Исследование архитектур управляемых устройств сетей SDN

К числу таких приложений можно отнести, например, программы мониторинга и контроля качества сети; системы информационной безопасности и т. д.

4. Интеграционные решения -предложения поставщиков, которые состоят из разработанных сторонними компаниями компонентов. То есть предлагается законченное решение, включающее все необходимые составляющие. Таким образом, был проведен анализ решений для построения программно-конфигурируемых сетей. Перейдем к демонстрации возможности построения сети SDN.

2.2 Практическая реализация программно-конфигурируемых сетей.

Прежде, чем приступить к практической реализации сети SDN, рассмотрим пример применения технологии программно-конфигурируемых сетей, предложенный центром прикладных исследований компьютерных сетей (ЦПИКС).Предположим, что необходимо реализовать решения SDNдля сети крупной компании с территориально распределенной структурой. Исходные данные следующие:

охват сети — крупный региональный офис (300 сетевых портов), четыре филиала (по 50 портов);скорость каналов: для подключения рабочих мест — 1 Гбит/с; для подключения серверов и передачи данных в ядре сети — 10 Гбит/с;связь между удаленными офисами — через Интернет по VPN. Внедрение решений программно-конфигурируемых сетей предполагает автоматизацию ряда процедур:

управление списками контроля доступа на сетевых устройствах;

блокировка определенных приложений, пользователей и их групп в соответствии с установленными политиками безопасности;

настройка алгоритмов обеспечения качества обслуживания;

настройка новых сетевых устройств. Для реализации обозначенных процедур предлагается рассмотреть возможность использования коммутаторов без предустановленной операционной системы. Контроллер в данном случае представляет собой отказоустойчивую систему с территориальным разделением резервирующих устройств. При таком подходе к построению сети сетевые устройства могут стать значительно проще и дешевле. Теперь в функции коммутатора входит хранение таблиц правил; проверка входящего трафика и его коммутирование в соответствии с таблицей; сбор статистики; взаимодействие с контроллером. Кроме того, для администрирования сети не нужно будет нанимать сетевых администраторов, которых смогут заменить, например, секретари. ЦПИКС предлагает следующие продукты для организации программно-конфигурируемой сети[24]: SDN контроллер — RUNOS. Находится в открытом доступе, в коммерческой версии обладает рядом дополнительных функций (механизмы резервирования, масштабируемости, распределенного управления). Пропускная способность контроллера составляет 8 000 000 событий в секунду; задержка на обработку одного запроса — 30 мкс. Приложение по управлению распределенной корпоративной сетью — SDEnterprise. Обеспечивает взаимодействие с VPN сервисом; управление списками контроля доступа; взаимодействие с Firewall сервисами; локальную аутентификацию пользователя. Коммутаторы — ЦПИКС предлагает несколько линеек коммутаторов на базе доступного аппаратного обеспечения. Разработанное для них программное обеспечение можно получить отдельно и установить на устройства самостоятельно:

на основе whitebox коммутаторов (на коммутаторы устанавливаетсяOpenNetworkingLinux с разработанным в ЦПИКС OpenFlow 1.3 агентом; поддерживается до 48 1GE (+4×10Ge) портов);на основе x86 серверов (поддерживается до 24x 1GE, до 12×10Gbps портов c суммарной гарантированной пропускной способностью на устройство в 60Gbps; важным отличием коммутаторов на x86 серверах от whitebox коммутаторов является полная поддержка возможностей протокола OpenFlow 1.

3.).На рисунках 23−24 представлены примеры организации SDN сети для центрального офиса и филиалов, предлагаемые специалистами ЦПИКС. Рисунок 23 — Структура сети центрального офиса [24]Рисунок 24 — Структура сети офиса [24]Исследование функционирования программно-конфигурируемых сетей возможно двумя способами:

с использованием оборудования с поддержкой OpenFlow;через эмуляцию оборудования в виртуальной среде. В рамках настоящего исследования будем придерживаться второго варианта — эмуляция оборудования в виртуальной среде. Для этой цели возможно использовать эмулятор Mininet, который представляет собой виртуальную машину для системы OracleVirtualBox. Для работы с mininet можно использовать следующие ключи запуска (см. таблицу 6).Таблица 6Команды mininet.Команда.

Действие-h, —helpВывод справки—switch=Выбор типа программно-управляемого коммутатора. Варианты: [kerneluserovsk]—host=Задает адрес запуска mininet—controller=Задает тип контроллера. Варианты: [nox_dumpnonerefremotenox_pysw]—topo=Задает параметры топологии. Варианты: [treereversedsinglelinearminimal] через запятую могут указываться аргументы, arg1, arg2,…argN-c, —cleanЗакрывает mininet и очищает все виртуальные машины—macВключает формирование разных МАС адресов для хостов-x, —xtermЗапустить консоли в графическом режиме для каждого хоста—arpЗаранее установить arp записи в хосты в статичном режиме—ip=Адрес контроллера—port=Порт контроллера—prefixlen=Длина маски для автоматического распределения адресов. За рамки данного исследование выходят вопросы установки и первоначальной настройки эмулятора, поэтому перейдем сразу к описанию процесса построения сети (см. рис. 25).Рисунок 25 — Структура экспериментальной сети.

Для создания представленной топологии необходимо выполнить следующую команду: sudomn —topo single, 3 —mac —switch ovsk —controller remoteПри входе в mininet отображается консоль управления, начинающаяся со строки «mininet>». Список команд представлен в таблице 2Таблица 6Список команд управления mininet.Команда.

ОписаниеDumpОтображает все IP адреса устройств, их интерфейсыIntfsОтображает список интерфейсов устройствiperfИзмеряет производительность обмена по TCP между первым и последним хостомiperfudpИзмеряет производительность обмена по UDP между первым и последним хостомnetПоказывает схему соединених устройствlinkПозволяет создать новую связь. Синтаксис: «linkустройство1 устройство2 [up-down]"nodesПоказывает список устройствnoechoВыполняет команду, но не отображает информацию о результатеpingpairПосылает ICMP пакеты между первыми двумя хостамиpingallПосылает несколько ICMP пакетов между всеми хостами по очереди и показывает результатpyВыполняет любую команду на языке Pythonquit, exitЗакрывает mininetsourceЧитает список команд из указанного после команды файлаxterm, gtermОткрывает в графическом режиме отдельное окно с консолью соответствующего хоста. Синтаксис команды: «xterm узел1 узел2 …». Команды работают только в графическом режиме виртуальной машине. shВыполняет произвольную команду в операционной системеdpctlВыполняет внешнее управление коммутаторам. ifconfigНастраивает сетевые параметры указанного перед командой хоста. Синтаксис команды: «хост1ifconfig параметры"PingВыполняет команду ping на указанном хосте. Синтаксис команды «хост1ping хост2"Для получения помощи по командам можно воспользоваться знаком «?» (см. рис. 26), для подробной помощи можно набрать «helpкоманда».Рисунок 26 — Список и синтаксис команд mininet. При необходимости использовать графический интерфейс (для команд xterm, gterm) необходимо запустить его командой «startx» (см. рис.

27), после запуска нажать правой кнопкой мыши на пустом месте рабочего стола и выбрать «OpenTerminalHere» для запуска консоли. В консоли можно в графическом режиме работать так же, как и в текстовом режиме. Рисунок 27 — Графический режим.

Для запуска консоли виртуального хоста необходимо использовать команду xterm. Она запускает отдельное окно с консолью, в которой находится полноценный Linux на виртуальной машине (см. рис. 28). Весь набор команд Linux работает в этой консоли, включая ifconfig, ping, iperf, vi, sh и т. д.Рисунок 28 — Консоль xterm виртуального хоста.

По умолчанию, если не используется внешний контроллер (нет параметра «.

—controller=remote"), коммутатором можно управлять через команду «dpctl».Контроллер необходимо устанавливать на виртуальную или физическую ОС Ubuntu 11.04, на версии 12.04 и выше возможны проблемы совместимости. Для установки необходимых библиотек можно воспользоваться автоматизированной установкой зависимостей, для этого необходимо выполнить следующие команды:

переход в нужный каталог: cd /etc/apt/sources.list.dзакачка списка серверов обновления: sudowget.

http://openflowswitch.org/downloads/debian/nox.listобновление списка пакетов: sudoapt-getupdateустановканеобходимыхбиблиотек:sudo apt-get install nox-dependencies gitlibboost-thread-devустановка остальных библиотек: sudoapt-getinstalllibtbb-dev && wget.

http://citylan.dl.sourceforge.net/project/boost/boost/1.

48.0/boost₁_48₀.tar.bz2 && tar —bzip2 -xf ./boost₁_48₀.tar.bz2 && cd /boost₁_48₀ && ./bootstrap.sh —prefix=/usr && sudo ./b2 installустановкапрограммautoconf: wget.

http://ftp.gnu.org/gnu/autoconf/autoconf-2.

68.tar.bz2 && tar —bzip2 -xfautoconf-2.

68.tar.bz2 && cdautoconf-2.68/ && ./configure && make && sudomakeinstallскачивание и компиляция исходного кода контроллера NOX: gitclone.

http://github.com/noxrepo/nox && cdnox && ./boot.sh && mkdirbuild && cdbuild && ./configure && makeПосле компиляции запуск контроллера осуществляется следующей командой:./src/nox_core -v -i:ptcp:6633switch" Отметим, что при этом запускается только приложение «switch». При прототипировании лучше использовать приложение «pyswitch», написанное на языке python и не требующее перекомпиляции. Для проверки работоспособности программно-конфигурируемой сети необходимо сначала запустить контроллер, затем систему mininet с указанием адреса контроллера и типа контроллера «remote» командой «sudomn —topo=linear, 3 —mac —controllerremote —ip=192.

168.

56.1″. Эта команда создаст виртуальную сеть из трех коммутаторов и трех узлов. Коммутаторы включены последовательно. При правильной настройке команда «pingall» должна выполниться с результатом, как показано на рисунке 28. Рисунок 28 — Результат выполнения команды «pingall"2.3 Выводы по второй главеосновные решения SDN можно классифицировать в соответствии с с архитектурой программно-конфигурируемых сетей можно классифицировать и основные решения SDN: аппаратные устройства; контроллеры; сетевые приложения; интеграционные решения;

к аппаратным устройствам относятся коммутаторы, маршрутизаторы, специализированные процессоры;

основное предназначение контроллеров состоит в обеспечении управления сетью;

примерами котроллеров SDN могут служить NOX, Beacon, SNAC, Maestro, Trema, RUNOS;одним из комплексных решений построения программно-конфигурируемой сети является решение центра прикладных исследований компьютерных сетей — SDN контроллер RUNOS; приложение по управлению распределенной корпоративной сетью SDEnterprise; коммутаторы ЦПИКС;

исследование программно-конфигурируемых сетей возможно через их симуляцию.

Заключение

.

В современном мире бизнес в сфере информационных технологий предъявляет все большие требования к гибкости и масштабируемости компьютерных сетей. К особенностям развития корпоративных сетей в настоящее время можно отнести стремительный рост объемов трафика и изменение его структуры передачи унифицированных коммуникаций. Кроме того, растет число пользователей мобильных устройств. Отметим и широкое распространение процессов виртуализации центров обработки данных. Традиционные подходы к построению сетей уже не способны решать обозначенные проблемы. Их возможности уже не соответствуют требованиям крупного бизнеса и сервису провайдеров. Таким образом, остро стоит вопрос о внедрении новых технологий, к числу которых относится технология программно-конфигурируемых сетей. Настоящее исследование охватило круг вопросов, связанных с архитектурой управляемых устройств сетей SDN. Был проведен обзор литературы и Интернет-источников, который позволил сформулировать ряд положений.

Так, являясь инновационной технологией, SDN все же имеет довольно давнюю по меркам развития информационных технологий предысторию. В 90- е годы прошлого века были организованы поиски решений модернизации существующих сетей. Одним из решений стали активные сети. В начале века были попытки разделения плоскости управления. И, наконец, в 2007 году ученые из Стэндфордского университета предложили технологию программно-конфигурируемых сетей, особенность которых состоит в разделении уровней управления и передачи данных. Стоит отметить, что в работе представлен так же обзор возможностей применения технологии SDN, основанный на примерах ее реализации в облачных центрах обработки данных и облачных коммуникациях. Данный аспект еще раз подтверждает глобальные перспективы развития программно-конфигурируемых сетей и актуальность исследования управляемых устрйств. Еще одним направлением теоретического исследования стало изучение архитектуры сетей SDN, разделяемой на несколько уровней — уровень передачи данных;

уровень управления;

уровень приложений. Было определено, что стандартом рассматриваемой технологии является протокол OpenFlow, который предоставляет доступ и связь между уровнями управления и инфраструктуры архитектуры программно-конфигурируемых сетей. Теоретический анализ завершается выделением главных преимуществ сетей SDN, которые заключаются в снижении стоимости построения сети, гибкой интеграции, удобстве администрирования и т. д.Практическая часть дипломной работы направлена на обзор решений SDN и практической реализации небольшой программно-конфигурируемой сети. В работе представлены результаты анализа предложений рынка телекоммуникационных услуг для построения сети SDN — аппаратные устройства, контроллеры, сетевые приложения, интеграционные решения. Особое внимание уделено программному обеспечению (контроллерам). Так, в представлено описание ряда решений — NOX, Beacon, SNAC, Maestro, Trema, а так же российской разработки RUNOS. Следует отметить, что исследование включило описание предложений центра прикладных исследований компьютерных сетей по реализации программно-конфигурируемых сетей. Завершается исследование реализацией процесса эмуляции программно-конфигурируемой сети и описанием его этапов. Таким образом, в рамках настоящего исследования проведен обзор литературы и Интернет-источников по вопросам построения программно-конфигурируемых сетей; определены этапы развития сетей SDN; представлено описание их архитектуры; рассмотрены возможные решения сетей SDN и выявлены их особенности; организована симуляция сети SDN, что свидетельствует о достижении цели и решении задач, поставленных во введении.

Список использованных источников и литературы

.

Указ Президента Российской Федерации от07.

07.2011г. № 899 «Обутверждении приоритетных направлений развития науки, технологий итехники вРоссийской Федерации иперечня критических технологий Российской Федерации"Thomas D. N adeau, Ken Gray SDN: Software Defined Networks, O’Reilly, 2013. pp 10−25.

Бикмухамедов Р. Ф. Реализация беспроводной сети SDN на базе протокола OPENFLOW/ Р.Ф. Бикмухамедов// Материалы международной молодежной научной конференции «XXII Туполевские чтения (школа молодых ученых)». — 2015. — С.510−512.Власов Д. В. Разработка интерфейса взаимодействия с контроллером программно-конфигурируемых сетей/ Д. В. Власов и др.// Современные проблемы науки и образования. — № 3. — 2013. — С.

83.Галич С. В. Обзор архитектуры SDN-контроллера OpenDaylight/ С. В. Галич, О. Е. Сафонова, И.К. Сердюкова// Сборник докладов и тезисов VI Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы передачи информации в инфокоммуникационных системах». — 2015. — С.18−25.Ефимушкин В. А. Анализ характеристик функционирования коммутатора программно-конфигурируемой сети/ В. А. Ефимушкин, Д.Н. Языков// XII всероссийское совещание по проблемам управления ВСПУ-2014. — С.8536−8545.

Ефимушкин В. А. Обзор решений SDN/NVF зарубежных производителей/ В. А. Ефимушкин, Т. В. Ледовских и др.// T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. — № 8. — 2015. — С.5−13.Коломеец А. Е. Программно-конфигурируемые сети на базе протокола OpenFlow/ А. Е. Коломеец, Л.В. Сурков// Инженерный вестник. — №.

5. — 2014. — С. 2−4.Коридзе А. Н. Как реализовать программно-конфигурируемую сеть в лабораторных условиях вуза/ А. Н. Коридзе, С. В. Тимченко, В.П. Шувалов// Перспективы науки. — № 11. -.

2015. — С.152−154.Максимов, Н. В. Компьютерные сети / Н. В. Максимов, И. И. Попов. — М.: Инфра-М, 2010.

— 448 с. Олифер, В.Г., Олифер, Н. А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов.

3-е изд. — СПб.: Питер, 2008.

— 958 с. Смелянский Р. Л. Программирование уровня передачи данных в ПКС (SDN)/ Р. Л. Смелянский, А. В. Шалимов, Е.В. Чемерицкий// Журнал Connect. — № 4. — 2014. -.

С.32−38.Смелянский Р. Л. Создание прототипа отечественной ПКС платформы управления сетевыми ресурсами и потоками с помощью сетевой операционной системы (СОС) на основе анализа и оценки существующих сетевых операционных систем для ПКС сетей м выбора одной из них для последующего развития по критериям производительности, масштабируемости, надежности, безопасности: отчет о научно-исследовательской работе/ рук. Р. Л. Смелянский. — М.: ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет им.

М.В. Ломоносова", 2013. — 252с. Таненбаум, Э. Компьютерные сети. 5-е изд.

/ Э. Таненбаум, Д. Уэзеролл. — СПб.: Питер, 2012. -.

960с.Фомин, Д. В. Компьютерные сети: учебно-методическое пособие по выполнению расчетно-графической работы / Фомин Д. В. — М.: Директ-Медиа, 2015. — 66с. JSCRPE «Polygon» 2015, «RostelecomadoptsPolygonproducts» [Электронный ресурс]. — viewed 7 April 2015. -Режим доступа:

http://plgn.ru/about/news/2567.OpenFlowTutorial [Электронный ресурс] //OpenFlow.

2013. — Режим доступа: //.

http://archive.openflow.org/wk/index.php/ OpenFlow_TutorialSDxCentral [Электронный ресурс]. — Режим доступа:

https://www.sdxcentral.com/reports/sdn-market-size-infographic-2013/Ермолаева А.Б. Программно-конфигурируемые сети и их развитие [Электронный ресурс]/ А. Б. Ермолаева, Н.В. Ромашова// Сайт ИТМиВТ. — Режим доступа:

http://www.ipmce.ru/about/press/popular/pks/Каленик.

С. Сколько стоит SDN? [Электронный ресурс]/ С. Каленик. — Режим доступа:

https://habrahabr.ru/post/148 745/Коржов В. Разумные сети [Электронный ресурс]/ В. Коржов// Электронный журнал «Открытые системы». — Режим доступа:

http://www.osp.ru/os/1997/05/179 247/Первый отечественный SDN-контроллер обработает 30 миллионов потоков в секунду [Электронный ресурс]/ Роснаука. — Режим доступа:

http://rosnauka.ru/news/985Робачевский А. Программируемый Интернет [Электронный ресурс]/ А. Робачевский. — Режим доступа:

http://www.ripn.net/articles/SDN/Центр прикладных исследований компьютерных сетей (ЦПИКС) [Электронный ресурс]. — Режим доступа:

http://arccn.ru/Черняк Л. SDN — От замысла до рынка [Электронный ресурс]/ Л. Черняк// Электронный журнал «Открытые системы». — Режим доступа:

http://www.osp.ru/os/2012/09/13 032 494/.