Entwerfen eines flexibleren Kerns für das Multi-Gigabit-Campus-Netzwerk

Ein Zusammenspiel von Faktoren setzt den Campus-Kern, das Fundament der Netzwerkarchitektur, zunehmend unter Druck. Dazu gehören die Einführung neuer Wi-Fi-6-Access Points (APs) mit hohen Durchsatzraten, die Verbreitung von IoT-Geräten, die schnelle Migration in die Cloud und ein sich entwickelndes Rechenzentrum, das sich von gehäusebasierten Switches wegbewegt. Schauen wir uns diese Trends im Folgenden genauer an.

WLAN 6 (802.11ax)

Wi-Fi 4 (802.11n) APs wurden erstmals 2009 eingeführt und boten eine Durchsatzrate von bis zu 600 Megabit pro Sekunde. Daher reichte ein Gigabit-Ethernet-Port, der heute bei den meisten Enterprise-Switches Standard ist, aus, um einen Engpass auf der Switch-Seite zu vermeiden. Wi-Fi 5 (802.11ac) Wave 2 APs – die 2013 auf den Markt kamen – erreichten eine Durchsatzrate von über einem Gigabit pro Sekunde. Diese Geschwindigkeiten führten zu einem potenziellen Leistungsengpass zwischen dem AP und einem Gigabit-Switch-Port. Dies wiederum weckte das Interesse an der Multi-Gigabit-Switching-Technologie und trieb die Einführung des 802.3bz-Standards für 2.5/5/10 Gigabit Ethernet (GbE)-Ports voran.

Wi-Fi 6-APs der nächsten Generation (802.11ax) haben bereits mit der Auslieferung begonnen. IDC prognostiziert, dass die Bereitstellung von Wi-Fi 6 (802.11ax) im Jahr 2019 deutlich ansteigt und bis 2021 zum dominierenden Wi-Fi-Standard für Unternehmen wird. Das neue Wi-Fi 6 (802.11ax) bietet eine bis zu vierfache Kapazitätssteigerung gegenüber dem Vorgänger Wi-Fi 5 (802.11ac), was den Bedarf an Multi-Gigabit-Ports an Ethernet-Switches noch dringender macht. Viele Unternehmen arbeiten daran, potenzielle Engpässe durch den Kauf von Multi-Gigabit-Switches proaktiv zu beseitigen – noch bevor sie Wi-Fi-6-APs bereitstellen.

Es überrascht vielleicht nicht, dass erhöhte Portgeschwindigkeiten den Bedarf an schnelleren Netzwerken in der Aggregation und im Kern treiben. Kunden von Campus-Netzwerken erkennen die Notwendigkeit eines Upgrades auf 40 GbE und 100 GbE für die Backbone-Infrastruktur, die erforderlich ist, um den erhöhten Durchsatz am Rand des Netzwerks zu bewältigen.

IoT und LTE

Neben einer neuen Generation von drahtlosen APs mit schnellerem Durchsatz stellt die Verbreitung von IoT-Geräten und der von ihnen generierten Daten beispiellose Anforderungen an Campus-Netzwerke, was zu Problemen wie Latenzzeiten führt. Diese Geräte, kombiniert mit Anwendungen wie 4K-Videostreaming oder Überwachungsvideoanwendungen, die beispielsweise Modelle für maschinelles Lernen füttern, werden den Internetverkehr bis 2021 voraussichtlich auf 278.000 Petabyte pro Monat steigern. Während viele IoT-Geräte drahtlos verbunden sind, sind einige für Stecker ausgelegt direkt in Ethernet und erhöht damit den Bedarf an zusätzlichen Daten in einem Campus-Netzwerk.

Es sollte auch beachtet werden, dass Campus-Netzwerke wahrscheinlich weiter belastet werden, wenn CBRS (privates LTE+5G) im Jahr 2019 eintrifft und damit beginnt, den Backhaul-Verkehr über lokale Switches zu leiten. Einfach ausgedrückt bietet CBRS die Möglichkeit, das 3,5-GHz-Spektrum zu nutzen und ermöglicht es Unternehmen, ihre eigenen LTE-Netzwerke aufzubauen. Dies macht es ideal für Anwendungen in Gebäuden und im öffentlichen Raum, bei denen die Mobilfunksignale schwach sind oder das Spektrum begrenzt ist, der Datenbedarf jedoch nicht.

Die Cloud und das sich entwickelnde Rechenzentrum

Auch Campus-Netzwerke sind von der anhaltenden Migration geschäftskritischer Anwendungen in die Cloud betroffen. Obwohl die Umstellung auf Cloud-basierte Anwendungen zu einer erheblichen Verkleinerung großer On-Premise-Rechenzentren geführt hat, werden lokale Rechenzentren weiter betrieben, wenn auch mit reduzierter Kapazität. Darüber hinaus erfordert die effektive Nutzung von Cloud-Anwendungen einen ständig aktiven, zuverlässigen, schnellen Zugriff mit geringer Latenz auf externe Server.

Während das Wachstum der Cloud bedeutet, dass lokale Rechenzentren schlanker werden, deuten Branchentrends darauf hin, dass immer mehr Unternehmen über vergleichsweise kleinere IT-Teams für die Serververwaltung verfügen werden. Dies erfordert einfachere und flexiblere Netzwerkoptionen für die Verbindung von Servern und Speichersystemen über 10 GbE und 25 GbE. Glücklicherweise senken das Wachstum von Hyperscale-Rechenzentren und deren Masseneinsatz von 100 GbE und 25 GbE die Kosten der zugehörigen Transceiver und tragen dazu bei, die Kosten von 100 GbE für Campus-Netzwerke zu senken.

Das Gehäuse ist draußen, stapelbare Schalter sind drin

Da Rechenzentren schlanker werden, sind große gehäusebasierte Switches zu teuer in Anschaffung und Wartung und zu komplex in Konfiguration und Verwaltung. Tatsächlich wurden traditionelle Unternehmensnetzwerke so konzipiert, dass sie gehäusebasierte Switches im Kern und in der Aggregation (sowie im Rechenzentrum) nutzen und zuverlässige Hochgeschwindigkeits-Routing-Funktionen bereitstellen. Dieses Paradigma zwingt Unternehmen jedoch dazu, enorme Summen – im Voraus – für Fähigkeiten zu zahlen, die oft nie vollständig genutzt werden und zu erzwungenen Aufrüstungen der Gabelstapler führen, wenn die maximale Kapazität erreicht ist.

Glücklicherweise bieten die jüngsten Fortschritte bei kommerziell erhältlichen Netzwerkprozessoren die Technologie, um diese Fähigkeiten in einen flexibleren und stapelbaren festen Formfaktor zu packen. Solche Switches ermöglichen Unternehmen die Einführung eines vereinfachten Pay-as-you-grow-Modells, das die Einführung von Switches der nächsten Generation vereinfacht und eine flexiblere Netzwerktopologie bietet. Darüber hinaus bieten bestimmte Switches auf dem heutigen Markt eine lineare Skalierung für bis zu 12 Switches pro Stack. Diejenigen, die Stacking über Standard-Ethernet-Kabel und -Optiken anbieten, ermöglichen es Kunden, über große Entfernungen zwischen mehreren Verteilerschränken sowie Etagen und Gebäuden zu stapeln, was die Verwaltung vereinfacht.

Stapelbare Switches können auch entworfen werden, um eine hohe Verfügbarkeit mit betriebsbereiten Software-Upgrades über einen Stapel hinweg zu gewährleisten. Dies ermöglicht einfache Software-Upgrades – ein Switch nach dem anderen – ohne Ausfallzeiten. Einfach ausgedrückt bieten stapelbare Switches die Fähigkeiten eines Gehäuses in einem flexibleren, skalierbaren Design, das weniger Vorabinvestitionen erfordert, zusammen mit einem geringeren Strom- und Kühlbedarf.

Schlussfolgerung

Der Campus-Kern wird zunehmend belastet, da sich Netzwerke weiterentwickeln und sich an neue Benutzeranforderungen und Geräteanforderungen anpassen. Dazu gehören die Einführung von Wi-Fi 6-Access Points (APs), die eine bis zu vierfache Kapazitätssteigerung gegenüber Wi-Fi 5 (802.11ac) bieten, sowie die Verbreitung von IoT-Geräten und der damit verbundenen Petabytes an Daten, die sie generieren. Darüber hinaus müssen Campus-Netzwerke einen ständig aktiven, zuverlässigen, schnellen und latenzarmen Zugriff auf externe Server bieten, während geschäftskritische Anwendungen ihre Migration in die Cloud fortsetzen. Und da Rechenzentren schlanker werden, sind die meisten großen gehäusebasierten Switches jetzt zu teuer in der Anschaffung und zu komplex in der Konfiguration und Verwaltung. Diese Faktoren erfordern einen leistungsstarken Campus-Core, der flexibel, skalierbar und einfach zu verwalten ist.

Siva Valliappan ist Vice President für Wired Products bei Ruckus. Vor seiner Tätigkeit bei Brocade/Ruckus war Siva bei Cisco als Director of Product Management verantwortlich für Software, Cloud Management und Network Services der Cisco Familie der Enterprise Ethernet Fixed Switches. Er war auch Ciscos erster Produktmanager für IOS-Sicherheit und wichtiger Architekt hinter Ciscos IOS-Sicherheitslösungen. Siva hat einen Bachelor-Abschluss in Computertechnik der Santa Clara University und ist Cisco Certified Internetwork Expert (#2929) in Routing and Switching.