Регистрация / Вход
Прислать материал

Исследование процесса взаимодействия сетевых приложений и контроллера программно-конфигурируемых сетей для уменьшения нагрузки на промежуточные узлы сети, повышение гибкости, масштабируемости и отказоустойчивости за счет реализации приложений, которые управляют сервисами на уровне L4-L7 модели OSI, на контроллере сети. Разработка программного кода прототипа модуля управления взаимодействиями с приложениями для контроллера программно-конфигурируемых сетей и проведение экспериментальных исследований.

Номер контракта: 14.574.21.0036

Руководитель: Алексеев Игорь Вадимович

Должность: Директор университетского центра интернет

Организация: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова"
Организация докладчика: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ярославский государственный университет им.П.Г.Демидова"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
программно-конфигурируемые сети, пкс, сетевой контроллер, северный мост, прикладой интерфейс, сетевые программы, интегрированная сетевая среда, управление сетью

Цель проекта:
Парадигма управления сетевой инфраструктурой программно-конфигурируемых сетей (ПКС) позволяет оперативно адаптировать сеть под потребности новых коммуникационных приложений, оптимизировать использование инфраструктуры сети и переносит интеллектуальные функции с маршрутизирующего и коммутирующего оборудования на программный контроллер, управляющий сетью. И если интерфейс между сетевым оборудованием и контроллером формализован достаточно четко и имеет ряд различных реализаций, то взаимодействие различных сетевых приложений с контроллером не стандартизировано и имеет множество реализаций, зависимых от структуры контроллера. Целью нашего проекта является исследования и разработка технологии взаимодействия приложений, управляющих сервисами сети на уровнях L4-L7, и основанной на этой технологии продукции в виде управляющих модулей для контроллеров ПКС. Задачи проекта включают в себя: изучение имеющихся наработок по данной тематике выполняемых ведущими научными коллективами, работающими в данной отрасли; разработка принципов взаимодействия, алгоритмов, технического решения, протоколов связи для уменьшения нагрузки на промежуточные узлы сети, повышения гибкости, масштабируемости и отказоустойчивости за счет реализации приложений, которые управляют сервисами на уровне L4-L7 модели OSI, на контроллере сети. А также реализация разработанного взаимодействия в экспериментальном образце программного обеспечения и оценка полученных результатов.

Основные планируемые результаты проекта:
В результате выполнения работ по исследованиям и разработке технологии взаимодействия прикладных программ и контроллера ПКС для уменьшения нагрузки на промежуточные узлы сети, повышения гибкости, масштабируемости и отказоустойчивости за счет реализации приложений, которые управляют сервисами на уровне L4-L7 модели OSI, на контроллере сети, получены следующие результаты:
1) Разработаны основные принципы взаимодействия контроллера ПКС и сетевых приложений.
2) Разработано техническое решение по взаимодействию контроллера ПКС и сетевых приложений.
3) Разработано программное обеспечение, реализующее программное решение взаимодействия.
4) Сформулированы предложения и рекомендации по использованию разработанных технических и программных решений.
5) Опубликованы печатные работы в международных научных изданиях, включенных в базу цитирования Scopus, отражающие научные исследования.

К полученным характеристикам научной продукции можно отнести следующее:
1) Уменьшена нагрузки на промежуточные узлы сети за счет организации распределенного взаимодействия.
2) Достигнуто повышение гибкости, масштабируемости и отказоустойчивости за счет распределенного взаимодействия.
3) Программное решение обеспечивает работу с протоколом OpenFlow версии не ниже 1.2.
4) Программное решение обеспечивает работу на архитектуре i386, в том числе на виртуальных машинах.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
В результате выполнения проекта получен экспериментальный образец программного обеспечения, представленный в виде контроллера ПКС со встроенными модулями связи с сетевыми приложениями управляющими сервисами сети на уровне L4-L7, которые могут быть расположены как на отдельном устройстве, так и совместно с контроллером. Таким образом, практически все поставленные задачи решены, в том числе наиболее значимые по уменьшению нагрузки на промежуточные узлы сети, повышению гибкости, масштабируемости и отказоустойчивости.

Для оценки новизны научных решений и методик было проведено патентное исследование. На основании проведенного патентного исследования можно сделать следующие выводы. Среди рассмотренных патентных документов имеется большое количество работ посвященных различным тематикам, в том числе: управления потоками как таковым; программирования сетевых устройств, занимающихся пересылкой пакетов; вопросам создания, обработки и распространения по сети потоков и их характеристических признаков; несколько в меньшем количестве представлены работы на тему разработки контроллеров ПКС вообще. Однако проведенное патентное исследование не выявило наличия запатентованных работ, посвященных решению специфической, но очень широко востребованной задачи – разработке технического и программного решения взаимодействия прикладных программ и контроллера ПКС для уменьшения нагрузки на промежуточные узлы сети, повышения гибкости, масштабируемости и отказоустойчивости за счет реализации приложений, которые управляют сервисами на уровне L4-L7 модели OSI, на контроллере сети.Таким образом, патентное исследование показало, что в настоящее время отсутствуют патенты и иные охранные документы, связанные с комплексной тематикой научных исследований.

Для сопоставления с результатами смежных работ, определяющими мировой уровень, был проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ.

Для достижения заявленных результатов изучена предметная область, разработанные алгоритмы проверены на экспериментальных моделях и стендах. В качестве рисков можно выделить следующее:
- Создание аналогичного продукта другим коллективом авторов.
- Глобальное изменение направления исследований в данной области.
- Низкий уровень готовности потенциальных потребителей к изменениям сетевой инфраструктуры предприятий.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Областью применения результатов проекта являются корпоративные сети малого и среднего бизнеса. Результаты НИР могут быть использованы в реальном секторе экономики для разработки тиражного программного продукта, устанавливаемого в корпоративной сети, поддерживающего протокол OpenFlow и позволяющего управлять ей в автоматизированном режиме.

Предполагаемые результаты внедрения:
- Централизованный контроль сетевого оборудования различных производителей.
- Уменьшение сложности за счет автоматизации.
- Более высокий темп инноваций.
- Повышенная надежность и безопасность сети, более точечный контроль.
- Упрощение администрирования сетевой инфраструктуры.

Выполняемые функции:
1) Функции регистрации обработки и хранения данных о событиях в сети:
- Получение информации о событиях в системе от других модулей в составе системы и от внешних источников посредством специализированных интерфейсов;
- Передача ряда событий модулям системы в обход выставленных модулями фильтров;
- Подготовка статистических данных к выгрузке для анализа сторонними системами.
2) Функции выработки управляющих воздействий на основе данных и сетевых событиях:
- Расширяемый программный инструментарий для генерации изменений конфигурации сетевых устройств;
- Обработка данных, от управляемых сетевых устройств в форме обратной связи.
3) Коммуникационные функции:
- Организация передачи данных в обоих направлениях между устройствами и контроллером, основанной на принятых международных стандартах;
4) Вспомогательные и интерфейсные функции:
- Организация подсистемы хранения данных, включающих в себя конфигурационные данные, а также данные мониторинга сетевых устройств, статистические данные, создаваемые на основе обработки данных мониторинга и используемые в дальнейшем для создания определенных видов сетевых событий;
- Организация автоматической бесперебойной системы мониторинга сетевых устройств;
- Организация взаимодействия с оператором системы на основе удобного и эргономичного веб-интерфейса.

В результате внедрения разрабатываемого технического решения ожидаются следующие социально-экономические эффекты:
1) Существенное снижение трудозатрат предприятий на поддержку, обслуживание и обновления сетевой инфраструктуры, высвобождение профессионалов в ИТ сфере для решения других более приближенных к бизнес тематике вопросов, программных решений.
2) Улучшение качества корпоративных коммуникаций за счет более правильных настроек оборудования, своевременных изменений конфигурации при необходимости, изменении внешних условий или внутреннего состояния корпоративной коммуникационной среды. А также за счет непрерывного и тщательного применения требований корпоративной политики безопасности, и регламентов использования сети.
3) Повышение безопасности корпоративных коммуникаций за счет постоянного мониторинга и применения политик безопасности сети в автоматическом режиме.
4) Расширение возможностей корпоративных коммуникаций за счет упрощения работы в корпоративной сети персональных мобильных устройств с учетом требований безопасности, необходимого уровня доступа к корпоративным ресурсам, изоляции и т.д.
5) Общее повышение эффективности работы сетей, выраженное в увеличении средней пропускной способности, усредненной за продолжительный промежуток времени за счет снижения простоев, связанных с ручной реконфигурацией устройств, ошибками администрирования, некорректным применением политик безопасности и т.д.

Полученные результаты могут оказать влияние на направление разработки приложений для ПКС, подразумевается ускорение создания конечных программных продуктов, при условии унификации управляющих интерфейсов взаимодействия всех контроллеров ПКС.
Полученные результаты по проекту позволяют говорить, что использование разработанной методологии взаимодействия контроллера ПКС с сетевыми приложениями в создании распределенных сетевых систем позволит исследователям создавать, анализировать и экспериментировать своими достижениями в данной области. И максимально сократит время перехода от изобретений до коммерческой реализации.

Текущие результаты проекта:
В настоящее время разрабатывается проект технического задания на ОКР, предложения по коммерциализации результатов ПНИ, производится обобщение результатов ПНИ и оценка результативности и эффективности в сравнении с современным научно-техническим уровнем. Таким образом, можно сказать, что практически все поставленные задачи перед ПНИ были достигнуты.