ИСТИНА

Проект направлен на исследование и построение прототипов программно-конфигурируемых сетей, разработку подходов и инструментальных средств построения имитационных моделей сетевой структуры и сетевой активности, с целями проведения экспериментов, требующих глобального масштаба исследуемой сети с высокой степенью доверия к результатам. Для решения указанной выше проблемы требуется разработать систему прототипирования сетевой структуры и сетевой активности, которая учитывает такие факторы, как: топология сети, пропускная способность каналов связи, производительность сетевого оборудования, настройки сети: используемые алгоритмы маршрутизации. Именно эти факторы оказывают существенное влияние на качество сервиса, предоставляемого сетью. Специфика построения такой модели такова, что использование стандартных подходов, например, имитационного моделирования, требует доказательства корректности и адекватности, а также обоснования уровня доверия к результатам имитационного эксперимента. Актуальной является разработка подхода с высокой степенью доверия и отсутствием необходимости доказательства корректности и адекватности для экспериментальной модели сети. Предложено описывать сетевую структуру как сеть (в математическом смысле), вершины которой есть либо конечные точки генерации и\или потребления трафика, либо программно-конфигурируемые коммутаторы. Для описания структуры сети используется алгебраическая модель, предложенная Смелянским Р.Л. в работе "Модель функционирования распределенных вычислительных систем// Вестн. Моск. Ун-та. сер 15, Вычисл. Матем. и Кибернетика. 1990, No. 3". Полюса сети – точки потребления и генерации трафика. В качестве инструментальных средств реализации подобной схемы прототипирования программно-конфигурируемой сети предполагается использовать средства легковесной виртуализации, такие как виртуальные сетевые интерфейсы и виртуальные каналы (пары виртуальных интерфейсов). К концу 2014 года получены следующие результаты: 1. Разработан подход для описания структуры сети. Разработка подхода для описания структуры сети позволит точно и быстро определять топологию, базируясь на представлении сети в виде графа с использованием библиотеки шаблонов в виде стандартных топологий. 2. Разработан подход для описания сетевой активности. Разработка подхода для описания сетевой активности позволит определять характер генерации сетевого трафика в полюсах графа сети и определять правила маршрутизации сетевого трафика в транзитных точках. 3. Разработана масштабируемая кластерная архитектура для развертывания прототипа программно-конфигурируемой сети.

В 2016 году предполагается реализовать опытную версию системы синхронизации и управления временем в модели, провести экспериментальные исследования эффективности разработанного прототипа системы моделирования на примерах сетевых активностей в глобальных сетях, например, функционирования протокола многопоточной маршрутизации, управления качеством сетевых сервисов или распространения вредоносного программного обеспечения.

Разработан математический аппарат и средства описания структуры сети, которые позволяют описывать сети большого размера. Предложен способ определения топологии и описания сетевых ресурсов в вершинах топологии. Также предложена системы типизации вершин в топологии. Разработаны средства описания сетевой активности, которые учитывают типичные сетевые сервисы для определения изменения параметров сетевого трафика. Набор сетевых сервисов определяет характер генерации сетевого трафика в вершинах топологии и определяет правила маршрутизации сетевого трафика в транзитных точках на пути от генератора сетевого трафика к потребителю. Для задания сетевого активности и процесса генерации нагрузки на ресурсы моделируемой сети на каждом хосте, имеется возможность запускать реальные сетевые приложения. Разработана масштабируемая кластерная архитектура для развертывания моделируемой сети. Данная архитектура позволяет решить проблемы с построением сетей больших размеров (порядка 10000 вершин в топологии). Отметим, что файловая система, пространство идентификаторов процессов и прочие глобальные ресурсы ОС разделяются между хостами. Это приводит к некоторым существенным ограничениям на конфигурацию сетевых приложений. Поскольку моделируемая сеть рассматривается и используется как единый объект, то ее хосты должны пройти инициализацию согласованным способом. Синхронизация позволит избежать таких некорректных ситуаций, как запуск каких-либо демонов серверных приложений после клиентских или начала исполнения тестовых сценариев на части хостов до окончания развертывания всех остальных. Реализован прототип распределенной, масштабируемой среды моделирования. Основной вариант использования системы следующий: 1. разбор текстового описания графа сети с заданными сетевыми приложениями; 2. разделение графа сети на несколько частей. Количество частей равно количеству узлов кластера, включенных в состав системы; 3. генерация на основе разделения графа скриптов инициализации для развертывания модели сети на разных узлах кластера; 4. запуск (с заданными параметрами) сетевых приложений на узлах кластера, исходя из заданной конфигурации; 5. именование каждого созданного процесса хоста, коммутатора, с целью сохранить уникальность имен в пределах всего кластера, на котором разворачивается модель сети; 6. настройка сетевых интерфейсов, ассоциированных с каждым процессом хоста или коммутатора; 7. настройка внешнего контролера для каждого процесса коммутатора; 8. настройка параметров для логгирования необходимых данных при моделировании; 9. отправка служебных скриптов на узлы кластера, необходимых для развертывания и функционирования модели сети; 10. отправка команд процесса хостов и/или коммутаторов на уже развернутую модель сети; 11. заверение всех процессов, созданных в ходе моделирования, удаление всех созданных экземпляров контейнеров виртуализации. В случае распределенной системы моделирования, помимо метода управления временем, необходимо предусматривать методы синхронизации времени между компонентами распределенной системы. Необходимость синхронизации обуславливается отсутствием глобальных часов в модели, исполняемой на нескольких вычислителях. Реализован прототип системы синхронизации и управления временем в модели. Данная система нужна для синхронизации между частями модели, расположенными на разных узлах кластера. Основными задачи являются: предупреждение об нарушениях порядка доставки сетевых пакетов на хосты или сбросе сетевых пакетов; корректировка задержки на моделируемом канале и корректировка временных характеристик сетевых приложений. Проведены экспериментальные исследования эффективности разработанного прототипа системы моделирования на примерах сетевых активностей в глобальных сетях, таких как: управление качеством сетевых сервисов на примере DHCP. В ходе этого эксперимента было продемонстрировано успешное решение проблемы рассинхронизации между различными частями модели сети, расположенными на разных вычислителях.