Verbesserte Netzwerkleistung und -skalierbarkeit mit Intel und netElastic vBNG

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Die weltweite Pandemie hat die Bedeutung eines schnellen Internetzugangs in unserem beruflichen und persönlichen Leben verstärkt. Bandbreitenintensive Aktivitäten wie Videokonferenzen, Distanzunterricht und Gaming haben stark zugenommen, und man geht davon aus, dass diese Nutzungsmuster auch in Zukunft bestehen bleiben, wenn wir von der Pandemie zu hybriden Arbeitsszenarien übergehen.

Dabei überrascht es nicht, dass auch der Netzverkehr zunimmt, und der massivste Anstieg betrifft den festen Breitbandzugang. Laut Analysys Mason wuchs der Datenverkehr im Festnetz im Jahr 2020 weltweit um 42 %, und zum ersten Mal in den letzten Jahren wuchs der Datenverkehr in Festnetzen schneller als in Mobilfunknetzen1.

Neben der rapiden Zunahme des privaten Internetverkehrs hat die Pandemie auch zu einem erheblichen Anstieg des Uplink-Datenverkehrs geführt. Vor Kurzem noch lag das Verhältnis von Downlink- zu Uplink-Datenverkehr im Bereich von 10:1. Es liegt jetzt im Bereich von 5:1, und viele Dienstanbieter erwarten, dass es irgendwann 2:1 erreichen wird 1. Das Zugangsnetz steht eindeutig unter enormem Druck, was neue Konzepte für das Netzwerkdesign erforderlich macht.

Angesichts dieser unstillbaren Nachfrage nach Bandbreite rüsten viele Breitbandanbieter ihre Festnetzzugänge auf, um sicherzustellen, dass sie dieses Wachstum bewältigen und ihren Kunden weiterhin zufriedenstellende Funktionseigenschaften bieten können. Die Notwendigkeit größerer Skalierbarkeit und Flexibilität der Netze geht einher mit dem ebenso drängenden Bedürfnis der Diensteanbieter, die Kosten zu senken, um wettbewerbsfähig zu bleiben.

Umstellung von einem herkömmlichen Netzwerk auf ein Software-basiertes Netzwerk

Herkömmliche Breitbandnetzwerke bestehen in erster Linie aus teuren, herstellerabhängigen Edge-Routern, denen die erforderliche Skalierbarkeit und Agilität fehlt, um auf die nie endende Nachfrage nach mehr Bandbreite zu reagieren. Nach bisherigen Konzepten erhöhen Breitbandanbieter ihre Kapazität üblicherweise durch zusätzliche proprietäre Netzwerkgeräte wie Router oder durch neue Anschlussmodule (Linecards). Leider sind Kauf, Installation und Konfiguration von Hardware-Appliances kostspielig und zeitaufwändig.

Als grundlegende Technologie für das Internetzeitalter entkoppelt die Netzwerkvirtualisierung die Netzwerkfunktionen von der Hardware und macht die Anschaffung zusätzlicher Netzwerkgeräte überflüssig, wenn die Netzwerkkapazität ausgeschöpft ist oder die Auslastung plötzlich ansteigt (Pandemie). Die Virtualisierung ermöglicht es, die Netzwerkkapazität mit einigen wenigen Softwarebefehlen zu erweitern, statt mit mehreren LKW-Transporten und technischen Vor-Ort-Besuchen. Auch die Investitionsausgaben werden reduziert und auf ein Betriebskostenmodell der Art „pay-as-you-grow“ verteilt.

Die Entkopplung von Hardware und Software ermöglicht es Breitbandanbietern außerdem, bei Software und Hardware jeweils die besten Angebote auszuwählen. Damit liegen Auswahl und Kontrolle der Abschaffungen wieder in der Hand der Serviceprovider, und sie können sich für diejenigen Lösungen entscheiden, die ihren Bedürfnissen am besten entsprechen.

Neues Design eines Gateways für das Breitbandnetz

Mit der weiter steigenden Nachfrage nach Bandbreite wurden Breitband-Netzwerk-Gateways (BNGs) zu einem wichtigen Bestandteil des Zugangsnetzes. netElastic hat einen der ersten Software-basierten virtuellen BNGs (vBNGs) entwickelt und ist ein Marktführer auf dem Gebiet der vBNG-Technik. netElastic vBNGs arbeiten mit der auf skalierbaren Intel® Xeon® Prozessoren basierenden Standard-CPU-Technik, welche die Skalierbarkeit zur Bewältigung des erhöhten Netzwerkverkehrs und die Flexibilität für eine schnelle Änderung von Funktionseigenschaften bietet.

Durch den Verzicht auf proprietäre Hardware helfen die netElastic vBNGs den Breitbandanbietern auch, Geld zu sparen. netElastic-vBNG-Kunden berichten von Einsparungen bis zu 70 % im Vergleich zu ihren vorherigen Anbietern.

Erweiterung der IPv4-Konnektivität durch virtuelle Carrier-Grade-NAT (Netzwerkadressübersetzung)

Regierungen auf der ganzen Welt stellen umfangreiche Mittel bereit, um die digitale Kluft zu schließen und allen Menschen Zugang zum Internet zu verschaffen. Die dadurch erhöhte Anzahl der Internetnutzer erhöht auch die Nachfrage nach IPv4-Adressen und die Kosten für den Kauf oder das Leasen dieser Adressen.

Ähnlich wie bei den BNGs benötigen herkömmliche Lösungen für die Carrier Grade Network Address Translation (CGNAT) kostspielige, proprietäre Hardware. Im Gegensatz dazu laufen die netElastic-CGNAT-Software und die netElastic vBNGs auf Servertechnik von Intel, was die Kosten deutlich senkt und die Flexibilität erhöht. Breitbandanbieter, die netElastic-CGNAT einsetzen, erzielten im Vergleich zu älteren CGNAT-Lösungen Kosteneinsparungen von bis zu 80 %. Außerdem können sie problemlos neue Teilnehmer aufnehmen, ohne sich um die Beschaffung neuer IPv4-Adressen sorgen zu müssen.

Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass netElastic vBNG und CGNAT es Internet-Service-Providern, Wireless-Internet-Service-Providern, ländlichen Breitbandanbietern und Kommunen ermöglichen, ihre festen Zugangsnetze zu erweitern und zu verbessern und gleichzeitig die Gesamtbetriebskosten zu senken. Nachfolgend sind zwei Praxisbeispiele von Kunden wiedergegeben.

Praction Networks ersetzte große Routerhersteller und MikroTik, wodurch die Kosten drastisch reduziert werden konnten.

Als schnell wachsender Breitbandanbieter von Glasfaser bis zur Wohnung in Indien wollte Praction Networks CGNAT nutzen, um IPv4-Adressen zu sparen. Das Unternehmen verwendete zu diesem Zeitpunkt einen proprietären Router eines großen Routerherstellers als BNG und wollte nun CGNAT-Funktionen ergänzen. Leider bot die aktuelle Lösung dieser Firma keine brauchbaren Optionen für CGNAT, und was sie anbot, war zu teuer.

Schließlich entschied sich Praction für den Kauf der MikroTik-Software für CGNAT. Die Leistung der MikroTik-Lösung verschlechterte sich jedoch erheblich, als die Zahl der Teilnehmer stieg, was sich sehr negativ auf das Kundenerlebnis auswirkte. Rohit Kumar, Mitbegründer und CTO von Praction, erklärt dazu: „Die Skalierbarkeit war bei unseren früheren Routern wirklich ein Problem. Angesichts der Probleme, die wir hatten, wussten wir, dass wir etwas anderes ausprobieren mussten.“

Praction entschied sich für netElastic vBNG und CGNAT, die auf der hochleistungsfähigen Technik von netElastic für virtuelle Router basieren, einschließlich einer skalierbaren Software-Architektur, die hohe NAT-Leistung bietet. „Bevor wir uns für netElastic entschieden, führten wir mehrere Gespräche mit einigen großen Routerherstellern. Allerdings waren die zwei- bis dreimal so teuer wie netElastic CGNAT“, so Rohit.

Ein BNG, das den Anforderungen eines wachsenden Breitbandanbieters entspricht

Wie bereits erwähnt, verwendete Praction einen proprietären hardwarebasierten Router als BNG. Ähnlich wie bei der CGNAT-Software von MikroTik war die fehlende Skalierbarkeit ein großer Nachteil dieses Routers. Physische Netzwerkinfrastrukturen, insbesondere Hardware-Router, die manuelle Konfigurationen erfordern, können mit der wachsenden Nachfrage nach mehr Bandbreite einfach nicht Schritt halten.

„Wir mussten unseren vorherigen Router ständig neu konfigurieren, was sehr mühsam wurde“, meint Rohit dazu. „Das softwarebasierte BNG von netElastic beseitigte dieses Problem, da es mit nur wenigen Softwarebefehlen sehr einfach konfiguriert werden kann. Skalierbarkeit, Leistung und Kosteneffizienz waren für uns die Schlüsselkriterien bei der Evaluierung von BNGs. Mit netElastic vBNG haben wir alles, was wir gesucht haben.“

Durch die Entscheidung für netElastic war Praction in der Lage, seine Teilnehmer von einer Lösung mit mehreren Anbietern und Geräten auf eine einzige softwarebasierte Lösung umzustellen, die hohe Leistung und Skalierbarkeit bietet. Laut Rohit „ist das netElastic vBNG absolut stabil und seine hohe Leistung ermöglicht es uns, unseren Teilnehmern garantierte Leistung zu bieten. Und mehr zufriedene Kunden bedeuten mehr Geschäft.“

Mit vBNG den Markt für Zugang mit festen Funkdiensten erschließen

Softcom ist ein Anbieter von Funk-Internetdiensten mit Sitz in Galt, Kalifornien. Softcom verzeichnete aufgrund der Pandemie einen Anstieg der Bandbreitennutzung um 30 % und war frustriert wegen der mangelnden Skalierbarkeit seiner hardwarebasierten Router. „Unser Equipment war nicht sehr gut skalierbar und wir hatten Ausfälle beim Datenverkehr, die sich negativ auf das Kundenerlebnis auswirkten“, sagt Brian Meredith, CTO von Softcom.

„Wir brauchten etwas viel robusteres auf Carrier-Grade-Niveau, das sich für zusätzliche Kunden und Bandbreite gut skalieren lässt, um unseren Endkunden einen hochwertigen Service bieten zu können“, so Brian weiter.

Vor der Entscheidung für netElastic schaute sich Softcom bei verschiedenen anderen Anbietern um. „Wir sahen uns die bekannten Mitspieler im Markt mit hardwarebasierten Lösungen an, die ziemlich teuer werden, wenn man die Lizenzkosten hinzurechnet. Das sind zwar gute Lösungen, aber in einem Unternehmen wie dem unseren, das nicht über ein unbegrenztes Budget verfügt, ist das wirklich schwer zu rechtfertigen.“

netElastic vBNG erfüllte alle Anforderungen und senkte gleichzeitig die Gesamtbetriebskosten. „Die vBNG-Software überzeugt und ist sehr robust, und die Gesamtkosten für Hard- und Software waren sehr vernünftig.“

Verbesserte Netzwerkskalierbarkeit und Customer Experience

netElastic vBNG trennt die Software von der speziellen Hardware und ermöglicht es Breitbandanbietern, schnell zusätzliche Netzwerkkapazität zu schaffen, ohne bestehende Router manuell aufrüsten oder neue Router kaufen zu müssen, um Kapazitätsengpässe zu überwinden.

Mit vBNG kann Softcom seinen Kunden stabilere Bandbreite und einen größeren Anteil der von ihnen erworbenen Bandbreite bereitstellen. „Es scheint sehr gut zu skalieren und wir kratzen gerade einmal an der Oberfläche der Lösung, die wir zusammengestellt haben“, fügt Brian hinzu. „vBNG ist eine sehr leistungsfähige Software, die mehr Konfigurationsmöglichkeiten bietet als alles, was ich in letzter Zeit gesehen habe.“

Dank einer stabilen Lösung ohne Ausfälle oder Unterbrechungen des Datenverkehrs musste Softcom weniger Zeit für die Lösung technischer Probleme aufwenden und konnte sich stattdessen auf die Verbesserung der Customer Experience konzentrieren. Die Vorteile von vBNG „haben sich auf die meisten kundenseitigen Aspekte unseres Geschäfts ausgewirkt, da wir uns nicht mehr mit Kundenproblemen befassen müssen, die mit unserem vorherigen Anbieter auftraten. Wir halten unsere Kunden bei Laune und sorgen dafür, dass sie den bestmöglichen Service erhalten.“

Intel BNG-Plattform der nächsten Generation

Bei der 3. Generation der skalierbaren Intel® Xeon® Plattform ist PCIe Gen4 implementiert, wodurch sich die I/O-Bandbreite bei jeder CPU verdoppelt. Ein Zweiprozessorserver mit skalierbaren Intel® Xeon® Prozessoren verfügt dann über eine theoretische I/O-Bandbreite von bis zu 800 Gbit/s statt den 400 Gbit/s bei entsprechenden Plattformen der vorherigen 2. Generation mit PCIe Gen3.

Der Intel® Ethernet-Netzwerkadapter E810-2CQDA2 hat zwei 100G-Ports. Ein Zweiprozessorserver mit vier dieser Netzwerkadapter pro Prozessor verfügt über insgesamt acht 100G-Ports und kann 800 Gbit/s Input/Output verarbeiten. Diese Plattform verfügt außerdem über eine höhere Speicherbandbreite mit acht Kanälen pro CPU im Vergleich zu sechs Kanälen bei der vorherigen Generation.

Leistung des netElastic vBNG

Das netElastic vBNG-Xeon prozessor-release 1.9.30 wurde mit einem Zweiprozessorserver und zwei Intel® Xeon® Platinum 8360Y Prozessoren (36 Kerne, 2,4 GHz, 250 W TDP) getestet. Die vollständige Testkonfiguration, einschließlich Hardware, BIOS, Firmware und Software, wird am Ende des Artikels beschrieben.

Der Intel® Xeon® Platinum 8360Y Prozessor aus der 3. Generation zeigte in Verbindung mit dem Intel Ethernet-Netzwerkadapter E810-2CQDA2 eine hohe Durchsatzleistung mit einem netElastic vBNG, der für 64.000 Teilnehmer und 100.000 OSPF-Routen pro Server konfiguriert war.

Die neue Plattform erreichte bei dem Zweiprozessorserver mit skalierbaren Intel® Xeon® Prozessoren der 3. Generation einen Durchsatz von insgesamt 770 Gbit/s.

Fazit

Die Pandemie hat dazu geführt, dass das Internet wichtiger denn je geworden ist, da der Internetverkehr durch Homeoffice und Distanzunterricht einen neuen Höchststand erreicht hat. Um mit der wachsenden Nachfrage nach Bandbreite Schritt zu halten, gehen Breitbandanbieter von herstellerabhängigen hardwarebasierten Edge-Netzwerken zu skalierbaren softwarebasierten Netzwerken über.

Dieser Trend ist auch bei BNGs zu beobachten, und Serviceprovider setzen zunehmend virtuelle BNGs wegen ihrer größeren Skalierbarkeit und Flexibilität und der erzielbaren Kosteneinsparungen ein. Neben diesen Vorteilen hat das netElastic vBNG, das mit der neuesten auf skalierbaren Intel® Xeon® Prozessoren basierenden Standard-CPU-Technik arbeitet, das Leistungsniveau für vBNGs erheblich gesteigert und kürzlich einen Durchsatz von 770 Gbit/s erreicht.

Praction Networks und Softcom sind zwei Beispiele für Breitbandanbieter, die mit netElastic vBNG und CGNAT größere Skalierbarkeit und enorme Kosteneinsparungen erzielt haben. Die Stabilität und die hohe Leistung des netElastic vBNG ermöglichen es diesen Serviceprovidern, das Kundenerlebnis zu verbessern und zufriedene Kunden zu erhalten.

Details der Systemkonfiguration:

BASIS: Test von Intel am 13.12.2021.
1 Knoten, 2 Intel® Xeon® Platinum 8360Y Prozessoren, 36 Kerne, 2,4 GHz, 250 W TDP, Hyperthreading aktiviert, Turbo deaktiviert
Arbeitsspeicher insgesamt 256 GB (16 Steckplätze/16 GB/3200 MHz)
BIOS: SE5C6200.86B.0020.P34.2107301450 (µCode: 0xd0002e0)
Red Hat 8.3 Kernel 4.18.0-240.10.1.el8_3.x86_64
GCC-Compiler 8.3.1 20191121 (Red Hat 8.3.1-5)

Produkt- und Leistungsinformationen

1Fastly 2020, Statista 2020, Analysys Mason