Всеобъемлющий Интернет: без «тумана» не обойтись

Прогнозы по перспективам роста числа подключенных устройств немного расходятся: например, эксперты Cisco полагают, что к 2020 году их будет 50 млрд, тогда как аналитики IDC называют цифру поменьше — 30 млрд. Но никто не сомневается в том, что таких устройств будет десятки миллиардов, что создаст огромную нагрузку на Сеть. Традиционный подход к построению и эксплуатации сетевых инфраструктур для эры «всеобъемлющего Интернета» (Internet of Everything, IoE) уже не годится — требуются новые архитектуры и решения.

Как отметил, выступая на Cisco Live 2014, Роб Ллойд, президент Cisco, отвечающий за разработки и продажи, сегодня 80–90% времени ИТ-отделы тратят на обслуживание информационных систем. При традиционном подходе к их построению и эксплуатации «айтишники» просто не справятся со своей работой при резком росте числе подключенных устройств (см. Рисунок 1). Требуются решения по упрощению сетей и автоматизации рутинных операций управления и эксплуатации, что позволит перейти к тому, что в Cisco называют «быстрыми ИТ» — Fast IT.

Рисунок 1. При традиционном подходе к построению и обслуживанию информационных систем ИТ-службы просто не справятся со своей работой при резком росте числе подключенных устройств.

SDN — ПУТЬ К FAST IT

Большинство экспертов солидарны во мнении, что многие проблемы позволит решить переход к программно определяемым сетям (SDN), главная идея которых заключается в отделении функций передачи трафика от функций управления, — подробнее см. статью автора «SDN: кому и зачем это надо?», опубликованную в декабрьском номере «Журнала сетевых решений/LAN» за 2012 год. «Сердцем» решений SDN является контроллер, который через «южный» интерфейс взаимодействует непосредственно с инфраструктурой (коммутаторами и маршрутизаторами), а через «северный» — с высокоуровневыми системами управления, оркестрации и собственно приложениями. Как выясняется, у Cisco таких «сердец» несколько.

На Cisco Live 2014 в качестве одного из ключевых анонсов Роб Ллойд представил контроллер Application Policy Infrastructure Controller (APIC) Enterprise, который должен появиться на рынке к середине года. Добавка «Enterprise» в данном случае принципиальна, потому как в ноябре 2013 года компания объявила «просто» контроллер APIC. Это решение — разработка Insieme, дочерней компании Cisco, созданная специально для сетевых инфраструктур ЦОД, в первую очередь для управления новыми коммутаторами Nexus 9000. В ЦОД доминируют моновендорные инсталляции, поэтому никакой поддержки стандартного протокола OpenFlow на «южном» интерфейсе контроллера APIC на момент его анонса предусмотрено не было.

Контроллеры APIC — часть архитектуры Application Centric Infrastructure (ACI), главная идея которой заключается в том, чтобы предоставить приложениям возможность программировать сеть «под себя». Для этого создается профиль приложения, где указываются его специфические «пожелания» относительно параметров качества обслуживания (QoS), безопасности, балансировки нагрузки и пр. Эти профили загружаются в контроллеры APIC, которые, в свою очередь, автоматически передают настройки во все сетевые коммутаторы.

Решение APIC Enterprise расширяет функционал APIC на территориально распределенные сети (WAN) и уровень доступа. Как пояснил «Журналу сетевых решений/LAN» Джефф Рид, вице-президент по SDN группы Enterprise Networking компании Cisco, этот контроллер основан на программной платформе открытого проекта OpenDaylight. Он будет поддерживать широкий набор «южных» интерфейсов, включая OpenFlow, onePK и интерфейс командной строки (CLI), что позволит ему работать не только с сетевыми устройствами Cisco (коммутаторы Catalyst, маршрутизаторы ISR и ASR), но и с продуктами других производителей. Это особенно важно для корпоративных сетей, в которых часто применяется сетевое оборудование двух и большего числа производителей.

Именно возможность APIC Enterprise по автоматическому программированию CLI позволит реализовать все преимущества SDN для имеющихся коммутаторов и маршрутизаторов, которые невозможно или нецелесообразно модернизировать для поддержки протоколов SDN (onePK или OpenFlow). onePK — фирменный протокол Cisco, он оптимизирован для ее оборудования и предоставляет гораздо больше возможностей, чем стандартизованный OpenFlow. Само же решение APIC руководители Cisco характеризуют как SDN++, дабы подчеркнуть его расширенную функциональность по сравнению с тем, что они называют Generic-SDN, то есть с решениями на основе OpenFlow.

КОНТРОЛЛЕРОВ МАЛО НЕ БЫВАЕТ

Изложенное выше отнюдь не означает, что решения Generic SDN, в том числе и самой Cisco, не востребованы. Именно они используются в тестовой сети SDN оператора Telecom Italia, проект которой был представлен на Cisco Live 2014. Как отметил Паоло Фасано, руководитель по инновациям сети передачи данных этого оператора, основным драйвером применения SDN стали возможность ускорения и повышения гибкости внедрения новых сервисов и приложений и их способность «программировать» сеть под себя. Кроме того, Telecom Italia надеется снизить капитальные затраты — за счет отделения передающей аппаратуры от ПО и предоставления прикладных интерфейсов сторонним разработчикам. Наконец, упрощение процедур управления должно снизить и операционные расходы.

Тестовая сеть SDN развернута в сотрудничестве с пятью итальянскими университетами, в которых и размещены узлы этой сети. Еще один узел находится в лаборатории самой Telecom Italia. Основными компонентами сети являются коммутаторы Catalyst 3850 и виртуальные маршрутизаторы CSR 1000v, выполняющиеся на серверах UCS. В качестве основного контроллера используется решение Cisco XNC — коммерческий продукт, архитектура которого тоже основана на открытой платформе OpenDaylight (да-да, это еще один контроллер, который имеется в портфеле Cisco). Кроме того, Telecom Italia разрабатывает собственные контроллеры, и одна из важных задач тестовой сети — отладить взаимодействие нескольких территориально удаленных контроллеров.

В планах Telecom Italia — расширение сети и перевод ее в режим промышленной эксплуатации. Оператор собирается предоставлять по сети SDN в том числе и традиционные сервисы. В перспективе компания видит свою сеть гибридной, сочетающей все лучшее из технологий распределенной IP-маршрутизации и централизованного контроля SDN.

ПОСРЕДНИК МЕЖДУ ОБЛАКАМИ

В ходе развития «всеобъемлющего Интернета» будет происходить не только резкий рост числа подключенных устройств, но и централизация вычислительных мощностей. Сегодня большинство подключенных устройств имеют встроенный компьютер, что позволяет им самим выполнять вычислительные задачи. В будущем к сетям будут подключаться миллиарды дешевых (стоимостью буквально несколько долларов) датчиков, сенсоров и прочих устройств, у которых нет собственных вычислительных ресурсов. Соответственно, основная нагрузка будет переводиться в облака.

На форуме Cisco Live 2014 было представлено решение InterCloud, которое призвано облегчить реализацию гибридной облачной модели за счет простого и быстрого комбинирования и перемещения по мере необходимости в разные частные и публичные облака таких задач, как хранение, вычисления, исполнение приложений, — с сохранением ассоциированных с ними правил сети и безопасности.

Как рассказал «Журналу сетевых решений/LAN» Джулиано Ди Витантонио, вице-президент Cisco по маркетингу решений для ЦОД и облаков, InterCloud представляет собой инфраструктурное ПО, которое будет взаимодействовать с существующими облачными платформами, в первую очередь со средами виртуализации и системами управления облаками. На стороне частных облаков планируется обеспечить поддержку всех основных платформ виртуализации, в том числе VMware, Microsoft, Citrix и OpenStack/KVM. Среди провайдеров, в облака которых корпоративные заказчики смогут перемещать свои ресурсы и задачи с помощью InterCloud, Cisco выделяет в первую очередь участников ее программы Cisco Powered: например, BT, CSC, CenturyLink и Virtustream. Кроме того, решение позволит перемещать задачи в Amazon Web Services (AWS), Microsoft Azure и другие публичные облака (см. Рисунок 2).

Рисунок 2. Решение Cisco InterCloud.

По словам Джулиано Ди Витантонио, InterCloud будет упаковывать нагрузку в программные контейнеры с указанием полных характеристик, в соответствии с которыми осуществлялась ее обработка на сайте отправителя (например, в частном облаке), чтобы на сайте получателя (в публичном облаке) ей были обеспечены такие же условия. Передача же нагрузки будет происходить по безопасной и высокоскоростной сетевой фабрике. InterCloud предоставит портал для администраторов, через который можно будет контролировать перемещения рабочей нагрузки.

По мнению руководства Cisco, решение InterCloud, коммерческая версия которого обещана к лету 2014 года, обеспечит гибкость реализации гибридной модели и переносимость задач по запросу, что позволит организациям выбирать оптимальную стратегию облачных вычислений с учетом экономических показателей.

ВЫЧИСЛЕНИЯ В ТУМАНЕ

Но даже самые современные и эффективные сетевые и облачные решения не позволят решить все задачи, которые ставит «всеобъемлющий Интернет». В Cisco считают, что будет необходим промежуточный уровень между устройствами и облаками — fog (туман). Его будут формировать вычислительные ресурсы сетевого оборудования, расположенного в непосредственной близости от конечных устройств, которое возьмет на себя определенные задачи по обработке собираемой ими информации, ее анализу и формированию управляющих воздействий.

Для реализации «туманных вычислений» Cisco предлагает новый функционал Cisco IOx, для чего в одном сетевом устройстве объединяются операционные системы Linux и Cisco IOS. С его помощью заказчики и поставщики решений для различных отраслей смогут разрабатывать и исполнять программные приложения непосредственно на коммерческих сетевых устройствах Cisco, включая IP-видеокамеры, коммутаторы и маршрутизаторы в защищенном исполнении.

Предложенная трехуровневая архитектура (см. Рисунок 3) позволит не только разгрузить каналы связи, но и снизить задержку принятия решения. Для многих систем, в частности для средств управления транспортом, она должна быть очень малой, чтобы, например, интеллектуальные системы автомобиля могли быстро отреагировать на изменение дорожной обстановки. Время на передачу информации в удаленный ЦОД и получение обратных инструкций может оказаться недопустимо большим.

Рисунок 3. Традиционная модель и трехуровневая модель с уровнем «туманных вычислений».

Итак, SDN++, InterCloud и «туманные вычисления» позволят решить вопросы, связанные с построением и управлением сетями, содержащими миллиарды объектов, а также с выделением необходимых вычислительных мощностей для обработки и анализа огромного объема генерируемой ими информации. А что с непосредственным подключением такого множества очень разноплановых объектов? На выставке в рамках Cisco Live 2014 компания представила большое число практических примеров реализации различных систем IoE (см. «Мир решений IoE»). Поскольку решаемые задачи и подключаемые объекты очень разноплановые, для беспроводного подключения различных датчиков найдется место практически всем существующим технологиям: Wi-Fi, LTE, Bluetooth, ZigВee и др. Однако в случае с проводными решениями очевидно стремление к унификации на базе Ethernet.

Мир решений IoE

Технология Ethernet приходит на производственные и транспортные предприятия, в горнодобывающие разрезы и шахты, пищевую промышленность — туда, где раньше или вообще не было подключенных устройств, или подключения выполнялись нестандартными и дорогостоящими специальными кабелями. Суровые условия эксплуатации требуют коммутаторов в специальном исполнении. На фото — 8-портовый коммутатор Cisco IE 2000 с уровнем защиты IP67, спокойно работающий в аквариуме с водой.

А вот пример точки доступа Wi-Fi во всепогодном исполнении, которая тоже способна работать даже при погружении в воду. Помимо нее, Cisco представила и решения для других беспроводных технологий, включая маршрутизаторы с поддержкой 4G LTE. Инфраструктурное оборудование с поддержкой сразу нескольких беспроводных технологий может применяться в различных конфигурациях: например, LTE может использоваться для взаимодействия с конечными устройствами, а Wi-Fi — для подключения к вышестоящим устройствам (backhole), или наоборот.

Решения для «всеобъемлющего Интернета» потребуют разносторонней экспертизы, а значит, многочисленных партнерств и экосистем. На фото — пример системы автоматизации производственной линии компании Rockwell, в которой используются смонтированные на DIN-рейке промышленные коммутаторы Cisco.

Магнитный датчик для системы Smart Parking, который врезается непосредственно в асфальт, фиксирует наличие или отсутствие авто на парковочном месте и передает соответствующие данные по беспроводному соединению ZigBee. Установленных в датчик аккумуляторных батарей хватает на 5–7 лет. (Возможен и другой вариант определения факта наличия авто — с помощью видеоаналитики системы видеонаблюдения.) На экране своего смартфона водитель может легко увидеть, где имеется свободное место, и быстро припарковаться. «Умные парковки» уже внедрены в нескольких городах, например в Барселоне, где они позволили существенно сократить трафик (до 40%), а также увеличить городские доходы от подключенных парковок — на 50 млн долларов.

При покупке какого-нибудь даже самого дешевого электронного гаджета мы знаем о нем массу всего, включая технические характеристики, страну, где он был изготовлен, и пр. А что с продуктами питания? Информации о них обычно минимум, что в случае просроченного или поддельного продукта может привести к отравлению, болезни или даже смерти. На Cisco Live 2014 в качестве примера было представлено IoE-решение для сбора, анализа и получения потребителем максимально подробной и достоверной информации о вине — кстати, именно из-за отравления контрафактным алкоголем происходит множество смертей. Компания Cisco предлагает собирать данные на всех этапах жизненного цикла этого продукта:  созревание винограда, его брожение, выдержка в бочках, розлив, транспортировка и т. д. Возможность доступа к этим данным позволит, например, потребителю в ресторане или в магазине получить на экране своего смартфона всю интересующую его информацию — от региона, где был выращен виноград, его сорта или состава купажа, места розлива до основных характеристик, таких как содержание сахара и спирта. Использовать эти данные смогут и сами производители, дистрибьюторы, магазины и рестораны, что сделает их работу более удобной и эффективной.

Александр Барсков — ведущий редактор «Журнала сетевых решений/LAN». С ним можно связаться по адресу: ab@lanmag.ru.