Cloud-Killer Wide Area Network (WAN)

So machen Sie Ihre Weitverkehrsnetze fit für die Cloud

| Autor / Redakteur: David Greenfield / Andreas Donner

Langsame Weitverkehrsverbindungen können Cloud-Computing-Projekte zum Scheitern bringen. Virtualisierte WAN-Optimierungslösungen bieten einen Ausweg.
Langsame Weitverkehrsverbindungen können Cloud-Computing-Projekte zum Scheitern bringen. Virtualisierte WAN-Optimierungslösungen bieten einen Ausweg. (Bild: Silver Peak)

Wenn Unternehmen Cloud-Computing-Projekte starten, übersehen sie häufig einen Faktor: die zentrale Rolle des Netzwerks, speziell der Weitverkehrsverbindungen. Hohe Paketverlustraten und Latenzzeiten sowie zu niedrige Bandbreiten machen die Vorteile der Cloud in vielen Fällen zunichte.

Um die Herausforderungen zu verstehen, mit denen sich IT-Abteilungen bei Cloud Computing konfrontiert sehen, bietet sich der Vergleich mit dem Wetter an. Trotz komplexer Analysemodelle lässt sich das Wetter nur begrenzt vorhersagen. Gleiches gilt für Cloud-Infrastrukturen. Auch dort treten starke Schwankungen des Datenverkehrs und der Anforderungen von Applikationen an das Netzwerk auf. Diese Wechsel können den Nutzen einer Cloud-Infrastruktur nachhaltig schmälern.

Cloud Computing bedeutet im Prinzip das Bereitstellen von Hosted Services über Weitverkehrsverbindungen, die sich mehrere Nutzer teilen (Shared WAN). Cloud Services weisen zudem alle eine Gemeinsamkeit auf: ihren zentralen Datenbestand, auf den Nutzer von unterschiedlichen Orten aus zugreifen. Dieser Umstand kann zu enormen Lastspitzen führen.

Cloud-Infrastrukturen auf schwer vorhersehbare Ereignisse vorbereiten

Bei einer Umgebung mit schwer kalkulierbaren Parametern kann es sein, dass eine Cloud-Infrastruktur von denselben Faktoren beeinträchtigt wird wie "normale" Unternehmensanwendungen, etwa einer zu niedrigen WAN-Bandbreite oder schwankenden Verbindungsgüte. Um auf die Analogie mit dem Wetter zurückzukommen: Zwar lässt sich das Wetter nicht steuern. Doch haben die Menschen gelernt, mit extremen Witterungsverhältnissen umzugehen, etwa indem sie stabile Gebäude bauen.

Auch die IT-Infrastruktur muss im Cloud-Zeitalter auf schwer vorhersehbare Ereignisse vorbereitet sein. Dabei sind es in erster Linie drei Faktoren, die den Zugriff auf Cloud-Computing-Ressourcen beeinflussen:

Die Bandbreite der WAN-Verbindungen: Dies gilt sowohl für WAN-Links, über die Daten zwischen Rechenzentren laufen, etwa beim Replizieren von Daten, als auch für die Verbindungen zwischen zentralen Cloud-Data-Centern und IT-Systemen in Außenstellen (Branch Offices).

Verzögerungszeiten (Latency) beim Transport der Datenpakete: Sie hängen maßgeblich von der Entfernung zwischen Rechenzentren oder einem Data-Center und einer Außenstelle ab. Je größer die Distanz, desto höher die Latenzzeit.

Die Netzwerkqualität: Sie wird von der Paketverlustrate (Packet Loss Rate) bestimmt. Je mehr Datenpakete Router und Switches "wegwerfen" und neu übermitteln, desto schlechter die Qualität.

Alle drei Faktoren sind auf komplexe Weise miteinander verknüpft. So ist es in Cloud-Umgebungen nicht in jedem Fall hilfreich, die Bandbreite von WAN-Verbindungen aufzustocken. Dies ist beispielsweise dann sinnlos, wenn große Distanzen von mehreren 100 oder 1.000 Kilometern zu überbrückt sind. Denn in diesem Fall sind die Latenzzeiten der entscheidende Faktor. In High-Speed-WAN-Links zu investieren, ist auch dann Geldverschwendung, wenn Datenpakete wegen Überlastung der Verbindungen weggeworfen oder in der falschen Reihenfolge übermittelt werden. Dieses Phänomen tritt oft bei Internet-Verbindungen und MPLS-Netzen (Multi-Protocol Label Switching) auf.

Lösung: WAN-Optimierung einsetzen

Unternehmen, die Cloud-Services mit garantierten Qualitätsmerkmalen implementieren möchten, müssen somit die Netzwerkinfrastruktur berücksichtigen, und hier vor allem die WAN-Verbindungen. Mithilfe entsprechender Techniken lässt sich der Datenverkehr über Weitverkehrsverbindungen um bis zu 90 Prozent reduzieren. Das wiederum wirkt sich positiv auf die Skalierbarkeit aus: Anwender können nicht nur vorhandene Cloud-Anwendungen über das Netzwerk bereitstellen, sondern haben "Luft nach oben", um später weitere Applikationen zu implementieren.

Eine Technik, die in Rechenzentren Einzug gehalten hat, spielt auch bei WAN-Optimierung eine immer wichtigere Rolle: die Virtualisierung. Virtual Appliances ersetzten zunehmend physische WAN-Optimierungssysteme. Und das aus folgenden Gründen:

  • Sie kommen ohne teure, herstellerspezifische Hardware aus,
  • sie müssen nicht zu den Einsatzorten verschickt werden und
  • sie sind einfacher zu konfigurieren. Bei Hardware-Systemen ist dazu häufig ein Fachmann vor Ort erforderlich.

Mit virtualisierten WAN-Optimierungslösungen sind Unternehmen somit in der Lage, auf einfache und vor allem kostengünstige Weise Netzwerkverbindungen zwischen Rechenzentren, Außenstellen und Cloud-Ressourcen einzurichten. Noch wichtiger ist, dass Virtual WAN Optimization die Hemmnisse beseitigt, welche die Nutzung von Cloud-Computing-Services einschränken: unerwartete Verkehrsspitzen, die eine Überlastung der Verbindungen zur Folge haben, "Bandbreiten-Fresser", wie die mehrfache Übermittlung identischer Daten, sowie ausufernde Latenzzeiten.

Maßnahmen im Detail

Um die Latenzzeiten auf ein akzeptables Niveau von deutlich unter 100 Millisekunden zu reduzieren, setzen WAN-Optimierungslösungen bei den Übertragungsprotokollen an, etwa TCP, IP, UDP und CIFS (Common Internet File System). Sie verwenden beispielsweise Caching oder ein größeres Sende- und Empfangsfenster von TCP-Paketen von bis zu einem Gigabyte statt der üblichen 64 Kilobyte. Zudem passt eine Überlastkontrolle (Congestion Control) die Sende-/Empfangsfenster an die Packet Loss Rate an.

Paketverlustraten lassen sich in Echtzeit durch den Einsatz von Techniken wie Forward Error Correction (FEC) verringern. Bei FEC wird zusammen mit einer bestimmten Zahl von Paketen ein Fehlerkorrektur-Paket übertragen. Die Netzwerkkomponenten beim Empfänger können mithilfe dieses Pakets verloren gegangene Datenpakete rekonstruieren. Eine Packet-Order-Correction-Funktion (POC) wiederum prüft, ob die Pakete in der richtigen Reihenfolge beim Empfänger eintreffen.

Ergänzend dazu verwenden WAN-Appliances Quality-of-Service-Verfahren (QoS). Sie räumen unternehmenskritischen Anwendungen Vorrang ein, etwa dem Zugriff auf eine Cloud-basierte OLTP-Datenbank (Online Transaction Processing). Um die Netzwerkbandbreite optimal auszunutzen, kommen zudem Deduplizierung und Kompressionsverfahren zum Zuge, die je nach Datentyp den Datenverkehr über eine WAN-Verbindung um bis zu 99 Prozent verringern können.

Heikler Punkt: die Datensicherheit in Cloud-Umgebungen

Ein Faktor, der in Cloud-Umgebungen nicht unterschätzt werden darf, ist der Schutz der Daten. Das betrifft nicht nur das Speichern von Daten in Cloud-Umgebungen, sondern auch deren Transfer. Unternehmen müssen daher die internen Sicherheitsregeln (Policies) anpassen und auf die Nutzung von Cloud-Computing-Diensten abstimmen. Außerdem ist es notwendig, WAN-Verbindungen und (virtualisierte) WAN-Optimierungslösungen in das Sicherheitskonzept einzubinden.

Eine Option ist der Einsatz von Techniken wie Accelerated IPSec. Sie kombiniert Site-to-Site-VPNs (Virtual Private Networks) und WAN-Optimierung. Accelerated IPSec verwendet eine AES-Verschlüsselung (Advanced Encryption Standard) in Verbindung mit 256-Bit-Schlüsseln und der Authentifizierung von Usern auf Grundlage von SHA-1 (Secure Hash Algorithm). Beim Aufbau einer Verbindung zwischen einem Rechenzentrum oder einer Außenstelle und einem Cloud-Data-Center werden die Informationen in verschlüsselter Form übermittelt. Gleichzeitig greifen WAN-Optimierungstechnologien und stellen sicher, dass der Datentransfer in der erforderlichen Qualität erfolgt.

Fazit: Zuverlässige Netzwerkinfrastruktur für Cloud Computing unerlässlich

Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass ein leistungsstarkes Netzwerk die Voraussetzung dafür ist, um Cloud-Computing-Dienste erfolgreich zu nutzen. Unternehmen, die diesen Punkt übersehen, laufen Gefahr, dass sich ihre Investitionen in eine Cloud-Computing-Infrastruktur oder entsprechende Services nicht auszahlen oder gar verloren gehen. Und das kann sich angesichts des immer härteren Konkurrenzkampfes kein Unternehmen leisten.

Über den Autor

David Greenfield ist Produktmarketing-Manager bei Silver Peak.

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