Mobilfunk

DE-CIX: Fünf wichtige Technologien für 5G-Funk

Alle reden von 5G. Neben der Funk­strecke ist aber auch das dahin­ter­lie­gende "feste" Internet sehr wichtig. Die Daten fließen (hoch­wahr­schein­lich) durch die Knoten von DE-CIX.

Dr. Christoph Dietzel, Head of Products & Research bei DE-CIX Dr. Christoph Dietzel, Head of Products & Research bei DE-CIX
Foto: DE-CIX
Den Begriff DE-CIX haben viele Internet-Enthu­si­asten schon gehört: Der Bekann­teste davon ist der zentrale Internet-Austausch­knoten in Frank­furt am Main, wo welt­weit aktive Internet-Provider ihre Daten unter­ein­ander austau­schen können.

Die erste Hälfte dieses turbu­lenten Jahres hat uns viel gelehrt: Vor allem die Bedeu­tung von schneller Kommu­ni­ka­tion und Vernet­zung - und dabei spielt langsam auch die neue 5G-Tech­no­logie eine immer wich­ti­gere Rolle.

5G: Fünf essen­zi­elle Tech­no­lo­gien für den ökono­mi­schen Einsatz

Dr. Christoph Dietzel, Head of Products & Research bei DE-CIX Dr. Christoph Dietzel, Head of Products & Research bei DE-CIX
Foto: DE-CIX
5G bedeutet mehr als "nur" schnel­leres Internet auf dem Smart­phone. Diese neue Tech­no­logie bietet ein enormes Poten­zial für verschie­dene Wirt­schafts­zweige, wie beispiels­weise vernetzte Fabriken im Zuge der Indus­trie 4.0. Aber auch in der Land- und Bauwirt­schaft, im Verkehrs­sektor, in der Ener­gie­er­zeu­gung und in der Medizin gibt es Einsatz­sze­na­rien.

Da gehört aber noch mehr dazu, findet Dr. Chris­toph Dietzel, Produkt- und Forschungs­chef bei DE-CIX. Er sieht fünf wich­tige Tech­no­lo­gien, die man dafür braucht.

Mobile Edge Cloud (MEC)

Viele indus­tri­elle 5G-Anwen­dungen erfor­dern sehr geringe Latenz­zeiten (die teil­weise unter zehn Milli­se­kunden sein müssen). Das bedeutet, dass die Daten­ver­ar­bei­tung und Spei­che­rung wieder örtlich näher an den Endan­wender heran­rü­cken muss. Ein Server in Taka-Tuka-Land wäre viel zu weit weg, die Latenz steigt. Nun fehlen direkt an den Endge­räten meist die nötigen Ressourcen für die Verar­bei­tung der großen Daten­mengen, wie sie beispiels­weise von Sensoren gesam­melt werden.

Hier kommt die "Mobile Edge Cloud" (MEC) ins Spiel, die am Rande des Netz­werks – also nah an den Endge­räten „on the edge“ montiert wird. Dazu werden weitere Server möglichst nahe vor Ort aufge­baut und stellen dort eigene Rechen- und Spei­cher­ka­pa­zi­täten bereit.

Der Begriff "Mobil" erklärt sich dadurch, dass sich Anwen­dungen ohne merk­liche Zeit­ver­zö­ge­rung von einer Edge Cloud auf eine andere Edge Cloud verschieben lassen, wodurch diese scheinbar "mobil" wirken.

Unter­nehmen können je nach Wich­tig­keit ihrer Anwen­dungen entscheiden, ob sie eine MEC gemeinsam mit anderen Unter­nehmen oder privat (exklu­sive eigene Cloud) verwenden möchten. Eine MEC-Anwen­dung spielt zum Beispiel im Rahmen der Ener­gie­wende eine große Rolle: Smart Grids (= schlaue Netze) stellen das intel­li­gente Strom­netz der Zukunft dar. Eine über­schüs­sige Strom­erzeu­gung von erneu­er­baren Ener­gien (z.B. Solar­energie an einem langen, sonnigen Tag) kann gespei­chert und bei Bedarf (an bewölkten Tagen) flexibel bereit­ge­stellt werden. Die dafür benö­tigte Daten­spei­che­rung findet in der Mobile Edge Cloud statt, physisch nah an den intel­li­genten Zählern, den Endge­räten.

Soft­ware Defined Networ­king (SDN)

Soft­ware­de­fi­nierte Netz­werke (SDN) sind aus der Notwen­dig­keit entstanden, Netz­werke flexi­bler und "schneller" zu gestalten. Das Ziel ist dabei Entkopp­lung der Kontroll­ebene von der darun­ter­lie­genden Daten­ebene (das waren oft feste Schal­tungen oder Geräte, die nur eine einzige oder nur wenige Funk­tionen beherrscht haben) in Routern und Swit­ches.

Mit SDN ist es möglich, über einen zentralen Controller (den es wirk­lich gibt oder der als virtu­elle Soft­ware auf einem System läuft) das komplette Netz­werk aus "SDN-Swit­chen" (Signal-Schal­tern oder -Weichen) zu verwalten und z.B. Daten­pa­kete zu prio­ri­sieren - oder wenn nötig - zu blockieren.

Die dadurch gewon­nene Über­sicht und Kontrolle ist ein Sicher­heits­vor­teil von SDN, da der Controller den Daten­ver­kehr über­wa­chen und an den einzelnen Swit­ches Sicher­heits­richt­li­nien bereit­stellen kann. Durch die „Soft­wari­sie­rung“ des Netz­werks ist es zudem möglich, zentral gesteu­erte Proto­kolle anstelle der bishe­rigen verteilten Proto­kolle zu nutzen.

Dieser zentra­li­sierte Ansatz und die hohe Flexi­bi­lität sollen es erlauben, Netz­werke schnell an komple­xere Anfor­de­rungen anzu­passen. Ein Anwen­dungs­bei­spiel sind Campus-Netz­werke, wo bishe­rige W-LAN- und Ethernet-Netz­werke verein­heit­licht werden müssen und teil­weise oder ganz vor Ort durch 5G-Mobil­funk ersetzt werden.

SDN-Controller helfen dabei, das ganz­heit­liche Campus-Netz­werk zentra­li­siert und auto­ma­ti­siert zu verwalten, sowie eine verbes­serte Sicher­heit und Qualität zu gewähr­leisten.

Network Func­tion Virtua­liza­tion (NFV)

Immer wieder liest man in inter­na­tio­nalen Beiträgen von NFV, der "Network Func­tion Virtua­liza­tion". Teure und unfle­xible Hard­ware-Lösungen werden bei Network Func­tion Virtua­liza­tion (NFV) durch Soft­ware ersetzt, die auf Stan­dard-Hard­ware wie handels­üb­li­chen Servern läuft, wobei Virtua­li­sie­rungs­kon­zepte zum Einsatz kommen.

Die Kombi­na­tion von „Soft­wari­sie­rung“ und Virtua­li­sie­rung sorgt für flexi­blere Umstel­lung von Diensten, schnel­leren Aufbau von Systemen sowie leich­teren Up- und Down­grades (wenn mehr oder weniger Leis­tung gebraucht wird).

Durch den Einsatz von Stan­dard-Hard­ware (z.B. Stan­dard Computer auf X86-Basis) lassen sich außerdem die Betriebs­kosten senken. NFV findet zum Beispiel bei Sicher­heits­an­wen­dungen Verwen­dung, welche die Sicher­heit eines Netz­werkes gewähr­leisten, oder auch bei klas­si­schen Soft­ware-Routern.

Service Func­tion Chai­ning (SFC)

Das "Service Func­tion Chai­ning" (SFC) ermög­licht den flexi­blen und effi­zi­en­teren Einsatz von Netz­werk­funk­tionen für verschie­dene Anwen­dungen. Mit NFV können Glieder einer Kette in virtu­ellen Umge­bungen auf jeder kommer­zi­ellen Stan­dard-Hard­ware bereit­ge­stellt werden. SFC – die Verket­tung von Netz­werk­diensten – erleich­tert prak­ti­sche Anwen­dungs­fälle, die norma­ler­weise einen kompletten Netz­werk-Service (NS) erfor­dern, der aus mehreren Service­funk­tionen (SF) in einer bestimmten Reihen­folge besteht (z.B. zuerst eine Fire­wall und dann eine DPI (Deep Packet Inspec­tion), wobei NFV in der Lage sein muss, Pakete in der vorde­fi­nierten Reihen­folge zu halten, z.B. bei zeit­kri­ti­schen Anwen­dungen).

Der Verkehr (Traffic) in einer SF-Kette durch­läuft nach­ein­ander SF-Schnitt­stellen, die wahr­schein­lich auf die verschie­denen physi­ka­li­schen Rechen­knoten verteilt sind. Der Haupt­vor­teil der Verket­tung von Netz­werk­diensten besteht darin, die Einrich­tung von virtu­ellen Netz­werk­ver­bin­dungen zu auto­ma­ti­sieren. Das bedeutet, wenn heute eine neue Anfor­de­rung kommt, kann sofort reagiert werden.

Network Slicing

Beim Network Slicing werden mehrere parallel betrie­bene und unab­hän­gige logi­sche Netz­werke auf derselben physi­schen Hard­ware-Infra­struktur betrieben. Der Trick ist aber, dass diese "Scheiben" (englisch Slice) komplett gegen­ein­ander abge­schottet sind. Das soll auch dann funk­tio­nieren, wenn auf Slice 1 der Bär steppt, und auf Slice 2, 3, 4... muss weiter ein komplett unge­störter Daten­ver­kehr möglich sein.

Soft­ware-defi­nierte Netz­werke und Virtua­li­sie­rung spielen eine entschei­dende Rolle bei der Umset­zung von Network Slicing in 5G-Umge­bungen. SDN ist die Voraus­set­zung, um eine frei konfi­gu­rier­bare Daten­ebene zu erstellen, auf die verschie­dene Anwen­dungen mit verschie­denen Anfor­de­rungen zugreifen können. NFV sorgt für die Verwal­tung der Rechen- und Spei­cher­res­sourcen, die benö­tigt werden, um unmit­tel­bare Netz­werk­funk­tionen bereit­zu­stellen.

Ein Fazit

Der 5G-Funk­stan­dard bietet ohne Frage großes Poten­zial für die Indus­trie und auch andere Bereiche der Wirt­schaft. Doch irgend­wann geht das Funk­si­gnal ins feste Netz und dahinter muss eben­falls die passende Technik bereit stehen.

Wer ist DE-CIX?

DE-CIX ist ein welt­weit wich­tiger Betreiber von Inter­net­knoten und feiert dieses Jahr sein 25. Jubi­läum. Er wurde 1995 in Betrieb genommen. Der DE-CIX in Frank­furt am Main ist mit mehr als neun Terabit pro Sekunde (Tbps) der Internet Exchange (IX) mit dem welt­weit höchsten Daten­durch­satz in Spit­zen­zeiten. Seine tech­ni­sche Infra­struktur hat eine Gesamt­ka­pa­zität von 48 Terabit.

Insge­samt bedient DE-CIX an seinen über 20 Stand­orten in Europa, dem Nahen Osten, Asien und Nord­ame­rika über 1900 Netz­be­treiber, Internet Service Provider (ISP) und Content-Anbieter aus mehr als 100 Ländern mit Peering und Inter­con­nec­tion Services.

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