सॉफ्टवेयर विन्यास नेटवर्क - यह कैसे काम करता है?

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पोस्ट " एसडीएन की लागत कितनी है " ने हब्र का ध्यान आकर्षित करने के अपने हिस्से को इकट्ठा किया है - सर्जैकलेंनिक के निमंत्रण पर अब मैं अपने ब्लॉग को एसडीएन प्रौद्योगिकियों के क्षेत्र में घरेलू सफलताओं के बारे में बात करने के लिए हब पर और अपनी सर्वश्रेष्ठ क्षमता के लिए रखूंगा।

निकेरा के साथ कहानी है कि कैसे 5 साल से कम समय में, तीन विश्वविद्यालय के प्रोफेसर और निजी निवेशक $ 1.26 बिलियन का स्टार्टअप बनाने में सक्षम थे, जो, विशेषज्ञों का कहना है, नाटकीय रूप से नेटवर्क उपकरण बाजार में शक्ति के संतुलन को बदल सकता है और, संभवतः सिस्को "हत्यारा" बनने के लिए (यह विश्वास करना मुश्किल है, लेकिन, फिर भी, ऐसी राय है।)

पोस्ट की टिप्पणियों में, सॉफ़्टवेयर-कॉन्फ़िगर करने योग्य नेटवर्क (पीकेएस) स्वयं क्या हैं और यह सब वास्तविकता में कितना लागू होता है, इस बारे में बहुत चर्चा हुई। संक्षेप में, टिप्पणियों को निम्नलिखित समूहों में विभाजित किया जा सकता है:

• पीकेएस की आवश्यकता नहीं है, क्योंकि सब कुछ पहले से ही अच्छी तरह से काम करता है।
• दिलचस्प है, लेकिन यह स्पष्ट नहीं है कि क्या और क्यों
• विपणन बकवास
• विश्वविद्यालयों में परीक्षणों के लिए और व्यावहारिक जीवन में कड़ाई से प्रयोगशाला दृष्टिकोण, सबसे अधिक संभावना नहीं है

सामान्य तौर पर, बाद का दृष्टिकोण आंशिक रूप से सही होता है। एक नई नेटवर्क वास्तुकला की अवधारणा केवल 2007 में स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय में एक प्रोफेसर द्वारा एक शोध प्रबंध के भाग के रूप में प्रस्तावित की गई थी। तब से, पीसीएस मुख्य रूप से स्टैनफोर्ड और बर्कले अनुसंधान प्रयोगशालाओं में विकसित हुआ है और किसी ने भी औद्योगिक पैमाने पर इसकी कोशिश नहीं की है। इसलिए, पीसीबी को "आदर्श" और "दफनाने" दोनों कम से कम समय से पहले हैं।

नेटवर्क वास्तुकला को बदलने के प्रयास में स्टैनफोर्ड और बर्कले ने भी क्यों ग्रहण किया? अभियान के लेखक खुद बताते हैं: मार्टिन कैसादो और निक मैककेन, वे निम्नलिखित बिंदुओं को बदलना या प्रभावित करना चाहते थे:

• पारंपरिक वास्तुकला के नेटवर्क स्वामित्व वाले हैं, अनुसंधान के लिए बंद हैं और व्यावहारिक रूप से बाहर से किसी भी तरह के बदलाव हैं। विभिन्न विक्रेताओं के उपकरण अक्सर खराब "इंटरसिटी" होते हैं
• ट्रैफ़िक का तेज़ी से विकास और थीसिस जो कि वर्तमान आर्किटेक्चर के नेटवर्क को आवश्यक स्तर पर "पचा" नहीं सकते
• प्रोटोकॉल की संख्या और नेटवर्क पर उनके ढेर

टीसीपी / आईपी आर्किटेक्चर में मुख्य नेटवर्क प्रोटोकॉल 70 के दशक में इंटरनेट की भोर में विकसित किए गए थे, जब कोई भी प्रेषित डेटा की वर्तमान गति और मात्रा का अनुमान नहीं लगा सकता था। 2010 में, टेक्नोनॉमी सम्मेलन में एरिक श्मिट ने कहा: "सभ्यता के जन्म के क्षण से 2003 तक मानवता द्वारा पांच सूचनाएँ बनाई गईं, वही राशि हर दो दिन में बनाई जाती है, और गति बढ़ रही है ..."।

सिस्को के पूर्वानुमानों के अनुसार, अगले 5 वर्षों में यातायात की मात्रा 4 गुना बढ़ जाएगी, और मोबाइल यातायात सालाना दोगुना हो जाएगा। 2015 तक, नेटवर्क पर उपकरणों की संख्या दुनिया की आबादी से दोगुनी होगी। नए IPv6 प्रोटोकॉल में नेटवर्क पतों की संख्या ऐसी है कि 6.7 * 1023 पते पृथ्वी की सतह के 1 मी 2 पर गिरते हैं (वास्तव में, यह उन उपकरणों की संख्या है जो संभवतः नेटवर्क से जुड़े हो सकते हैं)। आज, Skype पर 35 मिलियन से अधिक उपयोगकर्ता एक साथ काम करते हैं, फेसबुक पर 200 मिलियन से अधिक, और हर मिनट YouTube पर 72 घंटे का वीडियो अपलोड किया जाता है। 50% से अधिक उपभोक्ता ट्रैफ़िक के लिए वीडियो ट्रैफ़िक खाते हैं और इसकी हिस्सेदारी केवल बढ़ती रहेगी। 2015 तक, वायरलेस उपकरणों से ट्रैफ़िक निर्धारित उपकरणों से ट्रैफ़िक की मात्रा को पार कर जाएगा। निश्चित रूप से, अगर आज स्क्रैच से नेटवर्क प्रोटोकॉल विकसित करने और सभी प्राप्त अनुभवों को ध्यान में रखने का अवसर था, तो वे पूरी तरह से अलग होंगे।

उदाहरण के लिए, कल्पना करें कि सभी वेब सर्वर 70 के दशक में विकसित हुए थे और अपरिवर्तित रहे। यह ऐसा है जैसे कि अब न तो नग्नेक्स था और न ही अपाचे, लेकिन केवल 1995 आईएसएस। दुर्भाग्य से, यह प्रोटोकॉल का मामला है।

हाल तक, वर्तमान नेटवर्क वास्तुकला "निगल घोंसला" विधि के अनुसार विकसित हुआ था, अर्थात्। जैसा कि समस्याओं की पहचान की गई थी, टीसीपी / आईपी प्रोटोकॉल स्टैक में एक नया जोड़ा गया जिसने इस समस्या को हल किया। उदाहरण के लिए, जब सेवा एकीकरण के साथ एक डिजिटल नेटवर्क दिखाई दिया, तो आवाज, डेटा और छवि संचरण (आईएसडीएन) के संयोजन से, वीडियो ट्रैफिक ट्रांसमिशन की समस्या पैदा हुई। समस्या का सार निम्न को कम किया जा सकता है: नेटवर्क पर वीडियो प्रसारित करते समय, सेवा की गुणवत्ता के प्रबंधन के लिए सख्त आवश्यकताएं उत्पन्न होती हैं, क्योंकि यह बहुत ही उच्च गति वाले ट्रैफिक को "पुश" के माध्यम से आवश्यक है जो देरी की अनुमति नहीं देता है।

आरएसवीपी प्रोटोकॉल ने इस तरह के यातायात के लिए आवश्यक संसाधनों को जमा करने की समस्या को हल किया और, तदनुसार, सेवाओं की गुणवत्ता का आवश्यक स्तर प्रदान करने की अनुमति दी। हालांकि, जैसा कि बाद में पता चला, यह प्रोटोकॉल भी पाप रहित नहीं है और इसकी कई सीमाएँ हैं, उदाहरण के लिए, नेटवर्क स्केलेबिलिटी के लिए।

एक अन्य उदाहरण डीएचसीपी (डायनेमिक होस्ट कॉन्फ़िगरेशन प्रोटोकॉल) प्रोटोकॉल है, जो किसी भी होम राउटर में रहता है - डायनेमिक होस्ट कॉन्फ़िगरेशन प्रोटोकॉल, आईपीवी 4 नेटवर्क के लिए विकसित किया गया था। प्रोटोकॉल आपको एक सीमित समय ("लीज समय") के लिए या जब तक ग्राहक पहले पते पर निर्भर नहीं करता है, तब तक के लिए आईपी पते आवंटित करने की अनुमति देता है, जो पहले होता है पर निर्भर करता है। इसने कुछ हद तक IPv4 नेटवर्क में सीमित IP पतों की समस्या को हल किया, लेकिन परिणामस्वरूप, एक और समस्या उत्पन्न हुई - समान नेटवर्क अवसंरचना के भीतर विभिन्न उपकरणों को समान IP पतों की असाइनमेंट। आज, वास्तव में (सक्रिय रूप से) प्रयुक्त प्रोटोकॉल की संख्या 600 से अधिक है। और आंकड़ा परिमित से दूर है।

स्टैनफोर्ड और बर्कले में शोधकर्ताओं ने क्या शुरू किया - उन्होंने सुझाव दिया कि कंप्यूटर नेटवर्क में नियंत्रण और डेटा स्थानांतरण कार्यों को अलग करना संभव है।


चित्र 1. ईथरनेट स्विच में डेटा को संसाधित करना और स्थानांतरित करना

डेटा ट्रांसमिट करते समय, ईथरनेट स्विच स्विचिंग टेबल (छवि 1) के लिए एक अनुरोध सबमिट करता है। फिर, प्राप्त जानकारी के आधार पर, स्विचिंग मैट्रिक्स लक्ष्य स्रोत पोर्ट के लिए आगे की प्रक्रिया और डेटा स्थानांतरण करता है।

एक पारंपरिक ईथरनेट स्विच में, प्रबंधन और डेटा ट्रांसफर दोनों को एक साथ लागू किया जाता है। नियंत्रण स्तर अंतर्निहित नियंत्रक द्वारा दर्शाया जाता है, डेटा ट्रांसफर स्तर को स्विचिंग टेबल और स्विचिंग मैट्रिक्स द्वारा दर्शाया जाता है। नियंत्रक के कुछ बुद्धिमान कार्य हैं जो इसे नेटवर्क संरचना के बारे में जानकारी के आधार पर डेटा हस्तांतरण के बारे में निर्णय लेने की अनुमति देते हैं। लेकिन आप सीधे निर्णय लेने को नियंत्रित नहीं कर सकते हैं - आप केवल नियमों और प्राथमिकताओं के विशिष्ट सेट स्थापित करके नियंत्रक को कॉन्फ़िगर कर सकते हैं। यह स्विच और पूरे नेटवर्क की कार्यक्षमता को बहुत सीमित करता है। उदाहरण के लिए, ऐसे नेटवर्क में "प्रत्येक के साथ प्रत्येक" कनेक्शन का संगठन तीसरे स्तर के नेटवर्क डिवाइस के बिना नहीं बनाया जा सकता है - एक राउटर।

स्टैनफोर्ड और बर्कले के शोधकर्ताओं ने सॉफ्टवेयर-कॉन्फ़िगर नेटवर्क (पीसीएन) नामक एक दृष्टिकोण के ढांचे के भीतर नियंत्रण और डेटा ट्रांसमिशन के स्तर की पृथक्करण की समस्या को हल करने का प्रस्ताव दिया।



OpenFlow से पहले, नेटवर्क वास्तुकला को 20 वीं शताब्दी की शुरुआत में टेलीफोन संचार के रूप में सोचा जा सकता है, जब मैन्युअल रूप से स्विच किया गया था (युवा महिला, स्मॉली!)। सिद्धांत रूप में, अब व्यवस्थापक भी निर्दिष्ट मापदंडों के अनुसार उपकरण को मैन्युअल रूप से कॉन्फ़िगर करता है, और किसी भी अन्य परिवर्तन मुख्य रूप से हार्डवेयर स्तर पर किए जाते हैं।

OpenFlow आपको ऐसे "मैनुअल" नेटवर्क प्रबंधन से दूर होने की अनुमति देता है, जो उदाहरण के लिए इसकी स्केलेबिलिटी को सकारात्मक रूप से प्रभावित करता है।



OpenFlow स्विच केवल डेटा ट्रांसफर परत को लागू करता है। नियंत्रक के बजाय, एक बहुत सरल डिवाइस का उपयोग किया जाता है, जिसका कार्य आने वाले डेटा प्राप्त करना है, उनके पते निकालना और, यदि पता स्विचिंग तालिका में है, तो स्विचिंग मैट्रिक्स में तुरंत डेटा संचारित करें। अन्यथा, स्विच एक सुरक्षित चैनल के माध्यम से OpenFlow Central नेटवर्क कंट्रोलर को एक अनुरोध भेजता है, और इससे प्राप्त जानकारी के आधार पर, स्विचिंग टेबल में आवश्यक परिवर्तन करता है, जिसके बाद प्राप्त डेटा को संसाधित किया जाता है (उपकरण अब हाथ से पुन: कॉन्फ़िगर नहीं किया गया है, लेकिन सॉफ़्टवेयर का उपयोग करके पुन: कॉन्फ़िगर किया गया है)।

केंद्रीय नियंत्रक को नेटवर्क की संरचना और टोपोलॉजी के बारे में सटीक जानकारी है। यह आपको IP रूटिंग (छवि 2) का सहारा लिए बिना, एल 2 स्तर पर "प्रत्येक के साथ प्रत्येक" संचार स्थापित करने के लिए, और विशेष रूप से, डेटा पैकेट के प्रचार को अनुकूलित करने की अनुमति देता है। यह स्रोत से गंतव्य तक सभी तरह से डेटा चैनल को "स्विच" करना भी संभव हो जाता है। नतीजतन, डेटा स्ट्रीम नेटवर्क पर प्रेषित होते हैं, न कि व्यक्तिगत पैकेट।

इसलिए, पीसीबी की शब्दावली में, ऐसी स्विचिंग टेबल को फ्लोटेबल (प्रवाह तालिका) कहा जाता है। प्रत्येक नियंत्रक का अपना विशिष्ट फ़्लोटेबल है, यह केंद्रीय नियंत्रक से प्राप्त जानकारी के आधार पर ही इस तालिका को भरता है।

नए पीकेएस आर्किटेक्चर के नेटवर्क में, सभी राउटर और स्विच को नेटवर्क ऑपरेटिंग सिस्टम (एसओएस) के नियंत्रण में जोड़ा जाता है, जो नेटवर्क प्रबंधन तक पहुंच प्रदान करता है और जो लगातार नेटवर्क सुविधाओं के कॉन्फ़िगरेशन की निगरानी करता है।

एसओएस शब्द की पारंपरिक व्याख्या के विपरीत, ऑपरेटिंग सिस्टम नेटवर्क प्रोटोकॉल के ढेर के साथ एकीकृत है, इस मामले में, एसओएस एक सॉफ्टवेयर सिस्टम है जो पूरे नेटवर्क की निगरानी, ​​पहुंच, प्रबंधन, संसाधन प्रदान करता है, न कि एक विशिष्ट नोड। एसओएस सभी नेटवर्क संसाधनों की स्थिति पर डेटा उत्पन्न करता है और नेटवर्क प्रबंधन अनुप्रयोगों के लिए उन तक पहुंच प्रदान करता है। ये एप्लिकेशन नेटवर्क कामकाज के विभिन्न पहलुओं को नियंत्रित करते हैं, जैसे कि टोपोलॉजी का निर्माण, रूटिंग निर्णय लेना, भार संतुलन बनाना आदि।

OpenFlow प्रोटोकॉल एक विशेष विक्रेता के नेटवर्क उपकरणों पर निर्भरता की समस्या को भी हल करता है, क्योंकि SDN (SDN) आगे के पैकेट के लिए सामान्य अमूर्तता का उपयोग करता है जो नेटवर्क ऑपरेटिंग सिस्टम नेटवर्क स्विच का प्रबंधन करने के लिए उपयोग करता है।

हम कह सकते हैं कि OpenFlow प्रोग्रामिंग स्विच के लिए एक निम्न स्तर का प्रोटोकॉल है। एसडीएन / पीकेएस नेटवर्क के लिए सॉफ्टवेयर इसके विकास की शुरुआत में है, ज्यादातर मामलों में यह विकसित होना बाकी है। निकट भविष्य में, डेवलपर्स को केवल दृष्टिकोण की शुद्धता, नई पीढ़ी के नेटवर्क की स्केलेबिलिटी को सत्यापित करना होगा, क्योंकि तकनीक ने प्रयोगशालाओं की दीवारों को छोड़ दिया है।

लेकिन अब, निर्माताओं से ब्याज बहुत बड़ा है। उदाहरण के लिए, सिस्को ने अपने नेक्सस और कैटेलिस्ट 37XX स्विच में ओपनफ्लो को जोड़ा, जुपाइपर ने भी ओपनफ्लो विकल्प को जूनोस एसडीके में जोड़ा, और इस साल जून में इस तकनीक को EX और MX सीरीज स्विच लाइन में लागू करने की घोषणा की। इसके अलावा, कई नेटवर्क उपकरण निर्माता पहले से ही स्विच की पेशकश करते हैं जो केवल ओपनफ्लो प्रोटोकॉल को लागू करते हैं, और पारंपरिक प्रोटोकॉल समर्थन नहीं करते हैं: एनईसी, प्रोटो, मार्वेल।

रूस में, सेंटर ऑफ एप्लाइड रिसर्च ऑफ कंप्यूटर नेटवर्क प्रारंभिक चरण में ओपन फ्लो की सभी घोषित विशेषताओं के सत्यापन में लगे रहेंगे। यदि आप में से ऐसे लोग भी हैं जो अपने हाथों से सब कुछ आजमाना चाहते हैं, तो everizhnikova@arccn.ru पर लिखें, हमें सहयोग करने में खुशी होगी।