Корпоративные сети →Теория→Основы сетей

Анализ влияния облачной инфраструктуры на сеть

По полочкам

Сентябрь 24, 2020 Зюзин Владислав
Макаров Антон

10 минут чтения

В обычной корпоративной сети доступ к серверам из филиалов организации может осуществляться, чаще всего, подключением к серверам, расположенным в центральном офисе. Но при расположении серверной инфраструктуры в облаке параметры связи рабочих станций с серверами будут зависеть уже не от канала связи от каждого конкретного филиала до центрального офиса, а от канала связи всех отделений организации с ЦОД облачного провайдера, чьими услугами пользуется организация для формирования облачной инфраструктуры.

Переход в облака поставил перед разработчиками ПО и сетевыми инженерами ряд новых условий, вызывающих задержку сигнала, которые им приходится учитывать для формирования качественного доступа к данным в облаке. Например, задержка длительностью 500мс приводит к снижению трафика Google на 20%, а задержка в 100мс сокращает продажи Amazon на 1%.

Время задержки может быть очень важным аспектом во время работы с виртуальными рабочими столами (VDI), потоковым вещанием, трейдингом, передовыми web-сервисами, базами данных, терминальными приложениями. Но задержка не столь критична для таких сервисов как электронная почта или работа с документами.

QoS и SLA

Существует проблема обеспечения необходимого качества обслуживания (QoS). Разные виды трафика имеют различные требования к рабочим характеристикам сети. Чувствительность видов трафика была взята из и показана в таблице 1

Таблица 1. Чувствительность различных приложений сетевым характеристикам

Рекомендации МСЭ-Т по обеспечению QoS для сетей описываются в рекомендациях Y.1540 - стандартные сетевые характеристики для передачи пакетов в сетях IP, и Y.1541 нормы для параметров, определенных в Y.1540.

Данные рекомендации важны для всех участников сети: провайдеров и операторов, пользователей и производителей оборудования. При создании оборудования, планировании развертывания и оценке сетей IP, оценка качества функционирования сети все будут опираться на соответствие характеристик требованиям потребителей.

Основные характеристики, рассматриваемые в рекомендации Y.1540:

• производительность сети;
• надежность сети/сетевых элементов;
• задержка;
• вариация задержки (jitter);
• потери пакетов.

Подробнее о данных характеристиках следует прочитать в вышеназванных рекомендациях. В таблице 2 указаны нормы на определенными в Y.1540 характеристики и распределены по классам качества обслуживания (QoS).

Таблица 2 - Нормы для характеристик сетей IP с распределением по классам QoS

Примечание: Н не нормировано. Рекомендация Y.1541 устанавливает соответствие между классами QoS и приложениями:

• Класс 0 приложения реального времени, чувствительные к джиттеру, характеризуемые высоким уровнем интерактивности (VoIP, видеоконференции);
• Класс 1 приложения реального времени, чувствительные к джиттеру, интерактивные (VoIP, видеоконференции);
• Класс 2 транзакции данных, характеризуемые высоким уровнем интерактивности (например, сигнализация);
• Класс 3 транзакции данных, интерактивные;
• Класс 4 приложения, допускающие низкий уровень потерь (короткие транзакции, массивы данных, потоковое видео)
• Класс 5 традиционные применения сетей IP.

Таким образом некоторые из облачных сервисов вполне могут попадать в классы 0 и 1, а значит следует учитывать время задержки и стараться сделать так, чтобы она не превышала 100 мс.

Задержки в сетях

Подключение к облаку через VPN аналогично подключению к центральному офису организации по VPN, за исключением лишь того, что если в обычной корпоративной сети все филиалы организации подключались к центральному офису, то теперь подключение филиалов и центрального офиса в том числе будет осуществляться к ЦОД облачного провайдера.

Для проверки задержки в большинстве ОС используется команда ping, а для проверки пути прохождения пакета команда tracert, которые подробнее рассмотрим ниже.

Предположим, что домашняя сеть является подобием корпоративной сети малого предприятия. В таблице в приложении А собраны данные из статьи с указанием расположения ЦОД.

Воспользуемся этими данными чтобы проверить задержку сигнала от текущей домашней сети, расположенной в городе Москва, без учета VPN, до web-сервера некоторых компаний, владеющих, ЦОД, расположенных в разных городах, тем самым проверяя разницу в задержке в зависимости от расположения ЦОД облачного провайдера.

Для проверки задержки воспользуемся "Командной строкой" Windows и командами ping и tracert. Команда ping используется для проверки целостности и качества соединения в сети на основе протоколов TCP/IP. Команда tracert строит маршрут через коммутационные узлы между компьютером и конечным сервером и выводит их IP-адреса и время

задержки. На рисунках 1 и 2 представлена системная справка по командам, соответственно, tracert и ping.

Проведем тест проверки задержки до домена DataLine dtln.ru, расположенного ближе всего к домашней сети (рисунки 3 и 4).

Как видно из результатов на рисунке 5.3, было передано и получено 4 пакета объемом 32 байта. Время обмена одним пакетом составило 1 миллисекунду.

Команда tracert вывела следующие данные:

• 1, 2, 3 - номер перехода;
• <1 мс <1 мс <1 мс время ответа для 3-х попыток (в данном случае все попытки менее 1 мс);
• 185.3.141.232 IP-адреса (в данном случае IP-адрес домена

dtln.ru)

Согласно проверке данного IP на сайте 2ip.ru, данный домен базируется по тому же адресу на карте, что и указано в таблице в приложении Б. Таким образом можно сделать вывод, что web-сервер большинства компаний из списка вероятнее всего находится на территории одного из их ЦОД, но даже если и нет, то позволяет сделать выводы о доступности ресурса.

Аналогично проверим ping для остальных компаний, результаты представим на рисунке 5.5. В качестве опорного времени задержки будет использовано среднее и максимальное время приема-передачи.

Из данных рисунка 5 можно сделать вывод, что среднее значение времени задержки в пределах Москвы из сети, также находящейся в пределах Москвы, чаще всего не превышает 10мс.

Можно сравнить данные значения с ping до серверов Amazon Web Services в разных регионах с сайта cloudping.info (рисунок 6).

VPN без шифрования теоретически позволил бы сократить эту задержку в связи с использованием "прямого туннеля" между "офисом" и ЦОД. Шифрование будет вносить уже свою задержку, проверить которую в данных условиях нет возможности.

В локальных сетях корпоративной сети и сети ЦОД задержка исчисляется в микросекундах. В сети ЦОД предъявляются высокие требования к быстродействию сети, современные решения Ethernet для ЦОД должны быть широкополосными и поддерживать скорости 10, 25, 40, 50, 100 Гбит/с, обеспечивать низкие задержки до 1-2 мкс для связи серверов (через три коммутатора), и многие другие.

Скорость интернет-канала

Передача видео через сети связи, будь то видео с камер наблюдения или же видеоконференции, являются одними из самых требовательных с скорости передачи данных. Если для работы с документами может быт достаточно скорости в 100 Кбит/с, то для передачи видео понадобится уже примерно 2 Мбит/с.

Для некоторых приложений, таких как IP-телефония, желательно, чтобы уровень задержек был низким, а мгновенная пропускная способность канала была больше определенного порогового значения: не ниже 24 Кбит/с для ряда приложений IP-телефонии, не ниже 256 Кбит/с для приложений, обрабатывающих видеопоток в реальном времени. Для некоторых приложений задержки не так критичны, но, с другой стороны, желательна высокая пропускная способность, например, для передачи файлов.

Например, компания Ivideon предлагает услуги облачного видеонаблюдения, и у них на сайте даются следующие требования к интернет-каналу для разного качества видеопотока. Данные представлены в таблице 3.

Таблица 3 Требования к интернет-каналу для одной камеры видеонаблюдения при разных разрешения при частоте 25 кадров/сек

Но для работы с терминальными сессиями достаточно канала в 128-256 Кбит/с на пользователя. Для 50 пользователей понадобится 6.25 Мбит/с.

Компания 1cloud.ru при выборе ширины канала связи предлагает скорость соединения в диапазоне от 10 до 100 Мбит/с для доступа к виртуальному серверу.

Внутри облака сетевые соединения между виртуальными машинами имеют пропускную способность в 1 Гбит/с.

RDP-сессия

Для теста потребления трафика при использовании удаленного подключения RDP был проведен эксперимент.

Два персональных компьютера находятся в одной локальной сети и подключены к интернету. Один выступает сервером удаленного доступа, второй подключается к нему посредством встроенной в Windows программы

"Подключение к удаленному рабочему столу" по протоколу RDP. На сервере запускается видео в интернете. Для захвата трафика и анализа используется ПО Wireshark

Параметры подключения:

• размер удаленного рабочего стола 1920х1080
• глубина цвета 15 бит
• выбранная скорость соединения 56 Кбит/с
• дополнительные возможности отключены (рисунок 7)

Wireshark программа для захвата и анализа сетевого трафика. Данная программа работает с подавляющим большинством известных протоколов, имеет понятный и логичный графический интерфейс, и мощнейшую систему фильтров.

Во время подключения к удаленному рабочему столу программа замеряла отправленные и поступившие пакеты данных. Эти пакеты были отфильтрованы по IP-адресу сервера, а также по протоколу RDP. Интерфейс программы представлен на рисунке 8.

График ввода/вывода данных по IP-адресу сервера по протоколу RDP представлен на рисунке 9.

На графике на рисунке 9 видно два "всплеска" данных, т.е. две сессии подключения к серверу. Во время первой сессии проводилась работа с тяжеловесным графическим приложением. Во время второй сессии было включено видео, затем производился web-серфинг в браузере машины с некоторыми графическими материалами на странице.

Как видно по графику, в пиковый момент была передача данных 5.5 Мбит/с. В последние моменты web-серфинга 0,65 Мбит/с.

Таким образом можем сделать вывод, что протокол RDP не укладывается в ранее заявленный диапазон до 128 Кбит/с. Однако стоит учитывать, что RDP-сессия изначально очень требовательна к сети и является, по сути, передачей видеотрафика.

Общедоступной информации в сети для анализа влияния облачной инфраструктуры на сеть, по крайней мере в русскоязычном сегменте интернета, чрезвычайно мало. Исследований по теме облачных вычислений недостаточно для заключения результата, и, в основном, это анализы финансовых затрат или производительности серверов.

Наиболее подходящей темой для дискуссий на тему влияния облачной инфраструктуры на сеть могут служить только качество обслуживания (QoS) и договор о предоставлении услуг SLA, но данные темы слишком обширны и требует более углубленного внимания, а вопросы, связанные с ними, требуют внимания соответствующих специалистов.