2017/02/06 17:21:37

Программно-определяемые сети
Software-Defined Network, SDN

Виртуализация распространяется сегодня не только на серверы, но и на сети, и на системы хранения — этого требует бизнес, не готовый платить за неиспользуемые ИТ-ресурсы, да еще требующие для своего развертывания непозволительно много времени. Вся стратегия компании будет теперь строиться вокруг SDN и SDDC (Программно-определяемые ЦОД Software-Defined Data Center), с помощью которых можно автоматизировать стандартные функции вроде создания виртуальных машин и распределения ресурсов хранения. Средства SDN позволяют эффективнее и проще управлять облачными конфигурациями. Для корпоративного сектора это возможность управления и оптимизации сложной инфраструктурой, а для среднего и малого бизнеса — инструмент эффективной работы с публичными облаками. Происходящий сдвиг парадигмы потребления с аппаратных и программных продуктов на сервисы требует для своей реализации новых решений.

Содержание

Современные тенденции, такие как рост числа подключенных к Интернету устройств, экспоненциальный рост объемов информации, развитие облачных технологий, BYOD, большие данные, на глазах меняют корпоративный телеком. Идет наращивание объемов сетевого трафика, и у бизнеса все чаще возникает необходимость конфигурировать крупномасштабные сети.

Упростить эту задачу могут технологии программно-конфигурируемых сетей SDN (Software-Defined Networking) и функциональной виртуализации сетей NFV (Network Function Virtualization), которые позволяют перевести сетевые элементы под контроль настраиваемого ПО, сделать их более интеллектуальными, облегчить управление ими.

Традиционное управление сетями обычно требует настройки каждого подключаемого к сети устройства отдельно. Например, конфигурирование списка контроля доступа виртуальной части локальной сети (VLAN access control list) на нескольких коммутаторах Cisco неизбежно влечёт за собой вход на каждый и выполнение необходимых настроек. Подобный подход успешно работал в прошлом, но может стать требующим значительных временных затрат, когда организации добавят в сети устройства, принесенные сотрудниками, и многочисленные облачные сервисы.

SDN может помочь, потому что цель управления сетью - позволять различным устройствам (неважно — принадлежащим ли компании, сотрудникам, а также различных производителей) подключаться к сетям и использовать их ресурсы с ограничениями, основанными на принципах «кто-что-где-как-почему» при каждом подключении. Это требует постоянных применений политик среди всех устройств. В дальнейшем, администратор, меняющий политики, не будет вынужден проводить часы, делая изменения в каждом устройство отдельно, и эти изменения должны согласовываться по всему предприятию. Вот в чём роль SDN. Они предоставляют согласованное, относительно быстрое управление сетями, разрешая изменения во всей сети с единственной консоли управления.

Также важно то, что механизм виртуализации сетей построен на базе свободного программного обеспечения, что позволяет сетевым администраторам быстрее и эффективнее управлять большими потоками данных с одной консоли.

Виртуализация разрушает бизнес производителей серверов: сегодня нет смысла покупать новый сервер для нового приложения, а потому стоимость железа уже нельзя повышать. Производителям надо искать новые источники доходов, например лучше адаптировать свои продукты к виртуализации, и сегодня продукты многих компаний изначально оптимизированы для работы гипервизоров. С появлением SDN аналогичная ситуация будет наблюдаться и на рынке сетевого оборудования — сетевая виртуализация призвана снять фундаментальное для развития облаков ограничение на их масштабирование. Вручную еще можно управлять сетями внутри нескольких кластеров, находящихся в рамках одного ЦОД, однако когда таких кластеров много и они территориально разнесены, то задача усложняется многократно. Когда речь идет об организации взаимодействия между различными ЦОД, то это как раз поле для компании Cisco.

SDN ставит перед производителям сетевого оборудования новые задачи по поддержке новых сценариев работы с облаками, например обеспечение возможности передачи множества пакетов на большие расстояния. Вместе с тем VMware планирует выпускать независимые от производителей аппаратного обеспечения системы виртуализации сетевого оборудования.

Фирменные панели управления маршрутизаторов и коммутаторов — черные ящики для пользователей, а SDN потенциально позволяют их обойти, делая панели открытыми для удаленного доступа со стороны программ третьих фирм через открытые протоколы, такие как OpenFlow. Возможно, пострадает пропускная способность, однако теперь это не так важно — сегодня гораздо важнее возможность неограниченного масштабирования сетей, устранения их изоляции, прозрачные средства управления и надежность. Любая организация, интересующаяся построением облаков, должна присмотреться к технологиям виртуализации сетей и SDN. В ближайшие пять лет все производители сетевого оборудования адаптируют к SDN свои решения, а лет через семь-десять программно-определяемые сети станут обычной практикой.

Предпосылки для появления SDN и NFV

Ряд экспертов характеризуют текущую ситуацию в сетевой отрасли как «критическую и революционную». Доминирующие на рынке закрытые (проприетарные) решения представляют для приложений «черные ящики», а совместимость решений разных вендоров обеспечивается в лучшем случае на уровне интерфейсов. Сети являются чересчур сложными, что затрудняет их масштабирование и управление ими, снижает их надежность. Очевидно, что это тормозит дальнейшее развитие сетей и функционирующих в них приложений [1].

Основными предпосылками к появлению концепций «программно определяемых» (или «программно конфигурируемые») сетей (Software-Defined Networking, SDN) и виртуализации сетевых функций (Network Function Virtualization, NFV) являются, прежде всего, быстрый рост трафика данных и количества подключенных к сети устройств.

При этом сам трафик становится разнородным – если в конце 1990-х гг. его основу составляла пересылка данных и файлов, не требующих особых требований к каналу, за исключением скорости передачи данных, то уже к середине 2000-х на первое место вышли вопросы обеспечения качества сервиса (QoS), минимальной задержки в канале (latency) и пр. Это, в первую очередь, связано с изменением структуры пользовательского трафика, в котором стали преобладать коммуникации в реальном времени (Real Time Communications, RTC) – VoIP, видеосервисы и пр. У операторов возникла реальная потребность в динамической приоритезации трафика. Например, в некоторых случаях приоритет должен быть сделан для ftp-протокола, в других – для SIP и наоборот.

В области мобильной связи установка дополнительных макросот (базовых станций) после достижения определенного порога плотности их размещения уже не дает существенного прироста пропускной способности и емкости сетей радиодоступа (RAN), поэтому следующим этапом становится использование малых сот (фемто- и пикосот). В результате конфигурирование крупномасштабных сетей превращается в сложную задачу и требует серьезных изменений принципов построения, эксплуатации и управления сетей и управлению ими.  

Концепции SDN и NFV

SDN и виртуализация сетевых функций (NFV) по мнению аналитиков подрывают рынок традиционных сетевых продуктов и угрожают доходному бизнесу таких компаний как Cisco, Juniper Networks и Hewlett-Packard на оборудовании. SDN и NFV переносят функции управления и определения задач сети с дорогого оборудования в ПО, которое может работать на более дешевых массово выпускаемых системах. Цель заключается в создании более подвижных, программируемых и автоматизированных сетей.

Ключевые принципы программно-конфигурируемых сетей — разделение процессов передачи и управления данными, централизация управления сетью при помощи унифицированных программных средств, виртуализация физических сетевых ресурсов. Протокол OpenFlow, реализующий независимый от производителя интерфейс между логическим контроллером сети и сетевым транспортом, является одной из реализаций концепции программно-конфигурируемой сети и считается движущей силой её распространения и популяризации.

Основная суть SDN состоит в физическом разделении уровня управления сетью (network control plane) от уровня передачи данных (forwarding functions) за счет переноса функций управления (маршрутизаторами, коммутаторами и т. п.) в приложения, работающие на отдельном сервере (контроллере).

В результате должна получиться гибкая, управляемая, адаптивная и экономичная архитектура, которая способна эффективно адаптироваться под передачу больших потоков разнородного трафика.

Основные идеи SDN включают:

  • разделение прохождения трафика (data plane) и сигнализацию/управление (control plane);
  • существенное упрощение сетевых элементов уровня data plane;
  • единый, унифицированный, независящий от поставщика интерфейс между уровнем управления и уровнем передачи данных;
  • логически централизованное управление сетью, осуществляемое с помощью контроллера с установленной сетевой операционной системой и реализованными поверх сетевыми приложениями;
  • виртуализация физических ресурсов сети.

Базовые идеи SDN были сформулированы специалистами университетов Стэнфорда и Беркли еще в 2006 г., и инициированные ими исследования нашли поддержку у крупных операторов и интернет компаний (Google, Deutsche Telekom, Facebook, Microsoft, Verizon и Yahoo). В результате в марте 2011 г. был образован консорциум Open Networking Foundation (ONF), состав которого быстро расширяется, в 2013 г. в него вошли более 100 компаний, включая Brocade, Citrix, Oracle, Dell, Ericsson, HP, IBM, Marvell, NEC, VMware и др.

ONF развивает, прежде всего, протокол OpenFlow, реализующий взаимодействие контроллера с сетевыми устройствами, однако ряд членов этой организации заинтересован в более универсальных спецификациях. В апреле 2013 г. компании Cisco, Citrix и IBM сформировали структуру OpenDaylight.org, цель которой - выпуск открытого общедоступного стандарта SDN, основанного на свободном ПО.

Таким образом, SDN пытается разделить две плоскости – управление сетью и транспорт, и в итоге обеспечить централизацию управления распределенной сети с целью более эффективного использования ресурсов и автоматизации управления сетевыми сервисами. NFV же сосредоточена на оптимизации сетевых сервисов внутри сети за счет разделения сетевых функций (например, DNS, кэширование и пр.), от собственно реализации аппаратного обеспечения. Считается, что NFV позволяет универсализировать программное обеспечение, ускорить внедрение новых функций сети и служб и при этом не требует отказа от уже развернутой сетевой инфраструктуры.

Применительно к сетям мобильной связи виртуализация выражается, в частности, в концепции C RAN – облачной (Cloud) или централизованной (Centralized) сети радиодоступа. В этом случае радиоподсистема (remote radio heads, RRHs) и антенны отделяются от основных блоков (модулей управления) базовой станции (baseband units, BBUs), которые располагаются в так называемом base station hotel и соединяются через оптоволоконный кабель с блоками RRHs. Таким образом, операторы могут строить облачные сети радиодоступа по принципу NFV, размещая в облаке основной функционал базовой станции, отвечающий за цифровую обработку сигнала, синхронизацию, управление, сбор статистики и пр. Не исключено, что такой тип облачных и виртуальных сетей радиодоступа может существенно изменить расстановку сил в пользу ИТ-вендоров.

SDN формирует виртуальный уровень для сети, аналогично тому, как гипервизор или виртуальная машина делает это для серверов или настольных ПК. Протокол OpenFlow позволяет программному обеспечению SDN взаимодействовать с соответствующими элементами сети — маршрутизаторами и коммутаторами через открытые Application Programming Interface (API). Путь пакетов в программно-конфигурируемой сети определяется не оборудованием производителей и «зашитыми» в них алгоритмами обработки потоков данных, а специальным управляющим контуром в софте.

Виртуализированная функция сети может работать на одной или нескольких виртуальных машинах. Тем самым сервисы оказываются нечувствительны к самому «железу». Это могут быть стандартные серверы, системы хранения, переключатели. NFV позволяет программировать сервисы, которые раньше были доступны только в виде аппаратных решений[2].

Схема SDN-архитектуры


SDN и NFV позволяют упростить конфигурацию сетей, масштабировать сети и сервисы по запросу, автоматизировать управление сетью, увеличить мощность физической инфраструктуры за счет наложения виртуальной, снизить CAPEX и OPEX, а в перспективе — быстро реконфигурировать бизнес под текущие задачи.

Первая крупная сеть SDN была реализована в 2012 г. компанией Google на базе коммутаторов собственной разработки. Таким образом ей удалось снять те ограничения, которые присущи решениям, используемым традиционными операторами. Трафик перенаправляется между ЦОДами так, как это удобно и выгодно в текущий момент. Кроме Google, технологию SDN используют фирмы NTT, Pertino, AT&T, Telecom Italia и ряд других компаний[3].

Складывается два стратегических направления внедрения SDN, NFV и облаков. Первое связано с повышением эффективности сети и гибкости услуг. Главная цель — снижение стоимости эксплуатации сети и сокращение времени выхода на рынок. Второе нацелено на получение преимуществ от сочетания новых бизнес-возможностей. Цель в этом случае иная — формирование новых дифференцированных облачных сервисов и динамическое, зависящее от текущего профиля спроса их предоставление. По первому пути идут такие компании, как германская Deutsche Telekom и испанская Telefonica, по второму — японская NTT и американская AT&T.

Модели обслуживания SDN
Реализация облачных сервисов на стороне Провайдера
Выгоды облачной реализации SDN

Практический эффект от внедрения NFV/SDN для B2B клиента

  • Управление услугами из Личного Кабинета
  • Получение Сетевых функций как Услуг c четким SLA.
  • Снижение затрат на обслуживание собственных сетевых функций и IT систем за счет их переноса на «сторону» оператора
  • Получение доступа к Услугам в режиме 24/7 даже при смене физического места пребывания офиса
  • Получение доступа к Услугам за минимальное время при подключении дополнительного офиса
  • Возможность Тестовой эксплуатации услуги без необходимости ее реализации

Практический эффект от внедрения NFV/SDN для провайдера

  • Снижение стоимости подключения – услуги виртуализированы и не требуют выделенного оборудования
  • Использование COTS оборудования (стандартное оборудование x86 архитектуры)
  • Сокращение или полная отмена выездов к клиенту для подключения доп. услуг
  • Доступ к Услугам в режиме 24/7 даже при переезде клиента
  • Снижение времени как на подключение нового клиента, так и на добавление новых услуг
  • Снижение стоимости эксплуатации
  • Быстрое и эластичное масштабирование услуг в зависимости от потребностей
  • Унифицированные включения на сети – снижение кол-ва разнотипного оконечного оборудования

Интегратор как Сервис Провайдер

  • Отсутствие затрат на вывод услуги на рынок – платформа может быть размещена в стороннем Дата Центре либо на собственных серверах интегратора размещенных у Оператора.
  • Использование модели Revenue Sharing : есть клиент – есть доход, нет клиента – нет затрат
  • Накопленный опыт и экспертиза позволяют реализовывать и выводить на рынок новые услуги за кратчайшие сроки
  • Гибкое использование как «вендорских» так и Open Source решений для реализации сетевых функций
  • Поддержка и развитие решения находится на стороне интегратора

Software Defined Everything (SDX)

Ключевыми потребителями концепции SDX являются дата-центы, операторы и крупные корпорации, технологическая и ИТ инфраструктура которых требует гибких подходов к проектированию, внедрению и управлению сетевой архитектурой, а также ее эксплуатацией.

SDN для DaaS и BYOD

В последнее время на рынке становится популярна виртуализация, в том числе в формате DaaS (Desktop-as-a-service). Данная модель предполагает предоставление готового виртуального рабочего места, которое каждый пользователь может настраивать под свои задачи. Здесь незаменимы технологии виртуализации приложений или рабочего места, которые позволяют централизованно управлять корпоративными приложениями, обеспечивая их безопасность и мониторинг. Тем самым организуется контролируемый доступ сотрудников с любого устройства и значительно снижает вероятность утечки конфиденциальных данных через личные устройства сотрудника. Такой подход помогает внедрить модель BYOD («принеси свое собственное устройство»), при этом значительно упрощая управление инфраструктурой и обеспечивая безопасность корпоративных данных. Со временем это приводит к значительному сокращению операционных расходов и увеличивает лояльность сотрудников.

В данном сценарии SDN может проявить все свои преимущества в полной мере. Добавление новой виртуальной рабочей станции не потребует проведения настройки различного сетевого оборудования, а также добавления новых правил на сервисных устройствах (Firewalls, ADC и другие).

Все действия могут быть автоматизированы и производиться из одного места — оркестратора. Система, которая будет заниматься конфигурацией гипервизора, системы хранения данных и сети.

Стратегия перехода на технологии SDN

Для наиболее быстрого и эффективного развертывания SDN необходимо прежде всего определить проблемы, с которыми специалисты могут столкнуться при внедрении новых технологий[4].

Во-первых, нужно определить цели, которые преследует внедрение SDN. Руководители проектов должны ясно понимать, для чего это необходимо и обеспечивать координацию совместной работы подразделений, которые в прошлом, возможно, никогда не взаимодействовали между собой.

Во-вторых, обеспечить новый подход к мониторингу сети. Так как сеть представляется единым, логическим целым, особые требования предъявляются к синхронизации оконечных устройств и контроллера. Задачи мониторинга каналов связи между компонентами SDN должны быть решены посредством самого SDN-решения или сторонними системами. К тому же мониторинг необходим при поиске места появления той или иной проблемы, которая может возникнуть на стыке различных технологий.

Таким образом, перед началом развертывания SDN ИТ-специалисты должны понять, какая инфраструктура уже имеется в наличии и что необходимо сделать, чтобы лежащие в ее основе системы могли быстро реагировать на изменения, связанные с внедрением SDN-технологий.

Основные драйверы и сдерживающие факторы внедрения

Выбор в пользу SDN объясняется многими причинами. Во-первых, классические подходы к решению проблем сетей на основе их виртуализации отстают от уровня развития виртуализации серверов и СХД. В результате сети оказываются статичными и не соответствуют быстрой динамике развития ИТ-бизнеса[5].

Во-вторых, при масштабировании сетей появляется большое количество распределенных сетевых устройств. В изменившихся условиях средства традиционного управления становятся тяжеловесными и неэффективными.

В-третьих, традиционная привязка к тому или иному сетевому вендору, который заранее прорабатывает необходимые меры в случае тех или иных трансформаций сети, также оказывается несостоятельной. Главная проблема — бизнесу не гарантируется поддержка для будущих приложений и сервисов, что лишает его гибкости при выборе будущего пути развития.

  • Ежемесячный мировой IP-трафик в 2016 г. составит 110 ЭБ, CAGR = 32%, по оценкам аналитиков.
  • На видео придется 55% трафика, на web – 23%, на обмен файлами – 21%, на голос – только 1%.
  • ARPU неуклонно снижается.
  • При этом растут CAPEX и OPEX!

Мир становится «облачно центричным» (cloud-centric).

НАРАСТАЕТ РАЗРЫВ между текущей, во многом статичной и избыточно зарезервированной архитектурой телекоммуникационных сетей и ИТ инфраструктурой, с одной стороны, и облачной адаптивной концепцией потребления услуг и приложений, с другой.
Драйверы развития виртуализации сетевых функций

Рост трафика от различных устройств сталкивается с "узким горлышком" сетей

  • Скоро не останется ни одного клочка земли без фиксированной или мобильной связи.
  • Высокая плотность покрытия фиксированными широкополосными сетями стимулируется распространением сервисов на базе кабельных и оптоволоконных сетей.
  • Идет взрывной рост числа мобильных устройств, которые всегда онлайн.
  • И в фиксированных и в мобильных сетях меняется природа нагрузки – от коммуникаций к облако-центричному межсетевому взаимодействию.
  • Рост числа M2M-устройств увеличивает нагрузку на сети.
  • Переход к облачным сервисам требует как вертикального (увеличение ресурсов), так и горизонтального (новые точки присутствия) быстрого масштабирования сетевых функций и их взаимодействия – за несколько секунд/минут в противовес дням/неделям.

Постоянно растут требования к качеству контента, меняется характер его потребления и генерации, поэтому нужны новые подходы к передаче и управлению потоками разнородного трафика.
  • Структура и объем трафика на сетях определяются профилем потребления со стороны пользователей, причем динамика трафика становится все более неравномерной.
  • Распространяются приложения, объединяющие большое число устройств и генерирующие большой объем трафика (межмашинное взаимодействие, интернет вещей). Эффективное масштабирование таких приложений требует новых сетевых архитектур, которые могут бесшовно соединить плоскость передачи данных и передачи сигнала.
  • Эффективное управление такими нагрузками и трафиком в сетях невозможно за счет бесконечного резервирования, которое очень дорого.

Сравнение традиционных сетей и SDN

Контур управления трафиком в SDN сети перемещается с уровня устройств и элементов сети (физических или виртуальных) на централизованный уровень специального ПО.


С точки зрения операторов, интерес в SDN связан с повышением эффективности сетевого оборудования, снижением затрат, повышением сетевой безопасности и предоставлением возможности программно создавать новые сервисы и оперативно загружать их в сетевое оборудование.

SDN формирует виртуальный уровень для сети, аналогично тому, как гипервизор или виртуальная машина делает это для серверов или настольных ПК.
  • Протокол OpenFlow позволяет программному обеспечению SDN взаимодействовать с соответствующими элементами сети - маршрутизаторами и коммутаторами через открытые Application Programming Interface (API).
  • Путь пакетов в SDN сети определяется НЕ оборудованием производителей и «зашитыми» в них алгоритмами обработки потоков данных, а специальным управляющим контуром в ПО.

К основным драйверам развития рынка SDN/NFV относятся:

1. Снижение капитальных и операционных затрат, совокупной стоимости владения сетью

В случае мобильной связи размер экономии на CAPEX особенно существенен в том случае, если оператор имеет достаточно развитую оптоволоконную сеть. В этом случае компания может сократить капитальные затраты при использовании C-RAN вплоть до 60%. В противном случае экономия на CAPEX составит около 30%. Сокращение CAPEX, в частности, происходит за счет уменьшения базовых блоков (BBUs). По той же причине происходит и снижение OPEX – за счет более низкого энергопотребления¹ и уменьшения затрат на обслуживания. По оценке China Mobile, «зеленая» альтернатива в виде облачных сетей радиодоступа уменьшает счета на электроэнергию на 71% по сравнению с традиционными сетями.

По данным NEC, внедрение виртуализированного пакетного ядра (vEPC) в рамках концепции NFV позволит оператору мобильной связи существенно снизить совокупную стоимость владения (TCO) (Рис. 2).


2. Быстрота внедрения и адаптации услуг

Виртуальная (софтверная) экосистема изначально является программируемой в существенно большей степени, чем «классическая» сеть. Ожидается, что эта возможность позволит быстрее внедрить и адаптировать сервис и уйти от существующей в настоящей времени концепции middleboxes – огромного количества программно-аппаратных средств в сети оператора, которые реализуют соответствующую услугу.

Вместе с тем, одним из основных сдерживающих факторов для развития SDN – это отсутствие единого стандарта и стремление ряда вендоров навязать рынку «своё» решение, хотя такой подход абсолютно противоречит основным принципам SDN. В результате в SDN еще много неопределенности, и потенциальные потребители программно-конфигурируемых решений заняли выжидательную позицию, следя за появлением успешных крупных проектов в этой области.


Общие цели, стимулирующие развитие направления SDN, включают[6]:

  • гибкость при создании VPN, распределении полосы пропускания и выделении сегментов сети;
  • интерфейсы, позволяющие пользователям выбирать стандартные сетевые шаблоны;
  • создание интерфейсов систем;
  • быстрое обнаружение и замена отказавших соединений;
  • мощный брандмауэр между пользователями и внешним миром;
  • значительное сокращение затрат человеко-часов на управление сетью;
  • автоматическое масштабирование в соответствии с решаемыми задачами и объемом трафика.

Обоснование экономического эффекта SDN все еще является видом искусства. Количественное измерение нематериальных вещей, таких как более высокий уровень безопасности или более быстрая реакция на требование внесения изменений, — это дело сложное. В результате внимание предпочитают концентрировать на вещах осязаемых, таких как снижение затрат на обслуживание сети, сокращение расходов на приобретение продуктов и т. д. Нематериальные выгоды, однако, имеют гораздо большую ценность, чем материальные, особенно, если в результате предприятие в целом становится более гибким.

Стратегические направления внедрения SDN, NFV и облаков

Какими будут ЦОД будущего?

Стандартными. Гетерогенность — реальность облаков, ею надо уметь управлять, поэтому следующий после облаков прорыв в индустрии в сторону повышения эффективности будет невозможен без стандартизации. Для интеграции и масштабирования облаков не хватает стандартов, единой, открытой для всех вендоров платформы, общего стека технологий. Отсюда вытекает сложность и высокая цена гибридных конфигураций, собранных из множества облаков. В случае программного подхода можно создать открытую платформу, построенную по модульному принципу. Вопрос уже не в невозможности сделать это, а в требуемой квалификации проектировщиков ЦОД. Будущее — за программно-определяемыми ЦОД, которые заменят порталы Service Desk, автоматизировав процессы управления. Кусочное управление сетью, памятью, безопасностью, вычислениями и приложениями будет заменено интегрированным управлением процессами доставки приложений по запросу без вмешательства ИТ-службы[7].

Главное отличие — традиционный ЦОД представляет собой набор аппаратных устройств (серверы, сетевые устройства, системы хранения данных, вычислительные и программные управляющие ресурсы), тогда как SDDC выстраивается как надстройка над существующей аппаратной инфраструктурой, где все подсистемы ЦОДа виртуализованы и собраны в защищенную программную систему. Настройка, управление и обслуживание виртуальных компонентов ЦОДа производится программным путем, затем необходимые команды автоматически переносятся на аппаратные ресурсы[8].

Задачей технологии программно-конфигурируемых центров обработки данных (SDDC), ставшей популярной в последнее время, является улучшение производительности центра за счет оптимизации на уровне приложений и гипервизора. Однако аналитики Forrester полагают (осень 2013 года), что при управлении центрами следует стремиться к оптимизации на уровне конкретных бизнес-процессов — обработки финансовых данных, решения задач снабжения и так далее — а не на уровне отдельных приложений, будь то ERP-системы, CRM, HCM и прочие.

Зачем переходить с традиционного ЦОДа на SDDC?

Главным системообразующим элементом в традиционном ЦОДе часто называют коммутатор. Это сетевое устройство отвечает за выполнение трех основных функций: управление подключенными устройствами, управление трафиком и физическая передача данных.

При переходе на программно-определяемую модель ЦОДа функции управления устройствами и трафиком централизуются и переводятся в программную форму. Их команды обеспечивают слаженную работу всей инфраструктуры SDDC. На долю коммутатора остается только функция передачи данных.

В результате внесенных изменений коммутатор становится более простым. Зато ЦОД получает дополнительные возможности: упрощаются задачи масштабирования инфраструктуры, функции настройки и управления становятся более гибкими, появляются дополнительные ресурсы для работы с прикладной нагрузкой, оптимизации, исправления ошибок.

Переход на SDDC позволяет также получить более высокую вычислительную мощность, наращивать ресурсы хранения данных и сетевой коммутации, причем это достигается без выделения дополнительного территории под ЦОД или установки новых стоек.

Без сбора актуальной информации о работе ЦОДа нет движения вперед

Реальность и конкуренция на рынке ведут к тому, что владельцам ЦОДов приходится постоянно обновлять собственный парк оборудования, наращивать вычислительные мощности и добиваться повышения эффективности в его управлении. Для этого им необходимо иметь полную информацию о текущей инфраструктуре. Если набор собранных данных оказывается неполным, то принимать обоснованные решения крайне затруднительно. Без ясного понимания, что происходит в ЦОДе, оборудование периодически попадает в состояние простоя.

С развитием виртуализации в ЦОДах требования к его оборудованию также растут. Для обеспечения доступности инфраструктуры и контроля расхода вычислительных ресурсов не ограничиваются только сбором информации. Требуется получать ее в полном объеме и быть уверенным в актуальности собранных данных. Если эти условия соблюдены, можно проводить оптимизацию физической инфраструктуры и переходить на программное управление ЦОДом.

Собранную информацию об оборудовании в традиционных ЦОДах часто хранят в виде электронных таблиц. Когда приходит время для инвентаризации и модернизации, именно с них начинается поиск свободного места. По этим «документам» сверяются резервы электрических мощностей, проверяется достаточность ресурсов для охлаждения, наличие свободных портов для подключения.

Однако теперь такие способы сбора данных становятся все менее неэффективными, особенно в условиях роста популярности облаков и виртуализации. При обновлении ЦОДа с его оптимизацией необходимо использовать специализированные инструменты для сбора и анализа данных.

Программно-определяемые ЦОД (SDDC) с NFV устройствами

Решение заключается в замене аппаратных компонент инфраструктуры ЦОД совокупностью x86 серверов, связанных единым коммуникационным полем и образующих вычислительную среду, и набором Virtual appliances, реализующих функциональность этих аппаратных компонентов

Мировой рынок SDDC

По данным Research & Markets, объем этого сегмента мирового рынка составил в 2016 г. 25,61 млрд. долл. В течение ближайших пяти лет ожидается устойчивый рост при среднем годовом темпе роста 26,57%. Согласно прогнозу, к концу 2021 г. этот рынок достигнет уровня 89,21 млрд. долл.

Мировой рынок SDDC, 2016-2021 гг.

В отличие от привычных всем ЦОДов, основой которых является «железо» – серверы, системы хранения данных, сетевые устройства и пр. – SDDC представляет собой надстройку над существующей инфраструктурой, управление которой производится программным путем. А значит и защищать такие центры обработки данных надо иначе – традиционные решения в сфере ИБ слишком ресурсоемки и тормозят работу бизнес-приложений. Особенно заметно это в моменты сканирования и обновления антивирусных баз, запускаемых виртуальной машиной. В тоже время, отключение виртуальной машины на длительный период влечет за собой появление слабого места в системе безопасности, поскольку установленные на ней ИБ-компоненты перестают работать.

Динамика, проекты, активности

Развитием SDN и NFV занимаются отраслевые альянсы

2016

Определение Forrester

IHS: быстрый переход на SDN отменяется

По результатам нового исследования IHS за 2016 г., основная доля внедрения SDN в дата-центрах сейчас приходится на установку испытательных стендов[9].

В 2015 г. желание построить тестовые стенды для исследования SDN высказывали 89% опрошенных сервис-провайдеров. Реальные результаты, согласно отчету за 2016 г. оказались ниже — 67%. Значительно сократилось также количество предэксплуатационных проверок и реальных внедрений SDN по сравнению с тем, что ожидалось в 2015 г.

Планы внедрения SDN в дата-центрах (слева) и реальные результаты (справа) (источник IHS)

В данном отчете также отмечается замедление внедрений коммутаторов без ОС (bare-metal switch, BMS) — сетевых устройств, поставляемых без встроенного ПО, но с программной загрузочной средой, которая обеспечивает установку совместимых сетевых ОС. Эти устройства предназначены в первую очередь для замены проприетарных сетевых коммутаторов.

Orange Business Services и AT&T разработают стандарты SDN

Orange Business Services и AT&T подписали летом 2016 года соглашение о сотрудничестве в области разработки инициатив по использованию открытого кода и стандартизации, которые ускорят принятие стандартов для технологий программно-определяемых сетей (software-defined networking - SDN) и виртуализации сетевых функций (network function virtualization - NFV). Компании разделяют стратегическое видение, согласно которому не только оборудование, но и сети должны становиться более интеллектуальными, благодаря чему будут снижаться затраты и сложность эксплуатации. Совместные усилия партнеров приблизят появление более маневренных, гибких и оперативно реагирующих на потребности пользователей сетей будущего для индустрии и бизнес-заказчиков.

Развертывание новых виртуальных сетевых сервисов и функций сегодня чрезмерно усложнено. Поставщикам сетевых услуг и другим сетевым компаниям приходится иметь дело с частными стандартами, закрытыми архитектурами и оборудованием от множества различных поставщиков, ориентирующихся на разные платформы и спецификации. AT&T и Orange организуют обсуждение проблем отраслевой стандартизации, чтобы вместе двигаться к их решению. Принятие общих стандартов и интерфейсов поможет индустрии упростить технологическую интеграцию, повысить операционную эффективность и снизить затраты, что ускорит процессы инноваций и разработки.

Когда технологии SDN и NFV будут основаны на общих, открытых и функционально-совместимых технологических стандартах, это поможет преодолеть трудности предоставление сетевых услуг с высокой степенью безопасности и собственным интеллектом, учитывающих особенности используемых приложений. Появление экосистемы функционально-совместимых сервисов и поставщиков оборудования положительно отразится как на технологиях программно-определяемых сетей, так и на бизнес-заказчиках, которые смогут быстрее и проще развертывать сервисы, настраивать их инфраструктуру в реальном масштабе времени и создавать инновации.

Взяв за основу сетецентричный подход, AT&T и Orange намерены сделать преимущества своего видения технологий SDN и NFV более доступными как для бизнес-заказчиков, так и для индустрии. Компании сосредоточатся на следующих задачах:

  • Добиться того, чтобы как телекоммуникационное оборудование, расположенное на территории заказчиков, так и сетевые сервисы стали действительно универсальными благодаря созданию общих спецификаций сетевой инфраструктуры и могли работать в любых средах программно-определяемых сетей с различным сетевым программным обеспечением.
  • Упростить и сделать более эффективным процесс внедрения технологии NFV благодаря общим рекомендациям и шаблонам, которые сделают экосистему поставщиков этой технологии более зрелой, а саму технологию — более простой в использовании.
  • Разработать стандартизованные интерфейсы прикладного программирования, которые позволят архитектурам программно-определяемых сетей различных поставщиков взаимодействовать друг с другом, делая развертывание виртуализованных сетевых функций и сервисов более быстрым и легким.

2015

Huawei, Open Network Operating System и фонд Open Networking Foundation создадут экосистему SDN

12 марта 2015 года стало известно о планах компании Huawei совместно с Open Network Operating System (ONOS) и фондом Open Networking Foundation (ONF) создания открытой инновационной отраслевой экосистемы SDN, помогающей операторам повысить доходность от сетей SDN.

Сверхскоростные соединения и курс на снижение расходов привели к тому, что программно-определяемые сети (SDN) сыграли ключевую роль в трансформации архитектуры сетей операторов.

О сотрудничестве компании объявили на пресс-конференции, в рамках которой руководители обменялись идеями по развитию открытой, инновационной среды SDN и согласовали процесс создания платформы SDN с открытым исходным кодом.

На брифинге компания Huawei объявила о том, что ее решения SDN полностью поддерживают платформу ONOS. Huawei намерена поддерживать тесное взаимодействие с ONOS, ONF и Open Platform for NFV (открытая платформа для NFV), направленное на создание единой, открытой и программируемой сетевой архитектуры SDN.

Поглощения и инвестиции на мировом рынке SDN (инфографика)

2012

TechRepublic опросил весной 2012 года 111 респондентов о новых технологиях, которые они собираются внедрить на протяжении следующих 12 месяцев. Как видно на графике ниже, SDN не является их первоочередным выбором, но это не стало сюрпризом ввиду того, что половина опрошенных респондентов были незнакомы с SDN. Зато среди тех, кто, как минимум, что-то слышал об SDN, 64% возможно планируют внедрить их в следующем году.

Image:SDN.gif


Многие организации сообщили, что планируют применять SDN, но очень немногие действительно это сделали — только 5% сообщили о внедрении, как видно из первого графика. Интересно, что 56% респондентов заинтересованы в SDN в следующем году, значит маловероятно, что это попадёт в их бюджеты 2014г.

VMware приобрела в 2012 году ряд технологий и компаний с целью построения стека решений для ЦОД будущего. Это, прежде всего, купленный за достаточно крупную сумму в 1,26 млрд долл. стартап Nicira, предлагающий открытую платформу для распределенных сетевых сервисов, которая позволяет централизованно управлять компьютерными сетями, что, в частности, даст возможность в скором времени выпустить независимые от производителей аппаратного обеспечения системы виртуализации сетевого оборудования. Еще одно приобретение — компания DynamicOPs, занимающаяся разработкой средств автоматизации для облаков. Ее продукты позволяют контролировать процессы предоставления ресурсов и управления сервисами в гетерогенных средах: частных и публичных облаках, физических инфраструктурах, структурах на базе различных гипервизоров и веб-сервисов. Все это в комплексе делает возможным сквозное управление виртуальными, физическими и мультиоблачными средами при обеспечении интеграции с уже существующими процессами и системами.

У Nicira осенью 2012 года готова бета-версия решения для корпоративных ЦОД на базе виртуальных сетей (Virtual Extensible Local Area Network, VXLAN), позволяющего масштабировать сегменты локальных сетей поверх сетей из облаков.

Лента времени: развитие технологий SDN и NFV

Потребление трафика абонентами становится все более неравномерным. Необходимость в ресурсах сети динамично меняется в зависимости от времени суток, крупных событий, деловой активности и так далее. Со стороны конечных пользователей постоянно растут требования к качеству контента, меняется характер его потребления и генерации, поэтому нужны новые подходы к передаче и управлению потоками разнородного трафика.

2006-2011

Принципы программно-конфигурируемых сетей сформулировали в 2006 году специалисты Беркли и Стэнфорда, а в 2007-м был разработан протокол с открытым кодом OpenFlow, позволяющий уйти от «ручного» управления сетью, и создана лаборатория Открытых сетевых технологий — ON.lab.

В 2009 году технологии программно-конфигурируемых сетей появились в списке 10 быстрорастущих технологий, ежегодно составляемом MIT Technology Review[2], после чего стали (наряду с протоколом Openflow) объектом пристального внимания не только в академических исследованиях, но и со стороны коммерческого сектора.

В 2011-м создан консорциум Open Networking Foundation (ONF) для продвижения и стандартизации SDN и координации развития OpenFlow. В ONF входит более 40 технологических лидеров мира. Многие ведущие производители сетевого оборудования выпускают решения для SDN/NFV.

Ситуация с SDN в России

Прогноз и оценка на 2016-2017

Прогнозы SDN и NFV в России носят пока не столь радужный характер, как для мирового рынка. Внедрение SDN/NFV в коммерческих сетях состоится в 2016 — 2017 гг., считают 80% российских операторов и провайдеров, участвовавших в опросе CNews Analytics. Такой же срок указывают более 60% российских операторов, опрошенных J’son & Partners Consulting. Объем российского сегмента SDN к 2017 г. составит 25–30 млн. долл. Такова оценка ведущих мировых вендоров. Основными пользователями SDN и NFV станут владельцы крупных ЦОДов и федеральные операторы связи.

  • SDN – «недостающее звено» виртуализации.
  • SDN – новая архитектура сети, уровень управления сетью абстрагирован.
  • SDN использует все существующее оборудование, хотя и привносит качественно иные принципы его работы и организации управления сетью.
  • SDN как нельзя лучше подходит для создания конвергентных инфраструктур.
  • SDN – ключевой инновационный подход к развитию архитектуры сетей.
  • Ключевыми потребителями SDN становятся ЦОДы, операторы, корпорации.
  • В России SDN-технологии признаны определяющими на уровне правительства.
  • Программно-определяемые сети появятся у лидеров российского рынка в 2016–2017 гг.
  • Пока SDN рассматривается российскими операторами только как путь к сокращению затрат.
  • Однако лидеры уже осознают, что это дает принципиально новые БИЗНЕС возможности.

2014

В 2014-м Министерство образования и науки РФ провело конкурс на исследование и разработку средств управления ИТ-инфраструктурой в корпоративных и ведомственных компьютерных сетях на основе технологий ПКС/SDN и ВСС/NFV. Правительство РФ включило SDN и NFV в перечень приоритетных направлений науки, технологий и техники. Поставлена задача формирования проблемно-ориентированных вычислительных сред для решения сложных прикладных проблем.

«В 2014-м произведен запуск первых стартапов в области SDN и NFV в РФ — WiMark Systems и NFWare, а также создан первый российский SDN-контроллер RUNOS (Russian Network Operation System)», — продолжил г-н Смелянский. Успешное тестирование решений ЦПИКС прошло в компаниях Huawei, «Ростелеком», «Воентелеком», «Объединенной приборостроительной корпорации» (Ростех) и других.

Тематика SDN и NFV уже выходит за рамки вузовско-академического сообщества и начинает привлекать внимание отечественных вендоров. Так, на Международном военно-техническом форуме «Армия-2015», проводившемся Минобороны России в июне 2015 года, Zelax (Зелакс), отечественный производитель техники связи из Зеленограда, заявил, в частности, о своей готовности создать современный высокопроизводительный маршрутизатор и оборудование для программно-конфигурируемых сетей ПКС/SDN.

Правительство РФ в начале 2014 г. включило SDN и NFV в перечень приоритетных направлений развития науки, технологий и техники. Задача – формирование проблемно ориентированных вычислительных сред для решения сложных прикладных проблем.

2013

В 2013 г. введены русские аббревиатуры для SDN и NFV – ПКС (программно-конфигурируемые сети) и ВСС (виртуализация сетевых сервисов)

«В 2013 г. по инициативе ЦПИКС в РФ был создан консорциум российских университетов по развитию SDN-технологий, в который вошли 14 вузов из Москвы, Санкт-Петербурга, Оренбурга, Нижнего Новгорода, Ярославля, Томска, Белгорода и Волгограда, — рассказал директор НП СПИКС Руслан Смелянский. — В стране введены русские аббревиатуры для SDN и NFV — ПКС (Программно-Конфигурируемые Сети) и ВСС (Виртуализация Сетевых Сервисов)».

2012

В 2012 году было создано первое R&D-подразделение в области SDN в рамках Центра прикладных исследований компьютерных сетей (ЦПИКС), и на его базе построена первая SDN-сеть в России. Тогда же был проведен и первый НИОКР в области SDN для компании «Ростелеком».

Как показывают опросы, примерно 2/3 российских специалистов отметили, что их интерес к SDN пока носит лишь чисто теоретический характер. Между тем, «использование принципов программируемого управления сетью и виртуализации сетевых сервисов для формирования проблемно-ориентированных вычислительных сред, предназначенных для решения сложных прикладных проблем» входит в правительственный «Перечень приоритетных научных задач, для решения которых требуется задействовать возможности федеральных центров коллективного пользования научным оборудованием». «Задача направлена на разработку комплекса сетевых и информационных технологий построения гибкой, адаптируемой под специфику исследований инфраструктуры на основе новой концепции организации сетевого пространства и вычислительных услуг».

К основным ожидаемым результатам относятся, в частности, «создание высокотехнологичной инфраструктуры для проведения исследований в области компьютерных сетей национального масштаба, развития Интернета нового поколения, апробации решений в области безопасности национального информационного пространства» и «построение распределенной платформы программируемого управления сетями, обеспечивающей отказоустойчивость и высокую доступность ресурсов, переорганизацию сетевых сервисов и сетевой инфраструктуры, согласованное планирование ресурсов».

В связи с тем, что на долю сетевого оборудования зарубежного производства в России приходится, по некоторым оценкам, более 90%, и в связи с ухудшением отношений с Западом, задача замещения импорта стоит достаточно остро. В этом плане реализация успешных проектов в области SDN дает стране шансы стать весомым партнером лидеров данного сегмента ИТ-рынка.

В феврале 2012 г. на базе лаборатории вычислительных комплексов факультета ВМК МГУ был создан Центр прикладных исследований компьютерных сетей (ЦПИ КС, резидент ИТ-кластера Фонда «Сколково») , в задачи которого входит проведение научных исследований в области сетевых технологий, в том числе SDN. В июле того же года ОАО «Ростелеком» заключило контракт с ЦПИ КС на проектирование и создание опытного сегмента облачной платформы для ЦОД на основе SDN. В мае 2014 г. «Ростелеком» начал работу над внедрением SDN и NFV.

Таким образом, концепции SDN и NFV в России находятся на стадии формирования. По мнению аналитиков J’son & Partners Consulting, для ускорения готовности к коммерческому внедрению необходимы изучение и адаптация нормативно-правовых аспектов, технических требований и вопросов регулирования; создание ассоциаций научно-исследовательских университетов, лабораторий, профильных академических институтов, представителей телеком-сообщества, стартапов, российских разработчиков; привлечение в Россию ведущих зарубежных экспертов в области SDN; интеграция российских исследователей и экспертов в международные проекты, связанные с SDN.

В целом, успех SDN в России и появление нового емкого сегмента рынка (программного обеспечения сетевых приложений) зависят от заинтересованности всех участников рынка ИКТ, в первую очередь, от отечественных ИТ-компаний и операторов, академических и отраслевых институтов, регулятора и других госструктур.

Мировой рынок SDN

2019 (прогноз)

По данным Infonetics Research, к 2019 г. объем SDN достигнет 13 млрд. долл. по сравнению с 781 млн. долл. в 2014 году.

2018 (прогноз)

  • $11 млрд – оценка Infonetics Research
  • $8 млрд – оценка IDC
  • CAGR 89,4% – оценка IDC
  • Оценка от инвесторов: $35 млрд – оценка венчурного агентства Lightspeed Ventures
  • 90% владельцев телекоммуникационной инфраструктуры хотят внедрить SDN и NFV, по опросу Infonetics Research


Согласно отчету агентства Transparency Market Research, среднегодовые темпы роста этого рынка в период до 2018 г. составят 61,5%, а его объем к концу указанного периода достигнет 3,52 млрд. долл. (данные на лето 2013 года)[10].

Эти данные лежат в одном русле с декабрьским прогнозом аналитиков из IDC, ожидающих увеличения общего оборота на рынке SDN с 360 млн. долл. в 2013 г. до 3,7 млрд. долл. к 2016-му. Между тем в другом отчете, выпущенном в начале 2014 года, официальные представители SDN-стартапа Plexxi, веб-сайта SDNCentral и венчурной компании Venture Partners утверждают, что SDN-рынок будет расти значительно быстрее — до 35 млрд. долл. к 2018-му.

Несмотря на расхождение в цифрах, авторы большинства исследований сходятся в том, что на протяжении нескольких лет направление SDN, обещающее более высокую программируемость и масштабируемость сетей за счет отделения сетевого интеллекта от физической инфраструктуры, будет быстро расти по мере адаптации предприятий к изменениям в дата-центрах, обусловленным такими трендами, как облачные вычисления, мобильность, большие данные и BYOD (`приноси свое устройство`).

В 2012 г. на долю предприятий, заинтересованных в большей производительности, гибкости и экономической эффективности своих сетей, пришлось более 35% рынка SDN. Однако, как считают авторы отчета, в ближайшие годы наиболее быстро осваивать это направление будут провайдеры облачных сервисов, поскольку SDN позволит им уменьшить операционные и капитальные расходы и предоставить клиентам новые услуги, обеспечив тем самым дополнительный доход.

Построение облаков и их оркестровка по-прежнему останутся наиболее быстрорастущей частью SDN-направления. Вторая по значимости часть — SDN-коммутация. `SDN-коммутация обеспечивает первый уровень сетевой инфраструктуры SDN, и рост спроса на такие решения генерируют компании, желающие осваивать технологию SDN`, — отмечается в отчете.

Крупнейшим потребителем технологии SDN является Северная Америка, но быстрее всего в ближайшие пять лет она будет распространяться в Азиатско-Тихоокеанском регионе благодаря широкому распространению практики BYOD в Китае, Индии и Австралии.

В отчете отмечается также, что эта `фрагментированная по своей природе` индустрия представлена большим количеством вендоров. Неполный их список включает не только уже зарекомендовавших себя на сетевом рынке игроков, таких как Cisco Systems, Juniper Networks, IBM и Hewlett-Packard, но также стартапы вроде Big Switch Networks и более крупные компании, в числе которых Intel, VMware и Google, стремящиеся усилить свое влияние на рынке SDN.

2014

Объем мирового рынка SDN для провайдеров облаков и корпоративных сетей составит в 2014 г. $960 млн, а к 2018 г. превысит $8 млрд – таков прогноз IDC, сделанный в исследовании SDN Momentum Builds in Datacenter and Enterprise Networks в августе 2014 года. Это предполагает устойчивый совокупный среднегодовой прирост (CAGR) в 89,4%. В экосистему SDN аналитики IDC включают используемое физическое сетевое оборудование, контроллеры, ПО для виртуализации сетей, сервисы безопасности, различные приложения, а также связанные с SDN профессиональные услуги.

Программно определяемые сети становятся ключевым драйвером инноваций и развития сетей, отмечают исследователи, благодаря сочетанию нескольких рыночных и технологических факторов. В их числе – рост популярности облачных приложений и услуг у компаний и провайдеров облаков, конвергенция инфраструктуры (вычислений/хранения/сетей) и переход к программно определяемым дата-центрам, накопленный опыт серверной виртуализации и осознание ее преимуществ, растущая потребность в гибкой сетевой структуре для поддержки критически важных технологий 3-й платформы (облака, мобильность, Big Data и Интернет вещей). «SDN занимает центральное место среди инновационных подходов к решению проблем современных сетей, связанных с появлением 3-й платформы, особенно с виртуализацией и облачными технологиями», – говорит Рохит Мехра, вице-президент IDC по сетевым инфраструктурам. По мере роста популярности SDN в дата-центрах для развертывания облаков, считает он, корпоративные ИТ-службы начинают осознавать полезность SDN для WAN и кампусных сетей, учитывая необходимость в более динамичных подходах.

2013

По прогнозам SDNCentral, мировой рынок SDN составил в 2013 г. $1,5 млрд, а к 2018 г. достигнет $35,6 млрд, т.е. увеличится почти в 24 раза. При этом к концу прогнозного периода около 40% всех расходов на сети передачи данных будут связаны с SDN. По прогнозам Research and Markets, в 2012-2016 гг. среднегодовой прирост глобального рынка программно-управляемых сетей составит 151%.

Смотрите также