Bericht des Büros des CTO: Die dritte Welle des Internets

Von Geng Lin, F5 CTO

Die COVID-19-Pandemie hat die Welt erschüttert und zu größerer Volatilität geführt, doch die Welt reagiert nicht unerwartet auf Krisen und Chancen. Wir haben gesehen, dass COVID das Tempo der Digitalisierung exponentiell beschleunigt hat. Satya Nadella, CEO von Microsoft, hat einmal gesagt, wir hätten in nur wenigen Monaten die Beschleunigung der digitalen Transformation erlebt, die eigentlich mehrere Jahre gedauert hätte.

Heute wird die Welt unbestreitbar digital. Eine der Folgen der Digitalisierung ist mehr Daten. IDC prognostiziert in seinem Bericht „Data Age 2025“, dass das weltweite Datenvolumen bis 2025 auf 175 ZB anwachsen wird.¹ Diese Daten werden im Kern (herkömmliche und Cloud-Rechenzentren), am Rand und auf Randendpunkten wie PCs, Smartphones und IoT-Geräten gespeichert. Darüber hinaus werden 30 % dieser Daten in Echtzeit genutzt.

Dies ist teilweise auf den technologischen Fortschritt zurückzuführen. Die Datenübertragungsgeschwindigkeiten mit 5G sind bis zu 100-mal schneller als bei früheren Mobilfunkgenerationen und die Latenz verringert sich typischerweise von 20 ms auf 1 ms.² Diese neuen Funktionen erhöhen die Geschwindigkeit der Datengenerierung und die Möglichkeit, Daten in Echtzeit zu verarbeiten.

Viele dieser Echtzeitdaten werden von stationären Geräten generiert und genutzt: Glühbirnen, Überwachungskameras, Haushaltsgeräte. Ein Drittel der Hausbesitzer hat während der Pandemie die Nutzung der Geräte erhöht, darunter fast die Hälfte (46 %) der Besitzer intelligenter Türschlösser.³ Doch ein erheblicher Prozentsatz ist mobil: Wearables im Gesundheitswesen, vernetzte Fahrzeuge, Sensoren, die Lieferketten verfolgen und überwachen. Stand November 2020⁴ Allein in den USA stammten 45 % des Webverkehrs von Mobiltelefonen.

Dieses explosionsartige Wachstum der Geräte hat die Definition des Benutzers radikal verändert: Maschinen, Skripte und Software übernehmen heute eine Rolle, die früher ausschließlich Menschen vorbehalten war. Es wird erwartet, dass sich dieses Wachstum fortsetzt.

Gleichzeitig wächst die Zahl der Menschen, die diese Technologie nutzen, weiter. Im Jahr 2019 gab es 4,9 Milliarden Internetnutzer. Bis Ende 2022 dürfte diese Zahl auf 6 Milliarden ansteigen. Und bis 2030 werden Experten zufolge 90 Prozent der prognostizierten Weltbevölkerung – 8,5 Milliarden – im Alter von sechs Jahren und älter digital aktiv sein.⁵ Viele dieser Nutzer sind mittlerweile in nahezu allen Lebensbereichen auf digitale Dienste angewiesen. So stieg beispielsweise die Nutzung der Telemedizin während der Pandemie um erstaunliche 6.000 %.⁶

Der Druck und die Anforderungen einer verteilten, digital aktiven Gesellschaft in Verbindung mit einem explosionsartigen Wachstum der Geräteanzahl signalisieren den Beginn eines dritten Internet-Zeitalters.

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Edge-Evolution wird durch die dritte Internetwelle vorangetrieben

Wir glauben, dass der Aufstieg und die Weiterentwicklung des Edge Computing unweigerlich mit der Ankunft der dritten Welle des Internets einhergehen werden. Wie wir wissen, hat die Internettransformation die Welt in das PC- und Internetzeitalter getrieben. Cloud Computing und die Nutzung von Smartphones leiteten das Zeitalter des mobilen Internets ein. Jetzt betreten wir eine dritte Ära, das Internet der beweglichen Dinge.

Die Herausforderungen dieser Ära treiben den Wandel im Edge-Ökosystem voran, vom statischen und geschlossenen Edge 1.0 zum offenen und autonomen Edge 2.0. Dieser Prozess ähnelt der Evolution von Einzellern zu komplexen Organismen.

Das Edge-Ökosystem hat sich weiterentwickelt

Beispielsweise dominierten in der Anfangsphase der Cloud-Bewegung einige wenige große öffentliche Clouds und Content Delivery Networks (CDNs) die Bereitstellung von Internet-Anwendungen und die Verbreitung digitaler Dienste. Diese Anbieter fungierten als zentrale Kontrollpunkte für das Ökosystem der Internetanwendungen, ähnlich der Funktion der zwölf Hirnnerven im menschlichen Körper. Mit der zunehmenden Nutzung und Nutzung der Cloud sowie dem wachsenden Ökosystem erkennen wir die Notwendigkeit, dass digitale Dienste Echtzeit-Entscheidungen auf der Grundlage lokalisierten Wissens am „Rand“ des Internets treffen können, ähnlich der Art und Weise, wie sich das autonome Nervensystem im menschlichen Körper verhält.

Diese Entwicklung führt uns in ein neues autonomes Zeitalter. Das ist nicht überraschend. Jede Welle des Internets brachte Herausforderungen mit sich, die teilweise durch Edge Computing bewältigt wurden.

Erste Welle: Kante 1.0

Tim Berners-Lee, der Erfinder des World Wide Web, sah die Überlastungsprobleme voraus, die mit der Übertragung großer Mengen von Webinhalten über langsame Verbindungen einhergehen würden. Er nannte dieses Problem das „World Wide Wait“. Der Schwerpunkt des damals vorherrschenden Paradigmas lag passenderweise auf der Verteilung der relativ statischen Webinhalte oder Webanwendungen, um sie näher an die Benutzer zu bringen und so dem Bedarf an Geschwindigkeit und Redundanz gerecht zu werden. Dieser Bedarf führte zu einer Reihe zentraler Architekturgrundsätze, darunter physischer Point of Presence (PoP) in der Nähe der Endbenutzer, Inhalts-Caching, Standortvorhersage, Vermeidung von Überlastungen, verteilte Routing-Algorithmen und mehr.

Zweite Welle: Kante 1.5

Mit der Einführung des Web 2.0 sowie der Entstehung öffentlicher Clouds und SaaS-Lösungen wurden neue Grundsätze der Architektur eingeführt. Anwendungen sind zur primären Form von Inhalten im Internet geworden. Daher konnte der verteilte Rand nicht in seiner ursprünglichen Form bestehen bleiben: Er musste sich zusammen mit den von ihm bereitgestellten Anwendungsarchitekturen weiterentwickeln und stand gleichzeitig unter zunehmendem Druck, eine wachsende digitale Wirtschaft abzusichern. Da ein großer Teil der Weltwirtschaft heute in hohem Maße von handelsorientierten Anwendungen abhängt, wurden Sicherheitsdienste schnell zu einem unverzichtbaren Zusatzangebot für CDN-Anbieter, die durch ihre weltweite Präsenz näher am Benutzer sind – und so Bedrohungen früher beheben – als die Cloud und herkömmliche Rechenzentren. Diese Dienste wurden auf der Infrastruktur zur Verteilung von Inhalten aufgebaut und stellen daher geschlossene, proprietäre Umgebungen dar.

Dritte Welle: Rand 2.0

Heutzutage sind Anwendungen nicht mehr die „passiven“ Routingziele des Bereitstellungsnetzwerks, sondern aktive Teilnehmer. Bei verteilten Anwendungen auf Kubernetes-Basis beispielsweise kann die in einem Container verpackte Anwendungslogik dynamisch an jeden geeigneten Rechenstandort mit einem unterstützenden Kubernetes-Stack verschoben werden. Dies steht im direkten Gegensatz zu den Architekturprinzipien, auf denen frühe Edge-Lösungen basieren. Das heißt, ihre Wurzeln liegen in einer Zeit, in der Inhalte (oder Anwendungen) statische Einheiten waren, die mit den physischen Standorten verknüpft waren. Solche Edge-Lösungen setzen voraus, dass das Content Delivery Network allein als „intelligente Plattform“ fungiert, um Benutzer mit Anwendungen zu verbinden, während die Anwendungen (und Benutzer) passive „Endpunkte“ der „intelligenten Plattform“ bleiben. Dieser Ansatz stellt nicht mehr die beste architektonische Möglichkeit dar, Benutzer mit Inhalten oder Anwendungen zu verbinden.

Auch die Benutzer haben sich weiterentwickelt. Nicht nur sind sie in puncto digitaler Raffinesse und Appetit auf digitales Engagement seit dem Start des ersten CDN im Jahr 1998 um Lichtjahre voraus, die Technologie hat auch eine Änderung der Definition dessen erzwungen, was CDN sind. Heutzutage kann ein „Benutzer“ durchaus eine Maschine, ein Skript oder ein automatisierter Dienst sein, der im Auftrag eines Menschen handelt. Es könnte sich dabei um einen Sensor handeln, der wichtige Daten aus einer Produktionsanlage oder einem landwirtschaftlichen Feld erfasst. Einerseits haben diese „Benutzer“ weiterhin die gleichen Wünsche ihrer menschlichen Gegenstücke nach Geschwindigkeit, Sicherheit und Privatsphäre. Andererseits beteiligen sich diese neuen „Benutzer“ – etwa intelligente IoT-Endpunkte mit eingebetteten Anwendungsstapeln – häufig an der dynamischen Verarbeitung der Anwendungslogik und Datenanalyse, um sichere und optimale digitale Benutzererlebnisse zu gewährleisten.

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Die Entstehung von Edge 2.0

Die zentralen Anwendungsherausforderungen, die Edge bewältigen sollte – Geschwindigkeit und dann Sicherheit – bestehen noch heute. Was sich geändert hat, ist die Definition der Anwendung (von einer statischen Instanz an einem festen Ort zu „beweglichen“ Containereinheiten), des Benutzers (vom menschlichen Benutzer zu einem intelligenten „Ding“), des Standorts (von einer IP-Adresse zu einer logischen Identifikation) und der Anwendungsfälle, die Edge unterstützen soll (von der Bereitstellung von Inhalten bis zur dynamischen Anwendungsverteilung und Entscheidungsfindung in Echtzeit bei Edge).

Die digitale Transformation und das IoT stellen neue Anforderungen an digitale Erlebnisse, die die Notwendigkeit der Anwendungsverteilung, Echtzeitinformationen und Entscheidungsfindung am Edge mit sich bringen. Edge Computing entwickelt sich somit zu einem zentralen Faktor für die digitale Transformation in der Branche. Laut dem Bericht „State of Application Strategy 2021“⁷ 76 % der Organisationen haben Edge-Bereitstellungen implementiert oder planen diese aktiv, wobei die Verbesserung der Anwendungsleistung und das Sammeln von Daten bzw. Aktivieren von Analysen die wichtigsten Treiber sind.

Darüber hinaus wurden in der jüngsten Runde der digitalen Transformation zahlreiche „Dinge“ integriert. Ciscos jährlicher Internetbericht⁸ prognostiziert, dass es „bis 2023 auf der Erde mehr als dreimal mehr vernetzte Geräte als Menschen geben wird. Ungefähr die Hälfte der weltweiten Verbindungen werden Maschine-zu-Maschine-Verbindungen sein und der M2M-Bereich wird von verbraucherorientierten ‚Dingen‘ in intelligenten Häusern und Autos dominiert werden.“ Aufgrund der Trennung von IT und OT (Operational Technology) in der Vergangenheit hat Cloud Computing zwar zu einer deutlichen Steigerung der Rechenleistung geführt, doch die Hinzufügung von „Dingen“ bringt im Cloud-Modell immer noch Herausforderungen für die Netzwerkarchitektur mit sich. In der mobilen IoT-Umgebung der Edge 2.0-Ära werden IT und OT zusammengeführt und verfügen über leistungsfähigere intelligente Sensor- und Automatisierungsfunktionen. Mit anderen Worten: Zusätzlich zur zentralisierten Datenverarbeitung, die Cloud Computing ermöglicht, wird der Netzwerkrand eine Vielzahl von Geräten und Daten zusammenführen und enorme Rechenleistung in der Nähe des Endpunkts bereitstellen, wodurch ein großer geschäftlicher Mehrwert freigesetzt wird.

Damit Unternehmen die Vorteile von Edge 2.0 voll ausschöpfen und von seinen Vorteilen profitieren können, benötigen sie unter anderem eine Anwendungsverteilungsplattform, die auf ganzheitlicher Anwendungsverteilung basiert und auf anderen Technologiedesignprinzipien beruht.

Eine Edge 2.0-Anwendungsverteilungsplattform muss auf den folgenden wichtigen Designprinzipien basieren:

Einheitliche Kontrollebene

Bei einer Edge 2.0-Anwendungsverteilungsplattform kann „Edge“ jede physische oder logische Umgebung sein, von Benutzerendpunkten bis hin zu öffentlichen Clouds. Eine einheitliche Anwendungssteuerungsebene gewährleistet die gemeinsame Definition von Sicherheitsrichtlinien, Datenstandortrichtlinien und Benutzeridentitätsverwaltung in verschiedenen Umgebungen und erzwingt die Ausführung durch die Integration mit Automatisierungs- und Orchestrierungstools.

Anwendungsorientiert

Eine Edge 2.0-Anwendungsverteilungsplattform wird vollständig in die Tools zur Anwendungslebenszyklusverwaltung integriert. Richtlinien zur Anwendungssicherheit, zum Datenstandort, zur Identitätsverwaltung und zur Ressourcenorchestrierung werden über die einheitliche Steuerungsebene „deklariert“ und in jeder Umgebung durchgesetzt, in der die Plattform ausgeführt wird. Der Edge wird zu einer „deklarierten Eigenschaft“ der Zielanwendung (was dazu führt, dass jede Anwendung ihren eigenen „personalisierten“ Edge hat) und wird von der Plattform „ausgeführt“, ohne dass eine manuelle Bereitstellung erforderlich ist. Entwickler können sich einfach auf die Anwendungslogik, Anwendungsinteraktionen (APIs) und Geschäftsabläufe konzentrieren, ohne sich um die Verwaltung von Infrastruktur oder Standorten kümmern zu müssen.

In die Plattform eingebettete verteilte Sicherheit

In einer Edge 2.0-Anwendungsverteilungsplattform werden Anwendungssicherheitsrichtlinien auf gemeinsame Weise über die einheitliche Steuerungsebene definiert. Sie werden zur Durchsetzung in jeder Umgebung verteilt, in der die Anwendung ausgeführt wird. Direkt in die Plattform eingebettete Sicherheitsfunktionen (z. B. Verschlüsselung und erstklassige Bot-Erkennung) ermöglichen die standardmäßige Integration dieser Sicherheitsfunktionen in die Anwendung.

Verteilte Datenverarbeitung und eingebettete Analytik

Eine Edge 2.0-Anwendungsverteilungsplattform wird zu einer globalen Struktur für Anwendungslogik und einer globalen Struktur für Datenverarbeitung und -analyse. Jeder digitale Dienst erfordert sowohl Daten als auch Anwendungslogik. Allerdings sollte es nicht erforderlich sein, dass der Speicherort für die Speicherung, Verarbeitung und Umwandlung der Daten derselbe ist, an dem sich die Anwendungslogik befindet. Der Datenspeicherort sollte unabhängig als eine Reihe von Richtlinien auf Plattformebene angegeben werden, die durch Faktoren wie Datengravitation, Vorschriften (PCI, DSGVO und andere) und das relative Preis-Leistungs-Verhältnis der Verarbeitung bestimmt werden. Ähnlich wie Sicherheitsrichtlinien sollten Richtlinien zum Datenstandort von den Benutzern über die einheitliche Steuerungsebene „deklariert“ und von der Plattform in jeder Umgebung durchgesetzt werden. Eine Edge 2.0-Plattform spielt auch bei anderen Datenverwaltungsrichtlinien eine Rolle, beispielsweise bei der Datenherkunft – dem Speichern von Datendetails als eingebettete Attribute – und verfügt darüber hinaus über eine Reihe integrierter Betriebsfunktionen für Beobachtbarkeit, Telemetrie-Streaming, ML-Tools und ETL-Dienste.

Softwaredefiniertes Elastic Edge

Bei einer Edge 2.0-Anwendungsverteilungsplattform wird der „Edge“ nicht mehr durch physische PoPs an bestimmten Standorten definiert. Stattdessen wird es dynamisch durch die Edge 2.0-Steuerungsebene über Ressourcen definiert, die überall dort vorhanden sind, wo ein Kunde sie wünscht: in öffentlichen Clouds, Hypervisoren, Rechenzentren oder privaten Clouds oder sogar auf physischen Maschinen an „entfernten“ Standorten, die für ihr Unternehmen einzigartig sind. Die Verbindungsnetzwerkfunktionen werden außerdem softwaredefiniert bereitgestellt und über die private oder öffentliche WAN-Infrastruktur gelegt, ohne dass ein herkulischer Montage- und Konfigurationsaufwand erforderlich ist. Es reagiert auf die „Absichtserklärung“ der Zielanwendung, indem es auf Anforderung einer Anwendung einen angepassten, softwaredefinierten elastischen Edge bereitstellt. „Edge“ – und alles, was es im Rahmen dieser Deklaration für die Anwendung festlegt – wird zu einer einfachen, benutzerfreundlichen Eigenschaft der Anwendung.

Hardwareoptimiertes Computing

Die Weiterentwicklung der Prozessor- und Chipsatztechnologien – insbesondere GPU, DPU, TPU und FPGAs, deren Leistungsfähigkeit und Kapazität stetig zunimmt – hat es möglich gemacht, die Ressourcennutzung spezialisierter Computer für bestimmte Workloadtypen deutlich zu optimieren. Eine Edge 2.0-Anwendungsverteilungsplattform wird mit Systemen interagieren, die über diese spezielle Hardware verfügen, um bestimmte Anwendungs-Workloads, die von dieser Unterstützung profitieren würden, anzusprechen, zu landen und auszuführen. Beispielsweise findet und konfiguriert es GPU-Ressourcen für AL/ML-intensive Workloads oder lokalisiert und integriert eine DPU für spezielle Anwendungssicherheits- und Netzwerkdienste, die eine Anwendung benötigt. Die Hardware-Kenntnis in einer Edge 2.0-Anwendungsverteilungsplattform bietet interessante Vorteile für die Erstellung intelligenter „Industriesysteme“ mit speziellem Anwendungsfokus und damit grenzenlose Möglichkeiten für die Etablierung attraktiver IoT-Lösungen, bei denen eine lokale Echtzeitverarbeitung erforderlich ist. Beispielsweise kann eine Ladestation für Elektrofahrzeuge als Datenaggregationspunkt für die großen Datenmengen dienen, die von den Sensoren des Elektrofahrzeugs generiert werden. Oder ein autonomes Fahrzeug mit Android-Betriebssystem kann sich wie ein mobiles Rechenzentrum verhalten, das kontinuierlich eine hardwaregestützte Selbstdiagnose durchführt.

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Navigieren Sie durch die dritte Welle des Internets mit innovativer Anwendungsbereitstellung

Die verteilte Echtzeit-Intelligenz, die durch die Anwendungsplattform Edge 2.0 ermöglicht wird, wird in der digitalen Welt von morgen eine zentrale Rolle spielen. Für die meisten Unternehmen bedeutet dies, ihre Anwendungsbereitstellungsmodelle neu zu überdenken. Die aktuelle Bereitstellung von Anwendungen und Diensten basiert auf einem zentralisierten Modell, bei dem die Anwendungslogik zentral angeordnet ist. Die Anwendungslogik wird in öffentlichen Clouds oder privaten Rechenzentren gehostet. Im Zeitalter von Edge 2.0 werden die Infrastruktur, Daten und Anwendungsarchitektur stärker verteilt sein und Peer-to-Peer-Ansätze verfolgen. Wir gehen jedoch davon aus, dass dieser Übergang eher eine Evolution bzw. eine Erweiterung der heutigen Technologien zur Anwendungsbereitstellung sein wird und nicht eine Revolution.

Dank seiner jahrelangen Erfahrung in der Multi-Cloud-Anwendungssicherheit und Anwendungsbereitstellungstechnologie hat F5 schon immer die Anforderungen von Anwendungen erfüllt – dem wichtigsten Kapital eines Unternehmens im digitalen Zeitalter. Im Zeitalter von Edge 2.0 wandelt sich Edge von einem geschlossenen zu einem offenen Modell. Durch die kürzlich erfolgte Übernahme von Volterra ist F5 in der perfekten Position, die Entwicklung dieses Edge 2.0-Anwendungsverteilungsparadigmas anzuführen.

Heute beschleunigen alle Branchen ihren Weg zur digitalen Transformation. Wir wissen, dass die Edge-Bereitstellung zunehmend zu einem Teil der Anwendungsstrategie unserer Kunden wird, und wir freuen uns darauf, mit ihnen zusammenzuarbeiten, um diese neue Welle des Internets zu meistern.

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