Виртуализированные гиперконвергентные ресурсы для строительства доступной игровой площадки
Предыстория
В 2012 году в рамках проекта OF@TEIN начато создание тестового полигона OpenFlow над инфраструктурой TEIN с поддержкой технологии GENI Global Environment for Network Innovations, FIRE-Future Internet Research and Experimentation. Для поддержки разработчиков и операторов в использовании тестового планшета OF@TEIN было разработано несколько экспериментальных инструментов. Первоначально на стеллажах SmartX была развернута смешанная комбинация инструментов, начиная от простых инструментов на базе веб-сценариев/скриптов и заканчивая автоматизированными инструментами DevOps.
Стойка SmartX Rack состоит из четырех устройств:
- Узел управления и работы
- узел капсулятора
- переключатель OpenFlow
- устройство дистанционного питания.
Физически подключенные к локальной сети стойки SmartX были соединены туннелями L2 (слой 2), которые использовались в узлах капсулятора. Однако стеллажи SmartX с несколькими устройствами были подвергнуты физической удаленной переконфигурации, что крайне сложно сделать для распределенной OF@TEIN Playground. Так, с конца 2013 года появился гиперконвергентный SmartX Box для виртуализации и объединения функций четырех устройств в единый блок.
В данной статье предлагается концепция гиперконвергентного SmartX Box, который может легко разместить виртуальные и программируемые ресурсы (например, виртуальные коммутаторы с поддержкой OpenFlow и облачные виртуальные машины OpenStack) для создания мультисайтовой облачной игровой площадки OF@TEIN SDN (миниатюризированная испытательная площадка).
Коллекция виртуальных коммутаторов на базе OpenFlow предоставляет возможности SDN, которыми управляют как разработчики, так и операторы контроллеров SDN. Одновременно с этим виртуальные машины с кредитным плечом OpenStack (т.е. работающие как виртуальные ящики) эффективно управляются с помощью облачного управления OpenStack. Тем не менее, фактический дизайн и реализация SmartX Box постоянно развиваются для поддержки нового эксперимента на детской площадке OF@TEIN.
Мотивация и связанная с ней работа
Хорошо известно, что ориентированная на услуги сетевая модель, обеспечивающая подключение на более высоком уровне и абстрагирование политики, является неотъемлемой частью приложений с использованием облачных вычислений. Появляющаяся парадигма SDN может предоставить новые возможности для интеграции облачных сервисов с расширенными сетевыми возможностями за счет глубоко программируемых интерфейсов и автоматизации в стиле DevOps. Было предложено несколько подходов на основе SDN для создания виртуальных сетей наложения для многопользовательской облачной инфраструктуры.
Компания "Меридиан" предложила платформу контроллера SDN для поддержки сетевого взаимодействия на уровне сервисов в облачной инфраструктуре. Аналогичным образом, CNG (Cloud Networking Gateway) пытается решить проблему многопользовательских сетей для распределенных облачных ресурсов от нескольких поставщиков, обеспечивая при этом гибкость при развертывании, настройке и инстанцировании облачных сетевых услуг. В качестве прототипа внедрения крупномасштабное развертывание стеллажей GENI в национальной сети R&E (исследований и образования) также переходит к программируемой, виртуализированной и распределенной коллекции сетевых/вычислительных/хранилищных ресурсов - глобальному "глубоко программируемому облаку".
Поскольку модель облачных вычислений массово используется для развертывания вычислительной инфраструктуры, она должна учитывать аспект доступности модели облачных вычислений. В 2017 г. Ta A.D. попыталась решить проблему внедрения для развивающихся стран структуры облачных вычислений, используя гиперконвергентные серверы в качестве инфраструктуры виртуальных вычислений. Сетевая функция (т.е. switch) была расширена до уровня виртуализации, что позволяет создавать несколько виртуальных коммутаторов на Linux-сервере. В 2016 году, программно-определенная структура под названием OpenBox пытается решить проблему развертывания сетевых функций (NFs) путем отделения плоскости управления NFs от плоскости данных, что очень похоже на SDN решения.
Цели
GENI охватывает функциональные возможности испытательного стенда для различных типов экспериментов, рассматривая при этом возможность повышения производительности с помощью мощного оборудования. Однако они не сосредоточены на неоднородной инфраструктуре и стоимости развертывания из-за хорошей поддержки со стороны инфраструктуры и источников финансирования.
FIRE похож на GENI, но с менее расширяемой функцией, потому что они имеют гораздо больше внимания на меньшем испытательном стенде, но также и с хорошей производительностью.
PlanetLab не учитывает возможности и производительность из-за простой потребности в виртуальных ресурсах с базовой сетью. Однако это крупномасштабный распределенный испытательный полигон, поскольку он развернут на более чем тысяче площадок с различными сетевыми инфраструктурами. PlanetLab не беспокоится о стоимости развертывания, поскольку оно поддерживается большим исследовательским сообществом при добавлении новых аппаратных ресурсов в качестве нового испытательного полигона.
Таким образом, невозможно напрямую применить их подходы к развертыванию в нашей среде по нескольким причинам, таким как ограниченное финансирование, уровень интереса к исследованиям и поддержка сетевой инфраструктуры.
Доступная по цене игровая площадка с блоком SmartX Box
Для решения конкретной проблемы доступности многосайтовых игровых площадок, ресурсы должны быть открытыми без каких-либо ограничений конфигурации/мониторинга, гибкими для внедрения новых технологий или соответствия экспериментальным требованиям, а также экономичными за счет внедрения недорогостоящего товарного оборудования. Программное обеспечение с открытым исходным кодом в конвергентном SDI с интеграцией SDN, облака и виртуализации сетевых функций (NFV), а также поддержка аппаратного обеспечения с открытым исходным кодом являются основными драйверами развития гиперконвергентных ресурсов в коробочном стиле.
К сожалению, инициализация и управление распределенными гиперконвергентными блоками в разнородных физических инфраструктурах довольно проблематично, поскольку они подвержены различным параметрам производительности (например, скорости сети и стабильности питания). Кроме того, независимость между многодоменными базовыми инфраструктурными операторами (например, политики доступа и безопасности). Следовательно, трудно поддерживать бесперебойную работу всех коробок. Для упрощения проектирования этих коробок "под ключ" необходимо сконцентрироваться на минимизации требований и затраченного времени на их поставку с помощью следующих стратегий:
- Гетерогенное оборудование: Никаких специфических требований к оборудованию или поддержки определенных марок/поставщиков, все оборудование с поддержкой ускорения виртуализации и поддержкой нескольких сетевых интерфейсов для специализированных соединений не может быть использовано.
- Дистанционное управление: Распределенное развертывание и ограниченный доступ к местам установки являются основными причинами включения аппаратного модуля удаленного управления на базе интерфейса управления интеллектуальными платформами (IPMI).
- Автоматизированная инициализация: Разработан набор автоматизированных инструментов инициализации на базе DevOps для минимизации времени, затрачиваемого на установку и настройку блока с заранее организованными многочисленными специализированными соединениями.
- Централизованный шаблон конфигурации: Инструмент инициализации оснащен специальным шаблоном конфигурационного файла для конкретного участка ящика, который можно загрузить из централизованного хранилища с определенной конфигурацией компонентов для SDN и облака.
Выводы
В данной статье подробно обсуждается уникальная концепция и дизайн многосайтовой облачной игровой площадки с поддержкой SDN и гиперконвергентными ресурсами в коробочном стиле для проведения инновационного и разнообразного исследовательского эксперимента. OF@TEIN Playground успешно функционирует как доступная по цене многосайтовая облачная игровая площадка с поддержкой SDN и распределенным развертыванием SmartX Boxes для интегрированных SDN и облачных экспериментов.
Открытые, гибкие и экономичные ресурсы в виде гиперконвергентных блоков могут обеспечить более широкий масштаб доступных и устойчивых игровых площадок для проведения разнообразных экспериментов с широким спектром областей применения.
