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Best Practices für die Implementierung von cloudnativen, containerbasierten Microservices auf einer servicebasierten Architektur
5G | SERVICE-PROVIDER
So funktioniert die 5G-Technologietransformation
Executive Summary
Jetzt, da die 5G-Ära beginnt, muss jeder Service-Provider sicherstellen, dass seine Infrastruktur über die cloudnative, containerisierte, servicebasierte Architektur verfügt, die notwendig ist, um die Chancen von 5G zu nutzen. Um der Konkurrenz überlegen zu sein, benötigt ein Service Provider die richtige Sicherheit, Transparenz und Kontrolle, um sein 5G-Netzwerk und seine Kunden zu schützen und die adaptiven Anwendungen zu ermöglichen, die der Zukunft von 5G zugrunde liegen.
5G erklärt
Der Hype um 5G, den Technologiestandard der fünften Generation für Breitband-Mobilfunknetze, ist sicher nichts Neues für Sie. Nach Jahren der Planung, der Festlegung von Standards und der Entwicklung der erforderlichen Hard- und Software hat die fünfte Generation der Mobilfunktechnologie, oder 5G, endlich begonnen, sich durchzusetzen. Service-Provider fangen an, ihre Netze auf der ganzen Welt hochzufahren und Verbraucher, wie z. B. vertikale Unternehmen, beginnen, einige der lange angekündigten Vorteile zu nutzen.
Laut der GSMA „wird die 5G-Ära ab 2020 in vollem Umfang beginnen und enorme Möglichkeiten für Verbraucher, Unternehmen, Betreiber, Anbieter und alle Interessengruppen schaffen.“ Ihr Bericht „The Mobile Economy 2020“ zeigte, dass bis Anfang 2020 46 Betreiber in 24 Märkten 5G kommerziell verfügbar anbieten. Außerdem wurde festgestellt, dass die Betreiber in den nächsten fünf Jahren weltweit voraussichtlich 1,1 Billionen US-Dollar für mobile Investitionen ausgeben werden, etwa 80 Prozent davon für 5G-Netzwerke.1
5G bietet das Potenzial für 10- bis 100-Mal höhere Datenraten, möglicherweise bis zu 10 Gbit/s.
Diese Investition ist gerechtfertigt, da die Vorteile von 5G gegenüber der bestehenden Technologie erheblich sind. 5G verspricht, die Latenzzeit im Vergleich zu 4G-LTE-Netzwerken um den Faktor 10 zu reduzieren, von etwa 20 Millisekunden auf nur 1 Millisekunde, und das bei höchster Zuverlässigkeit: 99,999 Prozent. Außerdem bietet es das Potenzial für 10- bis 100-Mal höhere Datenraten, möglicherweise bis zu 10 Gbit/s.
Bei 5G können Service-Provider mit einer bis zu 100-mal höheren Netzeffizienz rechnen, was den Energieverbrauch des Netzwerks erheblich senken wird. 5G wird außerdem eine dreimal höhere Signaling-Effizienz und eine zehnmal höhere Verbindungsdichte bieten, wodurch es einfacher wird, mehr Geräte mit weniger Netzwerkausrüstung zu verbinden.
Abbildung 1: Die Vorteile von 5G gegenüber 4G-LTE-Netzwerken umfassen gewaltige Steigerungen der Geschwindigkeit, der Verbindungsdichte und der Effizienz.
Diese erhöhte Geschwindigkeit und reduzierte Latenz, kombiniert mit der Möglichkeit, sich mit Milliarden von Geräten zu verbinden, eröffnet eine ganz neue Welt von Anwendungen, die für mehr Benutzer verfügbar sind und von schnelleren Download-Geschwindigkeiten profitieren. Diese neuen Möglichkeiten werden auch ein im Vergleich mit heutigen Mobilfunknetzen etwa 1000-mal größeres Datenvolumen erzeugen. Damit Service-Provider wettbewerbsfähig bleiben, müssen sie in der Lage sein, schnell neue Anwendungen und Dienste für ihre Kunden zu konzipieren, zu entwickeln, bereitzustellen und zu skalieren, die diese neuen Möglichkeiten nutzen und gleichzeitig flexibel auf Trends reagieren können.
Wertschöpfung mit adaptiven Anwendungsdiensten
Die neue 5G-Welt wird adaptive Anwendungen erfordern, die ähnlich wie lebende Organismen, wachsen, schrumpfen, sich verteidigen und Schäden heilen müssen, je nachdem, in welcher Umgebung sie sich befinden und wie sie genutzt werden. Wenn Service-Provider adaptive Anwendungen ermöglichen, bieten sie Kunden und Partnern einen besseren Mehrwert.
Adaptive Anwendungen wachsen, schrumpfen, verteidigen sich und heilen Schäden, je nachdem, in welcher Umgebung sie sich befinden und wie sie genutzt werden.
Adaptive Anwendungen tragen zur Senkung der Gesamtbetriebskosten bei, da sie die Automatisierung von Routineaufgaben und -aktionen ermöglichen, die einen großen Teil des Datenflusses durch das Netzwerk ausmachen – was wichtig ist, wenn man es mit so großen Datenmengen zu tun hat. Adaptive Anwendungen können außerdem sowohl prädiktiv (z. B. als Reaktion auf erwartete Nachfragesteigerungen wie bei Einzelhändlern am Black Friday/Cyber Monday) als auch nach Bedarf skalieren. Diese Skalierbarkeit hilft dabei, CapEx und OpEx unter Kontrolle zu halten. Darüber hinaus können dieselben Daten, die es adaptiven Anwendungen ermöglichen, auf Anforderungen zu reagieren, zur Entwicklung von KI- und ML-Lernlösungen verwendet werden, die die Leistung weiter optimieren.
Wie alle Anwendungen benötigen auch adaptive Anwendungen App-Services. Gemäß dem Kapitel für Telekommunikationsanbeter des F5-Berichts Stand der Anwendungs-Services 2020: Telekommunikationsausgabe haben Service-Provider im Durchschnitt jeweils mehr als 1000 Anwendungen zu unterstützen und 90 Prozent dieser Anwendungen haben Multi-Cloud-Implementierungen. Infolgedessen priorisieren Service Provider Anwendungsdienste, die Anwendungs- und Netzwerksicherheit sowie Zugriffskontrolle bieten. Außerdem suchen sie nach Anwendungs-Services, die sich leicht in ihre bestehenden und zukünftigen Architekturen integrieren lassen.
Um das Potenzial von 5G auszuschöpfen, sind Anwendungen erforderlich, die sich kontinuierlich an ihre Nutzung,
ihre Umgebung und CI/CD-Verbesserungen anpassen.
ANWENDUNGS-SERVICE-
VERFÜGBARKEIT
Anwendungszentrierte
Serviceverfügbarkeit
ANWENDUNGS-
PERFORMANCE
Ein Netzwerk, das für
Anwendungen optimiert ist
ANWENDUNGS-
SERVICEQUALITÄT
Anwendungszentrierte
Qualitätsbehandlung
ANWENDUNGS
TRANSPARENZ
Anwendungszentrierte
Transparenz und Analysefunktionen
Implementierung von 5G: Infrastruktur
Service-Provider müssen adaptive Anwendungen erstellen, die dafür erforderlichen Anwendungs-Services unterstützen und dabei eine hohe Leistung, Flexibilität und Sicherheit gewährleisten, um den Bedarf nach Geschwindigkeit und Agilität zu erfüllen. Aus Sicht der Infrastruktur werden Service-Provider die meisten dieser neuen Dienste auf einem neuen eigenständigen (SA) 5G-Core anbieten. Diese neue Infrastruktur wird eine stark verbesserte und flexible Erstellung, Automatisierung, Skalierbarkeit und Ausfallsicherheit von Services bieten.
In der Praxis bedeutet das, dass der 5G-Core alle wichtigen Eigenschaften von adaptiven Anwendungen ebenfalls aufweisen muss:
• Cloudnativ
• Microservices-basiert
• Aufgebaut auf einer servicebasierten Architektur
• Containerisiert (in Kubernetes)
• Ausgelegt für ein Service-Mesh
“ Eine cloudnative 5G-Cloud-Infrastruktur ist der Katalysator, der die traditionellen Service-Provider-IT- und Netzwerkgruppen zusammenführt und ein unternehmensorientiertes 5G-Netzwerk schafft.
Eine cloudnative 5G-Cloud-Infrastruktur ist der Katalysator, der die traditionellen Service-Provider-IT- und Netzwerkgruppen zusammenführt und ein unternehmensorientiertes 5G-Netzwerk schafft.
Die Implementierung einer servicebasierten Architektur (SBA) auf einer cloudnativen Infrastruktur ist eine Voraussetzung für die Bereitstellung eines SA 5G-Kernnetzwerks. Es kommt ein kritischer Wendepunkt: Wenn Service Provider SBA implementieren, ermöglichen sie dynamische Workload-Skalierung in Echtzeit, wodurch sie die sich ständig ändernden Kundenanforderungen erfüllen können. 5G ermöglicht den Aufbau und die Verwaltung der verteilten Netzwerke, die erforderlich sind, um die Anforderungen der einzelnen Verbraucher zu erfüllen und die wachsende Zahl von Unternehmenskunden zu befriedigen, die daran arbeiten, ihre eigenen digitalen Transformationsinitiativen umzusetzen. Dienstanbieter müssen außerdem ein Multi-Cloud-Netzwerk aufbauen, um auf die steigende Nachfrage nach sofortigem Zugriff auf Cloud-Dienste vom Core, von der Edge und der Far Edge des Netzwerks aus zu reagieren. Eine cloudnative 5G-Cloud-Infrastruktur ist der Katalysator, der die traditionellen Service-Provider-IT- und Netzwerkgruppen zusammenführt und ein unternehmensorientiertes 5G-Netzwerk schafft.
Abbildung 2: Cloudnative Containerisierung fördert Agilität, Geschwindigkeit und Effizienz.
VORTEILE EINER SERVICEBASIERTEN ARCHITEKTUR
1 | Modularität und Wiederverwendbarkeit
Das Netzwerk besteht aus modularisierten Services (Mikroservices), die monolithische Dienste in diskrete Funktionen aufspalten, die unabhängig voneinander erweitert oder skaliert werden können und auch in verschiedenen Netzwerkfunktionen wiederverwendet werden können.
2 | Cloudnativ
Cloudnatives Computing ermöglicht eine kontinuierliche Bereitstellung, die die für das Testen und Integrieren von Anwendungen nötige Zeit verringert und damit die Markteinführungszeit für die Bereitstellung neuer Funktionen oder Fehlerbehebungen verkürzt. Cloudnative Mikrodienste werden fast immer mit Hilfe von Kubernetes containerisiert, wodurch sie zentral orchestriert und unabhängig von der zugrunde liegenden Infrastruktur zwischen den Standorten verschoben werden können.
3 | Erweiterbarkeit
Servicebasierte Schnittstellen können einfach skaliert werden, ohne dass neue Referenzpunkte eingeführt werden müssen, und der Datenverkehr kann leicht ausgeglichen oder ausgelagert werden, indem eine neue Instanz des Netzwerkfunktionsdienstes bereitgestellt wird.
4 | Offenheit
Eine servicebasierte Schnittstelle (sowie einige Kontrollfunktionen, wie z. B. die Authentifizierung) kann leicht für externe Benutzer, wie z. B. Anwendungsentwickler von Drittanbietern, offengelegt werden. Service-Provider können ihre Netzwerke auch mit Best-of-Breed-Lösungen aufbauen, anstatt an einen einzigen Anbieter gebunden zu sein.
Implementierung von 5G: Management
Zusätzlich zur Basisinfrastruktur, die für eine erfolgreiche SA 5G Core-Implementierung erforderlich ist, müssen Dienstanbieter sicherstellen, dass ihre Netzwerke die Schlüsselanforderungen erfüllen, um die Quality of Experience (QoE) aufrechtzuerhalten und ihre Netzwerke vor einer sich entwickelnden Bedrohungslandschaft zu schützen, die die größere Angriffsfläche von 5G ausnutzt. Zu diesem frühen Zeitpunkt der 5G-Transformation sind Dienstanbieter, die eine cloudnative Infrastruktur implementieren, Pioniere. Schon jetzt ist klar, dass es keinen Einheitsansatz für alle 5G-Netze gibt; Multi-Cloud-Implementierungen sind lediglich der Anfang.
Wie oben beschrieben wissen wir, dass die 5G-Infrastruktur auf einer cloudnativen Containerarchitektur aufbaut, bei der Container-Workloads mit Kubernetes verwaltet werden, das Anwendungen auf Basis der Netzwerkanforderungen orchestriert. Kubernetes wurde jedoch nicht speziell für Implementierungen von Mobilfunkanbietern entwickelt. Service-Provider müssen die Komplexität und die Kosten minimieren, und Kubernetes bietet keine nativen Tools dafür. Um diese Bedenken auszuräumen, müssen Service-Provider bei der Entwicklung und Bereitstellung einer cloudnativen 5G-Infrastruktur die folgenden Anforderungen priorisieren:
Transparenz: Die Sichtbarkeit des Netzwerkverkehrs ist in jedem Mobilfunknetz und insbesondere in einem 5G-Netz von entscheidender Bedeutung. Kubernetes bietet von Natur aus keine Transparenz des in den Kubernetes-Knoten und -Clustern ein- oder ausgehenden Traffics.
Sicherheit: Sicherheitskontrollen müssen an mehreren Punkten im Netzwerk und über mehrere Ebenen hinweg durchgeführt werden. Packet Capturing und andere Sicherheitsmaßnahmen am Eingang von Containern sind entscheidend, um schlechten Datenverkehr vom Netzwerk fernzuhalten. Auch die Verschlüsselung ist in einem 5G-Netzwerksicherheitsangebot von grundlegender Bedeutung.
Kontrolle: Richtlinienverwaltung und -analyse ermöglichen die Kontrolle des Netzwerks und sind für die Automatisierung eines bereits komplexen 5G-Netzes unerlässlich.
Eine containerisierte, cloudnative 5G-Architektur ist entscheidend für die Erfüllung verschiedener Serviceanforderungen. Container-Workloads, die mit Kubernetes verwaltet werden, sind besonders wichtig. Anwendungen und ihre Workloads lassen sich dynamisch an der richtigen Stelle im Netzwerk platzieren und passen sich daher leicht an die Anforderungen des Netzwerks an, was Agilität, Geschwindigkeit und Effizienz fördert.
Abbildung 3: Eine cloudnative 5G-Infrastruktur kann dabei helfen, plattformunabhängig sofortigen Zugriff auf Cloud-Services zu ermöglichen, und zwar vom Core, von der Edge und von der Far Edge des Netzwerks aus.
Fazit
Service-Provider betreten Neuland beim Aufbau eigenständiger 5G-Netzwerke auf Basis einer cloudnativen Infrastruktur mit servicebasierten Architekturen und Hunderten, wenn nicht Tausenden von Edge-Computing-Einrichtungen. Dies ist anspruchsvoll, aber das Ergebnis – eine digitale Transformation des Telekommunikationsnetzes – versetzt Service-Provider in die Lage, ein besseres Kundenerlebnis zu bieten, die attraktiven Anwendungsbereiche von 5G zu unterstützen und innovative Geschäftsmodelle einzuführen, die Umsatz und Rentabilität steigern können.
Die Notwendigkeit, adaptive Services auf einem neuen SA 5G-Core anzubieten, bringt Service Provider in einen Bereich, in dem sich die Telekommunikations- und IT-Branche überschneidet. F5 befindet sich daher in einer einzigartigen Position, um Service-Provider bei ihrem Übergang zu 5G zu unterstützen. 5G-Netzwerkfunktionen müssen sich dynamisch skalieren, heilen und sichern lassen, genau wie adaptive Anwendungen. F5 verfügt über Lösungen und umfangreiche Erfahrung bei der Wartung adaptiver Anwendungen und kann Service-Providern helfen, dieselben Konzepte auf den 5G-Core und das 5G-Signaling anzuwenden.