Цифровой журнал «Компьютерра» 2012 № 45 (145) - [2]

- Один из предлагаемых вариантов решения этих проблем — программно-конфигурируемые сети. В чем суть этой технологии?

- Проблем, конечно, не три, их много больше. В основной массе использующихся сейчас протоколов смешаны два разных вида данных: управляющие (с помощью которых происходит управление обменом информации) и, собственно, передающие данные. Программно-конфигурируемые сети их разделяют, то есть управление здесь происходит по совершенно другим каналам, нежели чем сама передача.

Кроме того, передача данных идет не через отдельно маршрутизируемые пакеты, как это сделано, скажем, в IP, а в виде потока. Если мы вспомним IPv4 и IPv6, то там есть такое поле — идентификатор потока. Здесь оно существенно используется.

- Но данные одного потока все равно оформлены в виде пакетов?

- Совершенно верно, данные идут по виртуальному соединению, которое маршрутизируется в момент своего создания. И дальше все относящиеся к нему пакеты идут по одному маршруту. Как только появляется пакет, маршрутизатор смотрит, знает ли он поток, к которому тот относится. Если устройство в своих таблицах маршрутизации находит соответствующие правила (то есть знает этот поток), то пакет обрабатывается в соответствии с ними. Если такого правила нет, то устройство обращается к так называемому контроллеру, который принимает решение об открытии нового потока и формирует правила. Они загружаются с помощью протокола Openflow в таблицы маршрутизатора и используются при обработке всех пакетов нового потока.

Таким образом, решается очень серьезная проблема — на ранних этапах развития интернета было принято решение, что каждый пакет может маршрутизироваться самостоятельно. Оно было следствием сформулированной в конце шестидесятых годов в DARPA проблемы: военным были нужны высокоживучие системы передачи данных, чтобы уничтожение отдельного узла не приводило к выходу из строя всей сети. Пока каналы были медленными и потоки данных небольшими — это было приемлемо.

Каждый узел сети при этом должен решать две задачи: построение маршрута для пакета и коммутация пакета в соответствии с принятым маршрутом. С точки зрения вычислительной сложности эти задачи принципиально разные. Проблема была осознана только в девяностые годы, и люди стали пытаться их разделить, то есть вытащить все, что связано с расчетом маршрута и его оптимизацией, в отдельные специализированные сервера, оставив основной части узлов сети только задачи маршрутизации.

Именно на этом принципе построены так называемые MPLS-сети или маршрутизация по меткам. В программно-конфигурируемых сетях решение доведено до логического конца — сформулировано понятие сетевой операционной системы, управляющей ресурсами сети (маршрутизаторами, свичами, линками), как традиционная ОС управляет ресурсами компьютера. Поверх нее работают различные приложения: по маршрутизации, по балансировке потоков, по оптимизации пропускной способности каналов и т. д. и т. д. и т. д. Эти приложения работают на так называемых контроллерах, а остальные устройства просто решают задачи маршрутизации и коммутации.

- Насколько я понимаю, здесь активно используются технологии виртуализации? Живучесть контроллера (на котором очень многое завязано) мы не теряем?

- Естественно, этот подход открывает новые возможности по виртуализации.

- Но разве программно-конфигурируемые сети могут решить проблему с пропускной способностью каналов? Ведь, скажем, 2 Мбита есть 2 Мбита и ничего с этим не сделаешь на программном уровне.

- Они решают задачу балансировки нагрузки и более эффективного использования каналов, подобно тому, как виртуальные машины позволяют повысить эффективность использования вычислительных ресурсов дата-центров. Здесь то же самое — более эффективно используются имеющиеся каналы, ресурсы коммутаторов и другого оборудования. Проблема недостаточно быстрого роста пропускной способности каналов решается за счет динамического перераспределения нагрузки.

- Перейдем к экономическим аспектам проблемы. Что в данном случае важнее, технические или экономические причины?

- Промышленность никогда не будет инвестировать в то, что не приносит доход. Основной экономический фактор здесь – на 30% снижается стоимость владения компьютерными сетями за счет сокращения расходов на управление. И за счет динамической балансировки и перераспределения нагрузки вы можете повысить на 20% фактическую пропускную способность своих каналов. А значит — пропустить больше трафика и заработать больше денег.

- А какие-то недостатки и узкие места у программно-конфигурируемых сетей есть?

- Конечно. Это новое явление и у него пока отсутствует то, что называется научным бекграундом — здесь еще нужно много работать математикам по построению соответствующего аппарата. Кроме того, не до конца решены вопросы построения распределенных контроллеров — сетевые операционные системы пока не обладают должной гибкостью.

- Но ведь есть наработки, которые уже пошли в серию? Насколько мне известно, протокол OpenFlow поддерживается рядом крупных производителей сетевого оборудования.