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.