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Definition Was ist Open Networking?

Open Networking ist ein Netzwerkkonzept, das die Nutzung eines beliebigen Netzwerkbetriebssystems auf Netzhardware wie Switches oder Router erlaubt. Es basiert auf dem Ansatz der Entkopplung von Netzwerkhard- und -software. Im Gegensatz zu einer Black-Box-Hardware mit proprietärem Betriebssystem kommt so genannte White-Box- oder Brite-Box-Hardware mit beliebig wählbarer Software zum Einsatz. Das NOS ist meist Linux-basiert.

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Die wichtigsten IT-Fachbegriffe verständlich erklärt.
Die wichtigsten IT-Fachbegriffe verständlich erklärt.
(Bild: © aga7ta - stock.adobe.com)

Open Networking ist der Name für ein noch recht junges Konzept der Netzwerktechnik. Es erlaubt den Betrieb von Netzwerkhardware wie Switches oder Router mit einem frei wählbaren offenen Netzwerkbetriebssystem (im Englischen: Network Operating System, abgekürzt NOS). Damit wird das im Server-Umfeld übliche Konzept der Entkopplung von Server-Hardware und Betriebssystem in die Netzwerkwelt portiert.

Im Gegensatz zu klassischen Netzwerkprodukten, die in Form von Black-Box-Hardware mit proprietärer Software betrieben werden, nutzt das Open Networking Bare-Metal-, White-Box- oder Brite-Box-Hardware mit offenem Betriebssystem eigener Wahl. Mittlerweile existiert eine Vielzahl an Netzwerkbetriebssystemen für das Open Networking. Beispielsweise zählen PICOS, SONiC, Cumulus Linux, ONOS oder FBOSS zu diesen Betriebssystemen. In der Regel ist die NOS-Software Linux-basiert.

Vorteile des Open Networkings sind die hohe Flexibilität, die gute Skalierbarkeit und die Unabhängigkeit von einzelnen Herstellern. Die Netzwerkinfrastruktur lässt sich einfacher als proprietäre Systeme an individuelle Anforderungen anpassen und ist durch die Verwendung von Standardhardware kostengünstiger. In gewisser Weise ist das Open Networking eine Evolutionsstufe des Software-Defined Networkings (SDN). Es entkoppelt die Netzwerkhardware von der Software und erlaubt die freie Wahl eines offenen Network Operating Systems.

Architekturkonzept und Merkmale des Open Networkings

Die Architektur des Open Networkings ist mehrschichtig. Im Gegensatz zu geschlossenen Netzwerksystemen kommen keine, über proprietäre Protokolle angesprochenen ASICs (Application-Specific Integrated Circuits) zum Einsatz. Die Hardware für das Open Networking verfügt über genormte Standard-Switching-Hardware mit so genannten Off-the-shelf-ASICs. Die Schnittstellen und Protokolle, über die sich diese ASICs ansprechen lassen, basieren auf offenen Standards.

Die Netzwerkbetriebssysteme sprechen die Hardwareschicht mit ihren genormten Schnittstellen als übergeordnete Softwareschicht über vorgegebene Protokolle an. Die Programmierung der ASICs ist beispielsweise im so genannten Switch Abstraction Interface (SAI) beschrieben. Als Bootloader für ein Netzwerkbetriebssystem können Lösungen wie das Open Network Install Environment (ONIE) des Open Compute Projects (OCP) zum Einsatz kommen. Als Basis vieler Netzwerkbetriebssysteme dient Linux.

Abgrenzung des Open Networkings zum Software-Defined Networking (SDN)

Open Networking und Software-Defined Networking (SDN) sind aufeinander aufbauende Konzepte und werden oft in ähnlichen Zusammenhängen genannt. Obwohl beide Konzepte gleiche Ansätze verwenden und in vielen Bereichen Gemeinsamkeiten aufweisen, lassen sie sich dennoch voneinander abgrenzen.

SDN beschreibt ein Architekturkonzept, das die Software von der zugrundeliegenden Hardware der Netzwerksysteme entkoppelt. Die Steuerung und Konfiguration eines Netzwerks ist von der für die Datenweiterleitung zuständigen Hardware getrennt. Das SDN definiert eine Control Plane und eine Data Plane. Die Control Plane mit ihrem Network Controller ist in der Regel zentralisiert und steuert eine Vielzahl von Netzwerkkomponenten. Die Kommunikation der Control Plane mit der Data Plane kann über offene oder proprietäre Schnittstellen erfolgen.

Das Konzept des Open Networkings basiert auf dem SDN-Ansatz und sieht ebenfalls die Entkopplung von Hardware und Software vor. Allerdings kommuniziert das Netzwerkbetriebssystem als Control Plane über offene, nicht proprietäre Standards mit der Hardware. Open Networking verfolgt die Zielsetzung, geschlossene Netzwerksysteme mit proprietärer Software und Hardware aufzubrechen und daraus offene, interoperable Systeme mit Standard-Hardware und freier Wahl von Netzwerkbetriebssystemen zu machen. Open-Networking-Betriebssysteme lassen sich in der Regel in Form einer zentralisierter SDN-Kontrollschicht (Control Plane) einsetzen.

Einige Open-Networking-Betriebssysteme exemplarisch vorgestellt

Die Mehrzahl der Open-Networking-Betriebssysteme basiert auf Linux. Mittlerweile existieren zahlreiche Betriebssysteme für das Open Networking mit unterschiedlichen Leistungsmerkmalen wie SONiC, Cumulus Linux, FBOSS, PICOS oder ONOS.

SONiC ist ein frei verfügbares, Linux-basiertes Betriebssystem für Router und Switches, das von Microsoft und dem Open Compute Project entwickelt wurde. Microsoft setzt das Betriebssystem in großem Umfang in den eigenen Azure-Cloud-Rechenzentren ein. Auch andere Hyperscaler nutzen die Software. Das Akronym SONiC steht für Software for Open Networking in the Cloud. Das Betriebssystem lässt sich auf Hardware zahlreicher Hersteller mit unterschiedlichen ASICs verwenden. Die Verbindung zu den ASICs stellt das Switch Abstraction Interface (SAI) her. Eine zentrale Redis-Datenbank-Engine sorgt für die persistente Datenhaltung.

Das von Facebook entwickelte Facebook Open Switching System, abgekürzt FBOSS, ist ein Betriebssystem zur Verwaltung und Steuerung von Netzwerkswitchen in großen Rechenzentren. Das Open Source Release der Software ist modular, besteht aus Agenten, Libraries und Tools und ist schlank gehalten.

Cumulus Linux wird heute von Nvidia verantwortet und basiert auf Debian Linux. Das Betriebssystem lässt sich auf Bare-Metal-Switches einsetzen und eignet sich für große Corporate Networks. Netzwerkkomponenten im Rechenzentrum lassen sich mit dem Cumulus Linux NOS einfach verwalten, konfigurieren, automatisieren und skalieren.

ONOS ist das Akronym für Open Network Operating System. Es wurde für Carrier-Grade-SDNs und Service Provider als SDN-Plattform entwickelt, lässt sich aber auch als Control Plane in Campus- und Unternehmensnetzwerken einsetzen. ONOS ist in Java realisiert, steht unter Apache-2.0-Lizenz und besitzt eine modulare, verteilte Controller-Architektur. Zahlreiche Southbound-Interface-Protokolle für die Kommunikation zwischen Controller und Switches beziehungsweise Router werden unterstützt.

PICOS ist ein NOS des Unternehmens Pica8. Das Betriebssystem unterstützt Switches zahlreicher Hersteller und basiert auf Debian Linux. PICOS verwendet zur Kommunikation mit der Hardware Lösungen wie vASIC.

Für offene Betriebssysteme einsetzbare Hardware

Im Gegensatz zu proprietären, geschlossenen Systemen kommt beim Open Networking keine Black Box mit vom Hersteller vorgegebener Hard- und Software zum Einsatz. Ein offenes Network Operating System lässt sich auf so genannter White-Box-Hardware, Brite-Box-Hardware und auf Bare-Metal-Servern einsetzen. Ein Bare-Metal-Switch oder -Router ist ein Hardware-Gerät ohne vorinstalliertes Betriebssystem. Mit einem Bootloader ausgestattet lässt sich ein beliebiges NOS installieren.

Ein White-Box-Router oder -Switch ist ein Bare-Metal-Gerät, das bereits mit einem Netzwerkbetriebssystem ausgestattet ist und als Bundle erworben wird. Das installierte NOS ist aber nicht zwingend an die Hardware gebunden und lässt sich durch ein anderes unterstütztes Netzwerkbetriebssystem ersetzen.

Bei einer Brite Box (Branded White Box) handelt es sich um einen Router oder Switch mit Hersteller-Branding. Es ist mit dem vom Hersteller vorgegebenen NOS ausgestattet und wird als Einheit supportet. Prinzipiell lässt sich das NOS durch ein anderes ersetzen.

Die Vorteile des Open Networkings

Vorteile des Open Networkings sind:

  • große Flexibilität durch Auswahl des Betriebssystems gemäß eigenen Anforderungen
  • keine Abhängigkeit von einem bestimmten Hersteller
  • eine Vielzahl freier Netzwerkbetriebssysteme verfügbar
  • Kosteneinsparung durch Verwendung von Standardhardware und freiem Betriebssystem
  • keine stringenten Abhängigkeiten mehr zwischen der Hardware und der Software
  • Reduzierung des Administrationsaufwands
  • zentralisiertes Management des Netzwerks über etablierte Linux-basierte Verfahren
  • Programmierbarkeit und Automatisierung der Netzwerkinfrastruktur
  • einfache Erweiterung des Funktionsumfangs
  • geeignet für große Rechenzentren und Cloud Data Center

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