V Форум «TELECOM NETWORKS Х.0: Sharing, Engineering, Development, Management, Outsourcing &
Metering» г. Москва, Radisson Blu Belorusskaya , 15 октября 2015 г.
Программно-конфигурируемые сети: качество функционирования и
предоставления услуг
1
Ефимушкин В.А.директор департаментасистемных исследований,АО «Интеллект Телеком»,к.ф.-м.н., доцент
Ледовских Т.В.заместитель директора департаментасистемных исследований,АО «Интеллект Телеком»,к.ф.-м.н.
Актуальность SDN
*Всемирная ассамблея по стандартизации электросвязи (ВАСЭ), Дубаи, 2012 г.
Согласованное мнение, что*:
• SDN коренным образом преобразуют среду отрасли электросвязи и информационно-коммуникационных технологий (ИКТ) в ближайшие десятилетия
• SDN может обеспечить отрасли электросвязи/ИКТ многочисленные преимущества
• Существует быстро растущий интерес к использованию SDN в отрасли электросвязи/ИКТ со стороны значительного количества компаний
• Существует необходимость в системе стандартов для широкого применения SDN
2
Концепция SDN: Определения
3
МСЭ-ТSDN: Технология построения сетей, которая позволяет реализовать централизованный, программируемый уровень управления и изоляцию (абстракцию) уровня данных, при этом уровни управления и данных разделены, благодаря чему операторы сетей связи могут напрямую управлять своими виртуальными ресурсами и сетями.
Концепция SDN: Основные принципы
Разделение уровней управления сетью и передачи данных за счет переноса функций управления (маршрутизаторами, коммутаторами) в приложения, работающие на отдельном устройстве (контроллере) 4
Развитие SDN/NFV
5Source: ETSI, ONF, OpenDeilight, journal papers
Переход концепции SDN от фазы исследований к экспериментам по програм-мированию сетей
До 2007
Значительное венчурное
фондирование компаний в области
SDN и NFV (напр. Nicira Networks)
Июль 2007
Анонсирован первый открытый код протокола OpenFlow для университетских сетей
Апрель 2008
Октябрь 2009
Июль 2012
Ноябрь 2013
Март 2011
Октябрь 2012
Апрель 2013
Апрель 2012
Январь 2012
Июнь 2012
Март 2014
Февр 2014 Июль
2015
Анонсирован первый открытый код для vSwitch
Базовая Европейская
сеть DTAG
ONF образован компаниями DTAG, Facebook, Google,
Microsoft, Verizon и Yahoo! в целях совершенствования сетей
по концепции SDN и стандартизации протокола
OpenFlow
Плановыедискуссии по NFV
Публикация 13 операторами белой книги
ETSI NFV
Google извещает об исполь-зовании OpenFlow
Поглощение Nicira Networks компанией VMWare AT&T Domain 2.0
«Lithium» (3-й релиз)
Код «Hydrogen» OpenDaylight(1-й релиз)
Взаимодейст-вие ETSI-ONF по вопросам поддержки NFV средствами SDN
Linux Foundation фондировал проект OpenDaylight по разработке открытой среды для ускорения взаимной адаптации SDN и NFV
SDN: Преимущества
•Централизованное управление в мультивендорной среде
• Уменьшение сложности сети за счет автоматизации
• Увеличение надежности и безопасности сети
• Точечное управление сетью
• Обеспечение согласованности политик управления доступом, инжиниринга трафика, параметров качества услуг, безопасности и др.
• Более высокая скорость внедрения инноваций
• Улучшение качества восприятия услуг пользователями 6
•Значительное снижение CAPEX и OPEX за счет упрощения управления сетью
•Упрощение создания и изменения услуг
•Возможность построения мультивендорных сетевых решений
•Масштабируемость
•Гибкость
•Уменьшение затрат на электропитание
•Увеличение доходов
•Ускорение возврата инвестиций за счет повышения эффективности использования сети и оборудования
QoS SDN в МСЭ-Т
7
SG13: FUTURE NETWORKSQ6/13 «Requirements and mechanisms for network QoS enablement (including support for software-defined networking)»
Стандартизация 5G(иерархическое построение SDN/NFV)
8
Source: Licciardi L. 5G: from analysis to action // ITU-T FG IMT2020 Workshop on Network Softwarization, 21st September 2015, Turin
Задержки в тактильном интернете
9
QoS в SDN
Механизмы обеспечения QoS протокола OpenFlow
Протокол OpenFlow обеспечивает ограниченную
поддержку QoS
В большинстве коммутаторов различных производителей реализована версия 1.0-1.3 протокола OpenFlow, поддерживающие лишь базовые возможности по обеспечению QoS
Обеспечение качества в сетях SDN
Архитектурные решения по обеспечению QoS
10
Общая архитектура инфраструктуры управления Ofelia с поддержкой QoS в SDN
11
LDAP
Графический интерфейс пользователя (GUI)
Средства
Модуль виртуализации
Модуль управления очередями
Модуль OpenFlow
Расширение QoS Модуль X
Общий менеджер
виртуализации
Агент
Сервер
Агент
Сервер
GUI
Расширение QoS
Менеджер подключений GUI
AM X
FlowVisor
NOX
Коммутаторы
Расширение QoS
Взаимодействие между модулем управления очередями и коммутаторами OpenFlow в SDN
12
(Программный) Коммутатор OpenFlow
Модуль управления очередью
Коммутаторы
Интерфейс SNMP
Коммутатор OpenFlow HP
Интерфейс SNMP
Коммутатор OpenFlow NEC
Собственный интерфейс
Netconf
Программный коммутатор OpenFlow
Расширение QoS
Интерфейс Netconf
OF-CONFIG
Архитектура контроллера OpenQoS для SDN для сетей OpenFlow и услуг мультимедиа с поддержкой сквозного QoS
13
Уровень приложений
Уровень управления
Уровень передачи данныхИнтерфейс контроллер-сетевые устройства
Интерфейс контроллер-услуга
Сетевые устройства
Мультимедийные услуги
Управление потоками
Прием вызовов
Применение политик трафика
Стандартизированный контроллер
Расчет путей Управление путямиУправление
топологией
Инт
ерф
ейс
конт
ролл
ер-
конт
ролл
ер
Инт
ерф
ейс
конт
ролл
ер-
конт
ролл
ер
Сравнение архитектур QoS
14
Поддержка потоков Тип гарантии СложностьВлияние на
другие потокиМеханизм
InServИндивидуальные
потоки
Из конца в конец
(end-to-end)Высокая Высокая
Резервирование
ресурсов
DiffServАгрегированные
потоки
Пошаговая (hop-
by-hop)Средняя Средняя
Формирование
трафика,
организация
очередей
OpenQoS
Несколько потоков
(составные, сложные
потоки)
Из конца в
конец (end-to-
end)
Низкая Низкая
Динамическая
QoS-
маршрутизация
Идентификационные поля потоков в OpenFlow
15
Ingr
ess
Por
t
Met
adat
a
Eth
erne
t Sou
rce
Eth
erne
t Des
tinat
ion
Eth
erne
t Typ
e
VLA
N ID
VLA
N P
riorit
y
MP
LS L
abel
MP
LS T
raffi
c C
lass
IP S
ourc
e
IP D
estin
atio
n
IP P
roto
col
IP T
OS
fiel
d
Tran
spor
t Sou
rce
Por
t
Tran
spor
t Des
tinat
ion
Por
t
L1 L2 L2.5 L3 L4
Таблицы потоков и их конвейерная обработка в SDN
16
Таблица потоков
0
Таблица потоков
1
Таблица потоков
N
Выполнение набора
действий
Поступление пакета в очередь
Набор действий {}
Пакеты с совпадающими
полями
Набор действий
Набор действий
Пакет
Выход пакета из очереди
Заключение
17
1.1. Вопросы обеспечения качества функционирования сетей SDN и услуг на их базе находятся на стадии исследований.
1.2. Предлагаемые архитектуры и механизмы обеспечения QoS предполагают, что информация, передаваемая между элементами сети связи, может быть передана с использованием «южных» и/или «северных» интерфейсов OpenFlow и соответствующих протоколов, а функции обеспечения QoS (управление политиками, очередями, маршрутами, мониторинга QoS и SLA, и др.) могут выполняться контроллером SDN или выноситься в отдельные приложения на уровень приложений.
1.3. Исследуются и предлагаются возможные расширения и улучшения существующих механизмов конфигурации очередей в коммутаторах OpenFlow, а также предлагаются дополнительные возможности для реализации в протоколе OpenFlow.
Заключение
18
2.1. Сегодня механизмы QoS в сети SDN могут обеспечиваться- либо средствами OpenFlow,- либо фирменными решениями производителей,- либо с помощью стандартных механизмов коммутаторов и
маршрутизаторов традиционных сетей IP, реализованных в гибридных коммутаторах OpenFlow.
2.2. Следует отметить, что сейчас в большинстве коммутаторов различных производителей реализована версия 1.0 протокола OpenFlow, которая поддерживает только базовые возможности по обеспечению QoS (при этом даже текущая версия протокола обеспечивает ограниченную поддержку QoS), что является недостаточным для построения сетей SDN операторского класса.
Заключение
19
3.1. На текущем этапе развития стандартов OpenFlow в части механизмов обеспечения QoS при построении сетей SDN рекомендуется использовать
- существующие решения производителей оборудования на базе гибридных коммутаторов, реализующих как возможности протокола OpenFlow, так и
существующие стандартные механизмы QoS коммутаторов и маршрутизаторов традиционных сетей IP (политики QoS, маркировка трафика, организация очередей, формирование трафика, случайный и принудительный сброс трафика),
- дополнительные решения производителей оборудования (дополнительная реализация механизмов QoS, например, CBWFQ, WRED, приоритетная
организация очередей с распространением, иерархический QoS, и др.).
Спасибо за внимание!
20
ЕфимушкинВладимир Александровиче[email protected]
ЛедовскихТатьяна Владимировна[email protected]
Ефимушкин В.А., Ледовских Т.В., Корабельников Д.М., Языков Д.Н. Обзор состояния международной стандартизации программно-конфигурируемых сетей // Электросвязь. – 2014. – № 8. – С.3-9.
Ефимушкин В.А., Ледовских Т.В., Корабельников Д.М., Языков Д.Н. Сравнительный анализ архитектур и протоколов программно-конфигурируемых сетей // Электросвязь. – 2014. – № 8. – С.9-14.
Ефимушкин В.А., Языков Д.Н. Анализ характеристик функционирования коммутатора программно-конфигурируемой сети // Труды ВСПУ-2014. М.: ИПУ РАН, 2014. – С.8536-8543.
Ефимушкин В.А., Ледовских Т.В., Корабельников Д.М., Языков Д.Н. Обзор решений SDN/NFV зарубежных производителей // T-Comm: Телекоммуникации и Транспорт – 2015. – № 8. – С.9-14.
Ефимушкин В.А., Ледовских Т.В., Корабельников Д.М., Языков Д.Н. Обеспечение качества функционирования программно-конфигурируемых сетей // Proc. XVIII Int. conf. DCCN-2015. Moscow: INSET, 2015.
\
Е ЛК Я