Was ist Software-Defined Networking (SDN) – und wie nützt es Ihrem Unternehmen?

Software-Defined Networking (SDN) hat sich in den letzten Jahren zum Goldstandard für Unternehmensnetzwerke entwickelt. Moderne SDN-Architekturen lassen sich leicht verwalten und erleichtern Ihren Admins damit die Arbeit. Durch die Einbindung von KI sind die Möglichkeiten noch einmal gestiegen.

Doch wie genau funktioniert SDN? Welche Vorteile bietet es gegenüber herkömmlichen Netzwerkmodellen? Was sind typische Use Cases? All diese Fragen beantworten wir in diesem Artikel.

Was ist Software-Defined Networking?

Software-Defined Networking (SDN) löst die enge Verzahnung zwischen Hardware und Software auf, die in herkömmlichen Netzwerken vorherrscht. Dort führt jede Hardware-Komponente (Switches, Router) ihre eigenen Programme aus, um Datenpakete an die richtige Adresse zu versenden.

Dieses Setup resultiert in einer stark dezentralisierten Netzwerk-Struktur. Alle Hardware-Komponenten bilden kleine Inseln. Wenn Änderungen am Netzwerk vorgenommen werden sollen, müssen die Admins alle betroffenen Geräte separat neu konfigurieren.

Software-Defined Networking zentralisiert diese Verwaltungsaufgaben. Dafür führt SDN eine neue, übergeordnete Instanz ein, den sogenannten Controller. Dieser Controller kann alle Switches und Router direkt ansteuern. Protokolle wie OpenFlow ermöglichen die Kommunikation. Beispielsweise lässt der Controller die Hardware wissen, wann und auf welchem Weg ein Datenpaket an einen Port weitergeleitet werden soll.

Etwas abstrakter formuliert: SDNs ziehen eine Control Plane (= Netzwerk-Management-Ebene) oberhalb der Data Plane (= Netzwerk-Traffic-Ebene) ein.

Die Control Plane übernimmt unter anderem die folgenden Aufgaben:

• Hardware-Konfiguration (Switches, Router)
• Organisation der Datenweiterleitung
• Durchsetzung von Sicherheitsvorgaben
• Zugriffsverwaltung

Im Gegensatz dazu nimmt die Data Plane in erster Linie Steuerungsinformationen entgegen und wickelt den Netzwerk-Traffic ab.

Oberhalb der Control Plane befindet sich noch eine Anwendungsebene.

Über die Anwendungsebene kann Ihr Netzwerk mit anderen Systemen interagieren, zum Beispiel mit einer Firewall oder einer Public Cloud.

Diese Entkopplung von Control und Data Plane verleiht Ihren Admins mehr Kontrolle über das Netzwerk. Statt an Hardware-Vorgaben gebunden zu sein, können sie bestimmen, wie Netzwerk-Prozesse gestaltet werden sollen. Außerdem vereinfacht sich das alltägliche Management der Infrastruktur.

Geschichtliches

Das SDN-Konzept wurde von drei IT-Wissenschaftlern entwickelt: Martín Casado und Nick McKeown von der Stanford University und Scott Shenker von der University of California, Berkeley. Die Idee ging aus dem sogenannten Ethane-Projekt hervor; das dazugehörige Paper wurde im Jahr 2007 veröffentlicht.

Wenig überraschend lehnten die großen Hardware-Hersteller das SDN-Konzept zunächst ab; sie sahen ihr bisheriges Geschäftsmodell gefährdet. Als Reaktion darauf entwickelten die Wissenschaftler das OpenFlow-Protokoll und parallel dazu verschiedene SDN-Produkte, die sie unter dem Namen Nicira vermarkteten. Das Unternehmen wurde 2012 von VMware gekauft. Seitdem hat sich der SDN-Ansatz auch bei anderen Herstellern durchgesetzt.

SDN vs. herkömmliche Netzwerke

Hier die wichtigsten Unterschiede zwischen einer SDN-Lösung und einem herkömmlichen Netzwerk:

	Herkömmliches Networking	Software-Defined Networking
Abstraktion	Steuerungs- und Datenebene sind identisch.	Steuerungs- und Datenebene sind getrennt.
Konfiguration	Jedes Gerät muss einzeln konfiguriert werden.	Alle Geräte können zentral konfiguriert werden.
„Intelligenz“ der Hardware	Auf viele Geräte verteilt.	Zentralisiert im Controller.
Managementaufwand	Hoch.	Gering.
Transparenz	Gering.	Hoch.

Southbound APIs vs. Northbound APIs

Es gibt zwei Arten von APIs, welche die Kommunikation zwischen den verschiedenen SDN-Ebenen ermöglichen.

Southbound APIs

Diese APIs übernehmen die Kommunikation der Control Plane mit der Data Plane. Weil die Control Plane über der Data Plane steht, spricht man von „südlich“. Beispielsweise weist die Control Plane die Data Plane an, einen Router neu zu konfigurieren oder erhält Fehlermeldungen vom Netzwerk.

Das bekannteste Beispiel für eine Southbound API ist das Open-Source-Interface „OpenFlow“, welches von der Open Networking Foundation (ONF) zur Verfügung gestellt und weiterentwickelt wird. Es existieren aber auch andere Lösungen wie NETCONF oder gRPC.

Northbound APIs

Northbound APIs regeln die Kommunikation zwischen der Control Plane und der übergeordneten Anwendungsebene; deswegen spricht man in diesem Zusammenhang von „nördlich“. Auf diese Weise können externe Anwendungen beispielsweise Netzwerk-Services anfragen oder Metriken abrufen. Northbound APIs erlauben auch die Orchestrierung anderer Systeme, wie zum Beispiel Cloud-Plattformen. Für Northbound APIs kommen unter anderem REST-APIs zum Einsatz.

Die 4 SDN-Deployment-Modelle

Es gibt vier verschiedene SDN-Deployment-Modelle, abhängig davon, wie genau die Control Plane mit der Data Plane kommuniziert.

1. Open SDN

Bei dieser Variante verwendet der Controller eine Open-Source-Lösung, um sich mit der Hardware-Ebene auszutauschen. Typischerweise handelt es sich um das OpenFlow-Protokoll. Der Vorteil solcher Lösungen: Es existieren aktive Communitys von Entwicklern und Netzwerk-Betreibern, die sich gegenseitig unterstützen. Allerdings muss die verwendete Hardware zum Beispiel OpenFlow-kompatibel sein, was bei Netzwerken mit Legacy-Hardware nicht immer gegeben ist.

2. API SDN

Anders als bei Open SDN kommen hier keine quelloffenen Protokolle, sondern konventionelle Programmierschnittstellen wie NETCONF oder SNMP zum Einsatz. Sie organisieren den Datenfluss von und zu jedem Gerät. Dieser Ansatz eignet sich zum Beispiel für Switches, die nicht mit OpenFlow kompatibel sind.

3. Hybrid Model SDN

Das Hybridmodell kombiniert das SDN-Konzept mit klassischen Netzwerk-Protokollen: Ein Teil des Traffics wird noch über herkömmliche Protokolle abgewickelt, der andere Teil bereits via SDN. Dieser Ansatz eignet sich für Unternehmen, welche ihre Legacy-Hardware schrittweise erneuern möchten, zum Beispiel aufgrund von Kostenüberlegungen. Um hier erfolgreich zu sein, müssen jedoch sowohl klassisches Netzwerk- als auch SDN-Know-how vorhanden sein.

4. Overlay SDN Model

Bei diesem Modell wird oberhalb des physischen Netzwerks ein virtuelles Netzwerk eingerichtet. Dafür kommen Tunnel zwischen Knotenpunkten zum Einsatz. Häufig verwendete Tunnel-Protokolle sind VXLAN, NVGRE und GENEVE. Der Controller steuert die virtuellen Geräte an, erzeugt Verbindungen und dirigiert den Traffic.

Der Vorteil: Die logische Struktur des virtuellen Netzwerks ist nicht abhängig von den Vorgaben des physischen Netzwerks. Auf diese Weise können anspruchsvolle Services realisiert werden, ohne dass die zugrundeliegende physische Infrastruktur modifiziert werden müsste. Allerdings gehen Overlay-SDN-Modelle mit mehr Komplexität einher.

Möglichkeiten der Orchestrierung

Typischerweise umfasst ein Unternehmensnetzwerk die Bereiche LAN, WAN und WiFi. Werden diese Bereiche unter Verwendung von SDN orchestriert, spricht man von SD-LAN, SD-WAN und SD-WiFi.

SD-LAN

Ein Software-Defined Local Area Network (SD-LAN) bildet gewissermaßen die Basisvariante von SDN. Praktisch: Netzwerk-Prozesse lassen sich unter Verwendung von KI-Tools hochgradig automatisieren. Außerdem können Sie leicht verschiedene Cloud-Umgebungen einbinden.

SD-WAN

SD-WAN steht als Abkürzung für Software-Defined Wide Area Network. Es wird dafür genutzt, um die unterschiedlichen lokalen Zweigstellen Ihres Unternehmens miteinander zu vernetzen. Der Fokus liegt also auf Langstreckenverbindungen.

SD-WiFi

Software-Defined WiFi wendet das SDN-Konzept auf WiFi-Netzwerke an. Das ist ideal für Krankenhäuser und Arztpraxen, den Einzelhandel oder Vergnügungsparks. ML-Algorithmen stellen dabei sicher, dass Ihre User überall eine optimale Verbindung genießen.

Der Proact SD-Connect-Service kombiniert Software-Defined WiFi-, WAN- und LAN-Lösungen sowie eine Next-level-Firewall inkl. KI-Unterstützung. SD-LAN, SD-WAN und SD-WiFi können auch als einzelne gemanagte Services angeboten werden. Bei SD-WiFi haben Sie zudem die Wahl zwischen einer von uns gemanagten und der selbst gemanagten Variante.

Welche Use Cases es gibt

Für bestimmte Use Cases macht eine SDN-Architektur besonders viel Sinn.

Netzwerk-Modernisierung

Unternehmen, die ihre Infrastruktur modernisieren wollen, sind ein typischer Use Case für SDN. Denn SDN trägt wesentlich zur Vereinfachung des Netzwerkmanagements bei und erhöht die Performance. Die Einführung kann durchaus schrittweise erfolgen, zum Beispiel unter Verwendung einer hybriden SDN-Architektur.

Multi-Clouds

Der SDN-Ansatz kann dazu verwendet werden, Cloud-Lösungen unterschiedlicher Anbieter zentral zu orchestrieren. Das vereinfacht Ihren Admins die Arbeit und führt zu Effizienzsteigerungen. Gleichzeitig erhalten Sie so Zugriff auf die Features unterschiedlicher Cloud-Provider.

IT-Security

Mithilfe von SDN lassen sich Security-Richtlinien zentral definieren und durchsetzen; Sie können sicher sein, dass keine Hardware-Komponente übersehen wurde. Sie können aber auch Zugriffskontrollen dynamisch anpassen, beispielsweise abhängig vom verwendeten Endgerät.

IoT

Durch IoT-Geräte sind die Anforderungen an Netzwerke massiv gestiegen; sie müssen nun mit Hunderten oder Tausenden von zusätzlichen Endpunkten kommunizieren. SDN kann helfen, diesen Geräte-Zuwachs zu bewältigen, indem zum Beispiel neu hinzugefügte Geräte automatisch konfiguriert werden.

Vorteile

Software-Defined Networking bietet Ihrem Unternehmen zahlreiche Vorteile.

Weniger Netzwerkfehler

Wenn jeder Switch separat konfiguriert werden muss, steigt die Wahrscheinlichkeit für Fehlkonfigurationen. Erschwerend kommt hinzu, dass unterschiedliche Hardware-Komponenten unterschiedliche Betriebssysteme verwenden und Softwarestände aufweisen. Durch einen zentralisierten SDN-Ansatz reduzieren Sie diese Komplexität und damit die Fehleranfälligkeit.

Mehr Virtualisierung

Mithilfe einer SDN-Lösung können Sie Netzwerkfunktionen unterschiedlichen Geräten zuweisen. Sie sind nicht länger an dedizierte Hardware gebunden.

Keine Herstellerabhängigkeit

Durch eine SDN-Lösung sind Ihre Admins nicht an proprietäre Herstellerprotokolle gebunden. Die Hardware-Lösungen unterschiedlicher Anbieter können problemlos kombiniert werden.

Geringere Anschaffungskosten

Hardware für SDN-Lösungen kann günstiger sein, weil sie nicht über eine eigene „Intelligenz“ verfügen muss; die Hauptrechenleistung wird vom übergeordneten Controller gestemmt. Das senkt Ihre Anschaffungskosten.

Leichte Erweiterbarkeit

Neue Netzwerkkomponenten lassen sich leicht hinzufügen, weil sie Steuerungsinformationen zentral über die Control Plane beziehen. Eine separate Konfiguration entfällt. Sie können neue Komponenten so schneller als bisher einbinden.

Effizienzsteigerungen

Indem der Controller das komplette Netzwerk im Blick hat, kann er besonders effiziente Routen für Datenpakete berechnen. So nutzen Sie Übertragungsstrecken im Netzwerk optimal.

Verbesserte IT-Security

In herkömmlichen Netzwerken schleichen sich mit der Zeit oft unterschiedliche Security-Konfigurationen ein. In einer SDN-Architektur können Sie Security-Richtlinien dagegen zentral definieren und in Echtzeit durchsetzen.

Mögliche Nachteile

Wie jede Technologie hat SDN auch potenzielle Nachteile.

Single Point of Failure

Wird in einem SDN-Setup der zentrale Controller kompromittiert, hat das negative Folgen für alle anderen Netzwerkkomponenten.

Durch die Absicherung des Controllers lässt sich dieses Risiko aber reduzieren. Außerdem existieren auch SDN-Modelle, bei denen mehrere Controller parallel im Einsatz sind, wodurch Redundanz gewährleistet wird.

Höhere Latenzzeiten

Je mehr Geräte vom Controller dirigiert werden müssen, desto mehr nimmt die Netzwerklatenz zu. Netzwerk-Admins sollten deshalb auf ein ausgewogenes Verhältnis zwischen dem Controller und den angesteuerten Geräten achten.

Gerätesicherheit

In herkömmlichen Netzwerken verfügen die einzelnen Hardware-Komponenten normalerweise über eigene Sicherheitsmechanismen wie integrierte Firewalls. In einem SDN-Setup kommen dagegen auch weniger geschützte Geräte zum Einsatz. Allerdings heben SDN-Lösungen die Gesamtsicherheit so stark an, dass dieser Nachteil verkraftbar ist.

SDN + KI: Die Zukunft des Networking

KI wird die Möglichkeiten des Software-Defined Networking stark erweitern. Beispielsweise kann die künstliche Intelligenz selbstständig Informationen über die Data Plane sammeln, diese Daten korrelieren und Trends erkennen. Auf dieser Grundlage kann der Controller selbstständig Netzwerkprobleme beheben, ohne dass eine menschliche Intervention nötig wäre (siehe Absatz „KI zur Netzwerk-Optimierung“ im Blogartikel Wie Sie KI im Unternehmen nutzen: Der Guide für CIOs). Das entlastet Ihr Team und erlaubt es ihm, sich auf wichtige Innovationsaufgaben zu konzentrieren.

Die KI hilft Ihrem Team auch dabei, die Netzwerk-Konfiguration noch genauer auf die Geschäftsbedürfnisse Ihres Unternehmens abzustimmen. Beispielsweise optimiert sie die Versendung von Datenpaketen während des Saisongeschäfts. So kann die vorhandene Hardware optimal genutzt werden, ohne dass kostspielige Neuanschaffungen nötig wären.

Interessant: Large Language Models (LLMs) ermöglichen es Ihren Mitarbeitern, mit Netzwerk-Instanzen in natürlicher Sprache zu kommunizieren. Beispielsweise könnte ein Teammitglied die Controller-Instanz fragen, „Wie viele neue Endgeräte wurden in den letzten zwei Stunden hinzugefügt?“ Der Controller antwortet dann, „In den letzten zwei Stunden wurden acht mobile Endgeräte und drei Desktop-Workstations hinzugefügt“ und liefert bei Bedarf weitere Details. Auf diese Weise steigern Sie nicht nur die Produktivität, sondern wirken auch dem Fachkräftemangel entgegen. Denn die KI kann einen Mitarbeiter Schritt für Schritt anleiten, wenn dieser mit einem bestimmten Fachgebiet nicht vertraut ist. So decken Sie mit Ihrem existierenden Team mehr Aufgaben ab.

Es bleibt zu erwarten, dass sich die KI-Netzwerkrevolution in zwei Stufen vollziehen wird. Im ersten Schritt werden SDN-Lösungen punktuell durch KI-Features ergänzt werden. Im zweiten Schritt wird das AI-Native Networking folgen, also Netzwerk-Architekturen, die von Anfang an auf KI als zentrale Technologie setzen.

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Schrittweise Modernisierung

Wir verstehen, dass die SDN-Umstellung schrittweise erfolgen muss. Ihre Legacy-Systeme müssen stabil weiterlaufen, während wir im Hintergrund die neue Architektur erarbeiten.

Dafür setzen wir uns im ersten Schritt mit Ihrem Inhouse-Team zusammen, um Ihre Netzwerk- und Geschäftsanforderungen kennenzulernen. Wir besprechen, wie eine Modernisierung am besten gestaltet werden muss, ohne dass das Tagesgeschäft darunter leidet.

Durchdachte Umsetzung

Unter Beachtung dieser Vorgaben implementieren wir unser SD-Connect-Netzwerkpaket für Sie. SD-Connect bietet Software-Defined LAN-, WAN- und WiFi-Lösungen sowie eine Firewall der nächsten Generation. So garantieren Sie eine schnelle und sichere Datenkonnektivität im Unternehmen.

Wir beraten Sie auch, wie Sie Hardware-Lösungen unterschiedlicher Hersteller optimal kombinieren. Diese Flexibilität bildet eine der großen Stärken von SDN. Ebenso unterstützen wir Sie bei der Einbindung unterschiedlicher Clouds, um eine moderne, redundante Multi-Cloud-Lösung zu schaffen.

Auch fortschrittliche KI-Netzwerk-Tools realisieren wir für Sie. So gewinnen Sie neue Einsichten und steigern die Performance. Hierbei kommen insbesondere die KI-Lösungen unseres Partners Juniper zum Einsatz. Wir sind einer der wenigen ausgezeichneten Juniper Elite+ Partner.

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Wir unterstützen Sie über die SDN-Einführung und den -betrieb hinaus. Unser 24/7-SOC überwacht Ihre Infrastruktur und unser Supportteam hilft Ihnen bei allen Fragen und Problemen weiter.

Kurz gesagt: Proact ist Ihr One-Stop-Ansprechpartner für alle Netzwerk-Bedürfnisse – von SDN über KI bis zum Support.

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