Definition Was ist WAN-Optimierung?

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Vitel GmbH

WAN-Optimierung ist eine Sammlung von Verfahren und Technologien zur Verbesserung der Effizienz, Zuverlässigkeit und Sicherheit der Datenübertragung über ein Weitverkehrsnetz. Anwendungen sollen trotz begrenzter Bandbreite, hoher Latenz oder Paketverlusten zuverlässig, verzögerungsfrei und mit der gewünschten Performance funktionieren. Dafür kommen Techniken wie Traffic Shaping, Priorisierung, Datenkomprimierung oder TCP-Beschleunigung zum Einsatz.

Unter WAN-Optimierung, manchmal auch als WAN-Beschleunigung bezeichnet, versteht man eine Sammlung von Verfahren und Technologien zur Verbesserung der Effizienz, Leistung und Zuverlässigkeit der Datenübertragung in einem Wide Area Network. Ziel ist es, die typischen mit Weitverkehrsnetzen verbundenen Einschränkungen hinsichtlich Latenz und Bandbreite sowie potenzieller Paketverluste so zu bewältigen, dass Anwendungen über entfernte Standorte hinweg zuverlässig, verzögerungsfrei und mit der geforderten Performance funktionieren.

Die WAN-Optimierung bietet unter anderem folgende Vorteile:

• weniger Beeinträchtigungen zeitkritischer Anwendungen

• bessere, LAN-ähnliche Performance von Anwendungen und Cloud-Services

• effizientere Nutzung der vorhandenen Bandbreite und Reduzierung der WAN-Betriebskosten

• geringere Anfälligkeit für Netzüberlastungen oder Paketverluste

• zuverlässigere Datenübertragung und höhere Verfügbarkeit

• bessere User Experience

Die Optimierung im WAN ist insbesondere erforderlich, da Weitverkehrsnetze in der Regel viele unterschiedliche Arten von Daten für verschiedene Anwendungen gleichzeitig übertragen müssen. Die einzelnen Datenströme sollen sich gegenseitig nicht beeinträchtigen und gleichzeitig die unterschiedlichen Anforderungen in puncto Bandbreite, Latenz und Verfügbarkeit erfüllen. Neben Ressourcen für zeitunkritische Anwendungen wie E-Mail-Verkehr sind in den Netzen auch Übertragungsmöglichkeiten für zeitkritische Applikationen wie Videostreams, Steuerungskommunikation von Industrie-4.0-Prozessen oder VoIP-Datenströme vorzusehen.

Damit die verschiedenen, um Bandbreite und Ressourcen konkurrierenden Anwendungen an den geografisch verteilten Standorten zuverlässig und störungsfrei funktionieren, sorgt die WAN-Optimierung für eine effiziente Ausnutzung der vorhandenen Bandbreiten und die Bereitstellung einer definierten Performance. So schafft sie für die verschiedenen Anwendungen eine gemeinsame WAN-Basis, die sowohl zeitkritische Applikationen als auch zeitunkritische oder bandbreiteintensive Applikationen mit ihren spezifischen Anforderungen gleichzeitig bedienen kann.

Typische Einsatzszenarien für die WAN-Optimierung sind die Verbindung von Unternehmenszentralen mit Filialen oder Außenstellen, der Zugriff auf zentralisierte Datenbanken oder Anwendungsserver, der Betrieb von Virtual-Desktop-Infrastrukturen (VDI) oder die Optimierung von Backup- und Replikationsdatenströmen zwischen Rechenzentren. Auch bei der Nutzung von Cloud-Computing-Services spielt die WAN-Optimierung eine wichtige Rolle, da die Anbindung an die Cloud-Rechenzentren in der Regel über Weitverkehrsverbindungen erfolgt, auf denen bestimmte Anforderungen hinsichtlich Bandbreite, Latenz und Paketverlustraten eingehalten werden müssen.

Namhafte Netzwerkhardwarehersteller und Netzwerkausrüster bieten unterschiedliche proprietäre Lösungen zur WAN-Optimierung. Neben diesen herstellerspezifischen Lösungen gibt es aber auch Open-Source-basierte Lösungen zur WAN-Optimierung.

Grundsätzliche Funktionsweise sowie wichtige Techniken und Verfahren der WAN-Optimierung

Klassische Lösungen zur WAN-Optimierung verwenden typischerweise Hardware- und/oder Software-Appliances, die häufig an den Netzwerkgrenzen zwischen Außenstellen und einem zentralen Rechenzentrum oder einem Cloud-Data-Center positioniert sind. Diese Appliances wenden verschiedene Optimierungstechniken an und senden den optimierten Datenverkehr über die WAN-Leitung. Am Zielort stellen sie die Originaldatenströme wieder her. Über eine zentrale Management-Software lassen sich die Appliances mit ihren Optimierungsprozessen verwalten, steuern und überwachen.

Welche Techniken und Methoden zur WAN-Optimierung genutzt werden, ist stark von der jeweils eingesetzten Lösung sowie dem Netzwerk- und Anwendungsumfeld abhängig. In der Regel handelt es sich aber um einen Mix verschiedener Verfahren und Techniken. Häufig angewandte Techniken und Verfahren sind beispielsweise:

• Datenkomprimierung: Die Datenkomprimierung sucht nach Mustern und Redundanzen in den übertragenen Daten und reduziert die Datenmenge mithilfe von Algorithmen. An den Endstellen der Verbindungen ist Rechenleistung zum Komprimieren und Dekomprimieren der Datenströme notwendig.

• Deduplizierung: Die Deduplizierung sorgt dafür, dass identische Daten nur einmal und nicht mehrfach übertragen werden.

• Caching: Beim Caching werden häufig genutzte Daten zwischengespeichert und lokal vorgehalten, damit sie nicht jedes Mal neu über WAN-Verbindungen übertragen werden müssen.

• Traffic Shaping und Bandbreitenmanagement: Traffic Shaping bereitet Datenströme für die Übertragung im WAN vor. Das Bandbreitenmanagement verwaltet und steuert die für Datenströme der Applikationen im Netz benötigten Ressourcen. Es werden beispielsweise Bandbreiten dediziert angefordert oder gerade freie Ressourcen zugewiesen.

• Priorisierung: Die Priorisierung teilt die zu übertragenden Daten abhängig von ihren spezifischen Anforderungen in verschiedene Klassen ein. Das Netz bietet für die verschiedenen Leistungsklassen (Classes of Service; CoS) unterschiedliche Dienstgüten (Quality of Service; QoS). Je nach Leistungsklasse und angeforderter Dienstgüte werden in den verschiedenen Netzknoten einzelne Daten priorisiert und damit bevorzugt übertragen.

• Protokolloptimierung: Oft sind Protokolle für die Übertragung in einem LAN (Local Area Network) entworfen und erzielen in Weitverkehrsnetzen eine schlechte Performance. So gibt es beispielsweise als besonders "geschwätzig" geltende Protokolle wie CIFS/SMB. Die Protokolloptimierung passt solche Protokolle auf die Eigenheiten eines Weitverkehrsnetzes an und unterbindet LAN-typische Verhaltensweisen wie das Versenden von kleinen, unadressierten Broadcast-Paketen. Eine häufige Form der Protokolloptimierung ist die sogenannte TCP-Beschleunigung. Sie optimiert TCP-Parameter wie Fenstergrößen oder passt die Bestätigungslogik für die langen Übertragungsstrecken im WAN an und verbessert dadurch den Datendurchsatz oder reduziert Verzögerungszeiten.

• Multimediaoptimierung: Zur Multimediaoptimierung zählen beispielsweise Multicast- oder Broadcast-Mechanismen für Videostreams im WAN. Identische Videoinhalte werden im Netz nicht mehrfach übertragen, sondern jeweils nur einfach zu einem Multicast- oder Broadcast-Replikationspunkt transportiert. Erst dort findet die Vervielfachung der Videostreams statt. Für eine hohe Effizienz des Verfahrens sind die Verteilpunkte im Netz so zu wählen, dass die WAN-Strecken möglichst nicht durch identische Streams belastet werden.

• Forward Error Correction (FEC): Forward Error Correction fügt den übertragenen Datenpaketen redundante Informationen hinzu, mit denen sich beschädigte Daten rekonstruieren und Paketverluste ohne erneute Übertragung vermeiden lassen. Das ist vor allem bei verlustbehafteten oder stark belasteten Verbindungen sinnvoll.

Moderne Ansätze der WAN-Optimierung

Moderne Ansätze der WAN-Optimierung verlagern die Funktionen dedizierter WAN-Optimierungsgeräte häufig in softwaredefinierte WAN-Lösungen. Die WAN-Optimierung ist in diesem Fall nicht mehr ein separates Produkt, sondern vollständig in die SD-WAN-Plattform integriert. Das Monitoring, die Verwaltung und die Optimierung der Datenströme sind nicht mehr an die einzelnen Netzknoten gebunden, sondern werden von einer zentralen, anwendungsorientierten "Software-Intelligenz" in Form eines anwendungsorientierten SD-WAN-Controllers mit Policy-Engine gesteuert.

Darüber hinaus halten vermehrt KI- und ML-gestützte Verfahren Einzug in die WAN-Optimierung und automatisieren viele Vorgänge. KI-Tools werten Telemetriedaten über Latenz, Paketverluste, Jitter, Auslastung und Anwendungsperformance aus, analysieren kontinuierlich den Netzwerkverkehr, erkennen Muster und passen Optimierungsparameter dynamisch an oder leiten den Datenverkehr auf optimalen Pfaden weiter. Über die Auswertung von historischen Daten und vorhersehende KI-Analysen lassen sich proaktiv geeignete Maßnahmen zur WAN-Optimierung, zum Beispiel bei zu bestimmten Tageszeiten erwartenden Engpässen, treffen.

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