Программно-конфигурируемые сети и Виртуализация...

Программно-конфигурируемые сети и Виртуализация сетевых сервисов – новый вызов для разработчиков ПО

Чл.-корр. РАН, д.ф-м.н, профессор Р.Л.СмелянскийЦентр прикладных исследований компьютерных сетей,

ВМК МГУ им. Ломоносова

08.04.2023 Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково 2

Что такое Программно-Конфигурируемые Сети

1

Что такое Виртуализация Сетевых Сервисов

2

Взаимосвязь ПКС и ВСС

3

4

5

Содержание

Примеры

Проблемы современных сетей

Если в 80-е годы главным было

качество, а в 90-е -

реинжиниринг, то в 2000-е главное

- СКОРОСТЬ

BILL GATES IN BUSINESS @ THE SPEED OF THOUGHT

08.04.2023 Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково 3

Encrypt QoS Translate Compress

Сеть как платформа

Transcode Stream

Ad InsertionEnhance

TransrateProtect

Multicast

Сеть как платформа сервисов

08.04.2023 Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково 4

Тенденции и требования рынка

Ключевые тенденции

Изменение модели вычислений (outsourcing & robosourcing);

Быстрый рост траффика: к 2016 году объем трафика возрастет в 6 раз

Изменение структуры траффика: к 2016 г. 90 % - видеотрафик;

Взрывной рост мобильности;

Несоответствие темпов роста трафика и темпов роста доходов операторов

Необходимо сокращать стоимость передачи трафика!

2010 2011 2012 2013 2014 20150

10

20

30

40

50

60

14.955

20.65

27.434

35.879

46.29

59.354

4.989 6.8399.014

11.352 13.189 14.848

0.237 0.546 1.163 2.198 3.8066.254

Global IP Traffic By Type

Fixed Internet

Managed IP

Mobile data

Эрик Шмит, Google

К 2003 г. в Интернет было сгенерировано 5 экзабайт. Сегодня

такой объем – за 2-3 дня

08.04.2023 Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково 5

Чудовищный рост сложности

Сложность из-за дополнительных функциональностей таких как поддержка мобильности,VPN, туннелирование, управление сетями и т.д.

Число ежегодно публикуемых RFC

08.04.2023 Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково 6

Сеть оператора сегодня

© ON.LAB

Edge

Core

DSLAM

DSLAM

AccessBRAS Firewall

Carrier Grade NAT

DPI

CDNMonitor

WAN Accelerator

CPEStandard High VolumeServers/Storage/Switches

IMS, VoLTE, CSCF

08.04.2023 Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково 7

Рост числа middleboxes

Подавляющее число этих сервисов (IMS, VoLTE, DPI, CPE, CSCF etc.) реализовано в виде, так называемых, middleboxes (функция и железо едины!)

08.04.2023 Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково 8

Что такое ПКС

Отделение управление

сетевым оборудованием от

управления передачей

данных.

Управление сетью в целом, а

не отдельными экземплярами

сетевого оборудования.

Интеллектуальный, легко управляемый интерфейс между

сетевым приложением и транспортной средой сети.

08.04.2023 Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково 9

ПКС эволюция

Classic router

VLANRIP

OSP OSPF FIIS-IS

ACL

MPLS……

08.04.2023 Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково 10

Classic router

VLAN

RIPOSPF

IS-IS

ACL

MPLS…

ПКС эволюция

08.04.2023 Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково 11

Classic router

VLANRIP

OSPFIS-IS

ACL

MPLS…

ПКС эволюция

08.04.2023 Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково 12

VLAN

RIP

OSPF

IS-IS

ACL

MPLS

…

TCAM Controller

Switch

Flow Table

ПКС эволюция

08.04.2023 Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково 13

VLAN

RIP

OSPF

IS-IS

ACL

MPLS

…

TCAMController

Switch

Flow Table

Flow Table

MACsrc

MACdst

IPSrc

IPDst

TCPsport

TCPdport Action

**5.6.7.8*** port 1Rule examples

****00:1f:..* port 5

22***** drop

666205.6.7.81.2.3.400:1f:..00:20.. port 7

Switching

Firewall

Flow Switching

Routing

ПКС эволюция

08.04.2023 Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково 14

VLAN

RIP

OSPF

IS-IS

ACL

MPLS

…

TCAMController

Switch

Flow Table

Flow TableMACsrc

MACdst

IPSrc

IPDst

TCPsport

TCPdport Action

**5.6.7.8*** port 1

Rule examples****00:1f:..* port 5

22***** drop

666205.6.7.81.2.3.400:1f:..00:20.. port 7

Switching

Firewall

Flow Switching

Routing

ПКС эволюция

08.04.2023 Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково 15

VLAN

RIP

OSPF

IS-IS

ACL

MPLS

…

TCAM

Switch

Flow Table APP

APP

APP

APP

APP

APP

APP

Controller

Net

wor

k op

erati

ng sy

stem

ПКС эволюция

08.04.2023 Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково 16

VLAN

RIP

OSPF

IS-IS

ACL

MPLS

…

Switch

APP

APP

APP

APP

APP

APP

APP

Controller

Net

wor

k op

erati

ng sy

stem

Switch

Switch

ПКС эволюция

08.04.2023 Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково 17

ПКС устройство коммутации пакетов

Слой виртуализации

Контроллер Контроллер Контроллер

App App App App App App

ПКС устройство коммутации пакетовПростое устройство

коммутации пакетов

Простое устройство коммутации пакетов

ПКС устройство коммутации пакетов

Slice1Slice2 Slice3

ПКС эволюция

08.04.2023 Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково 18

Виртуальные Сетевые Сервисы (NFV)

08.04.2023 Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково 19

08.04.2023 Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково 20

Сеть оператора с ВСС

© ON.LAB

Edge

Core

DSLAM

OLT

DSLAM

AccessBRAS Firewall

Carrier Grade NAT

DPI

CDNMonitor

WAN Accelerator

CPE Standard High VolumeServers/Storage/Switches

BRASDPIDPI

CG-NAT

CG-NATBRAS

CPE-FuncCPE-FuncCPE-FuncCPE-Func BRAS

BRAS

DPI

CG-NAT

BRAS

CPE-FuncCPE-FuncCPE-FuncCPE-Func

BRAS

DPI

CG-NAT

BRAS

CPE-FuncCPE-FuncCPE-FuncCPE-Func

CDN

CDN

CDN

CDN

MonitorMonitor

WAN-AcclWAN-Accl

CDN

CDN

CDN

CDN

MonitorMonitor

WAN-AcclWAN-Accl

Network Function-VMs

08.04.2023 Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково 21

ВСС с плоскостью управления ПКС

Edge

Core

Access

NF-VM NF-VM

NF-VM NF-VM

NF-VM NF-VM

NF-VM NF-VM

NF-VM NF-VM

NF-VM NF-VM

NF-VM NF-VM

NF-VM NF-VM

NF-VM NF-VM

VM MgmtSDN Controller

Load Balancer

Firewall CG-NAT

VM + Network Orchestration

BRAS BRAS WAN-Accel CPD

© ON.LAB 08.04.2023 Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково 22

Consumer

S1

Controller

Data origin

CDN как ВСС

Consumers

S1

Consumers

NFV regional

farm

Region

CDN

Statistics

08.04.2023 Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково 23

Consumer

S1

Controller

Data origin

Consumers

S1

Consumers

NFV regional

farm

Region

CDN

UpdateCDN

CDN orcestrator

CDN

CDN как ВСС

08.04.2023 Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково 24

Consumer

Data origin

vSTB

vRGW

SIP

Message Router

DPI

Firewall

BRAS

NAT

CDN

RAN Control

Конвейеризация ВСС

08.04.2023 Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково 25

Consumer

Data origin

NFV regional

farm

NFV enabled network

DPI orcestrator

DPI

DPI

DPI

Suspicious traffic

Network ControllerREST API

Конвейеризация ВСС

08.04.2023 Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково 26

Consumer

Data origin

NFV regional

farm

NFV enabled network

DPI

DPI

DPI orchestrator

DPI

Suspicious traffic

Network ControllerREST API

Packet mirroringDPI

DPI

DPI

Конвейеризация ВСС

08.04.2023 Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково 27

Consumer

Data origin

NFV regional

farm

NFV enabled network

DPI

DPI

DPI orcestrator

DPI

Malware traffic

Network ControllerREST API

Packet mirroringAction

DPI

DPI

DPI

Конвейеризация ВСС

08.04.2023 Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково 28

Hardware

OS/Linux KernelHigh performance datapath

Virtual Switch

VM VM VM VM

Firewall, Encryption, DPI,…

ВСС pool

• Высокие требования к производительности на всех уровнях• Легковесное виртуальное окружение• Высокопроизводительный и настраиваемый виртуальный

коммутатор• Высокоскоростной сетевой стек ОС• Специализированное аппаратное обеспечение (например, сетевые

адаптеры)

Архитектура ВСС платформы

08.04.2023 Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково 29

Intel DPDK

• Intel DPDK – это набор библиотек и драйверов для быстрой обработки пакетов на платформах Intel.

• Использование больших виртуальных страниц (huge pages 2mb/1gb).

• Размещение объектов равномерно по всем каналам оперативной памяти.

• Адресное пространство карточки доступно из userspace.

• Неблокирующие очереди для передачи пакетов.• Нет прерываний в драйверах DPDK – активный

цикл.• Активное использование SSE инструкций для

обработки пакетов. • Выделение целых ядер процессоров под задачи.

DPDK = Data Plane Development Kithttp://intel.com/go/dpdk/

08.04.2023 Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково 30

Open vSwitch ускоренный с DPDK

• Open vSwitch - это виртуальный программный коммутатор, который обеспечивает соединение между виртуальными машинами и физическими интерфейсами.– VLAN, SPAN, RSPAN, GRE, sFlow, Netflow, OpenFlow 1.1.

Open vSwitch Open vSwitch + DPDK

PHY-to-PHY 1.1 Mpps 10 Mpps

VM-to-PHY 0.3 Mpps 4 Mpps

VM-to-VM 0.3 Mpps 2 Mpps

* на 10 Gb канале ** на udp пакетах, 64 байта (самый сложный сценарий)*** теоретический максимум 15 Mpps

08.04.2023 Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково 31

Заключение

!

!

В России отсутствует производство сетевого оборудования и ПО в индустриально значимых масштабах (>90% - продукция иностранного производства).

ПКС&ВСС - Момент смены архитектуры компьютерных сетей благоприятен для России: возможность создать собственное производство программных средств для управления и виртуализации сетевых сервисов

08.04.2023 Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково 32

http://arccn.ru/ +7 (495) 984 27 64

smel@arccn.ru @ArccnNews

08.04.2023 Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково 33