Проблемы современных компьютерных сетей

Руслан Леонидович


Проблемы компьютерных сетей и технологии Интернета нового поколения

20

ноября 2012

проф.Смелянский Р.Л. ЦПИ КС МГУ

промышленности?
Программно-Конфигурируемые Сети: основные принципы
Состояние дел в России и основные направления

исследований

20 ноября 2012

проф.Смелянский Р.Л. ЦПИ КС МГУ

МГУ

в обществе
[число мобильных терминалов на одного пользователя в развитых странах

> 3,
VoIP, потоковое видео, социальные сети]
Изменилась 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]

20 ноября 2012

проф.Смелянский Р.Л. ЦПИ КС МГУ

активно используемых протоколов и их версий > 600

Совмещение управления и

передачи данных делают контроль и управление работой сети очень сложными.
Сегодня это больше искусство, чем инженерия.

г.:

кол-во новых обнаруженных вредоносных программ;
кол-во атак через браузеры
кол-во сетевых

атак, которые отразила система IDS (почти в 6 раз больше, чем в 2009 г.)
Кибер-атаки 2010 г.:
Червь Stuxnet – впервые обнаружен на АЭС Бушер (Иран). Последствия атаки – сорваны сроки запуска АЭС. Вирус также был обнаружен на промышленных объектах Индии, Франции, Германии.[перехват контроля над системами управления промышленными объектами, средство шпионажа и диверсий]
Атака «Aurora» – жертвы – крупные корпорации, в т.ч. Google, Adobe
[цель атаки - сбор конфиденциальных данных пользователей и исходных кодов ряда корпоративных проектов]

Источник: Kaspersky Security Bulletin. Основная статистика за 2010 год

13 000 000

580 371 937

1 311 156 130

20 ноября 2012

проф.Смелянский Р.Л. ЦПИ КС МГУ

ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННЫХ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ

1

Май 2012 Червь Flamer (Sky Wiper) – жертвы - определенные люди. Цель - сбор информации о конкретном человеке с его персонального компьютера (не только файлы, но и данные, получаемые через управление аудио и видео каналами персонального компьютера этого человека). После достижения цели червь самоуничтожается.

строк закрытого проприетарного кода
6000+ RFC документов
Миллиарды транзисторов
Сети закрыты для инноваций
Сложность

внедрения новых идей
Основная масса функций реализована в «железе»

Специализированное Программное Обеспечение

Специализированное устройство передачи данных

1

передачи данных
Научные проблемы
(сегодня мы не можем контролировать и надежно предвидеть

поведение таких сложных объектов, как глобальные компьютерные сети)

Социальные проблемы
(в повседневной жизни мы все больше и больше полагаемся на Интернет. Однако, безопасность данных, которые мы ему доверяем, включая наши персональные данные, нам не гарантирована, Интернет не устойчив к внешним атакам).

Проблемы развития
(в архитектуре современных сетей есть существенные барьеры для введения инноваций, экспериментирования, создания новых сервисов)

МГУ

период с 2005 по 2011 гг. трафик вырос в ПЯТЬ

раз!

Вывод: пропускная способность современных каналов связи при существующих методах и средствах управления трафиком в сетях близка к исчерпанию.

Source: Cisco Global IP Traffic Forecast

Index: Forecast and Methodology, 2010-2015
К 2015 г. объем трафика вырастет

в 4 раза
и достигнет 80 эксабайт в месяц.

ТРЕНДЫ И ПОТРЕБНОСТИ РЫНКА

2

г. в Интернет было сгенерировано 5 экзабайт. Сегодня такой объем

– за 2-3 дня
Мобильный трафик ежегодно будет удваиваться

Source: Cisco Visual Networking Index: Forecast and Methodology, 2010-2015

ТРЕНДЫ И ПОТРЕБНОСТИ РЫНКА

2

технологии
ТРЕНДЫ И ПОТРЕБНОСТИ РЫНКА
2
WiGig
LTE

трафик превысит 50 % всего потребительского трафика;
2012: количество субъектов, производящих

более 1 Тб в месяц превысит 1 миллион;
2014: 20 % интернет-трафика будет приходиться на ТВ, мобильные телефоны и другие некомпьютерные устройства;
2015: трафик от беспроводных устройств превысит объем трафика от фиксированных;
2015: ежегодный объем глобального IP трафика достигнет порога в зеттабайт (966 эксабайт).
Увеличение нагрузки на несколько порядков в течение ближайших нескольких лет

ТРЕНДЫ И ПОТРЕБНОСТИ РЫНКА

2

wireless-устройств растёт
Появляются 2х и 4х ядерные мобильные платформы
Для wireless устройств

не хватает свободных частот

При увеличении числа пользователей пропускная способность падает
Сократить размер соты – дорого!
Мультиплексировать через несколько радио интерфейсов

трафика, беспроводные сети должны иметь более плотное покрытие. По оценке

экспертов, плотность базовых станций надо будет увеличить в 20 раз.
Сетевая архитектура плохо приспособлена для поддержки такого плотного трафика существующей беспроводной инфраструктурой:
Равномерное увеличение плотности покрытия в 20+ раз невозможно;
Сложная для управления архитектура: неравномерные нагрузки, взаимные влияния сот и других факторов;
Дорогостоящий проект.

ТРЕНДЫ И ПОТРЕБНОСТИ РЫНКА

2

растет ежегодно на 70-80%
Стоимость услуг для клиента относительно постоянна

Оператор должен изыскивать способы снижения капитальных (CAPEX) и операционных затрат (OPEX) минимум на 40-50 % в год
Существующие технологии позволяют снизить расходы на ~ 20 % в год
Другие 20 % вычитаются из прибыли

Возможный выход – маркетинговые уловки и уникальные услуги, но большинство провайдеров используют одинаковое оборудование, одних и тех же производителей.

! Только отделение soft от hard позволит создавать уникальные услуги и снижать операционные расходы.

МГУ

маршрута (control path)
Реализация маршрута (data path)

Вывод: невозможность гибкого управление сетью












3

Р.Л. ЦПИ КС МГУ
ПРОГРАММНО-КОНФИГУРИРУЕМЫЕ СЕТИ: ОСНОВНЫЕ ИДЕИ
3

ЦПИ КС МГУ
ПРОГРАММНО-КОНФИГУРИРУЕМЫЕ СЕТИ: ОСНОВНЫЕ ИДЕИ

3

или SSL
P1
Контроллер

OpenFlow

или SSL

OpenFlow

или SSL

OpenFlow

каждый поток
Защищенный канал – соединяет коммутатор с удаленным контроллером
OpenFlow protocol

– стандарт для взаимодействия коммутатора с контроллером

20 ноября 2012

проф.Смелянский Р.Л. ЦПИ КС МГУ

ОСНОВЫ ПКС

ПРОГРАММНО-КОНФИГУРИРУЕМЫЕ СЕТИ: ОСНОВНЫЕ ИДЕИ

3

пакета
Продвижением пакета по конвейеру
Добавление новых действий в Набор действий (Action

Set)
Счётчики: количество байтов и пакетов, время соединения

20 ноября 2012

проф.Смелянский Р.Л. ЦПИ КС МГУ

ОСНОВЫ ПКС

ПРОГРАММНО-КОНФИГУРИРУЕМЫЕ СЕТИ: ОСНОВНЫЕ ИДЕИ

3

на контроллер
Сброс пакета
Нормальная обработка
Изменение полей
+ маска, для обозначения значащих полей

Счётчики

пакетов, байтов

3

20 ноября 2012

проф.Смелянский Р.Л. ЦПИ КС МГУ

ноября 2012

контроллером

Точное соответствие записи потоку

Таблица потоков содержит одну запись на поток

Применим

для локальных сетей (campus network)

Aggregated

Одна запись покрывает большую группу потоков

Wildcard записи потоков (маска)

Таблица потока содержит запись на группу потоков

Применим для большого количества потоков (backbone)

проф.Смелянский Р.Л. ЦПИ КС МГУ

3

20 ноября 2012

триггер добавления новой записи

Эффективное использование таблицы потоков

Небольшое время на регистрация

потока

Если управляющее соединение потерянно, функциональность маршрутизатора ограничивается

Proactive

Котроллер предварительно заполняет таблицу потоков на маршрутизаторе

Нулевое время на регистрацию потока

Потеря управляющего соединения не нарушает работу маршрутизатора

Требует наличие wildcard правил (агрегации)

проф.Смелянский Р.Л. ЦПИ КС МГУ

3

20 ноября 2012

от физической сети
Не должна изменять базовые и привычные абстракции, к

которым мы привыкли при работе с обычными сетями
Должна предоставлять возможность для: создания, удаления, определения качества сервиса, миграции экземпляров виртуальной сети

проф.Смелянский Р.Л. ЦПИ КС МГУ

3

20 ноября 2012

связи
Виртуализация сетевой адресации
Виртуальные сетевые адреса aka виртуальная память
Виртуализация политик

маршрутизации
Определение своего контроллера для каждого из портов коммутатора

проф.Смелянский Р.Л. ЦПИ КС МГУ

3

20 ноября 2012

пакетов
Простое устройство для пересылки пакетов
Простое устройство для пересылки пакетов
ПКС устройство

для пересылки пакетов

Slice1

Slice2

Slice3

20 ноября 2012

проф.Смелянский Р.Л. ЦПИ КС МГУ

разработок ключевые заделы в обсуждаемой области связывают:
с исследовательской программой GENI

(за 3 года The National Science Foundation (NSF) инвестировал в эту программу $62,5 млн.);
с Open Network Research Center (объединенный центр университетов Стэнфорда и Беркли, годовой бюджет $5 млн.)
с проектами Седьмой рамочной программы исследований ЕС Ofelia и FEDERICA;

ПРОГРАММНО-КОНФИГУРИРУЕМЫЕ СЕТИ: ОСНОВНЫЕ ИДЕИ

3

ЦПИ КС МГУ

20 ноября 2012
ЧТО УЖЕ СДЕЛАНО НА СЕГОДНЯ
проф.Смелянский Р.Л. ЦПИ КС

МГУ

научно-исследовательских университетах (НИУ) и профильных институтах РАН сегменты ПКС сетей,

выделить гранты на проведение тематических исследований;
Создать ассоциацию по исследованиям и разработки учебно-методических материалов и программ в области ПКС сетей.
Включить тематику сетей нового поколения (ПКС) в профильную ФЦП Министерства образования и науки РФ.

Первый сегмент ПКС-сети уже построен в ЦПИ КС

Вторая Школа по ПКС-сетям
18-20 сентября 2012