ПРОГРАММНО-КОНФИГУРИРУЕМЫЕ СЕТИ

Руслан Смелянский ([email protected]) – профессор МГУ им. М. В. Ломоносова, директор по науке и образованию Центра прикладных исследований компьютерных сетей (Москва).

Компьютерные сети переживают кризис, преодолеть который взялись технологии Software-Defined Networks. Постепенно завоевывая ИТ-рынок, они докатились и до России. В чем достоинства и возможности этого подхода к построению и эксплуатации сетей?

Программно-конфигурируемые сети (Software Defined Networks, SDN) – одна из самых «горячих» сегодня технологий, вставших на пути коллапса Сети, однако, несмотря на то что тема еще относительно нова, вокруг нее уже сформировалось несколько полярных мнений: от полного восторга до скепсиса и клише «маркетинговый бантик»[1].

Компьютерные сети как основополагающая инфраструктура – стратегический фактор развития современных ИТ, однако архитектура Сети, основы которой закладывались еще в конце 60-х годов, устарела и уже не всегда способна адекватно и эффективно реагировать на новые потребности. Рост количества и разнообразия мобильных устройств, развитие различных технологий беспроводной связи привели к тому, что сегодня число их пользователей превысило число пользователей сетей с фиксированной связью. Однако рост мощности мобильных терминалов стимулирует увеличение вычислительной емкости приложений, что, в свою очередь, требует увеличения пропускной способности каналов связи – объем мобильного трафика растет в геометрической прогрессии, а виды трафика становятся все более разнообразными. По данным ведущих производителей сетевого оборудования, трафик удваивается примерно каждые девять месяцев, что в ближайшие несколько лет приведет к увеличению нагрузки на несколько порядков. В то же время сегодня эффективность доступного спектра частот для мобильных сетей уже близка к насыщению.

Для того чтобы справиться со значительным ростом трафика, беспроводные сети должны иметь более плотное покрытие, и если сделать соту небольшой, приблизив мобильного клиента к базовой станции, то это увеличит пропускную способность соты и уменьшит количество пользователей в ней. По оценке экспертов, для этого потребуется в 20 раз увеличить плотность размещения базовых станций. Однако современная сетевая архитектура плохо приспособлена для поддержки такого плотного трафика. Во-первых, невозможно равномерно увеличить плотность покрытия – базовые станции придется развертывать везде, где это возможно, то есть хаотично. Во-вторых, такой инфраструктурой будет очень сложно управлять, она будет испытывать неравномерные нагрузки, взаимные влияния сот и действие других факторов. В-третьих, плотная инфраструктура очень дорога в развертывании и эксплуатации.

Развитие микропроцессорной техники и телекоммуникаций привело к тому, что сейчас на каждого человека приходится в среднем около 40 чипов, однако появляются все новые сетевые устройства, внесение любых изменений в их существующие конфигурации трудоемко, затратно и практически невозможно без привлечения производителя. Нельзя гарантировать, что программно-аппаратные средства производителя содержат только ту функциональность, которая описана в документации, а в сетях ситуация может быть еще сложнее – такая функциональность может быть распределенной. Средства построения сетей сегодня проприетарны, их основной функционал реализован аппаратно и закрыт для изменений со стороны владельцев сетей.

Рост количества и разнородности контента, развитие сервисов и масштабов их охвата привели к изменению парадигмы организации вычислений – на место клиент-серверной архитектуры пришли ЦОД и облака, а файловые системы и базы данных трансформирова-лись в сети хранения данных. Однако объем трафика в Интернете за последние пять лет вырос втрое, а пропускная способность современных каналов связи при существующих методах и средствах управления трафиком в сетях уже близка к исчерпанию – нынешние темпы роста пропускной способности сети не в состоянии удовлетворять растущие потребности пользователей. Начиная с 2007 года ежегодные темпы роста пропускной способности сетей во всем мире составляли около 60%, однако исследования специалистов IEEE показывают, что пропускную способность каналов связи требуется увеличивать вдвое раз в два года.

Одновременно с ростом количественных показателей нагрузки на сети усложнились задачи управления сетями – увеличились их перечень, значимость и критичность, причем на фоне повышения требований к безопасности и надежности. Сети строятся на базе устройств, которые постоянно усложняются, поскольку вынуждены поддерживать все больше распределенных стандартных протоколов (сегодня число активно используемых протоколов и их версий превысило 600), одновременно используя закрытые (проприетарные) интерфейсы. В таких условиях провайдеры не могут оперативно вводить новые сервисы, а производители сетевого оборудования не могут быстро модернизировать свои изделия для удовлетворения требований заказчиков. Как следствие, поддержка и управление сложной сетевой инфраструктурой стали искусством, а не инженерией, что отчасти подтверждается увеличением числа сетевых атак, вирусов и других сетевых угроз, свидетельствующих о том, что вопросы безопасности до сих пор не имеют надежных решений.

В 70–80-е годы в СССР велись работы над своими стандартами и средствами построения сетей. Чаще всего они были несовместимы со стандартами, принимавшимися тем, что позднее стало Интернет Сообществом (www.icos.org), в частности, это привело к тому, что в стране не возникло своего производства сетевого оборудования. В результате отечественные телекоммуникационные инфраструктуры сегодня строятся на основе зарубежных средств, а значит, управление инфокоммуникационными сетями в России возможно лишь настолько, насколько это позволяют изделия зарубежных производителей.

Итак, можно выделить следующие проблемы современных компьютерных сетей:

• научно-технические – сегодня невозможно контролировать и надежно предвидеть поведение таких сложных объектов, как глобальные компьютерные сети;

• экономические – сети дороги, сложны и требуют для своего обслуживания высоко-квалифицированных специалистов;

• проблемы развития – в архитектуре современных сетей имеются существенные барьеры для экспериментирования и создания новых сервисов.

Ответом на кризис компьютерных сетей стало появление принципиально нового подхода к их построению – программно-конфигурируемых сетей.