SDN - Software-defined Networking: neue Anforderungen und Netzarchitekturen für performante Netze
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Berlin ; Offenbach
VDE VERLAG GMBH
[2018]
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|---|---|
| adam_text | Inhaltsverzeichnis
Geleitwort.......................................................................V
Vorwort..........................................................................VII
1 Einführung.....................................................................1
1.1 Neue Netzarchitekturen.........................................................1
1.1.1 Die grundsätzlichen Funktionen..........................................4
1.1.2 Private Netze ..........................................................9
1.1.3 Öffentliche Netze .....................................................11
1.2 Das klassische Internet.......................................................13
1.2.1 Das Prinzip Routing....................................................14
1.2.2 Layer-2-Transportnetze ................................................17
1.2.3 Die Grenzen der klassischen Ansätze....................................29
1.3 Neue Anforderungen............................................................31
1.3.1 Echtzeitkommunikation .................................................31
1.3.2 Big Data...............................................................36
1.3.3 Internet of Things und Industrie 4.0...................................37
1.3.4 Virtualisierung .......................................................38
1.3.5 Server am Netz oder in der Cloud ......................................39
1.4 Treibende Kräfte für einen neuen Ansatz ......................................44
1.4.1 Ein schnelles Transportnetz............................................44
1.4.2 Änderungen in den Verkehrseigenschaften................................44
1.4.3 Netzarchitekturen......................................................45
1.4.4 Ein neuer Ansatz ......................................................48
2 Verkehrseigenschaften.........................................................55
2.1 Theoretische Betrachtungen....................................................55
2.2 Modellierung .................................................................61
2.2.1 Selbstähnlichkeit und Hurst-Parameter..................................82
2.2.2 Ermittlung von A und n.................................................85
X
Inhaltsverzeichnis
2.2.3 Fraktaleverteilung ...................................................91
2.2.4 Systemauslastung in Abhängigkeit vom Hurst-Parameter .................92
2.3 Echtzeitkommunikation in IP-Netzen ..........................................95
2.3.1 Mischung IP und Echtzeitkommunikation ................................95
2.3.2 Wartezeitsystem mit Verlust ..........................................96
2.3.3 Ideales und reales Verhalten der Netze ..............................101
2.4 Beurteilung der Netzbelastung...............................................103
2.4.1 Einfluss der Paketlänge..............................................104
2.4.2 Paketlänge und Ankunftsrate Ä......................................106
2.4.3 Warteschlangen ......................................................113
2.4.4 Traffic Shaping .....................................................119
2.4.5 Der Einfluss von Jumbo-Paketen ......................................124
2.4.6 Verkehrsmischungen...................................................132
2.4.7 Credit-Based Shaping.................................................139
2.5 Neue Anforderungen .........................................................144
2.5.1 Datenverkehr.........................................................150
2.5.2 Streaming ...........................................................159
2.5.3 Virtualisierung......................................................161
2.5.4 Gaming ..............................................................164
2.6 VoIP und Video..............................................................168
2.6.1 Voice over IP (VoIP) ................................................168
2.6.2 Video-Anwendungen....................................................170
2.7 Das Internet der Dinge......................................................172
2.7.1 loT-Erfassungsgeräte am Netz.........................................174
2.7.2 Schnittstellen für die Datenerfassung ...............................176
2.7.3 Architekturen........................................................182
2.7.4 loT-Protokolle ......................................................185
2.8 Industrie 4.0 ..............................................................193
2.8.1 Architektur..........................................................193
2.8.2 Time Sensitive Networks (TSN) .......................................194
2.9 Forderungen an zukünftige Netze ............................................200
2.9.1 Die Verkehrsmischung ................................................200
2.9.2 Einfache Architekturen ..............................................201
3 Software-defined Networking ................................................203
3.1 Der prinzipielle Ansatz ....................................................203
3.1.1 Grundlagen...........................................................203
3.1.2 SDN-Schnittstellen ..................................................207
3.1.3 Grundsätzliche SDN-Arbeitsweise .....................................212
3.1.4 Bearbeitung innerhalb der Netzelemente ..............................219
Inhaltsverzeichnis
XI
3.2 Transport der Pakete.....................................................219
3.3 Definitionen der Flow Table..............................................220
3.3.1 Beispiele für Abläufe im Switch ...................................235
3.4 Das OpenFlow-Protokoll...................................................245
3.4.1 Verbindung zum Controller..........................................245
3.4.2 Protokollabläufe...................................................247
3.4.3 Die OpenFlow-Nachrichten ..........................................250
3.5 North-Interface..........................................................254
3.6 Topology Discovery.......................................................255
3.6.1 Der Rahmenaufbau ..................................................257
3.6.2 Die wichtigsten TLV-Parameter......................................258
3.6.3 Anwendung von LLDP in SDN..........................................263
3.7 Der SDN-Controller.......................................................267
3.7.1 Abläufe im Controller..............................................269
3.7.2 Verteile Controller ...............................................271
3.7.3 Schnittstelle zur Controller-Zusammenschaltung (SDNi)..............272
3.7.4 Leistungsfähigkeit ................................................275
3.8 SDN-Overlay-Netze........................................................276
3.8.1 Standortübergreifende Tunnel.......................................276
3.8.2 Hypervisor-Based Overlay...........................................278
3.8.3 VxLAN .............................................................279
3.8.4 VxLAN mit SDN .....................................................281
4 Virtualisierung und Cloud-Anwendungen....................................283
4.1 Grundansatz der Virtualisierung .........................................283
4.2 Cloud-Anwendungen........................................................285
4.3 Data Center..............................................................289
4.3.1 Vernetzung im Data Center..........................................290
4.3.2 Hierarchisches Netz................................................291
4.3.3 Anforderungen an ein Netz im Data Center...........................292
4.3.4 SDN im Data Center.................................................296
4.4 Data Center in der Cloud.................................................297
4.4.1 Anpassung der Leistungsfähigkeit...................................299
4.4.2 Auto-Scaling in der Cloud .........................................300
4.4.3 Ermittlung der Dienstauslastung ...................................305
4.4.4 Ermittlung der Auslastung im SDN-Netz .............................306
4.4.5 Anpassungsgeschwindigkeit .........................................307
4.4.6 Reale Systeme......................................................310
4.5 SDN-Cloud-Anwendungen ...................................................315
XII
Inhaltsverzeichnis
4.6 Network Function Virtualization ..............................................318
4.6.1 Der grundsätzliche Ansatz .............................................318
4.6.2 NFV-Architektur nach ETSI..............................................319
4.6.3 Virtualisierte Netzfunktionen .........................................322
4.6.4 Beispiel LTE und IMS ..................................................323
4.6.5 Anpassung der bereitgestellten VM .....................................333
4.6.6 Beispiel Festnetz (NGN) ...............................................335
4.6.7 Management und Orchestration ..........................................341
4.6.8 Service Function Chaining (SFC)........................................344
4.7 Open Stack....................................................................346
4.8 Performance in virtuellen Systemen............................................346
5 Netzarchitekturen mit NFV und SDN ............................................349
5.1 NFV und SDN ergänzen sich.....................................................349
5.2 Eine Plattform für Netzbetreiber .............................................350
5.2.1 Beispiele für eine universelle Plattform...............................352
5.2.2 Die Netzarchitektur....................................................353
5.2.3 Das Festnetz...........................................................354
5.2.4 Mobilfunknetz .........................................................356
5.2.5 WAN-Internet-Architekturen ............................................362
5.2.6 Der private Internetzugang ............................................362
5.2.7 Vernetzung im Business-Bereich ........................................363
5.3 SDN-Privatnetze (SD-LAN) .....................................................368
5.3.1 Die klassische LAN-Architektur.........................................368
5.3.2 Migration .............................................................370
5.3.3 Vorteile der SDN-Architektur...........................................371
5.3.4 Standortübergreifende Vernetzung.......................................372
5.3.5 Vernetzung mit SD-WAN..................................................373
5.3.6 Energie sparen ........................................................375
5.3.7 Security-Funktionen ...................................................377
5.4 Eine einheitliche Plattform ..................................................380
5.5 Erste Realisationen ..........................................................383
6 Traffic Engineering...........................................................387
6.1 Grundlagen....................................................................387
6.2 Neue Möglichkeiten im SDN.....................................................389
6.2.1 Werkzeuge für das Traffic Engineering..................................389
6.2.2 Call- und Admission Control ...........................................390
6.3 Monitoring....................................................................392
6.4 Wege durch das Netz...........................................................395
6.4.1 Vergleich zum Routing .................................................398
Inhaltsverzeichnis
XIII
6.4.2 Schnelle Netzanpassung..............................................398
6.4.3 Lastabhängige Verkehrslenkung ......................................401
6.4.4 Schrittweise Einführung neuer Vorgaben..............................402
6.5 Dynamik der Steuerung.....................................................408
6.5.1 Vordefinierte Verkehrsströme........................................408
6.5.2 Session-based-Verkehrslenkung.......................................410
6.5.3 Session Handling im IMS und NGN.....................................413
6.5.4 Policy..............................................................414
6.5.5 Auswirkungen auf die Performance....................................418
7 TeraStream................................................................421
7.1 Der Weg zum TeraStream....................................................421
7.2 Die Netzstruktur..........................................................423
7.3 Adressierung im TeraStream-Netz ..........................................426
7.4 Zugang zum TeraStream-Netz ...............................................428
7.4.1 Multi-Service Access Node (MSAN)....................................429
7.4.2 DSL-Hybrid-Anschlüsse...............................................433
7.4.3 Optical Line Termination (OLT) .....................................434
7.4.4 Layer-2-Switch, Layer-2-Aggregation.................................436
7.4.5 Access für die Mobilnetze ..........................................437
7.5 Die R1-Router.............................................................438
7.5.1 Schnittstellen .....................................................438
7.5.2 Die optische Verbindung der R1-Systeme..............................439
7.6 Das Backbone-Netz.........................................................442
7.6.1 Performance-Betrachtungen ..........................................444
7.6.2 Data Center ........................................................445
7.6.3 Beispiele für Festverbindungen .....................................448
7.7 Betrieb und Verwaltung....................................................450
7.7.1 Operational Support System (OSS)....................................450
7.7.2 Bereitstellung (Provisioning).......................................451
7.8 Internationale Vernetzung.................................................453
Anhang........................................................................455
Abkürzungen...............................................................455
Quellen und Literatur.....................................................459
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