Dasturiy ta'minot bilan boshqariladigan tarmoqlar: OpenFlow protokolini chuqur o'rganish

Global tarmoqlar va bulutli hisoblashlarning bugungi dinamik landshaftida moslashuvchan, kengaytiriladigan va dasturlashtiriladigan tarmoq infratuzilmasiga bo'lgan ehtiyoj juda muhim. Dasturiy ta'minot bilan boshqariladigan tarmoqlar (SDN) boshqaruv tekisligini ma'lumotlar tekisligidan ajratib, tarmoq resurslarini markazlashtirilgan boshqarish va avtomatlashtirish imkonini beruvchi inqilobiy paradigma sifatida paydo bo'ldi. SDNning markazida boshqaruv tekisligi va ma'lumotlar tekisligi o'rtasidagi aloqani ta'minlaydigan asosiy texnologiya bo'lgan OpenFlow protokoli yotadi. Ushbu maqola OpenFlowning nozik jihatlariga, uning arxitekturasi, funksiyalari, afzalliklari, kamchiliklari va turli global stsenariylardagi amaliy qo'llanilishiga bag'ishlangan.

Dasturiy ta'minot bilan boshqariladigan tarmoqlar (SDN) nima?

An'anaviy tarmoq arxitekturalari boshqaruv tekisligini (qaror qabul qilish, marshrutlash protokollari uchun mas'ul) va ma'lumotlar tekisligini (ma'lumot paketlarini uzatish uchun mas'ul) bir-biriga chambarchas bog'laydi. Bu qattiq bog'liqlik tarmoqning moslashuvchanligi va tezkorligini cheklaydi. SDN boshqaruv tekisligini ma'lumotlar tekisligidan ajratib, tarmoq ma'murlariga tarmoq xatti-harakatlarini markazlashtirilgan tarzda boshqarish va dasturlash imkonini berib, ushbu cheklovlarni hal qiladi. Bu ajratish quyidagilarga imkon beradi:

Markazlashtirilgan boshqaruv: Markaziy kontroller butun tarmoqni boshqarib, yagona boshqaruv va kuzatuv nuqtasini ta'minlaydi.
Tarmoq dasturlashtiriluvchanligi: Tarmoq xatti-harakatlari dasturiy ta'minot orqali dinamik tarzda dasturlashtirilishi mumkin, bu esa o'zgaruvchan tarmoq sharoitlari va dastur talablariga tezda moslashish imkonini beradi.
Abstraksiya: SDN asosiy tarmoq infratuzilmasini abstraktlashtirib, tarmoqni boshqarishni soddalashtiradi va murakkablikni kamaytiradi.
Avtomatlashtirish: Tarmoq vazifalari avtomatlashtirilishi mumkin, bu qo'lda aralashuvni kamaytiradi va operatsion samaradorlikni oshiradi.

OpenFlow protokolini tushunish

OpenFlow — bu SDN kontrolleriga kommutatorlar va routerlar kabi tarmoq qurilmalarining uzatish tekisligiga (ma'lumotlar tekisligi) to'g'ridan-to'g'ri kirish va uni boshqarish imkonini beruvchi standartlashtirilgan aloqa protokol. U kontrollerning ushbu qurilmalar bilan aloqa qilishi va ularning uzatish xatti-harakatlarini dasturlashi uchun standart interfeysni belgilaydi. OpenFlow protokoli oqimlarga asoslangan uzatish printsipi asosida ishlaydi, bunda tarmoq trafigi turli mezonlarga ko'ra oqimlarga tasniflanadi va har bir oqim ma'lum bir harakatlar to'plami bilan bog'lanadi.

OpenFlowning asosiy komponentlari:

OpenFlow kontrolleri: SDN arxitekturasining markaziy miyasi, uzatish qarorlarini qabul qilish va ma'lumotlar tekisligini dasturlash uchun mas'ul. Kontroller tarmoq qurilmalari bilan OpenFlow protokol yordamida aloqa qiladi.
OpenFlow kommutatori (Ma'lumotlar tekisligi): OpenFlow protokolini amalga oshiradigan va kontrollerdan olingan ko'rsatmalar asosida trafikni uzatadigan tarmoq qurilmalari. Ushbu kommutatorlar turli xil tarmoq trafiklarini qanday qayta ishlashni belgilaydigan qoidalarni o'z ichiga olgan oqimlar jadvalini saqlaydi.
OpenFlow protokoli: Kontroller va kommutatorlar o'rtasida ma'lumot almashish va uzatish xatti-harakatlarini dasturlash uchun ishlatiladigan aloqa protokoli.

Oqimlar jadvali: OpenFlowning yuragi

Oqimlar jadvali OpenFlow kommutatoridagi markaziy ma'lumotlar strukturasi hisoblanadi. U har birida ma'lum turdagi tarmoq trafigini qanday qayta ishlashni belgilaydigan oqim yozuvlari seriyasidan iborat. Har bir oqim yozuvi odatda quyidagi komponentlarni o'z ichiga oladi:

Moslik maydonlari: Bu maydonlar ma'lum bir oqimni aniqlash uchun ishlatiladigan mezonlarni belgilaydi. Umumiy moslik maydonlariga manba va maqsad IP manzillari, port raqamlari, VLAN IDlari va Ethernet turlari kiradi.
Ustuvorlik: Oqim yozuvlarining baholanish tartibini belgilaydigan raqamli qiymat. Yuqori ustuvorlikka ega yozuvlar birinchi baholanadi.
Hisoblagichlar: Ushbu hisoblagichlar oqim yozuviga mos kelgan paketlar va baytlar soni kabi oqim bilan bog'liq statistik ma'lumotlarni kuzatib boradi.
Ko'rsatmalar: Bu ko'rsatmalar paket oqim yozuviga mos kelganda bajarilishi kerak bo'lgan harakatlarni belgilaydi. Umumiy ko'rsatmalarga paketni ma'lum bir portga uzatish, paket sarlavhasini o'zgartirish, paketni tashlab yuborish yoki paketni keyingi qayta ishlash uchun kontrollerga yuborish kiradi.

OpenFlowning ishlashi: Qadamma-qadam misol

Keling, OpenFlowning ishlashini soddalashtirilgan misol bilan ko'rsatamiz. Manba IP manzili 192.168.1.10 dan maqsad IP manzili 10.0.0.5 ga yo'naltirilgan barcha trafikni OpenFlow kommutatorining 3-portiga yuborishni xohlagan stsenariyni tasavvur qiling.

Paket kelishi: Paket OpenFlow kommutatoriga kelib tushadi.
Oqimlar jadvalini qidirish: Kommutator paket sarlavhasini tekshiradi va uni oqimlar jadvalidagi yozuvlarga moslashtirishga harakat qiladi.
Moslik topildi: Kommutator manba IP manziliga (192.168.1.10) va maqsad IP manziliga (10.0.0.5) mos keladigan oqim yozuvini topadi.
Harakatni bajarish: Kommutator mos keladigan oqim yozuvi bilan bog'liq ko'rsatmalarni bajaradi. Bu holda, ko'rsatma paketni 3-portga yuborishdir.
Paketni uzatish: Kommutator paketni 3-portga uzatadi.

Agar mos keladigan oqim yozuvi topilmasa, kommutator odatda paketni keyingi qayta ishlash uchun kontrollerga yuboradi. Keyin kontroller paketni qanday qayta ishlashni hal qilishi va kerak bo'lganda kommutatorning oqimlar jadvaliga yangi oqim yozuvini o'rnatishi mumkin.

SDN arxitekturalarida OpenFlowning afzalliklari

SDN muhitlarida OpenFlowning qabul qilinishi butun dunyodagi tarmoq operatorlari va tashkilotlari uchun ko'plab afzalliklarni taqdim etadi:

Tarmoqning yuqori tezkorligi: OpenFlow o'zgaruvchan tarmoq sharoitlari va dastur talablariga tezda moslashish imkonini beradi. Tarmoq ma'murlari alohida tarmoq qurilmalarini qo'lda sozlashni talab qilmasdan, tarmoq xatti-harakatlarini dasturiy ta'minot orqali dinamik ravishda dasturlashlari mumkin. Masalan, Londondagi kompaniya tarmoq uzilishi paytida trafikni Tokiodagi zaxira serverga tezda yo'naltirib, ish to'xtashini minimallashtirishi va biznes uzluksizligini ta'minlashi mumkin.
Yaxshilangan tarmoq ko'rinuvchanligi: Markaziy SDN kontrolleri butun tarmoq uchun yagona boshqaruv va kuzatuv nuqtasini ta'minlaydi. Tarmoq ma'murlari tarmoq ish faoliyatini osongina kuzatishi, to'siqlarni aniqlashi va tarmoq muammolarini bartaraf etishi mumkin. Global elektron tijorat kompaniyasi ushbu ko'rinuvchanlikdan foydalanuvchining joylashuvi va tarmoq sharoitlariga qarab kontent yetkazib berishni optimallashtirish uchun foydalanishi mumkin, bu esa mijozlar tajribasini yaxshilaydi.
Operatsion xarajatlarning kamayishi: SDN va OpenFlow ko'plab tarmoq boshqaruvi vazifalarini avtomatlashtirib, qo'lda aralashuvni kamaytiradi va operatsion samaradorlikni oshiradi. Bu tarmoq operatorlari uchun sezilarli xarajatlarni tejashga olib kelishi mumkin. Masalan, Braziliyadagi internet-provayder yangi mijozlar xizmatlarini taqdim etishni avtomatlashtirib, qo'lda sozlash bilan bog'liq vaqt va xarajatlarni kamaytirishi mumkin.
Innovatsiya va tajriba: OpenFlow tarmoq operatorlariga mavjud tarmoq xizmatlarini buzmasdan yangi tarmoq protokollari va dasturlari bilan tajriba o'tkazish imkonini beradi. Bu innovatsiyalarni rag'batlantiradi va tarmoq operatorlariga yangi xizmatlarni tezroq ishlab chiqish va joriy etishga imkon beradi. Yevropadagi universitetlar yangi tarmoq texnologiyalarini tadqiq qilish uchun tajriba sinov maydonchalarini yaratishda OpenFlowdan foydalanmoqda.
Kengaytirilgan xavfsizlik: SDN va OpenFlow ilg'or xavfsizlik siyosatlarini amalga oshirish hamda xavfsizlik tahdidlarini aniqlash va bartaraf etish uchun ishlatilishi mumkin. Markaziy kontroller zararli faoliyat uchun tarmoq trafigini kuzatishi va hujumlarni bloklash uchun tarmoqni avtomatik ravishda qayta sozlashi mumkin. Singapurdagi moliyaviy muassasa nozik ma'lumotlarni izolyatsiya qilish va ruxsatsiz kirishni oldini olish uchun mikro-segmentatsiyani amalga oshirishda OpenFlowdan foydalanishi mumkin.

OpenFlowning cheklovlari va muammolari

Ko'plab afzalliklariga qaramay, OpenFlowning hal qilinishi kerak bo'lgan ba'zi cheklovlari va muammolari ham mavjud:

Kengaytiriluvchanlik: OpenFlow kommutatorlarining oqim jadvallarida ko'p sonli oqim yozuvlarini boshqarish, ayniqsa katta va murakkab tarmoqlarda qiyin bo'lishi mumkin. Oqimlarni agregatsiya qilish va joker belgilar bilan moslashtirish kabi texnikalar kengaytiriluvchanlikni yaxshilash uchun ishlatilishi mumkin, ammo ular ishlash va funksionallik nuqtai nazaridan murosaga olib kelishi mumkin.
Xavfsizlik: Kontroller va kommutatorlar o'rtasidagi aloqani himoya qilish tarmoqqa ruxsatsiz kirish va uni manipulyatsiya qilishning oldini olish uchun juda muhimdir. OpenFlow protokolini himoya qilish uchun kuchli autentifikatsiya va shifrlash mexanizmlaridan foydalanish kerak.
Standartlashtirish: OpenFlow standartlashtirilgan protokol bo'lsa-da, turli sotuvchilar tomonidan amalga oshirilgan ba'zi o'zgarishlar va kengaytmalar mavjud. Bu o'zaro muvofiqlik muammolariga olib kelishi va OpenFlow-ga asoslangan yechimlarni geterogen tarmoq muhitlarida joylashtirishni qiyinlashtirishi mumkin. Davom etayotgan sa'y-harakatlar OpenFlowning standartlashtirilishi va o'zaro muvofiqligini yaxshilashga qaratilgan.
O'tish qiyinchiliklari: An'anaviy tarmoq arxitekturalaridan SDN va OpenFlowga o'tish murakkab va qiyin jarayon bo'lishi mumkin. Mavjud tarmoq xizmatlariga putur yetkazmaslik uchun puxta rejalashtirish va ijro etish talab qilinadi. Ko'pincha pilot loyihalardan boshlab va asta-sekin ko'lamni kengaytirib boradigan bosqichma-bosqich yondashuv tavsiya etiladi.
Ishlash samaradorligining pasayishi: Mos keladigan oqim yozuvi topilmaganda paketlarni qayta ishlash uchun kontrollerga yuborish, ayniqsa yuqori trafikli tarmoqlarda ishlash samaradorligining pasayishiga olib kelishi mumkin. Tez-tez ishlatiladigan oqim yozuvlarini kommutatorning oqimlar jadvalida keshlash bu pasayishni yumshatishga yordam beradi.

OpenFlowning amaliy qo'llanilishi

OpenFlow turli sanoat va mintaqalarda keng ko'lamli ilovalarda qo'llanilmoqda:

Ma'lumotlar markazlari: OpenFlow ma'lumotlar markazlarida tarmoq resurslarini virtualizatsiya qilish, tarmoq ta'minotini avtomatlashtirish va tarmoq xavfsizligini yaxshilash uchun ishlatiladi. Masalan, Google o'zining ma'lumotlar markazlarida tarmoq ish faoliyatini optimallashtirish va xarajatlarni kamaytirish uchun SDN va OpenFlowdan foydalanadi.
Korporativ tarmoqlar: OpenFlow korporativ tarmoqlarda dasturiy ta'minot bilan boshqariladigan WAN (SD-WAN)larni amalga oshirish, ilovalar yetkazib berishni optimallashtirish va tarmoq xavfsizligini yaxshilash uchun ishlatiladi. Nyu-York, London va Tokioda ofislari bo'lgan ko'p millatli korporatsiya SD-WANdan ilova talablari va tarmoq sharoitlariga qarab trafikni dinamik ravishda yo'naltirish, ishlash samaradorligini oshirish va xarajatlarni kamaytirish uchun foydalanishi mumkin.
Xizmat ko'rsatuvchi provayderlar tarmoqlari: OpenFlow xizmat ko'rsatuvchi provayderlar tarmoqlarida yangi xizmatlarni taqdim etish, tarmoq operatsiyalarini avtomatlashtirish va tarmoq kengaytiriluvchanligini yaxshilash uchun ishlatiladi. Avstraliyadagi telekommunikatsiya kompaniyasi o'zining biznes mijozlariga moslashtirilgan tarmoq xizmatlarini taklif qilish uchun SDN va OpenFlowdan foydalanishi mumkin.
Tadqiqot va ta'lim tarmoqlari: OpenFlow tadqiqot va ta'lim tarmoqlarida yangi tarmoq texnologiyalarini tadqiq qilish va innovatsion ilovalarni ishlab chiqish uchun tajriba sinov maydonchalarini yaratish uchun ishlatiladi. Dunyo bo'ylab universitetlar yangi tarmoq arxitekturalari va protokollarini o'rganish uchun OpenFlowdan foydalanmoqda.
Kampus tarmoqlari: OpenFlow kampus tarmoqlarida tarmoqni boshqarish va xavfsizlikni yaxshilashni ta'minlaydi. Masalan, Kanadadagi universitet nozik resurslarga faqat ruxsat etilgan foydalanuvchilar kirishini ta'minlash uchun nozik sozlanadigan kirishni boshqarish siyosatlarini amalga oshirish uchun OpenFlowdan foydalanishi mumkin.

OpenFlow va SDNning kelajagi

OpenFlow va SDNning kelajagi porloq, yuqorida muhokama qilingan cheklovlar va muammolarni hal qilishga qaratilgan tadqiqot va ishlanmalar davom etmoqda. Asosiy tendentsiyalarga quyidagilar kiradi:

Bulutli hisoblashlar bilan integratsiya: SDN va OpenFlow bulutli ilovalar uchun uzluksiz tarmoq ulanishi va boshqaruvini ta'minlash uchun bulutli hisoblash platformalari bilan tobora ko'proq integratsiyalashmoqda.
Tarmoq virtualizatsiyasidagi yutuqlar: Tarmoq virtualizatsiyasi texnologiyalari yanada takomillashib, tarmoq resurslarini taqsimlash va boshqarishda katta moslashuvchanlik va tezkorlikni ta'minlamoqda.
Avtomatlashtirish va orkestratsiyaning kuchayishi: Tarmoqni avtomatlashtirish va orkestratsiya vositalari tobora keng tarqalib, ko'plab tarmoq boshqaruvi vazifalarini avtomatlashtirmoqda va operatsion samaradorlikni oshirmoqda.
Yangi SDN arxitekturalarining paydo bo'lishi: Biznes niyatlarini tarmoq konfiguratsiyasiga aylantirishga qaratilgan niyatga asoslangan tarmoqlar (IBN) kabi yangi SDN arxitekturalari paydo bo'lmoqda.
Kengaytirilgan xavfsizlik imkoniyatlari: SDN va OpenFlow tahdidlar razvedkasi va avtomatlashtirilgan xavfsizlik siyosatini qo'llash kabi ilg'or xavfsizlik imkoniyatlari bilan kengaytirilmoqda.

Xulosa

OpenFlow SDN ekotizimidagi asosiy protokol bo'lib, tarmoq resurslarini markazlashtirilgan boshqarish va avtomatlashtirish imkonini beradi. Uning ba'zi cheklovlari va muammolari bo'lsa-da, tarmoq tezkorligi, ko'rinuvchanligi va xarajatlarni tejashdagi afzalliklari shubhasizdir. SDN rivojlanib va takomillashib borar ekan, OpenFlow bugungi dinamik global muhit talablariga javob bera oladigan moslashuvchan, kengaytiriladigan va dasturlashtiriladigan tarmoq infratuzilmalarini qurish uchun muhim texnologiya bo'lib qoladi. Butun dunyodagi tashkilotlar biznes o'sishini rag'batlantiradigan va operatsion samaradorlikni oshiradigan innovatsion tarmoq yechimlarini yaratish uchun OpenFlow va SDNdan foydalanishlari mumkin.

Qo'shimcha o'quv resurslari:

ONF (Open Networking Foundation): https://opennetworking.org/
OpenFlow spetsifikatsiyasi: (ONF veb-saytida eng so'nggi versiyani qidiring)
SDN va OpenFlow bo'yicha turli ilmiy tadqiqot maqolalari