Облачные вычисленияsveta/13-Облачные_вычисления_и... · Облачные вычисления 15.05.2016 Введение в компьютерные

Облачные вычисления

15.05.2016 Введение в компьютерные сети проф.Смелянский Р.Л. 1

Выступающий

Заметки для презентации

Данные по виртуализации физических ресурсов Экономические факторы локальности физических ресурсов: pro vs contra Фрагментированность физических ресурсов Понятие машстабируемости

Что такое облачные вычисления?

Облачная платформа – вычислительная инфраструктура, обеспечивающая виртуализацию и масштабирование сервисов.




Облачная платформа – вычислительная инфраструктура, обеспечивающая виртуализацию и масштабирование сервисов. Что такое масштабирование? Что такое сервис? Что такое виртуализация?

Вертикальное

Масштабирование

Масштабирование • вертикальное• горизонтальное

Горизонтальное




Вертикальное и горизонтальное масштабирование Вертикальное масштабирование — увеличение производительности каждого компонента системы с целью повышения общей производительности. Масштабируемость в этом контексте означает возможность заменять в существующей вычислительной системе компоненты более мощными и быстрыми по мере роста требований и развития технологий. Это самый простой способ масштабирования, так как не требует никаких изменений в прикладных программах, работающих на таких системах. Горизонтальное масштабирование — разбиение системы на более мелкие структурные компоненты и разнесение их по отдельным физическим машинам (или их группам), и (или) увеличение количества серверов, параллельно выполняющих одну и ту же функцию. Масштабируемость в этом контексте означает возможность добавлять к системе новые узлы, серверы, процессоры для увеличения общей производительности. Этот способ масштабирования может требовать внесения изменений в программы, чтобы программы могли в полной мере пользоваться возросшим количеством ресурсов. Примеры из первой лекции – число одновременных запросов к Facebook.

Вычислительная система

CPU, Memory,Devices

CPU, Memory,Devices

Процессор, память, устройства

Взаимодействие приложения с внешними устройствами, памятью, процессором




Для того чтобы приложения могли автоматически увеличивать свою производительность при горизонтальном масштабировании необходима виртуализация. Рост производительности за счет увеличения числа экземпляров приложения.

Виртуализация

CPU, Memory,Devices

CPU, Memory,Devices

Виртуализация – это подмена подсистемы с определенными сервисами, на объект, имеющий такой же интерфейс и реализующий тот же самый набор сервисов.




Примером использования виртуализации является возможность запуска нескольких операционных систем на одном компьютере, притом каждый из экземпляров таких гостевых операционных систем работает со своим набором логических ресурсов (процессорных, оперативной памяти, устройств хранения), предоставлением которых из общего пула, доступного на уровне оборудования, управляет хостовая операционная система или гипервизор. Также могут быть подвергнуты виртуализации сети передачи данных, сети хранения данных, платформенное и прикладное программное обеспечение.

Виртуальная память

интерфейс

интерфейс




Пояснение понятия виртуализации на хорошо известном примере – виртуализации оперативной памяти.

Виртуализация вычислителя

CPU: RS, CC, RTI, CACHE

Devices

Memory pages




Как устроена виртуальная машина? Несмотря на кажущуюся сложность виртуальная машина (ВМ) представляет собой всего лишь папку с файлами, в зависимости от конкретной реализации их набор и количество может меняться, но в основе любой ВМ лежит один и тот-же минимальный набор файлов, наличие остальных не является критически важным. Наибольшую важность представляет файл виртуального жесткого диска, его потеря равносильна отказу жесткого диска обычного ПК. Вторым по важности является файл с конфигурацией ВМ, который содержит описание аппаратной части виртуальной машины и выделенных ей разделяемых ресурсов хоста. К таким ресурсам относится, например, виртуальная память, которая является выделенной областью общей памяти хоста. В принципе потеря файла конфигурации не является критическим, имея в наличии один только файл виртуального HDD можно запустить виртуальную машину создав ее конфигурацию заново. Точно также, как имея только один жесткий диск, можно подключить его к другому ПК аналогичной конфигурации и получить полностью работоспособную машину. Кроме того в папке в виртуальной машиной могут содержаться и другие файлы, но они не являются критически важными, хотя их потеря может быть также нежелательна (например снимки состояния, позволяющие откатить состояние виртуального ПК назад).

Динамическая виртуализация




Компилируем приложение под различные операционные среды (библиотеки системных вызовов).





Команды x86, нарушающие достаточное условие эффективной виртуализации, в основном являются командами ядра, и не используются в приложениях. Чтобы сделать ОС гостевой надо убрать из ее ядра «плохие» обращения к ресурсам, т.е. минуя ОС-хозяйку – гипервизор. Идея паравиртуализации – модифицировать ядро так, чтобы там не было «плохих для виртуализации» команд. Вместо них в ядро вставляются «гипервызовы» – обращения в дополнительный программный модуль, обеспечивающий разделение ресурсов.





Поверх реального аппаратного обеспечения запущено специальное ПО - гипервизор (или монитор виртуальных машин), который обеспечивает эмуляцию виртуального железа и взаимодействие виртуальных машин с реальным железом. Он также отвечает за коммуникации виртуальных ПК с реальным окружением посредством сети, общих папок, общего буфера обмена и т.п. Гипервизор может работать как непосредственно поверх железа, так и на уровне операционной системы, существуют также гибридные реализации, которые работают поверх специально сконфигурированной ОС в минимальной конфигурации. С помощью гипервизора создаются виртуальные машины, для которых эмулируется минимально необходимый набор виртуального железа и предоставляется доступ к разделяемым ресурсам основного ПК, называемого "хостом". Каждая виртуальная машина, как и обычный ПК, содержит свой экземпляр ОС и прикладного ПО и последующее взаимодействие с ними ничем не отличается от работы с обычным ПК или сервером. Основное свойство виртуальной платформы – на одной физической системе может работать много виртуальных платформ

Виртуализация сети



Центр обработки данных (data center) –инженерно-сложный объект, спроектированный, построенный и оснащённый специально для обеспечения заданного уровня доступности работающих в ЦОД Приложений

ЧТО ТАКОЕ ЦОД?

13[data centers design & consulting], Москва, 2013 г.

Что такое ЦОД?




Клиент-серверные архитектуры – высокие накладные расходы на эксплуатацию. Каждый должен создавать клиент-серверную инфраструктуру. ЦОД – динамически разделяемый ресурс, генерирующий сервисы.


Структура ЦОД




Подробно рассматриваем рисунок и комментируем каждый отсек.

Источник: Cisco Visual Networking Index - 2008-2013

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ - МЕНЬШЕОБЪЁМ ДАННЫХ - БОЛЬШЕ

СКОРОСТЬ ОБРАБОТКИ - ВЫШЕСКОРОСТЬ ПЕРЕДАЧИ - ВЫШЕ

Petabytes per month

10.16014.743 21.367

30.811

42.165

55.56030.811.000.000.000.000.000 bytes

16[data centers design & consulting], Москва, 2013 г.15.05.2016 Введение в компьютерные сети проф.Смелянский Р.Л. 16

ТИПЫ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ УСЛУГ ЦОД И ИХ ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ

БИЗНЕС-ПРОЦЕССОВ

организации, для которых недопустим любой перерыв в предоставлении ИТ-сервисов

организации, успешность работыкоторых во многом зависит от непрерывности критически важныхбизнес-процессовкомпании, допускающие временныеперерывы в работе ипредоставлении ИТ-сервисовнебольшие «ремесленные» компании, работающие в off-line режиме

ЦЕЛЕВАЯ АУДИТОРИЯ ЦОД ПО TIER

УРОВЕНЬ* НАДЁЖНОСТИ ЦОД

TIER IV

TIER III

TIER II

TIER I

* TIER (англ.) = уровень, этаж

17[data centers design & consulting], Москва, 2013 г.15.05.2016 Введение в компьютерные сети проф.Смелянский Р.Л. 17



■ Tier I �По одному каналу питания и охлаждения, отсутствие резервных компонентов, эксплуатационная готовность — 99,671%. �■ Tier II �По одному каналу питания и охлаждения, имеются резервные компоненты, эксплуатационная готовность — 99,741%. �■ Tier III �Несколько подводов систем питания и вентиляции, однако активным является лишь один из них, резервные компоненты, наличие возможности одновременной эксплуатации и технического обслуживания, эксплуатационная готовность на уровне 99,982%. �■ Tier IV �Несколько активных каналов питания и охлаждения, резервные компоненты, отказоустойчивость, эксплуатационная готовность — 99,995%. �Показатели эксплуатационной готовности были выведены в ходе эталонного тестирования отрасли, проводившегося Uptime Institute и площадками, входящими в 10% лучших (это означает, что лишь 10% площадок имели показатели такого уровня). Наиболее серьезным отличием лучших площадок от всех остальных является качество управления человеческим фактором.�

Модульные ЦОД


SEA WATER AIR CONDITIONING

Для проекта в 10,000 кв.м. полезной площади при нагрузке в 1615 Вт/кв.м.




SWAC - SEA WATER AIR CONDITIONING - Расходы на электроснабжение систем охлаждения составляют порядка 30-40% от общего счета за электроэнергию в ЦОД - SWAC позволяет снизить стоимость охлаждения как минимум на 70-90%

Положение РФ на рынке услуг ЦОДОбъём рынка услуг дата-центров- от$100 до $150 млн. из них большеполовины приходится на внутренние(корпоративные) дата-центрыкрупных компаний

78% услуг аутсорсинговых ЦОД потребляется в Москве, около 12% -в Санкт-Петербурге

Развитие рынка ЦОД в регионахосложняется состоянием каналовсвязи и низким уровнеминформированностью об этом видеуслуг — по данным компании CN Research 46% опрошенных неинтересовались вопросамиаутсорсинга ресурсов ЦОД

СТРАНЫ ВЛАДЕЛЬЦЫ ДАТА-ЦЕНТРОВ


Типовая сетевая структура сети в ЦОД



ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННЫХ СЕТЕЙ


Устаревшая архитектураПервые сети разрабатывались в 1960-1970х

Закон Мура: мощность микрочипов удваивается каждый 18 месяцев

Закон Гилдера: общая пропускная способность каналов передачи данных

удваивается каждые 12 месяцев

Изменился уровень развития науки и техники15.05.2016 Введение в компьютерные сети

проф.Смелянский Р.Л. 24

Устаревшая архитектура• Изменилась социальная роль и значимость

компьютерных сетей в обществе[VoIP, потоковое видео, социальные сети]

• Меняется парадигма организации вычислений[на смену клиент-серверной архитектуре пришли

облачные вычисления и центры обработки данных]• Изменилась структура сети

[число wireless пользователей превышает число wired пользователей]

Изменились требования к сети15.05.2016 Введение в компьютерные сети


Распределение траффика по типам

• Изначальная архитектура сети не предполагала тех сценариев использования, которые актуальны на данный момент


World Wide Web


Меняется парадигма организации вычислений

• На смену клиент-сервисной архитектуре пришли Cloud Computing и концепция Software as a Service

• Fog Computing




http://habrahabr.ru/blogs/cloud_computing/135568/

Мобильная революцияНа каждого человека приходится по несколько мобильных устройств

Появились сервисы, ориентированные на мобильные устройства


Постоянно появляются новые wireless технологии

Быстрее, дальше, дешевле!

[3G – сегодняшний день]




http://habrahabr.ru/blogs/wireless/136728/

Мощность wireless-устройств растёт

Выпущена версия Ubuntu для замены рабочей станции

Появляются 2х и 4х ядерные мобильные платформы


При увеличении числа пользователей пропускная способность разделяется

Решение – увеличение количества передающих

станций

Слишком дорого!

[Почему нельзя мультиплексировать передачу данных через разные каналы?!]


Сложность администрирования

• Необходимость индивидуальной настройки каждого сетевого устройства

• Администратору приходится работать на уровне интерфейсов коммутационного оборудования

• Сложность программного и аппаратного обеспечения требует высокой квалификации администратора

Возрастают требования к персоналу15.05.2016 Введение в компьютерные сети


Невозможность гибко управлять маршрутизацией внутри сети

• Администратор вынужден работать в терминах сетевых адресов и пакетов

• Протоколы динамической маршрутизации сложны и не всегдаоптимальны

• Использованиебольшого числа протоколов порождаетмножество неявныхзависимостей


Существующая модель стека протоколов несовершенна


Протоколы множатся


нужны высококвалифицированные специалисты


Сети закрыты для инноваций

• Расширение области применения сети[оплата проезда с мобильного телефона]

• Повышение безопасности работы в сети[борьба с DDOS, поиск и устранение уязвимостей]

• Повышение эффективности работы сети[green switching]

• Расширение функциональности сети[Обеспечение необходимого качества сервиса]

Сложность проведения экспериментов

Существует множество идей по улучшению существующих сетей


Миллионы строк закрытого проприетарного кода

6000+ RFC документов

Миллиарды транзисторов

Сети закрыты для инноваций

Сложность внедрения новых идей

СпециализированноеПрограммноеОбеспечение

Специализированноеустройство передачи

данных




Internet continues to support innovations at the application level leading to companies such as Yahoo!, Google, FaceBook, Twitter, and others. However, Internet itself has been closed for innovations as it is built using boxes that are vertically integrated complex and proprietary. For example, a company such as Cisco makes chips, hardware, router operating system, and all network control applications such as routing, traffic engineering, network access control and others. And the hardware, router OS, and control applications have all been getting more and more complex, vertically integrated and proprietary. This is like the computer mainframe industry of 1970s and early 80s when IBM used to make chips, hardware, computer OS, and all the applications and give it to banks and financial institutions. There were just a handful of computer companies and rate of innovation very slow. And then with Intel, Dell, Microsoft, etc. came the horizontalization of computers and computer industry. That accelerated innovations in all aspects of computers: Networking industry operates like mainframe computer industry of 70s and 80s. A few equipment players have too much control and network operators, third parties, and researchers are left out. This has stifled innovation and competition. The net result is that Capex and Opex are too high for the network owners and problems have persisted for too long and adding new capabilities to the network has been too difficult.

ПРОГРАММНО-КОНФИГУРИРУЕМЫЕ СЕТИ

[SOFTWARE-DEFINED NETWORKING]


Коммутация пакетовH1

H2

S1

Dest-MAC Port

R2

R1

LANP1




В современных сетях информация между конечными узлами передаётся небольшими порциями, пакетами. Сеть может иметь довольно сложную топологию, и при получении пакета коммутационное оборудование должно принять решение о его маршрутизации, выбрать интерфейс, через который этот пакет необходимо отправить.�Это справедливо как для коммутаторов внутри локальных сетей, так и внутри маршрутизаторов, связывающих несколько локальных сетей в единое целое. Коммутаторы содержат внутри себя таблицы соответствия между адресами узлов локальной сети и портами через которые эти узлы доступны. Решение о маршрутизации пакета принимается с помощью простого поиска по целевому адресу. Таблица внутри маршрутизатора имеет более сложную структуру. В ней хранятся IP адреса известных сетей, порт через который доступна сеть, IP адрес соседнего маршрутизатора по направлению к этой сети, множество разнообразных метрик таких как ширина канала, число промежуточных маршрутизаторов, средняя задержка при передаче пакета. Решение о маршрутизации принимается на основании выбора подходящей записи с лучшими показателями метрики. Аппаратная реализация протоколов.

Коммутация пакетовH1

H2

S1

Network Port Next Hop

Metrics

R2

R1

LAN

P1

Dest-MAC Port


Управление / Control

Программно-Конфигурируемые сети[разделение передачи и управления]

Передача / Forwarding

• Существует фиксированный набор простых инструкций обработки пакетов

• Концепция совместима с различными протоколами

• Работает с разноуровневым оборудованием15.05.2016 Введение в компьютерные сети


Сегмент ПКСH1

H2

S1

R2

R1

TCP или SSL

P1

Контроллер

OpenFlow



H2

S1

R2

R1

КонтроллерTCP или SSL

OpenFlow



H2

S1

R2

R1


Pattern Action Pattern Action

Pattern ActionTCP или SSL

OpenFlow


• Меткой маршрутизации служит множество заголовков пакета различных уровней стека

[бинарные данные или множество полей]• Каждой метке соответствует набор действий

[запрос, передача, сброс, изменение]• Быстрый поиск соответствия с помощью

быстрой ассоциативной памяти TCAM[объём: Мб, скорость: нс]

• Агрегация хранимых сигнатур потоков[поиск сигнатуры по шаблону]

Программно-Конфигурируемые сети[коммутация потоков]


Примеры

Маршрутизация

*

SwitchPort

MACsrc

MACdst

Ethtype

VLANID

IPSrc

IPDst

IPProt

TCPsport

TCPdport Action

* * * * * 5.6.7.8 * * * port6

Firewall

*

SwitchPort

MACsrc

MACdst

Ethtype

VLANID

IPSrc

IPDst

IPProt

TCPsport

TCPdport Action

* * * * * * * * 22 drop


Передача / Forwarding

Операционная система

Приложение Приложение Приложение

Программно-Конфигурируемые сети[разделение передачи и управления]

• Существует фиксированный набор простых инструкций обработки пакетов

• Концепция совместима с различными протоколами

• Работает с разноуровневым оборудованием15.05.2016 Введение в компьютерные сети




The first idea is that we have separated control that is all the intelligence from proprietary boxes and put it in software that can run on any computer outside. And we have an open vendor agnostic interface called OpenFlow between Network OS and the hardware packet forwarding boxes. The net result is that The individual boxes become much simpler and their job is to just forward packets. Vendor agnostic OpenFlow protocol means more competition and more vendors to offer these hardware boxes and a network owners would have more choice. What does the Network OS do? It does two things: o It constructs a logical map of the network and offers it to network control applications using o a well defined open API This makes it very easy for software engineers to write network control and management applications. Any engineer or organization can now think of better solutions to network control and management problems and simply write a software application that manipulates this logical map of the network as per his ideas and does not need to worry about all the details of underlying network. NEED a METAPHOR to explain this to non technical people.

Программно-Конфигурируемые сети

Передача

ОС

App App App

Передача

ОС

App App App

Передача

ОС

App App App

Сетевая ОС

App App App

[централизация управления]


Программно-Конфигурируемые сети

Коммутатор Коммутатор

Коммутатор


App App App

[централизация управления]

ПротоколOpenFlow

Сервисы ОС

Удобный интерфейс для приложений


Протокол OpenFlow


Протокол Open Flow

∗ Разделение управления и передачи данных

∗ Управление данными с помощью контроллера


OpenFlow протоколПоддерживает три типа сообщений:• Сообщения контроллер-коммутатор

– Конфигурирование коммутатора– Управление и контроль состояния– Управление таблицами (flow tables)

• Симметричные сообщения– Отправка в обоих направлениях– Обнаружение проблем соединения контроллера с

коммутатором• Асинхронные сообщения

– Отправка от коммутатора к контроллеру– Объявляют об изменении состояния сети, состояния

коммутаторов.


OpenFlow коммутатор (v1.0)• Таблица потоков – определяет, как коммутатор будет

обрабатывать каждый поток• Защищенный канал – соединяет коммутатор с удаленным

контроллером• OpenFlow protocol – стандарт для взаимодействия

коммутатора с контроллером


Безопасность канала Open Flow

• Отправка сообщение в соответствии с OpenFlow протоколом

• Позволяет контроллеру конфигурировать, управлять и контролировать состояние коммутатора

• TLS сессия устанавливается по инициативе коммутатора, аутентификация осуществляется посредством сертификатов


OpenFlow коммутатор (OpenFlow Switch spec. v1.1)

∗ Продвижение пакета только вперёд∗ Переход: модификация пакета, обновление набора действий, обновление

метаданных15.05.2016 Введение в компьютерные сети


Запись в OpenFlow таблице

∗ Просматриваемые поля: входной порт, заголовок пакета, метаданные

∗ Инструкции:∗ Изменение пакета∗ Продвижением пакета по конвейеру∗ Добавление новых действий в Набор действий (Action Set)

∗ Счётчики: количество байтов и пакетов, время соединения15.05.2016 Введение в компьютерные сети


Троичная ассоциативная память (TCAM)

Множество нумерованных слотов Три возможных значения каждого бита: “0”, “1” и “?” Ширина TCAM (длина слота) – настраиваемый параметр На вход подается битовая строка TCAM выдает номер первого слота с успешным сопоставлением Фиксированное время каждого такта работы TCAM


Сетевая операционная система


Особенности сетевой ОС• API сетевой ОС предоставляет

возможность создавать приложения на основе централизованной модели программирования

• API сетевой ОС позволяет создавать приложения в терминах высокоуровневых абстракций, а не низкоуровневых параметров конфигурации.




приложения пишутся так, как будто вся сеть представлена на одной машине Таким образом, сетевая операционная система позволяет создавать приложения как централизованные программы с высокоуровневыми именами в отличие от разработки распределенных алгоритмов, использующих низкоуровневые адреса, которые используются в настоящее время. Однако, переход от распределенных алгоритмов к централизованному программированию может вызвать значительные технические трудности при значительных масштабах сети.

Requirements to SDN controller

• Programmability– Functionality: applications and services– Programming interface

• Performance– Bandwidth– Latency

• Reliability and safety– 24/7

• DC requires processing >10M events per second

• Reactive controllers are more “sensitive”


Существующие сетевые ОС

• NOX (Nicira Networks)• Beacon (Stanford)• Trema (NEC)• Maestro (Rice University)• SNAC (группа разработчиков) – на основе Beacon• Helios (NEC) – закрытый проект• BigSwitch (BigSwitch) – закрытый проект, на

основе Beacon.• FloodLight (открытая группа разработчиков) – на

основе Beaсon.• RUNOS – самостоятельная разработка ЦПИКС


Results of comparing (2013)

• Maximum performance is 7 000 000 events per second.• Minimum latency is from 50 to 75us. • Shortcomings:

– Reliability of controllers caused questions– Performance was insufficient

[1] A. Shalimov, D. Zuikov, D. Zimarina, V. Pashkov, R. Smeliansky, "Advanced Study of SDN/OpenFlow controllers", Proceedings of the CEE-SECR '13: Central & Eastern European Software Engineering Conference in Russia, ACM SIGSOFT, October 23-25, 2013


RUNOS

• It is a series of SDN/OpenFlow controllers– In-kernel – super fast, hard to develop apps– Fusion – userspace memory control interface to the

kernel controller– Easy – fully userspace controller with high

functionality, easy to develop your apps, relatively high performance comparing to cotemporary userspace controllers

– Distributed – HA version of the userspace controller• The project is in the open source

arccn.github.io/runos(currently only third version)

RUNOS = RUssian Network Operating System


In-kernel controller

We implemented in-kernel OpenFlow controller [2]:• It is super fast

– No context switching on network communication– Less time consuming memory translation procedure

• It is very hard to develop your own programs– low-level programming language– limited number of libraries and tools– high risk to corrupt the whole system

[2] P. Ivashchenko, A. Shalimov, R. Smeliansky "High performance in-kernel SDN/OpenFlow controller", Proceedings of the 2014 Open Networking Summit Research Track, USENIX, March 3-5, 2014 Santa Clara, USA


Performance (in_kernel)

• Performance is 30M fps• Latency is 45us


Fusion: Program interface to In-kernel version

69

User spaceKernel space

Applications

Services

OpenFlow

Applications

Services

OpenFlow

Applications

Services

OpenFlow

NOX, Pox, Floodlight, OpenDaylight, MUL, etc

ARCCN

+: wide range of applications-: low performance

+: fast performance-: no applications

What is in the middle?

Offload architecture:• Apps are in userspace• Frequently used services

is in kernel (e.g., topo)• Communication interface

+: wide range of applications+: fast performance

[3] Shalimov A., Ivashchenko P. In‐kernel offloading of an SDN/OpenFlow Controller Proceedings of the Modern Networking Technologies (MoNeTec), IEEE, Moscow, Russia,2014

15.05.2016 Введение в компьютерные сети проф.Смелянский Р.Л.

Features• Graphical user interface: corporate network management

system

• Large set of applications:– L2/L3 forwarding, QoS, multipath forwarding, network virtualization,

anti-DDOS, monitoring, load balancer, ACL, firewall, authentication, SPAN, NAT, ARP, DNS, DHCP, BGP, verification and troubleshooting, WiFi, OpenStack

[4] A. Shalimov, D. Morkovnik, S. Nizovtsev, R. Smeliansky EasyWay: Simplifying and automating enterprise network management with SDN/OpenFlow// 10th Central and Eastern European Software Engineering Conference in Russia, CEE-SECR 2014б, ACM SIGSOFT, Moscow, Russia.


Distrib: Distributed OpenFlow controller

Main features:• Reliability and fault tolerance (redundancy within a cluster and between clusters)• Load balancing (adding new nodes to the controller, depending on the load)• Coordinated management and vision of the entire network• Working with distributed network applications• Safety and counteraction to external loads


Управление сетью


Conclusion

• Series of OpenFlow controllers:– From fast to programmable and distributed

• The project RUNOS is in the open source– OpenFlow controller arccn.github.io/runos.

• RUNOS is already used in universities and in the industry (service providers, a telecom operators, DC).

• We invite everyone to join development!


ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРОГРАММНО-

КОНФИГУРИРУЕМЫХ СЕТЕЙ


Потенциальные преимущества OpenFlow и программируемой сетевой инфраструктуры для сетей ЦОД:

• Создание программируемой распределенной среды передачи данных с минимальными задержками и высокой пропускной способностью;

• Множественные параллельные пути передачи данных с быстрым восстановлением после ошибок;

• Простое конфигурирование, настройка и предоставление услуг программными средствами вместо конфигурирования отдельных сетевых устройств;

• Виртуализация сетей ЦОД и предоставления услуг.

Применение ПКС подхода для управления сетевой инфраструктурой ЦОД


Энергосбережение при использовании ПКС подхода: идея

• Выключение избыточных коммутирующих элементов и каналов передачи данных в сочетании с перенаправлением потоков


СмСервисные модели для телеком-оператораСмелянский Р.Л.


Традиционная сеть оператора

Проблемы традиционной сети оператора:

• Рост трафика (из-за роста спроса на «тяжелый» контент);

• Рост требований к качеству;• Сокращение прибыльности, рост

CAPEX и OPEX за счет постоянного обновления оборудования;

• Модель бизнеса – «труба»;• Длительность вывода сервиса

на рынок (ROI);• Высокие требования к

количеству и квалификации персонала для поддержки и обслуживания;

• Зависимость от конкретных производителей.

Edge

Core

DSLAM

OLT

DSLAM

AccessBRAS Firewall

Carrier Grade NAT

DPI

CDNMonitor

WAN Accelerator

CPE




Так выглядит традиционная сеть (Краткое пояснение картинки) Вот присущие такой организации сети недостатки и связанные с ними проблемы

Домен

SDN/OpenFlow controller

GW DDoS

DR1

AR1

SDN/OpenFlow controller

CGNAT

BRAS

Telco Cloud/Telco Legacy

DR2

AR7 AR3

AR2 AR4

AR8

AR5 AR6


1. Транзит L2 трафика B2C и B2B/G абонентов к сервисным устройствам.

2. Транзит L2 трафика между точками присутствия абонентов B2B, B2G (точка-точка, точка-многоточка, многоточка-

многоточка)

3. Резервирование путей движения клиентского трафика по необходимости с минимальным временем восстановления сервиса.

4. Обеспечение многопараметрической маршрутизации трафика, в том числе и на основании выбора кратчайшего пути.

5. Транзит multicast и VoIP трафика абонентам

6. Транспорт трафика мобильной сети и синхронизации – mobile backhaul.

7. Обеспечение параметров QoS для трафика клиентов (PQ,WRR, Policiers, очереди), отдельно управляющего трафика.

8. Обеспечение управления «out of band» для DR и «in band» для AR

9. «Шторм-контроль» для широковещательного трафика

10. Построение сервисных моделей через произвольную топологию AR-DR

11. Поддержка LAG, в том числе с протоколом LACP

12. Отказоустойчивость контроллеров SDN по схеме Active/Standby

13. Статистика и CLI на коммутаторах ПКС, отображение статистики в GUI в режиме реального времени.

14. Интеграция с OSS/BSS системами.

Сервисы и сервисные модели домена

Руслан Смелянский




Сервисы/ сервисные модели, обеспечиваемые филиалом

Сервис в домене для B2C

BRAS 1 BRAS 2

DR2

AR1 AR2

DR1

MAC Learning

BRAS

PW туннель

QinQ

PPPOE сессия

Резервный сервис

Обеспечение надежного доступа вInternet и к сервисам, предлагаемымРТК для абонентов.

CGNAT





Сервисы филиала для ….

Сервис в домене для B2B

Обеспечение надежного доступа в Internet и к сервисам, предлагаемым РТК для абонентов. А так же связь между точками присутствия абонента. (МР/Р2Р)

Реализовано с помощью Технологии «Синтетический МАС»



Рабочее место оператораУправление в режиме реального времени



Функции Telco-Cloud в домене

1. Создание «цепочек сервисов» в том числе динамически, по событию.

2. Автоматическая оркестрация сервисов и размещение виртуальных машин по физическим серверам, в том числе в распределенном ЦОД.

3. Взаимодействие ПКС контроллеров ЦОД и ПКС контроллеров, управляющих транспортной сетью для обеспечения сквозного QoS

CGNAT

BRAS GW DDoS

Telco Cloud



Перспективы использования

• Упрощение сетевого оборудования• Удаление функций управления из

коммутационного оборудования• Обновление программного обеспечения

[удешевление оборудования]


• Автоматическая настройка оборудования• Гранулярный контроль траффика


• Упрощение приложений с помощью стандартного интерфейса контроллера

• Расширяемая функциональность сети• Динамическое взаимодействие

пользовательских приложений и сети передачи данных

• Изоляция виртуальных объектов

[концепция приложений]



• Упрощение разработки новых протоколов из-за централизации сети

• Простота установки и конфигурирования необходимых программ

• Проведение экспериментов на реальной инфраструктуре сети

• Простота сбора статистики

[исследование сети]


Documents

Облачные вычисленияsveta/13-Облачные_вычисления_и... · Облачные вычисления 15.05.2016 Введение в компьютерные