Definition Was ist Netzwerkvirtualisierung (NV)?

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Die Netzwerkvirtualisierung abstrahiert Netzwerke mit ihren Funktionen und Ressourcen in softwarebasierte, virtuelle Netzwerke. Typische Netzwerkfunktionen wie Routing oder Switching erfordern keine spezialisierten Geräte mehr. Sie lassen sich per Software realisieren und auf Standardhardware ausführen.

Die Netzwerkvirtualisierung, abgekürzt NV, ist ein Konzept, das hardwarebasierte Netzwerke mit ihren Funktionen, Services und Ressourcen in softwarebasierte, virtuelle Netzwerke transformiert. Geht es konkret nur um die Virtualisierung von typischen Netzwerkfunktionen, wird dies häufig als Network Functions Virtualization (NFV) bezeichnet.

Ähnlich wie bei der Virtualisierung von Rechnern fügt die Netzwerkvirtualisierung auf der zugrundeliegenden Hardware eine Abstraktionsebene ein, auf der sich die softwarebasierten Netzwerke, ihre Services und Ressourcen abbilden, konfigurieren und betreiben lassen. Die virtuellen Netzwerke werden dadurch unabhängig von spezifischer, proprietärer Hardware und lassen sich auch auf Standardhardware bereitstellen und betreiben. So lassen sich beispielsweise mehrere virtuelle Netzwerkgeräte wie Router, Switches, Loadbalancer oder Firewalls auf einem einzigen Rechner hosten. Die virtualisierten Netzwerke sind dadurch extrem flexibel, in großem Umfang skalierbar und lassen sich kostengünstig realisieren. Die Netzwerkvirtualisierung ist eng mit dem Konzept des Software-Defined Networking (SDN) verbunden, das die Netzwerksteuerungsebene von der Datenweiterleitungsebene trennt.

Anwendungsszenarien der Netzwerkvirtualisierung

Die Netzwerkvirtualisierung ist in zahlreichen Anwendungsszenarien einsetzbar. Vor allem Netzwerk-Carrier, Serviceanbieter, Rechenzentrumsbetreiber oder Cloud-Computing-Provider nutzen die Virtualisierung von Netzwerkfunktionen, -services und -ressourcen, um die Flexibilität, Kosteneffizienz, Skalierbarkeit, Zuverlässigkeit und Leistung ihrer Netzwerke und angebotenen Services zu optimieren. Im Bereich von Mobilfunknetzen und Mobilfunktechnologien wie 5G sind die Netzwerkvirtualisierung und das Software-Defined Networking eine Grundvoraussetzung für das so genannte Network Slicing.

Im Bereich Cloud Computing und Edge Computing lassen sich mithilfe der Netzwerkvirtualisierung auf einer einzigen physischen Hardwareinfrastruktur verschiedene kundenspezifische virtuelle private Netze und Clouds mit unterschiedlichen Leistungen und Anforderungen hinsichtlich ihrer Dienste, Funktionalität und Sicherheit bereitstellen und betreiben. Auch in großen Unternehmensnetzwerken kommt die Netzwerkvirtualisierung häufig zum Einsatz. Mit ihr lassen sich große Enterprise-Netzwerke in virtuelle Netzwerke unterteilen, die die spezifischen Anforderungen bestimmter Unternehmensbereiche erfüllen.

Prinzipielle Funktionsweise der Netzwerkvirtualisierung

Die Netzwerkvirtualisierung basiert auf dem Grundprinzip, Netzwerkfunktionen, -dienste und -ressourcen von der zugrundeliegenden Hardware zu entkoppeln und abstrahiert auf einer Softwareebene bereitzustellen. Vergleichbar mit der Virtualisierung von Rechnern auf einem physischen Host führt die Netzwerkvirtualisierung oberhalb der Hardware oder des Betriebssystems eine zusätzliche Abstraktionsebene ein. Eine Art von Netzwerk-Hypervisor stellt die Abstraktionsschicht bereit und ermöglicht das softwarebasierte Erstellen, Konfigurieren, Betreiben und Verwalten logischer Netzwerkelemente wie virtueller Switches, Router, Firewalls oder Loadbalancer. Er sorgt darüber hinaus für die Isolation der virtuellen Netzwerke untereinander.

Für die Nutzer eines virtuell bereitgestellten Netzwerks erscheint das Netzwerk wie ein physisches Netz. Die Netzwerkteilnehmer kommunizieren über Standardnetzwerkprotokolle und "wissen" nicht, dass virtualisierte Netzwerkkomponenten und Netzwerkfunktionen für die Weiterleitung und Zustellung der Daten sorgen. Für die Netzwerkvirtualisierung können verschiedene proprietäre oder offene Frameworks, Softwareplattformen und Protokolle zum Einsatz kommen. Zu diesen zählen zum Beispiel OpenStack, OpenFlow, oVirt, Hyper-V Network Virtualization (HNV) von Microsoft, Cisco Enterprise Network Functions Virtualization und andere.

Vorteile der Netzwerkvirtualisierung

Netzwerkvirtualisierung und die softwarebasierte Abbildung von Netzwerkfunktionen, -services und -ressourcen bieten eine Vielzahl an Vorteilen. Virtuelle Netzwerke und Netzwerkfunktionen sind extrem flexibel und lassen sich schnell und mit wenig Aufwand bereitstellen oder an neue Anforderungen anpassen, ohne dass zusätzliche Hardware angeschafft oder installiert werden muss.

Die virtuellen Netze lassen sich mandantenfähig auf Standardhardware einrichten und machen teure, proprietäre Spezialhardware überflüssig. Abhängigkeiten von einzelnen Herstellern und proprietäre Insellösungen werden vermieden. Virtuelle Netzwerklösungen sind extrem skalierbar. Die Leistungsfähigkeit und Funktionen des Netzwerks lassen sich binnen kurzer Zeit erweitern, ohne dass zeitraubende Umbauten der IT-Architektur und ihrer Hardware erforderlich sind. Insgesamt sinken der Hardwarebedarf und der Installationsaufwand für die einzelnen physischen Netzwerkkomponenten, was sich auch hinsichtlich der Betriebs- und Investitionskosten positiv bemerkbar macht.

Die softwarebasierte Konfiguration und Verwaltung der virtuellen Netze ermöglicht darüber hinaus die Zentralisierung der Netzwerkadministration. Dies sorgt für eine hohe Effizienz bei der Verwaltung der Netze und erlaubt die Automatisierung vieler Administrationstätigkeiten. Auch die Sicherheit profitiert von der Netzwerkvirtualisierung. Sicherheitsfunktionen und -komponenten zur Überwachung, Kontrolle und Steuerung des Datenverkehrs wie Firewalls lassen sich softwarebasiert an beliebigen Punkten einfügen und an individuelle Sicherheitsrichtlinien anpassen.

Herausforderungen und Nachteile der Netzwerkvirtualisierung

Netzwerkvirtualisierung ist auch mit einigen Herausforderungen und Nachteilen verbunden. Die Einführung einer zusätzlichen Abstraktionsschicht und virtueller Netzwerkfunktionen, -services und -ressourcen steigert die Komplexität des Gesamtnetzwerks. Die Mitarbeiter müssen sich das benötigte Know-how für die Administration und den Betrieb der verschiedenen Plattformen und Technologien zur Netzwerkvirtualisierung aneignen. Fehlersuche und Problembehebung sind unter Umständen erschwert, da beim Troubleshooting sowohl der physische Layer als auch die virtuelle Netzwerkebene berücksichtigt werden müssen. Zudem kann es bei mangelhaften Kontrollprozessen durch das schnelle und einfache Bereitstellen softwarebasierter, virtueller Netzwerke zu einem nur noch schwer kontrollierbaren Wildwuchs an virtuellen Netzwerken und Netzwerkkomponenten kommen.

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