In der IT-Welt ist Kubernetes allgegenwärtig. Unterstützt von mehr als 43.000 Mitwirkenden, hat sich dieses Open-Source-System als Standard für die Bereitstellung moderner Anwendungen in der Cloud etabliert. Warum? Ganz einfach: Kubernetes erleichtert Entwicklern die Arbeit erheblich, beschleunigt die Einführung von Anwendungen und schafft einen Mehrwert für die Endnutzer der zugrunde liegenden Plattform.
Kubernetes, auch bekannt als k8s, hat in letzter Zeit in der Telekommunikationsbranche für Aufsehen gesorgt, da Betreiber den Übergang von abgeschotteten Systemen zu offenen Plattformen anstreben. Das System soll zu einem wesentlichen Bestandteil der flexiblen Cloud-nativen Architektur werden, die erforderlich ist, um das Potenzial eigenständiger 5G-Netze voll auszuschöpfen. Ein echtes Cloud-natives Netz bietet zahlreiche Vorteile – von der schnellen Bereitstellung von Diensten und der Automatisierung bis hin zu deutlich höherer Ausfallsicherheit und Effizienz. So stellt Google beispielsweise mithilfe seiner internen Plattform Borg, dem Vorläufer von Kubernetes, mehr als zwei Milliarden Container pro Woche bereit.
Diese Art von Flexibilität und Skalierbarkeit ist für die Vision der Telco-Cloud von grundlegender Bedeutung – die Vorstellung, dass 5G-Netze zu einer vielseitigen Plattform für eine breite Palette von Diensten und Apps werden, die von Drittanbietern entwickelt werden. Da Kubernetes Telekommunikationsunternehmen die Bereitstellung von Apps in portablen Containern ermöglicht, können Dienste beispielsweise näher an den Endnutzern am Netzwerkrand bereitgestellt und so die Latenzzeiten reduziert werden.
Abstrakt und attraktiv für Entwickler
Was genau macht Kubernetes also? Eine moderne Anwendung besteht in der Regel aus verschiedenen Microservices, die jeweils eine bestimmte Funktion übernehmen, beispielsweise die Auftragsverwaltung, das Berichtswesen oder die Zahlungsabwicklung. Sobald die Microservices in Container verpackt sind, automatisiert Kubernetes deren Bereitstellung, Skalierung und Verwaltung. Kubernetes kann zudem bei einem Ausfall in einem Microservice-Cluster eine automatische Wiederherstellung unterstützen.
Entscheidend ist, dass Kubernetes einen Teil der zugrunde liegenden Komplexität interner Netzwerke vor Anwendungsentwicklern verbirgt. Dies erleichtert den Arbeitsalltag von Anwendungsentwicklern erheblich. Im Wesentlichen ermöglicht Kubernetes, Anwendungen auf einfache und unkomplizierte Weise von außen zugänglich zu machen.
Ein Kubernetes-Ingress-Controller ist die Schnittstelle, über die ein Endbenutzer mittels des HTTP-Protokolls mit einer Webanwendung interagiert. Der Ingress-Controller übernimmt außerdem die Datenverkehrssteuerung und stellt sicher, dass Benutzeranfragen an den richtigen Microservice innerhalb des Kubernetes-Clusters weitergeleitet werden.
Telekommunikationsunternehmen müssen umdenken
All diese Vorteile lassen sich durch die servicebasierte Architektur von 5G-Netzen nutzen – allerdings nur, wenn Telekommunikationsunternehmen umdenken. Kubernetes bietet zwar zahlreiche Vorteile, doch das System kann auf Telekommunikationsingenieure zunächst ungewohnt wirken. Da Netzwerktechnik ihr tägliches Geschäft ist, sind sie es gewohnt, die IP-Adressen von Netzwerkgeräten manuell zu konfigurieren und eigene Regeln für Routing und Lastverteilung sowie weitere Parameter festzulegen, die Kubernetes abstrahieren soll.
Eine solche manuelle Konfiguration würde jedoch den eigentlichen Zweck von Kubernetes untergraben: Sie würde die schnelle Bereitstellung und automatisierte Skalierung verhindern, die für große Cloud-Plattformen wie AWS und Azure charakteristisch sind. Die ersten von Telekommunikationsunternehmen in 4G-Netzen eingesetzten Lösungen zur Virtualisierung von Netzwerkfunktionen (NFV) basierten meist auf manueller Skripterstellung und weisen daher nicht die Dynamik und Automatisierung einer modernen IT-Architektur auf.
Passt die eckige Lösung ins runde Loch?
Mit der Einführung von 5G-Kernnetzen können Telekommunikationsanbieter bei null anfangen. Leider können sie jedoch nicht einfach ein standardmäßiges Kubernetes-System übernehmen. Die überwiegende Mehrheit der Telekommunikationsanbieter führt 5G-Netze parallel zu 4G-Netzen ein. Daher benötigen sie einen Kubernetes-Ingress, der neben HTTP auch gängige Telekommunikationsprotokolle wie SCTP, Diameter und GTP unterstützt. Denn der Kubernetes-Ingress, der den 5G-Diensten vorgeschaltet ist, kommuniziert nicht direkt über HTTP mit einem Benutzer, sondern stellt Verbindungen zu anderen 4G- und 5G-Kernnetzkomponenten her. In einigen Fällen ist eine Interworking-Funktion erforderlich, die HTTP/2-Nachrichten in Diameter-Nachrichten übersetzt und umgekehrt.
Eine weitere Herausforderung besteht darin, die interne Kommunikation innerhalb des Anwendungsclusters zu unterstützen. In einer standardmäßigen Kubernetes-Bereitstellung wird üblicherweise ein Service Mesh eingesetzt, um die Kommunikation zwischen verschiedenen Microservices sicher zu verwalten und nachzuverfolgen. Solche Service Meshes bieten zwar auf die IT ausgerichtete Tracing-Funktionen, doch Telekommunikationsanbieter stellen fest, dass die damit verbundenen Funktionen nicht optimal auf ihre Anforderungen zugeschnitten sind.
Die dritte Herausforderung besteht darin, wie die 5G-Funktionen innerhalb des Kubernetes-Clusters mit der Außenwelt kommunizieren. Die von Kubernetes zugewiesenen dynamischen internen IP-Adressen nach außen zugänglich zu machen, ist keine gute Idee. Diese Adressen ändern sich im Laufe der Zeit, und der Außenwelt einen derart umfassenden Einblick zu gewähren, würde ein erhebliches Sicherheitsrisiko darstellen. Telekommunikationsanbieter möchten die Zuweisung von IP-Adressen zu bestimmten 5G-Funktionen vollständig kontrollieren. Diese Adressen sollten unabhängig von den IP-Adressen sein, die von den zugrunde liegenden Containern verwendet werden, aus denen die jeweilige 5G-Funktion besteht. Dafür ist eine intelligente Kubernetes-Egress-Funktion erforderlich.
Warum es keine gute Idee ist, Abstriche zu machen
Eine Möglichkeit wäre, auf Kubernetes zu verzichten und eine 5G-Funktion einfach in einem Container mit einer statischen IP-Adresse bereitzustellen, die von außen erreichbar ist. Doch wenn Sie auf diese Weise Abstriche machen, zahlen Sie dafür einen hohen Preis bei Skalierbarkeit und Flexibilität. So könnten Sie beispielsweise 5G-Funktionen nicht einfach per Knopfdruck an einer beliebigen Stelle im Netzwerk bereitstellen. Wenn Sie diesen Automatisierungsgrad erreichen wollen – und darin liegt die Zukunft –, dürfen Sie bei Kubernetes keine Abstriche machen.
F5 bewegt sich seit Langem an der Schnittstelle zwischen Telekommunikation und IT und hat Lösungen entwickelt, mit denen Telekommunikationsanbieter die umfassenden Vorteile von Kubernetes nutzen können. Dazu gehört unsere BIG-IP SPK-Lösung, die es einem Kubernetes-Ingress ermöglicht, neben HTTP auch Telekommunikationsprotokolle zu unterstützen. Darüber hinaus nutzt sie Netzwerkadressübersetzung (NAT) und Routing, damit ein Kubernetes-Egress der Außenwelt eine statische, vordefinierte IP-Adresse bereitstellen kann, ohne die interne Dynamik des Clusters zu beeinträchtigen. Unabhängig davon, was innerhalb des Clusters geschieht, können Sie externen Instanzen stets dieselbe IP-Adresse bereitstellen. Zudem unterstützt unser Service Mesh Aspen Mesh Observability und Tracing auf Telekommunikationsniveau. Es bietet Telekommunikationsanbietern vollständige Transparenz und Nachverfolgbarkeit des Datenverkehrs zwischen den 5G-Microservices und erhöht dadurch die Sicherheit.
Richtig eingesetzt kann Kubernetes für Telekommunikationsunternehmen einen echten Wandel bewirken: Es kann die zahlreichen Vorteile einer Cloud-nativen Architektur erschließen und es Netzbetreibern erheblich erleichtern, mit der Außenwelt zu interagieren. Sobald dieses Open-Source-System vollständig auf eine Telekommunikationsumgebung zugeschnitten ist, wird es zweifellos ein integraler Bestandteil der 5G-Zukunft sein.
Dieser Artikel ist der erste Teil einer zweiteiligen Reihe. Im nächsten Teil zeigen wir, wie sich mit der Technologie von F5 die betrieblichen Herausforderungen bei der Verwaltung von IT- und Telekommunikations-Workloads über eine große Anzahl von Kubernetes-Clustern hinweg bewältigen lassen, die auf unterschiedlichen Plattformen ausgeführt werden.
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