebenso hilfreich ist dieses zwölfminütige Ratgebervideo von Cisco Fellow Clarence Filsfils. Außerdem erläutert Cisco in dieser Präsentation, wie Segment Routing zusammen mit seiner WAN-Automatisierungs-Engine funktioniert.

Gelegentlich kann es vorkommen, dass mehrere Anwendungen gleichzeitig um die gleiche Klasse von Netzwerkdiensten konkurrieren. Eine Möglichkeit, dieses Problem in den Griff zu bekommen, besteht darin, ein Middlewaremodul zu verwenden, das mittels einer Richtlinie solche Ressourcenkonflikte löst. Ein Administrator definiert Richtlinien, die eingesetzt werden, um festzulegen, welches von zwei Systemen Zugriff auf die begrenzten Netzwerkressourcen erhält. Ich halte es für vernünftig, ein Richtlinienmodul zu integrieren, um deutlich einfachere Steuerungsmöglichkeiten für die Interaktion zwischen Netzwerk und Anwendung zur Verfügung zu stellen.

Ist Segment Routing in der Realität angekommen?

Auf dem Tech Field Day im Sommer 2016, der Segment Routing zum Thema hatte, gab Cisco bekannt, dass drei Kunden in ihren Produktionsnetzwerken SR einsetzen: Wal-Mart, Comcast und Microsoft. Jeder dieser drei Kunden stellte auf der Konferenz vor, wie er die Technologie nutzt. Die Referenten gaben sich überzeugt, dass diese Technologie sich vernünftig integrieren lässt und ihnen gleichzeitig Wettbewerbsvorteile verschafft.

Meiner Meinung nach findet SDN in der Praxis statt, und Segment Routing ist eine Alternative zu OpenFlow. SR bietet die grundlegenden Eigenschaften, die benötigt werden, zum Beispiel eine Paketweiterleitung, die flexibler ist als die Weiterleitung zur Ziel-IP-Adresse.

Eine API ermöglicht es den Anwendungen, Informationen mit dem Netzwerk auszutauschen, etwa das Anfragen nach Serviceklassen oder das Erhalten von Informationen über Änderungen im Netzwerk. Einige Teile davon werden künftig zentralisiert, denn das ist die Voraussetzung, um zwischen mehreren Anwendungen zu vermitteln, die den gleichen Servicelevel benötigen. Zu guter Letzt rechne ich noch mit Automatisierung und einer einfacheren Netzwerkkonfiguration.

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Artikel wurde zuletzt im Dezember 2016 aktualisiert

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