Эволюция сетей (о ПКС-технологии)

    

Стремительный рост объемов трафика и изменение его структуры, необходимость обслуживания увеличивающегося в геометрической прогрессии количества пользователей мобильными и беспроводными технологиями, формирования высокопроизводительных кластеров для обработки Больших Данных и хорошо масштабируемых виртуализированных сред для предоставления облачных сервисов — все это серьезно изменило требования к сетевым средам. В последние несколько лет компьютерные сети превратились в ограничивающий фактор развития вычислительной инфраструктуры. Главная проблема состоит в том, что традиционные сети слишком статичны и потому не соответствуют динамике, свойственной современному рынку. Сегодня в области компьютерных сетей мир переживает смещение акцентов с аппаратного уровня на программный.  Это открывает новые возможности и новые рынки для российских разработчиков и компаний, поскольку именно в области ПО позиции России традиционно сильны.
Инициативы Министра связи и массовых коммуникаций РФ Николая Никифорова, по указу которого на развитие индустрии разработки ПО выделяется 4 млрд. руб., и глобальная ревизия архитектуры Интернета - шанс для России стать мировым локомотивом новых технологий и решений в области IT. Одной из самых перспективных технологий, воплотившей в себе этот переход от аппаратного на программой уровень, является технология программно-конфигурируемые сети (software defined networks). В 2007 году американскими преподавателями Мартином Касадо (Martin Casado), Ником МакКеоном (Nick McKeown) из Стэндфордского университета и Скоттом Шенкером (Scott Shenker) из университета Беркли был разработан новый «язык» общения компьютерных сетей – протокол OpenFlow. До этого архитектура сетей развивалась по методу «ласточкиного гнезда», т.е. по мере выявления проблем к стеку протоколов TCP/IP добавлялся новый протокол, который эту проблему решал. Т.е. в современных сетях функции управления и передачи данных совмещены, что делает контроль и управление очень сложными. ПКС-подход, который родился после разработки протокола OpenFlow, позволяет уйти от «ручного» управления сетью, разделяет процесс управления и процесс передачи данных.  В традиционных коммутаторах и маршрутизаторах эти процессы неотделимы друг от друга. Поскольку эти задачи – разные, и подходы к решению каждого должно быть – разными. Согласно концепции ПКС, вся логика управления выносится в так называемые контроллеры, которые способны отслеживать работу всей сети. В мировой ИТ-отрасли уже признано, что по силе своего влияния на современную ИТ-индустрию ПКС/SDN стоит в одном ряду с такими прорывными технологиями, как Cloud и BigData.  По прогнозам информационного агентства SDNCentral рынок ПКС/SDN-решений может составить к 2018 году $35 млрд. В последние годы наблюдается рост продаж ПКС-технологий с $10 миллионов в 2007 году до $252 миллионов в прошлом. Это одна из тех технологий, которая способна изменить ландшафт ИТ-рынка и поменять позиции традиционных ИТ-гигантов вроде Cisco, Brocade, HP, IBM. Ведущие аналитические агентства, вроде Gartner и IDC, дают рынку ПКС-решений не менее 60% роста в год при средних темпах ростах ИТ-отрасли в 10-12%. Можно говорить о четырех основных областях применения ПКС: коммутация, контроллеры, виртуализация облачных приложений и виртуализация средств безопасности сетевых решений. Вот ключевые преимущества внедрения ПКС в компаниях со сложной ИТ-инфрастуктурой:

• Стоимость. Снижается стоимость владения компьютерными сетями за счет сокращения расходов на управление, как следствие – увеличение прибыли;
• Повышение производительности. Благодаря снятию с коммутаторов нагрузки по обработке тракта управления, ПКС позволяет этим устройствам направить все свои ресурсы на ускорение перемещения трафика);
• Реализация и тестирование новых сервисов. Программные средства ПКС позволяют администраторам добавлять новую функциональность к имеющейся сетевой архитектуре);
• Администрирование. На централизованном ПКС-контроллере сисадмин может наблюдать всю сеть в едином представлении, за счет чего повышается удобство управления, обеспечения безопасности и выполнения других задач;
• Безопасность. Поскольку ПКС позволяет администратору четко видеть все потоки трафика, ему будет легче замечать вторжения и выявлять другие проблемы. ПКС также позволяет сисадмину назначать приоритеты различным типам трафика и разрабатывать правила реагирования сети при заторах и проблемах с оборудованием;
• Облачные технологии. В облаках данные и приложения размещены на компьютерах, взаимодействующих по сети, и, по мнению сторонников ПКС, данная технология способна обеспечить требуемый облакам уровень «интеллектуальности» сетей, необходимый, в частности для оркестровки работы обширных групп коммутаторов.

Возникновение рынка ПКС-технологий обусловлено также ростом венчурных инвестиций в компаниях, ориентированных на программно-конфигурируемые сети. Как показало исследование, венчурный капитал компаний, ориентированных на ПКС, вырос с $10 миллионов в 2007 году до $454 миллионов в 2012 году. Кроме того, доля расходов на оборудование с поддержкой ПКС-технологий увеличится с 2% в этом году до 40% в 2018 году. Объем рынка программного обеспечения виртуализации сети вырастет с 10 миллионов долларов в этом году до 1,2 миллиардов долларов в 2018 году.[1] Се­год­ня на рынке ПКС за­мет­ны две основные тен­ден­ции: ак­тив­ное по­яв­ле­ние пер­спек­тив­ных стар­та­пов и  ори­ен­та­ция ли­де­ров рынка ИКТ на ПКС/SDN, что вы­ра­жа­ет­ся в от­кры­тии соб­ствен­ных на­уч­но-ис­сле­до­ва­тель­ских под­раз­де­ле­ний, ра­бо­та­ю­щих по дан­ной те­ма­ти­ке, и от­дель­ных ли­не­ек про­дук­тов, ос­но­ван­ных на новом подходе. ПКС также способна стать стартап-машиной в сфере сетевых технологий, которая долгое время была закрыта для прорывных технологий и новых имен. История ПКС-стартапа Nicira Networks, который был продан за рекордные $1,26 млрд. при венчурных инвестициях в $50 млн.,  стала отправной для глобальной ПКС-индустрии.  По сути, это был первый успешный коммерческий проект в области ПКС: американская компания Nicira появилась в 2007 году. Ее основателями выступили авторы ПКС-подхода – профессоры Ник МакКеон, Мартин Касадо и Скотт Шенкер, о которых мы писали выше. Nicira ускоряет трансформацию в облачную инфраструктуру с помощью программного обеспечения для виртуализации сетей и позволяет создавать эластичную и горизонтально масштабируемую инфраструктуру ЦОД. То есть в Nicira разработали собственную платформу в сфере виртуализации сетей – network virtualization platform (NPV). С 2009 г. компания прошла три раунда инвестиций суммарно на сумму около $50 млн. Первым инвестором стартапа выступил Питер Торп (инвестор уже ныне неживого браузера Netscape и стартапа Opsware, купленного в 2007 году HP за нескромные $1,6 млрд.). В 2009 году он вложил в стартап всего $500 тыс. В следующем году Nicira получила еще $9 млн. от одного из самых успешных инвесторов Долины Бена Хоровица и фонда микрофинансирования SVAngel. В последующем раунде в Nicira вложился уже непосредственно фонд Andreessen Horowitz (Бен Хоровиц – партнер в фонде, в его портфель входят Facebook, Twitter, Pinterest, Airbnb, Foursquare, Groupon, Zynga, Instagram и Skype) и еще два фонда – Lightspeed Venture Partners и New Enterprise Associates, а также сооснователь VMware Диана Грин. А всего через год после этого VMware объявили о покупке Nicira за рекордные для нового направления $1,26 млрд. Еще один стартап, вышедший из стен Стэнфорда, Вig Switch Networks, занимается выпуском решений уже для организации и поддержки ПКС-сетей. После сделки с Nicira на рынке появилось множество слухов, что следующим стартапом, который купит один из гигантов ИТ-индустрии, будет Big Switch Networks. Эта компания была основана экс-профессором Стэнфорда Гвидо Аппензеллером и бывшим сотрудником Cisco Кайлом Форстером. Инвесторы полагают, что решения Big Switch способны изменить образ современных ЦОД и того, как в них происходит процесс сетевых коммуникаций. Стартап стал пионером в коммерческом использовании протокола OpenFlow (протокол управления процессом обработки данных, передающихся по сети; реализующий технологию ПКС), который позволяет централизовать сетевые контроллеры и делать сетевые хабы из обычных серверов стандартной конфигурации. Основанный в 2010 году стартап Big Switch за 2,5 года собрал почти $50 млн. венчурных инвестиций, в том числе от таких фондов, как Intel Capital и Goldman Sachs. По мнению LinkedIn, Big Switch является «стартапом на миллиард» наряду с Dropbox, Pinterest и Cloudera. Два месяца назад старший директор Cisco Прашант Ганди, курирующий в компании разработку ПКС-продуктов, перешел в Big Switch на должность вице-президента. Несмотря на все оптимистически оценки, стартап, видимо, «продаваться» не собирается, а планирует строить собственный миллиардный бизнес. Следующая ПКС-компания даже связана с Россией. Vyatta была основана в 2005 году в Калифорнии. Считается пионером в сфере разработки ПО для маршрутизации с открытым кодом. Ее решения для ПКС-сетей работают на открытой сетевой платформе Vyatta Network OS, способной функционировать в большинстве виртуальных и облачных сред. По собственным сообщениям Vyatta, у компании более 1 тыс. клиентов, кроме того, осуществлено больше 1 млн. загрузок операционной системы. Vyatta позиционирует себе как конкурента маршрутизаторам Cisco. По мнению российского венчурного инвестора Александра Галицкого, Vyatta – единственная компания в мире, которая способна предложить готовый продукт, соответствующий требованиям операторов виртуальных сетей. Фонд Галицкого Almaz Capital Partners участвовал в финансировании стартапа в 2011 году вместе с JPMorgan Chase, HighBAR Partnters, ArrowPath Venture Partners и Citrix Systems. Всего в Vyatta было вложено $45 млн. В мае 2012 года было объявлено о покупке Vyatta американским разработчиком ПО для дата-центров и систем хранения данных Brocade. Сумма сделки не разглашается. История еще одного ПКС-стартапа Contrail Systems облетела весь мир. Этот стартап появился в начале 2012 года. Его основали выпускник Стэнфорда Анкур Сингла и бывший технический директор и главный архитектор американского производителя сетевого оборудования Juniper Networks Кирити Компелла. Contrail Systems работал над созданием объединенных и стандартизированных решений для управления виртуальными сетями, которые легко можно интегрировать с другими платформами, например, OpenStack. Первое решение они обещали представить только в 2013 году. В июле 2012 года стартап получил инвестиции в размере $10 млн. от фонда Koshla Ventures на развитие своего флагманского решения. В декабре 2012 года, спустя всего два (!) дня после выхода на рынок, и без единого клиента (только тестовые испытания), Juniper Networks объявил о желании купить стартап за $176 млн., при этом основатели стартапа и инвесторы получают $57,5 млн. и 6% акций Juniper Networks. Для двух дней на рынке совсем неплохо. Го­во­ря о вто­рой тен­ден­ции, необ­хо­ди­мо от­ме­тить, что ряд про­из­во­ди­те­лей уже имеют го­то­вые к про­да­же соб­ствен­ные ре­ше­ния в об­ла­сти ПКС. На­при­мер, Cisco Systems, по­ми­мо за­пус­ка ли­ней­ки ком­му­та­то­ров Nexus и Catalyst 35XX, спо­соб­ных ра­бо­тать в тра­ди­ци­он­ных сетях и в ПКС, анон­си­ро­ва­ла плат­фор­му Open Network Environment (ONE), спе­ци­аль­но пред­на­зна­чен­ную для под­держ­ки ре­ше­ний ПКС. Кроме этого, ком­па­ния объ­яви­ла о раз­ра­бот­ке пи­лот­ной вер­сии про­грамм­но­го обес­пе­че­ния для кон­трол­ле­ров, а также пи­лот­ной вер­сии аген­та OpenFlow для сбора све­де­ний о ра­бо­те се­те­вых ин­фра­струк­тур ПКС. Ком­па­ния  Juniper  Networks до­ба­ви­ла опцию OpenFlow в опе­ра­ци­он­ную со­сте­му JunOS SDK, а в июне объ­яви­ла о ре­а­ли­за­ции этой тех­но­ло­гии в ли­ней­ке ком­му­та­то­ров серий EX и MX. Ком­па­нии NEC, Pronto и Marvell пред­ла­га­ют ком­му­та­то­ры, ре­а­ли­зу­ю­щие толь­ко про­то­кол OpenFlow, а IBM вы­пу­сти­ла кон­трол­лер IBM System Networking Programmable Network Controller как про­грамм­ное при­ло­же­ние на Linux-плат­фор­ме на ос­но­ве OpenFlow. В HP ре­а­ли­зу­ет­ся стра­те­гия HP Virtual Application Networks, преду­смат­ри­ва­ю­щая вы­пуск кон­трол­ле­ра, при­ло­же­ния, а также услуг и ре­ше­ния на ос­но­ве ПКС, а Brocade пред­ста­ви­ла пер­вые про­дук­ты с под­держ­кой ПКС, в част­но­сти ком­му­та­тор Brocade VDX 8770. К гонке при­со­еди­ни­лась и ком­па­ния Intel, про­де­мон­стри­ро­вав­шая на IDF свое ре­ше­ние для ком­му­та­то­ра SDN и ПО с под­держ­кой про­то­ко­ла OpenFlow на базе Linux. В ап­ре­ле 2012 года Урс Холь­це, стар­ший ви­це-пре­зи­дент по тех­ни­че­ской ин­фра­струк­ту­ре Google, за­явил, что ком­па­ния пе­ре­ве­ла всю внут­рен­нюю сеть G-Scale для об­ме­на тра­фи­ком между ЦОД Google по всему миру на ПКС, са­мо­сто­я­тель­но из­го­то­вив ком­му­та­то­ры OpenFlow, по­сколь­ку су­ще­ству­ю­щие ана­ло­ги на рынке были в тот мо­мент для ком­па­нии недо­ступ­ны. Ком­му­та­то­ры Google OpenFlow спо­соб­ны мас­шта­би­ро­вать­ся до сотен небло­ки­ру­ю­щих­ся пор­тов 10-Gigabit Ethernet. Для Google ис­поль­зо­ва­ние ПКС поз­во­ли­ло вы­би­рать обо­ру­до­ва­ние, стро­го со­от­вет­ству­ю­щее необ­хо­ди­мо­му ПО; осу­ществ­лять цен­тра­ли­зо­ван­ное управ­ле­ние сетью и по­то­ка­ми дан­ных; оп­ти­ми­зи­ро­вать про­цес­сы те­сти­ро­ва­ния и мониторинга. В России ПКС-технологией начали заниматься сравнительно недавно. С 2012 года свои исследования в этой области начал проводить Центр прикладных исследований компьютерных сетей (далее ЦПИКС).  ЦПИКС инициирует как бесплатные обучающие мероприятия по ПКС-технологии, так и реализует open-source проекты на основе ПКС-подхода с такими компаниями как ОАО «Ростелеком», Intel, EMC и др. В 2012 году ОАО «Ростелеком» объявил о проектировании и создании опытного сегмента облачной платформы для дата-центров на основе программно-конфигурируемых сетей на сумму 21,6 млн. рублей.  «Построение телекоммуникационной составляющей облачной платформы с использованием протокола OpenFlow позволит сократить затраты на оборудование Центров обработки данных. Технология программно-конфигурируемых сетей позволит более эффективно решать задачи «виртуализации сети» и разработки новых комплексных сервисов для клиентов, — прокомментировал решение вице-президент по инновационному развитию ОАО «Ростелеком» А.С. Нащёкин. - Мы рассчитываем, что использование этой технологии в ближайшем будущем позволит нам сократить капитальные и операционные затраты на телекоммуникационную составляющую наших облачных ЦОД». Опытные решения на основе ПКС сейчас полностью внедрены в ЦОДах Google, например. Интерес к ПКС-технологии есть не только у крупных корпораций и бизнеса.  Министерство образования и науки РФ в начале 2013 года объявило конкурс на создание и развитие отечественной платформы с открытым программным кодом для управления программно-конфигурируемыми сетями (ПКС). Исследовательский проект направлен на решение таких распространенных проблем, как совместимость оборудования различных поставщиков; снижение энергопотребления и реализация эффективных технологий; обеспечение отказоустойчивости и качества сервисов; обеспечение безопасности и управление виртуализацией ресурсов. Это актуальный вопрос, учитывая, что сегодня наша страна является 100%-потребителем иностранного, полностью закрытого оборудования. На открытый конкурс на проведение НИОКР по ПКС-технологиям подали заявки 23 организации, в числе которых университеты и научно-исследовательские лаборатории из Санкт-Петербурга, Нижнего Новгорода, Ярославля, Томска, Омска, Белгорода. Обширный список участников конкурса говорит о том, что перспективы ПКС-технологии считаны ВУЗовским сообществом, и изучение подхода активно проникает и в образовательную среду.  Если говорить о зарубежном опыте поддержки ПКС технологии государством, то можно привести в пример Национальный научный фонд (NSF) США, который с 2010 г. выделил около 25 грантов общей суммой $10 млн. американским университетам на исследование ПКС-технологии. Рынок SDN/ПКС-продуктов и решений сегодня — это классический emerging market. Сложившаяся ситуация дает шанс российским компаниям, исследовательским центрам и лабораториям стать серьезными игроками на рынке сетевого оборудования нового поколения. В ближайшие два-три года дистанция между экспериментальными проектами, созданием прототипов и реальным внедрением ПКС-технологии в российское производство и работу будет сокращаться. Те разработчики и программисты, которые уже на начальном этапе, пока технология не подверглась стандартизации, ею займутся – будут пользоваться самым большим спросом на рынке труда в ИТ-секторе. А те компании, что уже сейчас обратили внимание своих сотрудников на технологию, окажутся самыми дальновидными. Результатами использования ПКС-технологии может стать прототип первого российского коммутатора для ПКС-сетей, целый ряд специальных ПО, средства разработки приложений, системы обеспечения контроля и безопасности в сетях нового поколения, средства обнаружения вторжений для облачных платформ, средства виртуализации систем хранения данных для ЦОД и облачных вычислений. Большинство отечественных стартаперов любят работать вокруг мобильных и браузерных приложений, интернет-проектов и так далее, и только единицы занимаются глубокими разработками. Но Россия рождает самых сильных в мире программистов. Индустрия программного обеспечения в нашей стране развита на лучшем мировом уровне. А ПКС-технология — очень перспективная платформа для появления серьезных компаний в сфере компьютерных сетей нового поколения.