/ информационные технологии / Решить проблему обещает технология программно-конфигурируемых компьютерных сетей

Необходимость изменения архитектуры компьютерных сетей стала ясна уже в начале 2000-х годов. Вызвана она в первую очередь лавинообразным ростом трафика. Общий IP-трафик с 2005 по 2015 год вырос примерно в 30 раз, достигнет к концу нынешнего года порога в 1 зеттабайт (ЗБ) в год и 2,3 ЗБ в год к 2020 году. Мобильный трафик рос совсем невероятными темпами: в 4000 раз с 2005 по 2015 год. Назрела смена архитектуры компьютерных сетей и переход на новые технологии управления ими.

Управление компьютерными сетями посредством стандартного стека протоколов TCP/IP представляет собой громоздкую и негибкую систему, поскольку она и "думает", и "делает": сначала решает задачу построения маршрута, а потом сама же прокладывает маршрут. Можно сказать, что в традиционной сетевой архитектуре задачи управления и передачи данных совмещены.

SDN&NFV

Технология программно-конфигурируемых сетей (Software Defined Networking, SDN) предполагает отделение управления от передачи данных и централизованное управление сетевыми коммутаторами со стороны сетевого контроллера. Эта технология вышла из академической среды, но была оптимистично воспринята индустрией, прежде всего в лице конечных корпоративных пользователей и владельцев больших сетей.

Еще одна ключевая технология - виртуализация сетей и сетевых сервисов (Network Function Virtualization, NFV) позволяет операторам динамически перераспределять ресурсы и быстро внедрять новые услуги за счет новых программных модулей. В этой технологии типовые функции сети (например, DNS, антивирус, NAT, межсетевой экран) реализуются не на специализированных устройствах, а на серверах широкого применения и виртуальных машинах. Для ускорения работы сети NFV целесообразно применять совместно с SDN.

С начала 2000-х годов в американских и европейских университетах открылись программы, поддерживающие исследования компьютерных сетей нового поколения. А с 2010 года эта тематика получила поддержку Национального научного фонда США. Первые поисковые проекты были запущены в университетах Стэнфорда, Беркли, МИТ. Позднее, с 2008 года, проект GENI объединил уже десятки университетов США. Долгое сеть время не поддавалась виртуализации. Известно было, как виртуализировать память, как виртуализировать вычислитель, но сеть была невиртуализируемым ресурсом. Технология Software Defined Networking позволила решить эту проблему и поэтому стала предметом пристального внимания всех игроков ИТ-индустрии, о чем свидетельствует ряд ключевых событий:

покупка VMware компании Nicira, первого стартапа в сфере SDN, за рекордные для отрасли (тем более для стартапа) $1,26 млрд;

создание в 2011 году Open Networking Foundation - некоммерческой организации, основной задачей которой провозглашалась популяризация SDN. Инициаторами выступили шесть компаний-владельцев крупнейших сетей - Deutsche Telekom, Facebook, Google, Microsoft, Verizon, и Yahoo. Очень быстро к консорциуму присоединились все основные производители сетевых решений, включая Cisco, Brocade, NEC, HP и др.;

доклад Урса Хельцле (Urs Holzle), старшего вице-президента Google по технической инфраструктуре, на Open Networking Summit 2012 о том, что компания использует технологии SDN в своих центрах обработки данных.

В России широкая дискуссия о новом подходе к сетям началась несколько позже. С 2012 года первым исследовательским центром в сфере SDN стал Центр прикладных исследований компьютерных сетей (ЦПИКС) - резидент ИТ-кластера Фонда "Сколково". В мае 2013 года по инициативе ЦПИКС был создан Консорциум университетов по изучению и развитию новейших сетевых технологий, сейчас он насчитывает более 15 членов.

Значительную роль в развитии исследования в сфере SDN и NFV сыграло включение этих технологий в перечень приоритетных технологий РФ, утвержденный премьер-министром Д. А. Медведевым.

Сегодня Россия практически не производит оборудования для отрасли ИКТ, находясь в технологической зависимости от зарубежных поставщиков. Как следствие - проблемы, например, с обеспечением информационной безопасности.

Развиваемые в рамках SDN-подхода возможности воспроизведения сетевых сервисов с помощью программного обеспечения, устанавливаемого на обычном компьютерном оборудовании, как минимум частично решают эту проблему, а также формируют конкурентную нишу для отечественных разработчиков.

Зонтичный конкурс

Летом 2014 года были подведены итоги конкурса на получение субсидии по направлению "Исследование и разработка средств управления ИТ-инфраструктурой в корпоративных и ведомственных компьютерных сетях на основе технологии программно-конфигурируемых сетей (ПКС, SDN) и виртуализации сетевых сервисов (NFV)" в рамках мероприятия 1.3 Проведение прикладных научных исследований и разработок, направленных на создание продукции и технологий ФЦП "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы".

Победителями были признаны заявки ЦПИКС и МГУ имени М. В. Ломоносова (факультет вычислительной математики и кибернетики).

Зонтичный проект был направлен на создание экспериментальных образцов продуктов, позволяющих строить решения в области программно-конфигурируемых сетей для отечественных корпораций.

Реализация зонтичного проекта стала возможна в первую очередь благодаря финансовой поддержке начальных исследований в сфере SDN и NFV Фондом "Сколково". В результате были созданы наработки, получающие развитие уже в проектах Министерства образования и науки. Суть проектов Минобрнауки - применение технологий, полученных в проекте "Сколково", в конкретных областях и при создании аппаратно-программных комплексов и их компонентов. То есть проекты Минобрнауки представляют собой следующий шаг к внедрению технологий в промышленность.

Проект ЦПИКС

Основной упор в проекте ЦПИКС сделан на создании экспериментальных образцов, позволяющих строить беспроводные корпоративные SDN-сети с возможностью виртуализации надлежащих сервисов и OpenFlow-коммутаторов на основе сетевых процессоров.

Кроме того, ЦПИКС должен был разработать технические требования и предложения по разработке, производству и эксплуатации OpenFlow-совместимого SDN-коммутатора - с учетом технологических возможностей и особенностей индустриальных партнеров. Таковыми партнерами для проекта ЦПИКС стали:

АО "Научно-исследовательский институт "Аргон"" - обеспечивал технологическую поддержку исследований и коммерциализацию результатов проекта;

АО "Институт точной механики и вычислительной техники имени С. А. Лебедева" - обеспечивал технологическую поддержку исследований решения управления беспроводными сетями и коммерциализации результатов проекта;

ООО "ИТСофт" ГК "Информтехника" - помимо технологической поддержки исследований также предоставлял спецоборудование для тестирования решений.

Проект МГУ

Экспериментальные программные решения, предусмотренные проектом МГУ, были сфокусированы на решениях корпоративного уровня в сетях фиксированной связи. Индустриальным партнером выступило АО "Институт точной механики и вычислительной техники имени А. С. Лебедева".

Выполняемые в рамках этого проекта работы позволили создать прототипы программных средств для построения компьютерных сетей крупных предприятий и ведомств, сетей центров обработки данных, специализированных сетей для крупномасштабных вычислительных экспериментов, беспроводных сетей предприятий, сервис-провайдеров и бизнес-центров.

Результаты проекта будут способствовать созданию конкурентоспособных отечественных ИТ-продуктов, развитию центров компетенции для разработки информационных технологий мирового класса за счет расширения интеграционных связей между фундаментальной и прикладной наукой, системой образования и промышленностью, в том числе международных.

Индустрия ждет

В целом индустрия ждет внедрения технологий SDN и NFV. Ведущие мировые компании ищут оптимальные способы перехода на новые технологии. Некоторые, как американская AT&T, выбирают путь собственной разработки. Но это дорого и сложно, и не каждая компания может себе такое позволить. Многие европейские компании пошли по пути инвестирования в стартапы и апробирования полученных решений в своих сетях. Например, испанская Telefonica вложилась в российский стартап NFWare (основан на технологиях, разработанных ЦПИКС).

В целом технологии SDN и NFV можно назвать неизбежным будущим сетей по нескольким причинам:

возможность централизованного управления сетью - разделение потоков управления и передачи трафика практически не накладывает ограничений на возможности управления виртуальными машинами, виртуальными сетевыми функциями или на создание новых соглашений об уровне сервиса (SLA). Это повышает гибкость, масштабируемость и безопасность сетевой инфраструктуры и одновременно качество сервиса (QoS) при минимальных инвестициях;

снижение зависимости от производителей оборудования: практически никогда сети не строятся на решениях одного производителя. Это продиктовано как требованиями безопасности, так и тем, что ни один производитель не может полностью удовлетворить потребности клиента. Поэтому для поддержки информационной инфраструктуры требуется согласованная работа двух-трех комплексных решений. В рамках же технологии SDN все решения совместимы по умолчанию;

снижение стоимости владения сетью - все устройства становятся программируемыми. Администратор может присваивать роль любому устройству в зависимости от текущей задачи. Это позволяет снизить аппаратные требования к сетевым элементам, а, следовательно, и их стоимость. А централизация управления и повышение уровня абстракции снижают требования к квалификации персонала.

Кроме того, нельзя не отметить, что с появлением российских исследований в сфере SDN и NFV у российских предприятий, заинтересованных во внедрении новых технологий, появилась возможность получения объективной (не маркетинговой) информации о них. В сфере технологий SDN и NFV ближайшие несколько лет станут временем пилотных проектов, когда новые решения достигнут зрелости и готовности работать в реальных сетях.

Это особенно важно для предприятий, которые желают сохранить технологическое лидерство на рынке, а также получить максимум от преимуществ новой технологии. Например, пилотирование SDN позволит подобрать оптимальную архитектуру решения для конкретной сети. И в России такие пилоты возможны только на российских разработках. В противном случае российские компании все так же продолжат закупать иностранное оборудование и ПО.

Например, сейчас реализуется пилотный проект для АО "Ростелеком": на технологии SDN будет переведен один из региональных сегментов сети. Это первый случай, когда поток данных от реальных абонентов будет обрабатываться в сетях нового поколения. Все используемые компоненты - результаты исследований зонтичного проекта.

Во-вторых, такие проекты приведут к появлению новых молодых компаний в сфере сетевых технологий, которые используют собственные оригинальные решения. Одним из примеров доведения сколковских наработок и результатов зонтичного проекта до промышленного образца является создание RunSDN - перспективного близкого к промышленному использованию решения для отечественных телеком-операторов.

RunSDN - комплексное решение по созданию сети передачи данных на основе технологии SDN и организации управления и мониторинга виртуальной инфраструктуры предприятия с поддержкой NFV. RunSDN позволяет создавать сетевую инфраструктуру любого размера: от небольшого офиса до межрегионального оператора. Компоненты взаимодействуют между собой с использованием стандартизированных протоколов, что позволяет использовать их в комплексе с решениями других производителей.

Анатолий Бахмуров, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории вычислительных комплексов факультета ВМК МГУ