vBNG von Ciena: Mehr Flexibilität und Agilität für Breitbandservices
Da die Nachfrage nach mehr Bandbreite und den zugehörigen Breitbandservices unablässig steigt, stehen Serviceprovider stark unter Druck. Sie müssen den wachsenden Wunsch der Kunden nach stärker spezialisierten Services erfüllen. Doch wie können sie ihre Netze transformieren und dabei ein Technik- und Wirtschaftsmodell nutzen, das sowohl für sie als auch für ihre Kunden Mehrwert schafft?
Die Lösung ist eine Netzwerkarchitektur basierend auf Disaggregation, Offenheit und Skalierbarkeit. In dieser technischen Analyse erklärt Chuck Harris von Ciena, wie die Architektur des virtuellen Broadband Network Gateways (vBNG) von Ciena genau jene Flexibilität und Agilität gewährleistet, die Serviceprovider für die sich ständig wandelnden Netze von heute benötigen.
Feste Breitbandnetze beinhalten mehrere kritische Komponenten. Dreh- und Angelpunkt ist jedoch das Broadband Network Gateway (BNG). Es ist für den Aufbau und das Management der Teilnehmersitzungen zuständig und agiert dabei als Authentifizierungspunkt, über den sich die Teilnehmer mit den Breitbandnetzen der Betreiber verbinden. Das BNG aggregiert den Teilnehmerdatenverkehr aus dem Access-Netz und erfüllt mehrere wichtige Funktionen beim Teilnehmermanagement. Dazu gehören beispielsweise die Authentifizierung, Autorisierung und Abrechnung (AAA), die Zuweisung von IP-Adressen, die Quality of Service (QoS) und die Durchsetzung von Richtlinien. Der gesamte ins Internet gehende Datenverkehr läuft über das BNG. Dasselbe gilt für den aus dem Internet kommenden Datenverkehr, der auf dem Weg zum Kunden ebenfalls das BNG durchläuft.
In der Vergangenheit ging es hauptsächlich um den Internetzugang. Inzwischen sehen die Dinge allerdings anders aus. Breitbandservices entwickeln sich weiter und dringen in Bereiche wie Video-Streaming, Gaming, das Arbeiten im Homeoffice, das Internet of Things (IoT) und zahllose weitere Anwendungen ein.
Dadurch kommt es aber nicht nur zu einem Anstieg der übertragenen Datenmenge. Vielmehr hat sich das Datenverkehrsmodell selbst gewandelt und umfasst nun eine sich ständig verändernde Mischung verschiedener Protokolle und Leistungsanforderungen. Viele neue Anwendungen verbrauchen sehr viel Bandbreite und reagieren empfindlich auf Latenz. In Zukunft wird die Latenzreduzierung ein wichtiges Differenzierungsmerkmal sein, da es immer mehr Edge-Anwendungen gibt, die eine bessere Echtzeit-Performance benötigen. Neben dem Bandbreitenwachstum und der Latenzreduzierung stellen auch andere funktionale Anforderungen an die Quality of Service (QoS) und eine bessere Quality of Experience (QoE) eine Herausforderung dar.
Abbildung 1: Anwendungsanforderungen üben Druck auf das Netz aus
„Da die Nutzungsdauer von Glasfasersystemen ca. 40 Jahre beträgt, macht es Sinn, die Planung für zukünftige Anwendungen bereits vorwegzunehmen und sehr viele Glasfaserleitungen zu verlegen, Platz in den Kabelkanälen vorzusehen und Netzwerkarchitekturen zu nutzen, die späteren Upgrades nicht im Weg stehen werden.“ - The Fiber Optic Association
Wie sich die Anforderungen an Anwendungen und Services im Laufe der Zeit verändern werden, kann unmöglich vorhergesagt werden. Denken Sie dabei nur an unzählige technologische Innovationen, die heute eine Selbstverständlichkeit sind, vor zehn Jahren aber noch nicht existierten. Die Herausforderung besteht darin, ein flexibles Netz zu erschaffen, das diese Marktdynamik vor allem am Edge adressieren kann.
Aufgrund der hohen Investitionen in Glasfasernetze mit einer typischen Nutzungsdauer von mehr als 30 Jahren ist es sinnvoll, ein BNG einzurichten, das heutige Anforderungen erfüllt und gleichzeitig an Veränderungen angepasst werden kann. Möglich wird dies durch die Schlüsselmerkmale von Cienas vBNG:
Disaggregation, Virtualisierung und Skalierbarkeit
Ältere (chassisbasierte) BNGs mit geschlossener Architektur können die sich schnell ändernden Anforderungen an die Skalierbarkeit, Flexibilität und Innovation am Edge des Netzes nur schwer erfüllen. Dies gilt besonders für neue und neu aufkommende Anwendungen.
Im Vergleich dazu wurde vBNG von Ciena von Grund auf als softwaredefiniertes, vollständig containerisiertes und virtualisiertes cloudnatives BNG mit einer entsprechenden Architektur konzipiert. vBNG bietet genau jene Flexibilität und Agilität, mit der Betreiber auf dem sich ständig verändernden Breitbandmarkt von heute schnell alle Möglichkeiten nutzen können.
Vor allem aber hat vBNG von Ciena eine offene Architektur nach der Norm TR-459 des Broadband Forums: „Control Plane, User Plane Separation (CUPS) for a disaggregated BNG.“ Es wird keine spezielle Hardware benötigt, die Funktionalität wird durch die Software bereitgestellt und die Lösung läuft auf x86-basierten COTS-Servern (COTS = Commercial Off-The-Shelf). Der enorme Mehrwert dieser Architektur ergibt sich durch ihre Offenheit, Flexibilität und Skalierbarkeit.
Abbildung 2: Disaggregation des Broadband Network Gateways
Die Steuerebene (Control Plane) und die Benutzerebene (User Plane) verfügen über voneinander unabhängige Resilienz und können in jeder denkbaren Dimensionierung an jedem beliebigen Ort des Netzes platziert werden. Die Steuerebene wird in der Regel zentral angeordnet, um den Betrieb und das Management zu vereinfachen.
Eine zentrale Steuerebene vereinfacht das Teilnehmermanagement, das Management des IP-Adresspools und die vertikale Integration in OSS- (Operations Support Systems) und BSS-Systeme (Business Support Systems).
Abbildung 3: Virtuelles Broadband Network Gateway von Ciena
Der Breitbanddatenverkehr variiert im Netz äußerst stark und kann sich schnell ändern. Verursacht wird dies beispielsweise durch die Teilnehmerzahl, das Nutzungsverhalten der Teilnehmer und die Art der Anwendungen, auf die zugegriffen wird. Es ist schlicht unmöglich, genau zu prognostizieren, welche Hardware in welcher Größenordnung benötigt wird, um die sich verändernden Anforderungen der Teilnehmer auf wirtschaftlich sinnvolle Art und Weise erfüllen zu können.
Abbildung 4: vBNG von Ciena überwindet das Problem der Skalierbarkeit
Die Benutzerebenen von vBNG von Ciena können passend zu den jeweiligen Datenverkehrsanforderungen dimensioniert und an beliebiger Stelle im Netz platziert werden. Sie können vertikal skaliert (erweitert) werden, wenn der Datenverkehr zunimmt. Ebenso möglich ist eine horizontale Skalierung (d. h. der Einsatz an neuen Standorten), wenn sich neue Geschäftsmöglichkeiten ergeben. Letztendlich können sogar mehrere Benutzerebenen mit maßgeschneiderter Konfiguration eingesetzt werden, um die Lösung für unterschiedliche Servicetypen – von einfachen Internetanwendungen über Video-Streaming bis hin zu Edge-Anwendungen mit niedriger Latenz – zu optimieren. Netzbetreiber können Ihre Edge-Service-Architektur so an neue Geschäftsmöglichkeiten anpassen.
Von Anfang an softwaredefiniert und containerisiert
Eines der wesentlichen Merkmale von Cienas vBNG ist die Bereitstellung der Funktionalität in der Software, die nicht nur von der Hardware getrennt, sondern auch containerisiert ist.
Unter Containerisierung versteht man die Bündelung des Anwendungscodes mit den zugehörigen Konfigurationsdateien, Bibliotheken und anderen Elementen, die für die Ausführung des Codes erforderlich sind. Dieser „Container“ bzw. dieses einzelne Softwarepaket wird vom Betriebssystem des Hosts abstrahiert und steht daher für sich allein. Dadurch ist der Container äußerst portabel und kann in jeder beliebigen Infrastruktur bzw. Umgebung laufen, die die Container-Technologie unterstützt, wie z. B. unter Kubernetes.
Da jeder Container praktisch eine eigene Einheit darstellt, weist die für Container entwickelte und in Containern implementierte Software einen höheren Grad an Portabilität und Skalierbarkeit auf. Außerdem ermöglicht sie eine bessere Fehlereingrenzung und ist insgesamt agiler. Genau deshalb sind Container so beliebt.
vBNG von Ciena war von Anfang an für die Ausführung in Containern konzipiert. Anwendungen können so schneller auf den Markt gebracht werden und sind insgesamt effizienter und agiler als andere Lösungen. Eine offene und softwaredefinierte Architektur bedeutet, dass zukünftige Anwendungen unmittelbar bei Bedarf entwickelt und implementiert werden können. Dies ist auf dem sich schnell weiterentwickelnden Breitbandmarkt extrem wichtig.
Hohe Resilienz
Privat- und Firmenkunden sind von der Verfügbarkeit und Leistung der Breitbandservices abhängig. Daher sind Zuverlässigkeit und Redundanz wichtige Faktoren. Das Resilienzmodell der Architektur von Cienas vBNG ist für die Erfüllung der strengen Anforderungen an hochverfügbare Services ausgelegt.
Steuerebenen und Benutzerebenen haben jeweils eigene Resilienz, sind unabhängig voneinander dimensioniert und so konzipiert, dass der Schutz der Services gewährleistet ist. Die Steuerebene kann mit lokaler oder geografischer Redundanz in einer Konfiguration implementiert werden, bei der ein Teil aktiv und der andere im Standby ist. Die Benutzerebenen wiederum können für hohe Verfügbarkeit im Verhältnis 1:1, n:1 oder m:n konfiguriert werden.
Bei einem Failover der Steuerebene kommt es zu keinerlei Ausfällen oder Paketverlusten. Auch das Risiko von sogenannten Split-Brain-Szenarien entfällt, bei denen zwei BNGs versuchen, für ein und dieselbe Gruppe von Teilnehmern die aktive Rolle zu übernehmen. Dies kann bei älteren BNGs auftreten, die mittels Heartbeat festlegen, welches BNG jeweils aktiv bzw. im Standby sein soll.
Für die Benutzerebene werden redundante Teilnehmergruppen gebildet und paarweise auf einer primären und sekundären Benutzerebene angeordnet. Wenn eine Benutzerebene ausfällt und die primäre Teilnehmergruppe verloren geht, übernimmt die sekundäre Benutzerebene den Service.
Abbildung 5: BNG-Architektur mit äußerst hoher Resilienz
Primäre Teilnehmergruppen können eine einzige redundante sekundäre Benutzerebene nutzen oder wie dargestellt auf mehrere Benutzerebenen aufgeteilt werden, um das Risiko bei einem doppelten Ausfall zu reduzieren. Ein Failover der Benutzerebene erfolgt so schnell und effizient, dass die meisten Teilnehmer es nicht einmal bemerken.
Auswahl der richtigen BNG-Plattform
Das BNG ist der Dreh- und Angelpunkt bei der Bereitstellung von Breitbandservices. Aufgrund seiner kritischen Rolle, der wachsenden Marktnachfrage nach mehr Bandbreite und der sich verändernden Mischung von Anwendungen am Edge des Netzes ist die Auswahl des richtigen BNG äußerst wichtig.
Flexibilität und Agilität spielen für den zukünftigen Erfolg eine Schlüsselrolle und sind genau das, was vBNG von Ciena ausmacht. Mit seiner disaggregierten und softwaredefinierten Architektur, hohen Skalierbarkeit und herausragenden Resilienz transformiert vBNG von Ciena den Edge des Netzes.