Kierunki Rozwoju Internetu: Wirtualizacja infrastruktury, Sieci treści, Internet rzeczy i usług dr inż. Andrzej Bęben Instytut Telekomunikacji, Politechnika Warszawska 1
Plan prezentacji Wprowadzenie Nowe rozwiązania dla Internetu Wirtualizacja infrastruktury Sieci treści Internet rzeczy i usług Podsumowanie 2
Wprowadzenie (1) Internet opracowano ponad 30 lat temu przez te lata Internet działał bez większych globalnych awarii adaptował nowe rozwiązania Wszyscy wierzą, iż możliwości funkcjonalne obecnego Internetu zbliżają się do limitu. Ponadto, ograniczona jest również możliwość dalszego rozwoju związana z pojemnością (adresowanie, osiągalność, niemożliwość spełnienia nowych żądań związanych z jakością przekazu, wymiarowaniem usług i aplikacji, itd..) 3
Wprowadzenie (2) Główne ograniczenia obecnej sieci Internet Przekaz danych Jedna usługa best effort, brak różnicowania obsługi pakietów i zapewnienia gwarancji jakości Globalne adresy, powiązanie z lokalizacją Powyższe Sterowanie ograniczenia oraz brak możliwości dalszego rozwoju Realizowane obecnej przez sieci terminal Internet użytkownika stanowią motywację dla rozpoczęcia badań nad nową generacją sieci, nazywaną Routing - tylko jedna ścieżka Internetem Przyszłości (ang. Future Internet) Zagrożenia bezpieczeństwa Brak możliwości przetwarzania, obsługi, czy przechowywanie danych w węzłach sieci Skostniała architektura 4
Wprowadzenie (3) Czym jest Internet Przyszłości? Nazywany również: US: Internet 3.0: General Inter-Networking Architecture (GINA) Japonia: New Generation Networks (NwGN) EU: Future Internet (FI) Obszary aktywności: Nowe techniki transmisji (zwłaszcza radio) Nowa architektura sieci (protokoły, mechanizmy i algorytmy, zarządzanie siecią, bezpieczeństwo, itd.) Nowe zastosowania (e-zdrowie, sieci domowe, e-energia, e- administracja, sieci treści, społecznościowe, Internet rzeczy, itd.) Badania ok 20 lat Rozwiązania powinny być oferowane na rynku od ~2020 5
Plan prezentacji Wprowadzenie Nowe rozwiązania dla Internetu Wirtualizacja infrastruktury Sieci treści Internet rzeczy i usług Podsumowanie 6
Wirtualizacja infrastruktury (1) Wirtualizacja infrastruktury jest obecnie uważana za kluczowy element architektury Internetu Przyszłości Umożliwia współistnienie heterogenicznyh architektur sieciowych Pozwala na łatwe wprowadzanie nowych rozwiązań Zapewnia efektywne wykorzystanie zasobów przez łączenie lub podział zasobów fizycznych 7
Obecny Internet Rutery Łącza 8
Wirtualizacja infrastruktury (2) Sieć A Sieć B Urządzenia umożliwiające wirtualizację 9
Wirtualizacja infrastruktury (3) Sieć A Sieć B Urządzenia umożliwiające wirtualizację 10
Nowa architektura sieci Dostawca infrastruktury (InP) Dostawca sieci (SP1) Dostawca usług (SP2) Wirtualizacja infrastruktury (4) 11
Wirtualizacja infrastruktury (5) Główne cechy: Elastyczność Wirtualizacja sieci oferuje pełną swobodę. Każdy SP powinien mieć możliwości stworzenia dowolnej topologii sieci, rutingu i metody przekazu danych i mieć możliwość zaimplementowania protokołów sterowania niezależnych od sieci fizycznej i innych VN. Ułatwione zarządzanie Poprzez rozdzielenie SPs od InPs, wirtualizacja sieci pozwoli na wprowadzenie modularności zarządzania siecią zarządzanie na każdym poziomie. Należy dostarczyć kompletnego sterowania od końca do końca VN-a do SPs, biorąc pod uwagę wymagania dotyczące współpracy na granicach administracyjnych. 12
Rozwiązania (1) Sieć Sterowana Programowo - SDN (ang. Software Defined Network) Założenia: Rozdzielenie funkcji przekazu danych (funkcja węzłów) od funkcji sterowania (funkcja realizowana przez sterownik sieci) Scentralizowane sterowanie siecią umożliwiające kierowanie poszczególnymi przepływami Sterowanie działa na ujednoliconym, abstrakcyjnym modelu sieci (niezależność od technologii) Sterowanie siecią jest realizowane programowo, jako aplikacja sieciowa 13
Rozwiązania (2) Sieć Sterowana Programowo - SDN (ang. Software Defined Network) Cechy: Elastyczność we wprowadzaniu nowych rozwiązań Efektywne wykorzystanie zasobów Ułatwione zarządzanie Niezależność od technologii oraz rozwiązań firmowych Ujednolicony styk z urządzeniami protokół OpenFlow 14
Rozwiązania (3) Wirtualizacji Funkcji Sieciowych - NFV (ang. Network Functions Virtualisation) Założenia: Realizacja funkcji sieci w postaci programowej z wykorzystaniem wirtualizacji oraz standardowych serwerów obliczeniowych Konsolidacja różnych technik sieciowych i ich realizacja na jednolitym sprzęcie Cechy: Elastyczność we wdrażaniu nowych rozwiązań, krótszy czas wprowadzania nowych usług Wielu dostawców sprzętu Niższe koszty 15
Plan prezentacji Wprowadzenie Nowe rozwiązania dla Internetu Wirtualizacja infrastruktury Sieci treści Internet rzeczy i usług Podsumowanie 16
Sieci treści (1) Przekaz treści multimedialnych, tj. filmy wideo, programy telewizyjne i radiowe, zdjęcia, stanowi obecnie około 50% ruchu w sieci Internet Przyczyną jest rozwój systemów pośredniczących, umożliwiających przechowywanie i udostępnianie treści YouTube, GoogleVideo Czy Sieci obecny wymiany danych Internet peer-to-peer, został np. BitTorrent, odpowiednio emule Sieci zaprojektowany Content Delivery Networks do np. przekazu Akamai, Limelight treści? Sieci społecznościowe, np. Facebook, MySpace, Nasza Klasa Portale wymiany zdjęć, np. Picasa, Flickr 17
Sieci treści (2) Główne ograniczenia Internetu związane z przekazem treści Sieć Internet została zaprojektowana do komunikacji pomiędzy terminalami ( host-centric paradigm) Dostęp do treści wymaga znajomości jej lokalizacji, tzn. adresu serwera przechowującego treść Brak jednolitego systemu identyfikatorów treści prowadzący do ograniczenia dostępności treści Sieć jest nieświadoma przesyłanej treści co często prowadzi do wielokrotnego przekazu tej samej treści Braku mechanizmów wspomagających przekaz treści: połączenia multicast przechowywanie replik popularnej treści w pamięci podręcznej węzłów wybór serwera oraz ścieżek pomiędzy serwerem treści a użytkownikiem.. 18
Sieci treści (3) Sieci treści Content Aware Networks nazywane również Information Centric Networks lub Future Content Networks definiują nową architekturę sieci, która wspiera funkcje związane z: publikowaniem treści wyszukiwaniem dostępnych w sieci replik treści żądanej przez użytkownika dostarczeniem treści do użytkownika Główne cechy: informacja o treści i jej lokalizacji jest częścią sieci identyfikatory treści są niezależne od lokalizacji przekaz treści jest realizowany biorąc pod uwagę: wymagania dotyczące przekazu treści stan serwerów udostępniających treść warunki ruchowe panujące w sieci mechanizmy wspomagające, np. połączenia multicast, pamięci podręczne, 19
Sieci treści (4) Rozważane rozwiązania: Rozwiązania ewolucyjne, implementowane w warstwie aplikacji - nie wymagają modyfikacji sieci IP, ale mają ograniczoną efektywność Rozwiązania rewolucyjne implementowane w warstwie sieci (modyfikacja węzłów) i wymagają opracowania nowej architektury 20
Sieci treści (5) Rozwiązania ewolucyjne Content Distribution Network (CDN) repliki danej treści są umieszczane na wielu serwerach żądania użytkownika są przekierowanie do najbliższego serwera przechowujący treść Sieci Peer-to-peer (p2p) budowane w warstwie aplikacji działają niezależnie od sieci IP Sieci Peer-four-peer (p4p) Budowane w warstwie aplikacji ale zakładają współpracę z operatorami sieci IP dla optymalizacji przekazu danych Przykładowe rozwiązania: AKAMAI, NAPAWINE, SmoothIT, P2P-NEXT, TA2, DIOMEDES, OCEAN, OPTIBAND, SARACEN, COAST, ENVISION, 21
Sieci treści (6) Rozwiązania rewolucyjne Publish Subscribe Systems (Pub/Sub) System jest przeznaczony do przesyłania wiadomości do grupy osób, które są zainteresowane danym tematem Data-Oriented Network Architecture (DONA) węzły sieci przesyłają treść na podstawie jej identyfikatorów Content Centric Network (CCN) węzły przechowują kopię przesyłanej treści w pamięci podręcznej COMET informacja o treści przechowywana w serwerach katalogowych (rozszerzenie DNS) treść dostarczana w oparciu o dynamicznie zestawiane ścieżki i pamięci podręczne dostępne w węzłąch sieci Parallel Internet CAN (PelICAN) informacja o treści przechowywana w strukturach DHT treść dostarczana w oparciu o dynamicznie zestawiane ścieżki 22
Sieci treści (7) Podsumowanie Sieć treści zakłada nową architekturę specjalizowaną dla przekazu treści: Ujednolicony dostęp do treści identyfikatory niezależne od lokalizacji efektywne algorytmy wyszukiwania informacji o lokalizacji treści Mechanizmy i algorytmy sterowania siecią uwzględniające warunki panujące w sieci oraz obciążenie serwerów Nowe metody przekazu treści: wybór ścieżek dostarczania treści dla każdego połączenia wykorzystanie pamięci podręcznej węzłów Rozpoczęto proces standaryzacji 23
Plan prezentacji Wprowadzenie Nowe rozwiązania dla Internetu Wirtualizacja infrastruktury Sieci treści Internet rzeczy i usług Podsumowanie 24
Internet rzeczy i usług (1) Obecny Internet jest zorientowany na komunikację: Interpersonalną Użytkownik Dostawca Usługi Jednakże, rozwój technik IT oraz ich wszechobecność w otoczeniu człowieka przyczynia się do powstania nowego modelu, tj. Internetu Rzeczy (ang. Internet of Things), w którym nowe usługi są oferowane dzięki zapewnieniu komunikacji pomiędzy urządzeniami 25
Internet rzeczy i usług (2) Zastosowania Internetu rzeczy obejmują: Inteligentne miasta Inteligentne budynki Inteligentny transport Inteligentną energię Inteligentne ochronę zdrowia 26
Internet rzeczy i usług (3) Główne wyzwania Internetu rzeczy to zapewnienie: Komunikacji dla miliardów heterogenicznych urządzeń Nowa architektura Nowe metody adresowania i rutingu (wykorzystujące kontekst) Zapewnienie współpracy heterogenicznych urządzeń Bezpieczeństwa i prywatności wymienianych danych Narzędzi do przetwarzania ogromnej ilości danych 27
Internet rzeczy i usług (4) Architektura proponowana dla Internetu rzeczy 28 Źródło: A. J. Jara, et al., The Internet of Everything through IPv6: An Analysis of Challenges, Solutions and Opportunities, Journal of Wireless Mobile Networks, Ubiquitous Computing, and Dependable Applications, volume: 4, number: 3, pp. 97-118
Internet rzeczy i usług (5) Standaryzacja Ze względu na heterogeniczność istniejących rozwiązań producentów, wysiłki standaryzacyjne są skupione na zapewnieniu współpracy urządzeń 29
Podsumowanie Dalszy rozwój obecnej sieci Internet jest w znacznej mierze ograniczony ze względu na fundamentalne ograniczenia techniki IP Trwają intensywne prace badawcze i wstępne wdrożenia dotyczące Internetu Przyszłości Wirtualizacji infrastruktury Nowych technik sieci: Sieci treści Internetu rzeczy Jaka przyszłość??? 30