Інноваційний системний підхід до вивчення мережних технологій, який впроваджено на кафедрі Комп’ютерних наук

Сучасне суспільство отримує інформацію виключно із комп’ютерних мереж різного типу, а тому поточний етап його розвитку можна назвати мережним. Для підтримання мереж у належному стані необхідні фахівці, які здатні вирішувати  завдання з високою ефективністю. У зв’язку з цим на кафедрі Комп’ютерних наук впроваджується інноваційний системний підхід до вивчення мережних технологій, який вже зараз має позитивний результат у вигляді міжнародних сертифікатів, нових робочих місць, перспектив професійного зростання студентів.

Основним в інноваційному системному підході до вивчення мережних технологій є те, що розроблена та впроваджена динамічна система, яка подається у циклічному розвитку та прогресуючому ускладненні. Завдяки такому підходу мережні технології розглядаються як безперервний процес переходу від їх однієї реалізації до іншої, більш вищої і більш складної. Процесний підхід спонукає до розуміння мережних технологій як цілісного явища та знімає необхідність покладатися на обов’язкове   запам’ятовування окремих його реалізацій. Оволодіння процесом у цілому посилює більш глибоке розуміння окремих його реалізацій та створює умови для успішного застосування  у практичному плані.

У сучасних мережах можна виділити наступні взаємопов’язані елементи  мережних технологій у їх динамічному розвитку та ускладненні:

1. Локальні мереж;

2. Мережі Центрів обробки даних (ЦОД);

3. Програмно-конфігуровані мережі SDN;

4. Хмарні  мережі.

Локальні мережі - це узгоджений набір стандартних протоколів і реалізуючих їх програмно-апаратних засобів (комутаторів, маршрутизаторів, мережевих адаптерів, драйверів, кабелів та роз’ємів), що є достатнім для побудови обчислювальної мережі. На рівні локальних мереж використовуються комутатори  зі швидкістю передачі 10/100 Мбіт/с (наприклад комутатор HP 2620, з операційної системою ProVision).   

Для успішної роботи на цьому рівні студент повинен уміти здійснювати базову конфігурацію комутаторів, управління програмним забезпечення комутаторів і конфігурацією файлів; забезпечити налаштування служби IP адресації, агрегації каналів та топологічних петель  мережі; здійснювати налаштування IP-маршрутизації. 

Мережі Центрів обробки даних представляють собою більш складну структуру та включають до свого складу два типи комутаторів.

Один із типів комутаторів, який використовувався при вивченні локальних мереж з операційною системою ProVision, призначений для організації мережі доступу (підключення користувачів, серверів та накопичувачів) ЦОД. Мережі доступу організовані на принципах роботи локальних мереж, що спрощує вивчення мережі ЦОД у цілому.  Інший тип комутаторів з операційною системою Comware, є комутаторами високого рівня та використовуються у ядрі мережі. Швидкість передачі таких комутаторів може досягати 40 Гбіт/с і навіть 100 Гбіт/с. Комутатори цього рівня підтримують ряд протоколів, які забезпечують інтеграцію та консолідацію фізичних пристроїв у віртуальні стеки. Завдяки цього відбувається конвергенція мереж, що приводить до їх більш високої надійності та ефективності.

Програмно-конфігуровані мережі SDN здійснюють розподіл процесів передачі даних мережною інфраструктурою та централізованого управління мережею. У якості механізму управління використовуються уніфіковані програмні засоби (контролер), які встановлюються на сервер.   Зв'язок між логічним контролером та фізичною мережею здійснюється за допомогою   протоколу OpenFlow.

У навчальному процесі використовується технічна система, яка складається із сервера, на якому встановлено контролер SDN та фізичної мережі рівня ЦОД, яка вивчалась на попередньому етапі.

У ході навчального процесу студенти навчаються планувати та розгортати мережі SDN, включаючи встановлення та налаштування контролера  SDN, перевірку підключення контролера  до фізичної мережі, реалізацію специфічних характеристик комутаторів HP ProVision і HP Comware в  SDN рішеннях. Оскільки разом із контролером SDN на сервер встановлюється віртуальна мережа Mininet, необхідно передбачити підключення віртуальної мережі до фізичної та спільне управління ними.

Хмарні  мережі (Cloud networking)  - це тип мережної інфраструктура, де мережеві можливості та ресурси доступні за запитом через постачальника послуг, який розміщує їх на хмарній платформі. Мережеві ресурси можуть включати віртуальні маршрутизатори, комутатори, брандмауери, програми для забезпечення пропускної здатності та керування мережею, а також інші інструменти і функції, які стають доступними за потребою.

Вивчення технологій хмарних мереж у навчальному процесі здійснюється на прикладі хмарної платформи HPE OpenStack.

Хмарна платформа HPE OpenStack встановлюється на сервері. Має модульну архітектуру, яка сумісна з різними гіпервізорами, системами зберігання, мережевими реалізаціями та апаратними засобами. Забезпечує створення віртуальних машин на вимогу (VM) та їх повне забезпечення. Надає багаторівневу підтримку користувачам.

Студенти, які послідовно оволоділи вищезазначеними взаємопов’язаними елементами  мережних технологій у їх динамічному розвитку мають можливість стати фахівцями високого рівня. Оволодіти системою легко, оскільки кожен наступний елемент на 50% містить у собі уже засвоєні технології попереднього. Саме на послідовності елементів та циклічності їх засвоєння  побудований інноваційний системний підхід до вивчення мережних технологій, який впроваджено на кафедрі  Комп’ютерних наук.