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Virtuelles Netzwerk: Was ist das und wofür wird es verwendet?

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Virtuelle Netzwerke ermöglichen es, flexible, sichere und skalierbare Umgebungen zu schaffen, und bieten Administratoren eine erweiterte Kontrolle über IP-Adressen, MAC-Adressen und andere virtuelle Switches. Sie fördern eine optimale Konnektivität, sichere Segmentierung und vereinfachte Verwaltung.

Die Grundlagen

Virtuelle Netzwerke können komplexe Netzwerkumgebungen innerhalb einer bestehenden physischen Infrastruktur emulieren. Hier sind die Schlüsselkonzepte zum Verstehen ihrer Funktionsweise:

1. MAC- und IP-Adressen

  • Jeder virtuellen Maschine wird vom Hypervisor eine einzigartige MAC-Adresse zugewiesen, die sie innerhalb des virtuellen Netzwerks identifiziert.
  • IP-Adressen, die für die Netzwerkkommunikation unerlässlich sind, werden den VMs über einen DHCP-Server oder manuell zugewiesen.

2. Virtuelle Switches (vSwitches)

  • Virtuelle Switches sind Software, die als Brücken zwischen den virtuellen Maschinen und den physikalischen Netzwerken fungieren. Dabei ermöglichen sie nicht nur die Vernetzung der Maschinen untereinander, sondern auch die Verbindung mit dem größeren Netzwerk. Ein tieferes Verständnis dieser Konzepte ergibt sich durch die Betrachtung spezifischer Virtuelle Private Cloud (VPC)-Modelle, wie sie beispielsweise Google anbietet.
  • Sie verteilen den Verkehr zwischen den VMs und ermöglichen erweiterte Sicherheitsrichtlinien.
  • Es gibt verschiedene Arten von virtuellen Switches, wie interne, externe und private Switches.

3. Virtuelles Routing

  • Virtuelle Router verwalten den Verkehr zwischen den virtuellen Subnetzen und den externen Netzwerken.
  • Sie bieten Dienste wie NAT, Access Control Lists (ACLs) und Filtering.

4. Virtuelle Firewall (vFirewall)

  • Eine virtuelle Firewall schützt die VMs und das virtuelle Netzwerk vor Bedrohungen.
  • Sie überprüft den eingehenden und ausgehenden Verkehr und wendet erweiterte Sicherheitsrichtlinien an.

5. Overlay-Netzwerk (Overlay Network)

  • Ermöglicht die Erstellung eines virtuellen Netzwerks über einem bestehenden physischen Netzwerk.
  • Verwendet Protokolle wie VXLAN oder NVGRE, um den Verkehr zu kapseln.

6. Network Virtualization Management Software

  • Stellen Tools zur Konfiguration, Überwachung und Verwaltung virtueller Netzwerke bereit.
  • Beispiele: VMware NSX, Microsoft Hyper-V Virtual Switch, Open vSwitch.

Die Arten von virtuellen Netzwerken

Virtuelle Netzwerke gibt es in verschiedenen Typen, jeweils angepasst an spezifische Bedürfnisse. Hier ist eine Tabelle mit ihren Eigenschaften und Funktionsweisen:

Netzwerktyp Funktionsprinzip Vorteil und Anwendungsfall
Internes virtuelles Netzwerk Verbindet virtuelle Maschinen untereinander innerhalb desselben physischen Hosts. Kein externer Zugriff (weder auf andere Hosts noch auf das physische Netzwerk). Vollständige Isolation. Ideal für Testumgebungen. Sicherer Kommunikation zwischen VMs eines Hosts.
Externes virtuelles Netzwerk Verbindet die virtuellen Maschinen mit dem physischen Netzwerk über einen Netzwerkadapter und ermöglicht den VMs, von außen zugänglich zu sein. Ermöglicht den virtuellen Maschinen den Zugang zum Internet oder zu Unternehmensnetzwerken. Ideal für Produktionsumgebungen.
Virtuelles lokales Netzwerk (VLAN) Segmentiert ein physisches Netzwerk in mehrere logisch separate Netzwerke. Sie sind auf physischen und virtuellen Switches konfiguriert. Segmentierung des Verkehrs für erhöhte Sicherheit. Effizientes Verkehrsnetzwerkmanagement (zum Beispiel, um Netzwerke nach Diensten zu trennen, ein VLAN für Buchhaltung, ein VLAN für IT usw.).
Virtuelles privates Netzwerk (VPN) Erstellt einen verschlüsselten Tunnel zwischen entfernten Netzwerken über das Internet. Es verwendet Protokolle wie IPSec, L2TP oder OpenVPN. Sehr genutzt seit der COVID19-Pandemie, verbindet es entfernte Büros mit dem zentralen Netzwerk, was unter anderem sicheres Remote-Arbeiten ermöglicht.
Unternehmensweites virtuelles Netzwerk Kombiniert verschiedene Arten von virtuellen Netzwerken, um eine flexible und sichere Konnektivität für entfernte Büros zu bieten. Zentralisierte Konnektivität für entfernte Standorte. Netzwerksegmentierung für verbesserte Sicherheit und Verwaltung, um beispielsweise für große Unternehmen eine zentralisierte Konnektivität zu bieten.
Virtueller Switch (vSwitch) Ermöglicht die Verbindung der virtuellen Maschinen untereinander und mit physischen Netzwerken. Wird für die Kommunikation zwischen VMs und für die Verkehrsnetzwerkverwaltung verwendet. Segmentierung des Verkehrs für erhöhte Sicherheit und effizientes Verkehrsnetzwerkmanagement, insbesondere um den Verkehr zu isolieren und zu sichern.

Vorteile und Herausforderungen von virtuellen Netzwerken

Vorteile

Virtuelle Netzwerke sind sehr flexibel und skalierbar. Sie ermöglichen eine schnelle und adaptive Implementierung von Netzwerkumgebungen. Netzwerksegmente können in wenigen Minuten erstellt oder geändert werden, um sich an die Bedürfnisse anzupassen. Um diese Vorteile voll auszuschöpfen, wird die Verwendung von automatisierten Verwaltungstools wie SDN-Software empfohlen, die eine schnelle und effiziente Konfiguration ermöglichen.

In Bezug auf Sicherheit bieten virtuelle Netzwerke eine vollständige Isolation zwischen den verschiedenen Segmenten durch VLANs und virtuelle Firewalls. Granulare Sicherheitsrichtlinien schützen die virtuellen Maschinen vor externen Bedrohungen. Für eine bessere Sicherheit wird der Einsatz von Zugriffssteuerungslisten (ACLs) und internen Firewalls für jedes virtuelle Subnetz empfohlen.

Die Nutzung von virtuellen Netzwerken ermöglicht ebenfalls eine Optimierung der Ressourcen durch Reduzierung der benötigten physischen Hardware, was indirekt zu einer Kostenreduktion führt. Allerdings ist es essenziell, die Verwendung von Netzwerkressourcen zu überwachen.

Tools für zentrale Verwaltung erleichtern die Überwachung und Verwaltung aller virtuellen Netzwerke von einer einzigen Schnittstelle aus. Die Nutzung von zentralisierten Dashboards ermöglicht es, die Leistung, Bedrohungen und Konformität zu verfolgen.

Herausforderungen und Betrachtungen

Jedoch kann die Konfiguration und Verwaltung von virtuellen Netzwerken komplex werden. Daher ist es wichtig, die Netzwerktopologie und die Sicherheitspolitik sorgfältig zu dokumentieren.

Die Virtualisierung führt auch zusätzliche Schichten ein, welche Schwachstellen darstellen können, wenn sie nicht korrekt geschützt sind. Die Anwendung von strengen Sicherheitsrichtlinien, wie der Mehrfaktor-Authentifizierung und Verschlüsselung, ist kritisch, um diese Umgebungen zu sichern.

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