Сетевая технология SDN (обзор, современные тенденции)



Статья посвящена анализу особенностей современной сетевой технологии SDN. В рамках проведенного исследования рассмотрена сущность технологии SDN, выделены ключевые преимущества и недостатки. Отдельное внимание уделено перспективам развития данной технологии.

Ключевые слова: SDN, сеть, маршрутизатор, телекоммуникации, данные

The article is devoted to the analysis of the features of modern SDN network technology. As part of the study, the essence of SDN technology is considered, key advantages and disadvantages are highlighted. Special attention is paid to the prospects for the development of this technology.

Keywords: SDN, network, router, telecommunications, data

Рост спроса на телекоммуникационные услуги обуславливает новые требования к сетевым технологиям, которые должны обеспечить защищенный, надежный, и, что самое важное, качественный доступ пользователей к информационным ресурсам. Одной из основных проблем современных сетей является загруженность каналов связи на 30–40 % от общей пропускной способности, что приводит к неэффективному использованию сетевой структуры в целом [1].

В данном контексте ведущие фирмы и корпорации мира пришли к однозначному выводу — насущной является необходимость создания гибкой и надежной системы управления телекоммуникационными сетями. Стало ясно, что экстенсивный путь развития на базе специализированного оборудования является тупиковым. Необходимы новые подходы к развитию бизнеса операторов и сервис-провайдеров. Кроме того, технический прогресс в сфере средств связи, вычислительной и другой техники обусловливает необходимость совершенствования систем управления указанными сетями.

Итак, одним из направлений «модернизации» классического подхода к организации сетевой архитектуры и управления нею является создание программно-конфигурируемых сетей — Software Defined Networks — SDN, которые способны обеспечить предоставление пользователям нового по концепции, расширенного и удобного набора услуг с дополнительными свойствами. Прогнозируется, что технология SDN в ближайшем будущем позволит внедрить аспекты открытости кода сетевой составляющей облачной инфраструктуры, которая считается наиболее благоприятной основой для разработки и внедрения широкого спектра приложений [2].

Таким образом, с учетом вышеизложенного, исследование особенностей технологии SDN и перспектив ее развития является актуальной научно-практической задачей, обусловливающей выбор темы исследования и подтверждающей ее значимость и своевременность.

Анализ научно-технической литературы свидетельствует, что проблемам совершенствования телекоммуникационных технологий на современном этапе развития посвящен целый ряд работ отечественных и зарубежных ученых, к которым относятся: Стеклов В., Якубайтис Е., Лазарев В., Лапа В., Нестерук В., Поспелов С., Лернер А., Фельдбаум А., Шеннон К., Льюс Р. и др.

В то же время работа с большими объемами данных, современные вызовы рынка, а также усложняющиеся требования пользователей обуславливают необходимость проведения дальнейших углубленных исследований в направлении повышения эффективности использования физических каналов сети.

Принимая во внимание вышеизложенное, цель статьи заключается в изучении сущности технологии SDN, определении ее особенностей, преимуществ и недостатков, а также очерчивании перспективных направлений развития.

SDN — это сеть передачи данных, в которой уровень управления отделен от устройств передачи данных и реализуется программно [3]. В традиционных коммутаторах и маршрутизаторах эти процессы неотделимы друг от друга. В SDN сеть, которая состоит из множества устройств различных производителей, используется как один логический коммутатор. На рис. 1 приведена архитектура SDN.

Программно-конфигурируемые сети эффективны для построения инфраструктурных облачных сервисов, в условиях, когда по запросу потребителей услуг необходимо автоматически и в кратчайшие сроки создавать виртуальные узлы и выделять виртуальные сетевые ресурсы.

Рис. 1 Архитектура SDN [4]

Также программно-конфигурируемые сети целесообразны в условиях крупных центров обработки данных, позволяя сократить расходы на сопровождение сети за счет централизации управления на программном контроллере и повысить процент использования ресурсов сети благодаря динамичному управлению.

Преимущества SDN заключаются в следующем:

‒ упрощение и централизация управления, администрирования и обслуживания, повышение эффективности бизнеса, снижение операционных расходов;

‒ более быстрое развертывание услуг, снижение показателя ТТМ;

‒ создание новых рынков путем перехода к облачным услугам;

‒ операторы могут предоставлять инфраструктуру data-центров как услугу (IaaS) с интеграцией ресурсов каналов связи и облачных IT-ресурсов;

‒ более эффективное использование ресурсов телекоммуникационной сети путем централизации управления ресурсами, виртуализации ресурсов data-центров.

Теоретически SDN предоставляет возможности абсолютной гибкости в управлении трафиком, а также позволяет легко сбалансировать трафик без привлечения отдельного прибора (оборудования) [4]. На практике, в SDN есть три большие проблемы, которые решают все разработчики: транспортировка от контроллера к коммутаторам; пути стыковки с традиционной сетью; безопасность сети.

Вместе с тем, следует отметить, в контексте стремительного набирающей обороты научно-технической революции, современными тенденциями развития SDN являются:

‒ развитие протокола OpenFlow, который пока находится на начальной стадии разработки, и взаимодействует только с базовыми протоколами сетевого и транспортного уровней;

‒ формирование гибридной SDN инфраструктуры, в которой традиционные, SDN-включенные и гибридные сетевые узлы могут работать согласованно;

‒ создание дополнительных модулей к SDN системе. Одним из таких модулей является модуль для вычисления дерева «spanningtree».

За последние несколько лет технология ПКС прошла путь от идеи до реальных технических решений. Выполненный анализ материалов в сети показал: ведущие сетевые разработчики предлагают комбинированные решения SDN, которые уже готовы к внедрению, вместе с этим они включают в себя пути внедрения SDN на традиционных сетевых платформах. То есть преимущества новой технологии можно получить без новаторской замены полностью имеющихся установок.

Рассмотрим успешные случаи внедрения SDN –технологии. Google является крупнейшим разработчиком облачных сетей, неудивительно, что многолетний вклад в инновации и развитие их сетевой структуры уже смог принести компании достойные результаты в области программируемых сетей. На данный момент Google реализовала восемь проектов, в основах которых лежит технология ПКС.

Информация о проектах компании представлена в таблице 1.

Таблица 1

Год разработки	Название проекта	Краткое описание
2006	Google Global Cache	Решение, направленное, на оптимизацию огромных объемов своего трафика.
2008	Watchtower	Кластерная система с увеличенной пропускной способностью.
2010	Onix	Распределенная платформа управления крупномасштабными производственными сетями.
2010	BwE	Контроллер, увеличивающий полосу пропускания (имеет небольшие буферы памяти, отправляющие трафик в сеть).
2010	B4	Решение, реализующее подключение центров обработки данных друг к другу для взаимодействия в режиме реального времени.
2012	Jupiter	Межсетевой центр обработки данных, способный поддерживать более 100 000 серверов.
2014	Andromeda	Стек виртуализации сетевых функций (NFV), который позволяет предоставлять те же возможности, что и собственные приложения, вплоть до виртуальных машин, работающих на облачной платформе Google
2017	Espresso	Продукт, повышающий эффективность инфраструктуры центров обработки данных. Сетевой стек, ускоряющий работу Google для конечных пользователей (трафик передается сторонним поставщикам интернет-услуг).

В настоящее время концепция SDN находит применение только в центрах обработки данных (ЦОД) и при реализации облачных решений. Использование данной методики в сетях операторов связи недопустимо. Основными причинами такой ситуации являются:

‒ Необходимость замены всего используемого оборудования, что приведет к существенным капитальным затратам;

‒ Комплексная переподготовка кадров, отвечающих за создание и поддержку корректной работы сетей;

‒ Вопрос обеспечения информационной безопасности при использовании ПКС в сетях WAN не решен.

Таким образом, подводя итоги проведенному исследованию, можно сделать следующие выводы. Технология SDN может трансформировать современные статические сети в гибкие, программируемые платформы, способные динамично распределять ресурсы, поддерживать огромные центры обработки данных и виртуализацию, необходимую для обслуживания динамической, автоматизированной и безопасной Сloud среды. В процессе анализа автором выделены основные преимущества и недостатки технологии SDN, а также формализованные перспективы ее развития.

Литература:

1. Дворников А. А., Восков Л. С., Саксонов Е. А., Ефремов С. Г. Метод построения оптимального наложенного канала для беспроводной сенсорной сети // Информационные технологии. — 2016. — Т. № 11. — С. 812–818.
2. Балжинням Н., Лю Ю. SDN / программно-конфигурируемые сети / сравнительные исследования сети IP // Научная дискуссия: вопросы технических наук. — 2017. — № 2 (42). — С. 78–85.
3. Смелянский Р. Настоящее и будущее SDN&NFV // Первая миля. — 2016. — № 3(56). — С. 78–85.
4. Li, D. et al. A survey of network update in SDN // Frontiers of computer science. — 2017. — № 1. — Р. 4–12.