LAN-Switch-basierende Controller für Multi-Gigabit-WLANs

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Wir haben ja schon verschiedene Implementierungsmöglichkeiten von Controller-Funktonen gesehen und diskutiert. Was bleibt, ist die Frage nach der Integration von Controller-Funktionalitäten in LAN-Switches, wie sie ja vor allem Cisco gerne und direkt in mehreren Modellreihen praktiziert.

Es gibt heute bei Cisco drei wesentliche Varianten dieser Bauform:

  • Erweiterung der Grundfunktionen eines Switches mit WLAN-Kontrollfunktionen Beispiel Cisco Catalyst 3850
  • Erweiterung der Supervisor Engine eines Switches mit WLAN-Kontrollfunktionen Beispiel Cisco SUP 8-E für Catalyst 4500-E
  • WLAN-Controller, der eigentlich ein hoch leistungsfähiger Switch ist, Beispiel WLC 5760

Der Catalyst 3850 bringt es in Verbindung mit dem CT 5760 WLC als einzelner Stack nach Angaben des Herstellers auf bis zu 1000 APs und 12.000 Clients und zwar mit einer Leistungsauslegung nach 802.11ac. Der 3850 basiert auf programmierbaren Switch-ASICs, die eine Eigenentwicklung von Cisco sind. Sie haben gegenüber speicherbasierten Switch-ASICs einen Hauch mehr Latenz, sind aber dafür flexibel. Die Latenz ist so gering, dass sie auch für anspruchsvolle Aufgaben ausreicht. Insgesamt kann die WLAN-Lösung mit mehreren Stacks, die über einen passenden Core-Switch zusammen geschaltet werden, auf bis zu 72.000 11ac Access Points und somit 864.000 Wireless Clients skalieren. Das dürfte für den Anfang genügen.

Der WLC 5760 ein Beispiel für eine neue Produktlinie, die letztlich vor dem Hintergrund des zu erwartenden Wandels weg von fest verdrahteten zu mobilen Benutzeranschlüssen nichts anderes als ein „WLAN-Switch“ ist. Er hat durch eine spezielle Hardware-Unterstützung eine interne Verarbeitungsleistung von 60 Gbit/s.

Und genau das ist eine ernst zu nehmende Entwicklungsrichtung. Wenn man davon ausgeht, dass in den nächsten Jahren in Unternehmen und Organisationen die Anzahl der fest verdrahteten Anschlüsse zurückgeht und die Anzahl der Mobilanschlüsse entsprechend steigt, werden natürlich im gleichen Maße auch die Infrastruktur-Switches überflüssig, die die Endgeräte mit üblicherweise 1 GbE versorgen. Das sind meist Geräte, die ihren Abschreibungszeitraum in wenigen Jahren hinter sich haben. Sie können ohnehin ersetzt werden.

Sinnvoll wäre dann der Ersatz durch „mobilitäts-bewusste“ Switches, die eben darauf ausgelegt sind, dass am anderen Ende der Leitungen, die sie versorgen, keine individuellen Endgeräte, sondern WLAN-APs angeschlossen sind. Von daher ist es nur logisch, Switches um die Controller-Funktionen zu ergänzen.

Von der Hardware her wird das optimal unterstützt. Es gibt ja vom gleichen Autor mehrere Ausführungen zu den neuen speicherbasierten Switch-ASICs. Einige Modelle, besonders die Intel-Switches der Reihe FM7000 unterstützen unmittelbar in Hardware die Bildung von IP-Tunneln nach IPv4 und IPv6.

Die neuen Switch-ASICs sind überwiegend 10 oder 40 GbE-Modelle. Sie unterstützen aber alle das Konzept des skalierbaren Ethernet und zerlegen ankommende Datenströme hoher Datenraten unmittelbar in Datenströme geringerer Datenrate, die dann bearbeitet werden können. Das Faszinierende ist nun, dass auf diesem Wege auch sehr einfach Ports mit Datenraten bereit gestellt werden können, die wir üblicherweise nicht als Standard-Datenrate empfinden. Ein FM7000 könnte dann also z.B. folgendermaßen eingesetzt werden:

  • 600 1 GbE Ports + 4 10 GbE Ports (Uplink) für die Unterstützung von 600 APs mit einer Leistung unter 1 Gbit/s, also 11n oder 11ac erste Produktgeneration
  • 200 2,5 GbE Ports + 8 10 GbE Ports (Uplink) für die Unterstützung von 200 APs mit einer Leistung bis zu 2,5 Gbit/s, also zweite der dritte 11ac- Produktgeneration, mit mindestens Kat.6-Kabeln
  • 52 10 GbE-Ports (Standard-Konfiguration) + 12 10 GbE-Ports (Uplink) für die Unterstützung von z.B. 52 APs mit einer Leistung bis zu 10 GbE, also 11ad mit mindestens Kat. 6A-Kabeln

Ich zeige hier nur die Möglichkeiten mit einem existierenden und lieferbaren Chip auf. Es wird im Laufe der Zeit natürlich noch viele weitere Möglichkeiten geben, die sich vor allem aus Chips entwickeln lassen, die eigentlich für die DSL-Unterversorgung gedacht sind. Es gibt z.B. schon heute von Broadcom einen Chip, der 12 10 Gbit-Ports (Format weitestgehend egal) auf einen 100 Gbit-Port multiplext. Solche Chips heißen auch „Gearbox“ und sind unverzichtbarer Bestandteil von Versorgungsstrukturen, die auf Glasfasernetzen hoher Leistung basieren.

Wie kommt der Switch dann an die noch zusätzlich benötigten Controller-Funktionen ? Ganz einfach: durch einen Prozessor, den er ohnehin normalerweise hat, auf dem eine Software für die Controller-Funktionen läuft. Hersteller diskutieren schon länger darüber, ob die Kontrollprozessoren in großen Switches nicht besser auch virtualisiert werden sollen. Das ist eine gute Idee, denn dann könnte man auf den Prozessoren einfach die Software-Controller-Appliances laufen lassen, die schon in einem früheren Artikel beschrieben wurden.

Private Wireless-Versorgungsstrukturen auch mit 11ac und 11ad
Kein Betreiber muss befürchten, die neuen WLANs, vor allem 11ac, nicht einführen zu können, wenn es an der Zeit ist. Die gewohnten Niveaus von Steuerung und Sicherheit können eingehalten oder sogar übertroffen werden. Wir haben jetzt in diesem Artikel nicht darüber gesprochen, aber es gibt auch „passende“ Access Points mit den gegenüber Geräten für den Heimeinsatz notwendigen Verbesserungen hinsichtlich der Signalaufbereitung und Signalverarbeitung. Auf nützliche Features wie automatische Reaktionen auf bestimmte, in Listen festgehaltene Signalverformungen, wie sie bei der Übertragung entstehen können, muss auch in Zukunft niemand verzichten.

Produkte, die in diesem Jahr kommen werden, konzentrieren sich auch die erste Generation von 11ac. Als Änderung gegenüber 11n werden mehr, kleinere, Zellen benötigt, aber normalerweise nicht mehr als doppelt so viele, wenn die Brutto-Leistung von rund 870 Mbit/s. erreicht werden soll. Für diese Einsatzzwecke braucht man auch nicht mehr als 1 GbE-Anschlüsse für die APs.

Die zweite Produktgeneration von 11ac wird mehr können und bei ca. 1,3 Gbit/s. liegen. Hier stellt sich die Frage nach der Anbindung der APs, aber wie es aussieht, wird man hier eher auf LAG zurückgreifen, um die PoE-Versorgung beibehalten zu können. Ein erster 11ac 2nd. Gen-Chip von Broadcom weist jedenfalls deutlich in diese Richtung.

WLANs nach 11ad sind nach derzeitiger Sachlage in der Breite erst für 2015 zu erwarten. Diese APs müssen mit 10 GbE angeschlossen werden, für das es nach wie vor aus physikalischen Gründen kein PoE gibt. Durch die Entwicklung der speicherbasierten Switch-ASICs wird sich die Kostensteigerung für die Versorgung der 11ad-APs aber nicht so dramatisch auswirken, wie man es heute noch vermuten könnte. Bis dahin sind die benötigten 10 GbE-Switches mit 64 – 128 Ports billige Standardware.

Bei den Controllern gibt es, wie wir gesehen haben, unterschiedliche Konzepte. Nach Ansicht des Autors sind hier vor allem zwei Konzepte erfolgversprechend, die man sogar wie dargestellt kombinieren kann:

  • die Realisierung von Controller-Funktionen in Software als virtualisierte Lösung
  • die Realisierung von Controller-Funktionen im Rahmen mobilitäts-bewusster Switches

Die Realisierung von Controller-Funktionen in Software ist im Hinblick auf die gewonnene Flexibilität, die Skalierbarkeit und die betrieblichen Aspekte sehr interessant, besonders wenn sich wie bei anderen Realisierungen von Netzwerk-Funktionen in Software ein Kostenvorteil erzielen lässt.

Mobilitäts-bewusste Switches sind aber auch eine spannende Alternative, weil sie die Investitionen in bestehende Netzwerk-Infrastrukturen schützen können und ein sanftes Wachstum ermöglichen. Wenn schon heute eine Gesamtstruktur angeboten wird, die letztlich fast eine Million 11ac-Benutzer versorgen kann, braucht sich eigentlich niemand Sorgen zu machen, dass die WLAN-Infrastrukur nicht mit ihren Aufgaben wachsen kann.

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