CC BY
24
13. Уже в 143 странах мира есть сети LTE [Электронный ресурс] // ООО «НАГ». — 26.07.2015. — Режим доступа: \www/URL: http://nag.ru/news/newsline/27848/uje-v-143-stranah-mira-est-seti-lte.html
14. Molinsky, R. Telstra launches world's first 600mbps-capable category 11 device [Electronic resource] / by ed. R. Molinsky // Telstra Exchange. — 16.09.2015. — Available at: \www/URL: http://exchange.telstra.com.au/2015/09/16/telstra-launches-worlds-first-600mbps-capable-category-11-device/
15. Wannstrom, J. LTE-Advanced [Electronic resource] / J. Wannstrom // 3GPP. — June 2013. — Available at: \www/URL: http:// www.3gpp.org/technologies/keywords-acronyms/97-lte-advanced
16. LTE — решение стандарта 4G [Электронный ресурс]: Аналитический обзор Ericsson // ERICSSON.COM. — Апрель 2011. — Режим доступа: \www/URL: htp://www.ericsson. com/res/site_RU/docs/wp-lte-4g.pdf
17. Юрасов, С. 4G к 2017 году: где взять частоты [Электронный ресурс] / С. Юрасов // Экономическая правда. — 20.06.2015. — Режим доступа: \www/URL: http://www.epravda.com.ua/rus/ publications/2015/07/20/551651/
1S. НКРЗ1 схвалила контракт на проведення НДР для запрова-дження 4G в Укршш [Електронний ресурс] // Украшська асо-щащя операторiв зв'язку «Телас». — Режим доступу: \www/ URL: http://telas.kiev.ua/01/545--4g-
АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ МОБИЛЬНЫХ СЕТЕЙ 4-ГО ПОКОЛЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ ВНЕДРЕНИЯ В УКРАИНЕ
Исследовано современное состояние беспроводных сетей 4-го поколения, проведен анализ стандартов мобильной связи
WiMAX-Advanced и LTE-Advanced. Исследованы расширенные функции этих технологий, благодаря которым удалось обеспечить требования к 4G, освещены преимущества по сравнению с предыдущими стандартами. Рассмотрены вопросы конвергенции сетей по технологиям IMT-Advanced, а также проблемы и перспективы внедрения их в Украине.
Ключевые слова: беспроводная мобильная связь, WiMAX-Ad-vanced, LTE-Advanced, 1ЕЕЕ802.16т, 3GPPRelease10, WiMAX-Forum.
Габовда Ольга BeniaMiniena, асистент, кафедра проекту-вання взуття i мехатко-технологлчних процеав, Мукачiвський державний утверситет, Украта, e-mail: [email protected]. Садовткова Тетяпа Миколагвпа, старший викладач, кафедра проектування взуття i мехатко-технологлчних процеыв, Мукачiвський державний утверситет, Украта.
Габовда Ольга Вениаминовна, ассистент, кафедра проектирования обуви и механико-технологических процессов, Мукачевский государственный университет, Украина.
Садовникова Татьяна Николаевна, старший преподаватель, кафедра проектирования обуви и механико-технологических процессов, Мукачевский государственный университет, Украина.
Habovda Olga, Mukachevo State University, Ukraine, e-mail: [email protected].
Sadovnikova Tatiana, Mukachevo State University, Ukraine
УДК 621.372.542 001: 10.15587/2312-8372.201Б.ББ418
ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОГРАММНО-КОНФИГУРИРУЕМОЙ СЕТИ НА БАЗЕ ПРОТОКОЛА 0PENFL0W
В работе показаны несомненные преимущества использования программно-конфигурируемых сетей, а также их взаимовыгодной эксплуатации на базе современного протокола ОрепШ1от. Для этого были отмечены принципы работы стандарта, особенности функционирования коммутаторов ОрепШ1от, обозначены выгоды и достоинства использования такой технологии для дальнейшего развития телекоммуникационных систем.
Ключевые слова: телекоммуникационная сеть, протокол ОрепШ1от, пропускная способность, загруженность каналов, коммутаторы ОрепШ1от.
Коляденко Ю. Ю., Белоусова Е. Э.
1. Введение
В связи с постоянным развитием и появлением новых технологий, сети нуждаются в реализации повышенных требований к скорости передачи и усовершенствования инструментов, использующихся для сетевого управления и мониторинга. Такая ситуация наблюдается из-за появления новых функциональных и технологичных сетей, что имеет оборотную сторону — усложнение их структуры, ведь операторы требуют более «умные сети», но старые методы мониторинга и управления уже не справляются со своими функциями.
Поэтому в последнее время возрос интерес к программно-конфигурируемым сетям SDN (Software-Defined Networks). Самой идее сетей SDN уже десять лет, но в последние годы известными компаниями были
предложены новые реализации, которые открывают широкие возможности, например, организация сети SDN с совместным применением протокола OpenFlow. Преимущество представленной технологии в том, что она работает отдельно от сетевых устройств и ее контроль может осуществляться операторами посредством стандартного сервера.
2. Анализ литературных данных и постановка проблемы
Протокол OpenFlow предназначен для реализации абсолютно нового механизма обработки динамических сетевых нагрузок [1]. Он способен обеспечить сетям SDN высокую производительность, интероперабельность и отличную эффективность. В сети OpenFlow за принятие
TECHNOLOGY AUDiT AND PRODUCTiON RESERVES — № 2/2(28], 2016, © Коляденко Ю. Ю., Белоусова Е. Э.
решения о высокоуровневой маршрутизации всю ответственность несет контроллер, а не коммутатор как в классических сетях. Это позволяет процессорные ресурсы коммутаторов использовать для более скоростной переадресации пакетов. Благодаря установке контроллеров и коммутаторов OpenFlow для управления, оператор сети сможет осуществлять контроль над потоками трафика с центрального сервера или даже персонального компьютера.
Такое управление эффективно заменяет, работающую на маршрутизаторе встроенную программу, предназначенную для построения маршрутов и карт коммутации. Контролер же используется для качественного и точного руководства таблицами потоков коммутаторов, на основании анализа которых принимается решение о дальнейшей передаче принятого пакета.
Следовательно, используя сеть SDN с протоколом OpenFlow можно создавать гибкие и защищенные сети, которые будут иметь минимум проблем с трафиком, так как в сети формируются прямые соединения с минимальными задержками передачи данных, и при этом отличаться меньшей стоимостью по сравнению с традиционными сетями [2].
Современный протокол OpenFlow, который был разработан не так давно, все еще находится в режиме тестирования и развития. В результате проведенной работы, были рассмотрены разнообразные публикации признанных авторов [1-10]. Был сделан вывод, что для разрабатываемого протокола OpenFlow необходима выработка системной информационной модели передачи данных, а также выбора их представления. При этом не был обнаружен алгоритм мониторинга и обработки данных, направленный на совместное функционирование программно-конфигурируемых сетей с коммутаторами OpenFlow. В связи с этим было проведено настоящее исследование, которое поможет в дальнейшем создать усовершенствованный алгоритм мониторинга состояния каналов с учетом всех необходимых для высококачественного управления параметров в сети SDN, функционирующих на базе сетевых устройств OpenFlow.
3. объект, цель и задачи исследования
Объект исследования — программно-конфигурируемая сеть SDN.
Цель исследования — выявить основные особенности функционирования протокола OpenFlow и определить выгодно ли взаимодействие данного протокола с сетями SDN.
Для достижения поставленной цели необходимо выполнить такие задачи:
1. Провести обзор протокола OpenFlow.
2. Осветить главные характеристики, принцип работы и достоинства протокола OpenFlow.
3. Обозначить несомненные выгоды совместного взаимодействия сетей SDN на базе протокола OpenFlow.
4. Определить дальнейшие пути развития программно-конфигурируемых сетей SDN и протокола OpenFlow.
4. Принцип функционирования и особенности сетей 5DN
В отличие от классических сетей архитектура SDN предусматривает отделение уровня передачи данных от уровня управления. Благодаря такому разделению и использованию протокола OpenFlow для обмена информацией между двумя этими уровнями, удается оптимизировать все процессы администрирования и улучшить качество передачи пакетов по каналам.
Теперь все процессы в сети становятся программируемыми, что позволяет оператору видеть инфраструктуру порученной ему сети как единое целое и быстро вносить необходимые коррективы виртуально. Контроль за сетью является централизованным, благодаря контроллерам SDN поддерживается общее представление о сети. Используя технологию SDN, операторы могут осуществлять независимый от кого-либо контроль над сетью с одной логической точки, что особенно выгодно для провайдеров. К тому же для организации сети не придется закупать сложное сетевое оборудование, которое к тому же требует постоянной модернизации в связи с возрастающими нагрузками с каждым годом.
Стоит также отметить, что виртуализация сети дает возможность операторам избежать необходимости настройки вручную сотен конфигураций в небольших сетях и тысяч в больших корпорациях. Теперь посредством централизованной логики можно корректировать поведение сети в зависимости от необходимости. Например, развертывать новые приложения в режиме реального времени и проводить их быстрое тестирование перед запуском в работу. На рис. 1 приведены основные направления применения программно-конфигурируемых сетей [3, 4].
рис. 1. Основные направления применения технологии SDN на практике
технологический аудит и резервы производства — № 2/2(28), 2016
К основным несомненным достоинствам SDN следует также отнести централизованное управление, возможность автоматизации сетевых процессов, усовершенствование надежности и отказоустойчивости сети, эффективная защита от попадания в канал вирусных данных, а также возможность постоянной модернизации сети и внедрение инноваций для улучшения работы.
Архитектура сети SDN представлена на рис. 2.
Программное обеспечение SDN
рис. 2. Архитектура сети SDN
Как видно из рис. 2, в SDN выделяются три уровня: инфраструктурный (сетевые устройства и коммутаторы для передачи информации), управления (операционная система, обеспечивающая управление сетевыми приложениями и сервисами), сетевых приложений (гибкий и эффективный контроль за сетью) [5].
5. взаимовыгодная связь Пкс с протоколом openFlow
Протокол OpenFlow был создан в 2011 г. с целью развития технологии SDN. На данный момент реализацией сетевого оборудования для сетей, функционирующих при посредничестве протокола OpenFlow, занимаются такие крупные корпорации как Cisco, Dell, Ericsson, Alcate-Lucent, HP и Huawei. Главным предназначением нового стандарта OpenFlow было обеспечивать удаленное управление уровнем передачи данных в сети SDN.
Спецификация OpenFlow подразумевает под собой взаимодействие коммутаторов с контроллером, при котором каждый из коммутаторов содержит и передает специальную таблицу потоков (flow table), а также групповую таблицу (group table) через канал связи (OpenFlow channel), соединенный с удаленным сервером. Каждая таблица потоков коммутаторов содержит в себе данные о потоках и правила их обработки, прописанные оператором. Группы представляют собой набор действий, составленный для широковещательной рассылки. Группы используются для того, чтобы быстро менять выходные данные для потоков. Следует отметить, что управление приходящими данны-
ми производится в OpenFlow не на уровне отдельных пакетов, а на уровне потоков пакетов. Правила для обработки пакетов в коммутаторах устанавливаются в контроллере для каждого типа пакета, которые и будут в дальнейшем использоваться при функционировании сети. Такие правила могут быть разработаны и прописаны администраторами сети как заранее, так и после прихода пакета, не подпадающего ни под одно уже существующее правило [6-8].
В сети OpenFlow обрабатываются три типа сообщений:
1) симметричные;
2) асинхронные;
3) контроллер-коммутатор. Симметричные сообщения
могут быть инициированы коммутатором или же контроллером без поступления соответствующего запроса. Применяются при установлении соединений, для проверки качественности и безопасности соединения, а также для измерения значений задержек, пропускной способности сети и т. д.
Асинхронные сообщения могут быть инициированы коммутатором для того, чтобы оповестить контроллер о каких-либо событиях, происходящих в сети. Например, о прибытии новых пакетов, ошибках или об удалении записей из таблиц. Сообщения типа коммутатор-контроллер обычно инициированы контроллером для осуществления управления соединенными с ним коммутаторами. Такие сообщения несут в себе информацию о состоянии коммутаторов, могут включать в себя данные статистики или же использоваться для внесения коррекции в параметры конфигурации сетевых устройств.
Из всего выше написанного следует, что в протоколе OpenFlow разработчики SDN нашли удобный программно-управляемый интерфейс, который помогает осуществлять унифицированную и независимую связь между контроллером и сетевыми элементами на своих условиях. Так что вряд ли на сегодняшний день можно найти более удобный инструмент для таких целей, чем стандарт OpenFlow. В табл. 1 приведены несомненные выгоды использования сетей SDN на базе протокола OpenFlow [9, 10].
таблица 1
Новые возможности и выгоды сетей SDN на базе стандарта OpenFlow
Возможности сетей SDN Выгоды
Использование единого уровня управления сетью для проведения высококачественной коммутации поступающих пакетов Автоматизированное управление сетью при помощи центрального устройства, что делает работу администраторов максимально удобной и быстрой
Анализ и учет сетевых ресурсов, а также изменение маршрутов потоков данных путем задания необходимых приоритетов и ограничений в режиме реального времени Возможность оптимизировать нагрузки в каналах сети и задать необходимую пропускную способность исходя из особенностей архитектуры сети
Уровень приложений
Уровень управления
Инфраструктура сети
Я
\
К
TECHNOLOGY AUDIT AND PRODUCTION RESERVES — № 2/2(28), 2016
11 J
Окончание табл. 1
Возможности сетей SDN Выгоды
Использование усовершенствованных интерфейсов для управления сетью Возможность использования расширенной инфраструктуры современных услуг и приложений для расширения бизнес-процессов
Новые инструменты для организации и тестирования различных сервисов и приложений в сети Возможность виртуализации сети, что позволяет администраторам виртуально в режиме реального времени настраивать и тестировать новые сервисы для улучшения функционирования существующей сети. При этом уже имеющиеся настройки и конфигурации сохраняются и к ним можно вернуться при неудачном тестировании нововведений
Сеть становится полностью программируемой Возможность масштабируемости функционала сети, что к тому же значительно сокращает затраты владельцев сети на закупку модернизацию или дальнейшее обслуживание сетевого оборудования. В таком случае все инновации внедряются через новое программное обеспечение
6. Обсуждение результатов исследования организации сетей SDN на базе стандарта OpenFlow
В ближайшем будущем при помощи сетей SDN и таких технологий как OpenFlow можно будет трансформировать существующие сети в легко программируемые и «интеллектуальные» платформы для поддержки ЦОД крупного масштаба с возможностью виртуализации всех процессов. Описанный стандарт OpenFlow может быть применен как в корпоративных сетях, так и в Mesh-сетях, локальных или же в сотовой связи.
Достоинством данной работы является представленная и выверенная теоретическая база для проведения дальнейшего исследования стандарта OpenFlow. Недостатком работы является тот момент, что протокол OpenFlow постоянно развивается и появляются все новые его версии, что требует уточнения предоставленных теоретических данных со временем.
Таким образом, разработка, конфигурирование и анализ сетей SDN с протоколом OpenFlow является актуальной современной научной задачей, требующей дальнейшего рассмотрения. В связи с этим в дальнейшем будет рассмотрен вопрос о создании усовершенствованного алгоритма мониторинга состояния каналов в сети SDN, функционирующих на базе сетевых устройств OpenFlow.
7. Выводы
Новая концепция сетей SDN предлагает усовершенствованный подход к реализации сетевой структуры в предприятиях, который предполагает разделение уровней управления и передачи информации.
В результате проведенных исследований было доказано, что программно-конфигурируемые сети на базе протокола OpenFlow помогут развертывать современные корпоративные сети со сложной инфраструктурой при минимуме затрат на их обслуживание. Все поставленные задачи в данной работе были выполнены, дальнейшие
исследования будут направлены на программную реализацию создания усовершенствованного алгоритма обработки данных в сетях SDN.
Технология SDN позволит использовать в сетевой структуре необходимое разработчику количество сетевых элементов с разветвленной топологией и всем необходимым набором различных политик безопасности и маршрутизации. Процесс же администрирования сети станет значительно упрошенным, чем в ныне существующих сетях.
Проведенные тестирования сети SDN показали, что выбор такой технологии позволит ИТ-компаниям и другим корпорациям повысить эффективность сетевых устройств примерно на 30 % и настолько же понизить затраты, ранее шедшие на обслуживание и бесперебойную эксплуатацию оборудования. Повысится и безопасность такой сети, вирусные пакеты в SDN выявляются и оперативно устраняются операторами.
Литература
1. Vaughan-Nichols, S. J. OpenFlow: The Next Generation of the Network? [Text] / S. J. Vaughan-Nichols // Computer. — 2011. — Vol. 44, № 8. — P. 13-15. doi:10.1109/mc.2011.250
2. Ефимушкин, В. А. Международная стандартизация программно-конфигурируемых сетей [Текст] / В. А. Ефимушкин, Т. В. Дедовских // Электросвязь. — 2014. — № 8. — С. 3-9.
3. Бакланов, И. Г. Современный рынок измерительной техники: состояние, тенденции и решения [Текст] / И. Г. Бакланов // Вестник связи. — 2000. — № 8. — С. 21-24.
4. Барсков, А. Г. SDN: от восхода до заката [Текст] / А. Г. Барс-ков // Сети и системы связи. — 2000. — № 10 (60). — С. 84-87.
5. Барсков, А. Г. Анализаторы SDN идут в массы [Текст] / А. Г. Барсков // Сети и системы связи. — 2001. — № 5(69). — С. 64-70.
6. Tootoonchian, A. HyperFlow: A Distributed Control Plane for OpenFlow [Text] / A. Tootoonchian, Y. Ganjali // INM/ WREN'10 Proceedings of the 2010 internet network management conference on Research on enterprise networking. — CA, USA: USENIX Association Berkeley, 2010. — Р. 3.
7. Яцик, А. Управление транспортными сетями. Единое и программно-конфигурируемое? [Текст] / А. Яцик // Мобильные телекоммуникации. — 2014. — № 3. — С. 1-4.
8. McKeown, N. Openflow: Enabling innovation in campus networks [Text] / N. McKeown, T. Anderson, H. Balakrishnan, G. Parulkar, L. Peterson, J. Rexford, S. Shenker, J. Turner // ACM SIGCOMM Computer Communication Review. — 2008. — Vol. 38, № 2. — P. 69-74. doi:10.1145/1355734.1355746
9. Леонтьев, А. Сеть без пробок [Текст] / А. Леонтьев // Инновации. — 2012. — № 44. — С. 18-19.
10. Коломеец, А. Е. Программно-конфигурируемые сети на базе протокола OpenFlow [Текст] / А. Е. Коломеец, Л. В. Сурков // Инженерный вестник. — 2014. — № 5. — С. 518-525.
ОРГАН1ЗАЦ1Я ПРОГРАМНО-КОНФ1ГУРОВАНО'1' МЕРЕЖ1 НА БАЗ1 ПРОТОКОЛУ OPENFLOW
У робой показано безперечш переваги використання мереж, що програмно-конф^рувалися, а також ¡х взаемовигщ-но! експлуатаци на базi сучасного протоколу OpenFlow. Для цього були вiдмiченi принципи роботи стандарту, особливост функцюнування комутаторiв OpenFlow, позначеш вигоди та переваги використання тако! технологи для подальшого роз-витку телекомушкацшних систем.
Ключовi слова: телекомушкацшна мережа, протокол Open-Flow, пропускна спроможшсть, завантажешсть канашв, кому-татори OpenFlow.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АУДИТ И РЕЗЕРВЫ ПРОИЗВОДСТВА — № 2/2(28], 2016
Коляденко Юлия Юрьевна, доктор технических наук, профессор, кафедра телекоммуникационных систем, Харьковский национальный институт радиоэлектроники, Украина. Белоусова Екатерина Эдуардовна, аспирант, кафедра телекоммуникационных систем, Харьковский национальный институт радиоэлектроники, Украина, e-mail: [email protected].
Коляденко Юлiя Юрпвна, доктор техтчних наук, професор, кафедра телекомуткацшних систем, Хартвський нащональний iнститут радюелектротки, Украта.
Быоусова Катерина EdyapdieHa, астрант, кафедра телекомуткацшних систем, Хартвський нащональний imcmumym радюелектротки, Украта.
Kolyadenko Yulia, Kharkiv National University of Radio Electronics, Ukraine.
Belousova Katerina, Kharkiv National University of Radio Electronics, Ukraine, e-mail: [email protected]
УДК 004.75
DOI: 10.15587/2312-8372.201Б.ББ441
грудзинський Ю. е., ВИБ1Р протоколу СЕР1АЛ1ЗАЦП
Марков Р. В.
ПРИ Р0ЗР0БЦ1 ПРОГРАМНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ
В дангй статтг розглянуто сучаснг протоколи сергалгзацп даних XML, JSON, упакування в бтарний вигляд, Protobuf та представлення даних у виглядг рядк1в. Проведено аналгз даних способ1в сергалгзацп даних для подальшого використання в розробцг програмного забезпечення. Описано основт переваги та недолгки вище вказаних протоколгв сергалгзацп. Зроблено висновки про доцгльнгсть використання кожного з них.
Клпчов1 слова: протокол, XML, JSON, Protobuf, сергалгзацгя, парсгнг, пакування, бтарний.
1. Вступ
На сьогодшшнш день доволi актуальною задачею при створент програмних засобiв сучасних автоматизованих систем е задача забезпечення перетворення рiзноманiтних внутрштх об'екпв системи в ефективний, наглядний та надшний вид, що забезпечить швидкий обмш даними мiж елементами системи, як знаходяться у рiзних мкцях.
Серiалiзацiя — це процес переведення будь-яко1 структури даних в послщовшсть бтв. Зворотною до операцп серiалiзащi е операщя десерiалiзащi (структу-ризацп) — вщновлення початкового стану структури даних з бiтовоi послвдовностг Ця послвдовшсть мо-же бути як бшарним представленням цих даних, так i текстовим [1]. Для серiалiзацii даних обмшу може використовуватись декшька протоколiв. У данiй роботi проведено аналiз рiзноманiтних протоколiв серiалiзацii даних та зроблено висновки про дощльшсть '¿х використання у рiзних сферах програмноi iндустрii.
2. Анал1з лгсературних джерел i постановка проблеми
На сьогодш таких протоколiв безлiч, але найбiльш популярними iз них е XML, JSON, Protobuf, представлення даних у виглядi рядюв та бшарне перетворення [1]. Кожен iз розробникiв вiдповiдного протоколу говорить лише про переваги та не дае шяко' шформацп на рахунок недолЫв свого протоколу у порiвняннi iз iншими [2-7]. Тому на практищ, при розробцi будь-якого програмного забезпечення, постае проблема iз вибором конкретного протоколу, що буде використовуватись при написанш програмного забезпечення.
Багато статей описують переваги та недолши деяких популярних протоколiв серiалiзацii даних при ix nopiB-няннi з шшими, але зазвичай цi пopiвняння проводяться при poзpoбцi конкретного програмного забезпечення, для якого було заздалепдь вибрано той чи шший протокол для пopiвняння [8, 9], що не е коректним.
Виpiшити проблему вибору протоколу сеpiалiзацii для розробки довшьного програмного забезпечення можна лише тсля аналiзу основних переваг та недолЫв iснуючиx пpoтoкoлiв та визначення рекомендованих сфер ix застосу-вання, пiсля чого у програмкта значно зменшиться кшь-кiсть питань по вибору протоколу для конкретного випадку.
У роботах шоземних автopiв зроблена спроба вико-нати таю пopiвняння, але тiльки мiж окремими протоколами [10], чи з менш поширеними у нас протоколами BSON, XML with .NET [11]. Дана ж робота пopiвнюе найбшьш поширеш на вiтчизняниx теренах протоколи сеpiалiзацii, з якими стикаеться найбшьша кiлькiсть вiтчизняниx poзpoбникiв програмових засoбiв.
3. 06'ект, мета та задач1 дослщження
Об'ектом дослгдження цiеi статт е протоколи се-piалiзацii даних для переведення дoвiльнoi структури шформацшних oб'ектiв програмного забезпечення у по-слiдoвнiсть бiтiв, призначених для подальшого зберь гання iнфopмацii та обмшу нею мiж самими об'ектами автoматизoванoi системи, чи по каналах зв'язку.
Проведет дослщження ставили за мету визначити особливосп iснуючиx пpoтoкoлiв сеpiалiзацii, '¿х переваги та недолши, а також мoжливi oбластi застосування програмного забезпечення, написаного з використанням даних пpoтoкoлiв.
TECHNOLOGY AUDiT AND PRODUCTiON RESERVES — № 2/2(28], 2016, © Грудзинський Ю. E., Марков Р. В.
