Das Netzwerkdesign für die Industrie 4.0

Die Herausforderungen durch Industrie 4.0 werden mit einem modernen Netzwerkdesign, dem „New IP“ gemeistert. Es stellt Flexibilität, Leistungsfähigkeit und Dynamik im Rechenzentrum sicher.

Grundbausteine des New-IP-Netzwerks sind innovative Technologien: Neben Ethernet Fabrics zählen dazu Network Functions Virtua­lization (NFV) und Software-defined Networking (SDN).

Ethernet Fabrics – Grundlage für moderne Rechenzentren: Industrie 4.0 braucht stabile Rechenzentren, die den hohen Datenverkehr effizient und zuver­lässig verarbeiten. Das Fundament eines jeden Rechenzentrums ist nach wie vor die physi­kalische Netzwerkinfrastruktur (Underlay Network) – vor allem in den Bereichen, in denen eine hohe Datendurchsatz­rate benötigt wird. Ethernet Fabrics bilden durch eine vermaschte Architektur (Mesh) ein besonders leistungsstarkes Switch-Netzwerk. Fabric-basierte Netzwerktopologien sind flexibel, agil und kostengünstig. Sie ermöglichen es, die wachsende Komplexität in den Rechenzentren zu beherrschen und den Betrieb effizient zu automatisieren.

Software statt Hardware – virtuelle Infrastruktur: Im nächsten Schritt geht es darum, die Virtualisierung des Rechenzen­trums weit voranzutreiben. Der Begriff Network Functions Virtuali­zation (kurz: NFV) steht für die Virtualisierung einzelner Netzwerkfunktionen wie Switching und Routing. Virtualisierung beschreibt hier den Ersatz dedizierter, kostspieliger Hardware durch Softwarelösungen. Statt Gerät für Gerät zu kaufen und im Netzwerk einzusetzen, wird spezialisierte Software auf standardisierten, virtualisierten Rechnerplattformen (x86) zum Einsatz gebracht. Wenn eine neue Netzwerkfunktion benötigt wird, braucht nur eine zusätzliche Software auf einem vorhandenen Server-Cluster implementiert zu werden. Dies kann komplett ohne physische Intervention vor Ort geschehen. So lassen sich beliebig viele Anwendungen und Dienste automatisiert steuern. NFV macht Netzwerke flexibler, kosteneffizienter und skalierbarer. Gerade im Hinblick auf Indust­rie 4.0 ist Skalierbarkeit ein entscheidender Wettbewerbsvorteil, denn neue Dienste, Services und Kapazitäten können so schnell und unkompliziert in die bestehende Infrastruktur integriert werden.

Software-defined Networking – flexibel zu managen: Netzwerke müssen auf die sich ständig ändernden betriebswirtschaftlichen Bedürfnisse der Unternehmen reagieren – nicht erst seit Indust­rie 4.0. Software-defined Networking (SDN) setzt genau an dieser Stelle an. SDN trennt traditionell integrierte Netzwerkbereiche: Die Kont­rollebene (Control Plane) kann getrennt von der Datenebene (Data Plane) betrachtet werden. Einerseits vereinfacht das die komplexe Netzwerkarchitektur, andererseits macht es das Netzwerk schneller und agiler, weil Datenströme unabhängig von einer lokalen Kontrollinstanz zentral gesteuert werden können. Die dynamische, zentrale Kontrolle und Steuerung der Verkehrsflüsse übernimmt ein SDN-Controller. Er priorisiert Datenströme und kontrolliert sämtliche Netzwerkaktivitäten – alles in Echtzeit. Die zentrale Steuerung des Datenverkehrs unter Berücksichtigung der gesamten Netzwerktopologie führt zu einem effizienteren Management des Netzwerks, wodurch Anwendungen schneller bereitgestellt werden können.

Industrie 4.0 mag in letzter Konsequenz noch nicht umgesetzt sein, ist aber weit mehr als ein Trendthema der Medien. Industrieunternehmen sind dabei, ihre Produktionsprozesse tief greifend zu modernisieren – Tendenz steigend. Dabei geraten sie jedoch schnell an ihre Grenzen, wenn sie nicht auch an das Netzwerk denken. Nur in intelligente Produktionssysteme zu investieren greift zu kurz. Denn ohne eine stabile und zuverlässige IT-Infrastruktur für die Datenübertragung fehlt der Industrie das starke Rückgrat, das sie braucht.