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SDN-Switches: Erläuterung und Vorteile

Moris

Übersetzer*in Felix
3. September 2021

Virtualisierung hat sich zu einem unwiderstehlichen Trend in Rechenzentrumsnetzwerken und Unternehmensnetzwerken entwickelt. Sie macht das Netzwerk agiler und flexibler und bietet die Möglichkeit, große Mengen an Ressourcen zu abstrahieren und mehrere Umgebungen über einen einzigen Controller zu verwalten. Software-Defined Networking (SDN) ist eine der Schlüsseltechnologien, die diesen Trend Wirklichkeit werden lassen. Anbieter und Hersteller bringen nach und nach neue Produkte auf den Markt, die in SDN-Umgebungen eingesetzt werden können und zu denen eine der Schlüsselkomponenten gehört - der SDN-Switch. Was ist ein SDN-Switch? Ist er komplizierter als normale Ethernet-Switches?

Was ist ein SDN-Switch?

Ein SDN-Switch ist ein Softwareprogramm oder ein Hardwaregerät, das Pakete in einer SDN-Umgebung weiterleitet. Er muss SDN-Protokolle unterstützen. Das älteste und auch bekannteste SDN-Protokoll ist OpenFlow. Daher wird ein SDN-Switch oft auch als OpenFlow-Switch bezeichnet. Es gibt auch einige andere SDN-Protokolle, die von SDN-Switch-Anbietern entwickelt wurden, wie OpFlex, NETCONF, BGP (Border Gateway Protocol), XMPP (Extensible Messaging and Presence Protocol) usw.

Mit dem frühesten Protokoll, das in der SDN-Umgebung definiert wurde, hat sich OpenFlow-Switch aus OpenFlow v1.0. im Jahr 2011 entwickelt. OpenFlow v1.5.1 ist die neueste OpenFlow-Version, die von Switch-Anbietern unterstützt wird.

Wie funktioniert ein SDN-Switch?

Unabhängig davon, ob es sich um einen virtuellen (Hypervisor-basierten) Switch oder einen physischen Switch handelt, behält ein SDN-Switch nur die Datenebene (Paketweiterleitung) in sich. Die Steuerebene (High-Level-Routing) ist von der SDN-Switch-Hardware entkoppelt, aber im SDN-Controller (einer Anwendung, die auf dem Server oder irgendwo anders läuft) implementiert, der zwischen Netzwerkgeräten und Anwendungen liegt. Jeder SDN-Switch im SDN-Modell ist durch den SDN-Controller über SDN-Protokolle programmierbar. Und die Kommunikation zwischen Anwendungen und Geräten erfolgt über den SDN-Controller.

Communications between SDN switches, SDN controller and applications

Ein SDN-Switch besteht aus Ports und Tabellen. Pakete erreichen und verlassen den Switch über Ports. Die Tabellen bestehen aus Zeilen, die einen Klassifikator und eine Reihe von Aktionen enthalten. Wenn ein SDN-Switch ein Paket empfängt, für das es keine passende Zeile in der Tabelle gibt, kommuniziert er mit dem SDN-Controller und fragt, was mit diesem Paket geschehen soll. Der Controller kann einen Fluss auf den Switch herunterladen, der den ersten Klassifikator, der am besten zu dem Paket passt, und die Aktionen enthält. Aktionen regeln die Behandlung des Pakets, z. B. die Weiterleitung an den/die Port(s), die Einkapselung und Weiterleitung an den Controller, das Verwerfen des Pakets oder die Weiterleitung an die normale Verarbeitungspipeline. Sobald der Datenfluss in die Switch-Tabelle heruntergeladen ist, werden ähnliche Pakete mit Leitungsgeschwindigkeit vermittelt. Dieser automatisierte Prozess erleichtert die Integration und Verwaltung verschiedener Anwendungen.

Vorteile der Einführung von SDN-Switch

Der Einsatz von SDN-Switches bietet hauptsächlich zwei Vorteile:

Leichtere Flusskontrolle und Konfiguration

Mit SDN-Switches müssen Sie sich nicht mehr an den Standort des Switches begeben und sich in der Befehlszeile anmelden, um ihn zu konfigurieren. Sie können mehrere Switches über einen einzigen SDN-Controller, der das SDN-Protokoll verwendet und eine API (Application Program Interface) für SDN-Switches bereitstellt, fernsteuern und programmieren.

Einfacheres Load Balancing

Weitere Vorteile sind, dass Load Balancing selbst bei hohen Datenraten einfacher ist und der Datenverkehr ohne VLANs isoliert werden kann, da der SDN-Controller bestimmte Verbindungen ablehnt.

Kann ein herkömmlicher Switch als SDN-Switch funktionieren?

Einige Benutzer haben bereits viele Switches im Einsatz, die keine SDN-Switches sind, möchten aber dennoch die Vorteile einer SDN-Umgebung nutzen. Daher fragen sie sich vielleicht, ob ihr „alter“ Switch als SDN-Switch verwendet werden kann. In der Tat wurde bereits damit experimentiert, Switches der ersten Stunde in einer SDN-Umgebung einzusetzen. Ein möglicher Ansatz ist die Verwendung von Ternary Content Addressable Memory (TCAM) mit OpenFlow v1.0. Durch die Verwendung von TCAM können frühe Hardware-Anbieter einen Fluss von einem SDN-Controller in die Weiterleitungstabelle des Switches einfügen, um spätere Nachforschungen über den Fluss anzustellen. TCAM ist jedoch nicht das effizienteste Rezept für Suchabfragen in Switch-Hardware, da es stromhungrig und teuer ist und viel Platz auf dem Silizium benötigt. Vielleicht gibt es in Zukunft bessere Möglichkeiten, herkömmliche Switches für die SDN-Umgebung nachzurüsten.

Fazit

In der SDN-Umgebung ist die Netzwerkleistung angenehmer und die Netzwerkverwaltung in Rechenzentren und Unternehmen bequemer geworden, wobei SDN-Switches ein typisches Produkt dieser Technologie sind. SDN-Switches mit Protokollen wie OpenFlow erfüllen die Anforderungen der Netzwerkvirtualisierung in einer offenen Netzwerkumgebung. Ihr breiter Einsatz in verschiedenen Netzwerkinfrastrukturen ist in absehbarer Zukunft nicht schwer zu erwarten.

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