Файл: Облачные сервисы (МОДЕЛИРОВАНИЕ ОБЛАЧНОЙ СРЕДЫ ДАННЫХ И АНАЛИЗ МЕТОДОВ ИХ ПЕРЕДАЧИ).pdf

ГЛАВА 1.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ОБЛАЧНОЙ СРЕДЫ ДАННЫХ И АНАЛИЗ МЕТОДОВ ИХ ПЕРЕДАЧИ

В главе разработана модель облачного хранилища данных и методы передачи данных. Введено модель гибридных протоколов передачи данных через облачное хранилище, обоснована модель сетевого трафика, проведено моделирование загруженности хранилища данных.

Модели передачи данных в облачных технологиях.

Первой моделью передачи данных между абонентами была модель типа "точка - точка". Эта модель предусматривала выделенный канал передачи от абонента, который перешел к абоненту, который его получил. Эта модель была использована в телефонии до 1990-ых лет. Именно эта модель была использована для создания первых компьютерных сетей.

Сеть типа «точка–точка» – является простейшим видом компьютерной сети, в котором два компьютера взаимосвязаны непосредственно через коммуникационное оборудование (рис. 1.1). Преимуществом этого типа соединения является простота и дешевизна, недостатком – подключение таким образом можно только 2 компьютера и не более того.

Рис. 1.1. Модель сети «точка-точка», построенная по данным [11].

Эта модель соединения часто используется в тех случаях, когда вам нужно быстро передавать информацию с одного компьютера на другой.

Следует отметить, что эта модель может быть использована в качестве наиболее обобщенные модели передачи данных между двумя объектами.

При моделировании передачи данных от одного абонента к другому можно использовать модель в виде графа G = (V, E) , вершинами V, которые будут абонентами сети, а ребрами E – связей между ними. Ребра будут иметь соответствующие весы, которые определяются необходимостью моделирования. В одном случае это может быть скорость передачи информационной единицы, в противном случае - качество обслуживания абонента. Но, в любом случае, весы будут определять обобщенные характеристики тракта передачи данных.

Для преодоления недостатков подключения типа «точка-точка» была предложена виртуальная частная сеть (VPN) [3] с сопоставимым качеством обслуживания, но при гораздо меньших затратах. Переключение трафика для оптимального использования каналов они смогли лучше использовать сеть. В этой модели символ облака был впервые использован для обозначения различия между пользователем и поставщиком.

---

Модель VPN представляет собой логическую сеть, созданную поверх других сетей, на основе общедоступных или виртуальных каналов других сетей (Интернет). Безопасность передачи пакетов через публичные сети может быть реализована с помощью шифрования, что приведет к закрытию стороннего канала связи. VPN позволяет объединить, например, несколько географически удаленных сетей организации в единую сеть, используя их для связи между ними неконтролируемыми каналами.

VPN состоит из двух частей: «внутренняя» (контролируемая) сеть, которых может быть несколько, и «внешняя» сеть, через которую проходят инкапсулированые соединения (обычно используется Интернет) (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Модель передачи данных через VPN, построено за данными [11].

Подключение к VPN удаленного пользователя осуществляется с помощью сервера доступа, который подключен как к внутренней, так и к внешней (публично доступной) сети. При подключении удаленного пользователя (или при установке соединения с другой защищенной сетью) доступ к серверу требует, чтобы вы прошли процесс идентификации, а затем процесс аутентификации. После успешного прохождения обоих процессов удаленный пользователь получает право работать в сети, то есть происходит процесс авторизации.

При объединении локальных сетей в общую VPN-сеть можно получить полностью трудоспособное пространство с минимальными затратами и высокой защитой. Для создания такой сети необходимо будет установить на один компьютер с каждым сегментом специальный VPN шлюз, который отвечает за передачу данных между аффилированными лицами. Обмен информацией в каждом отделе осуществляется обычным способом, но в случае необходимости передачи данных в другую область VPN-сети, они отправляются на шлюз. В свою очередь, шлюз осуществляет обработку данных, шифрует их надежным алгоритмом и передает сеть в интернет-шлюз в другую ветку. В пункте назначения данные расшифровываются и передаются на компьютер назначения обычным способом.

Все это остается совершенно незамеченным пользователем и ничем не отличается от работы в локальной сети. Кроме того, VPN является лучшим способом организации индивидуального доступа компьютера к локальной сети компании.

Одним из немногих недостатков, которые есть у модели VPN, является необходимость приобретения небольшого количества оборудования и программного обеспечения, а также увеличение объемов внешнего трафика. Однако эти затраты довольно малы и с учетом огромного количества преимуществ VPN, с ними вполне можно переносить.

---

Однако такие две модели передачи данных между абонентами имеют одну существенную - они требуют прямого участия абонентов в процессе передачи данных. Необходимость постоянной коммуникации несколько ограничивает сферу их использования.

Лишенная этого отсутствия модель на основе центра обработки данных, центра хранения и обработки данных, дата-центра) - специализированная техническая платформа для размещения информации в интернете, подключенной к ней в автономной системе (или Сеть через набор каналов связи.

Дата-цент представляет собой набор запланированных определенным путем территорий, внешних платформ, зданий, помещений, с установленными инженерными системами и обслуживающим персоналом, которые формируют общее физическое пространство и технологическая среда для размещения компьютеров, электронных и других средств приема, передачи, обработки, хранения информации и обеспечения определенной степени доступности, установленного оборудования в данном режиме функционирования [12].

Создание и эксплуатация дата-центров осуществляется в соответствии с рядом строгими стандартами. Центр обработки данных может быть подразделением телекоммуникационной компании или отдельной организацией. Основной деятельностью дата-центра является установка и последующее техническое обслуживание серверного и коммуникационного оборудования клиентов в соответствии с условиями колокации или выделением серверов. Оборудование крепится к серверным стойкам и/или шкафам. Качество и пропускная способность каналов связи дата-центра напрямую влияют на качество предоставляемых им услуг, так как основным критерием его оценки является время доступности, размещенное в дата-центре сервера.

Согласно TIA/EIA-942 структура центра обработки данных состоит из трех основных подсистем [13]:

1. MDA – Main Distribution Area – главная распределительная подсистема, обеспечивающая интерфейс доступа к центру и распределяет трафик главной магистрали на внутренние магистрали. Она включает конечное оборудование операторов связи, маршрутизаторы, магистральные коммутаторы;
2. HDA – Horizontal Distribution Area – горизонтальная распределительная подсистема, направляет трафики внутренних магистралей через локальные линии, входящие в аппаратные зоны (стойкие);
3. EDA – Equipment Distribution Area – подсистема разводки на оборудование, которое доставляет трафик в рабочие области к серверам, дисковых массивов.

Центр обработки данных представляет собой комплексную централизованную систему, обеспечивающую непрерывность бизнес-процессов с высоким уровнем производительности и готовности услуг, в ключая:

---

• • высоконадежное серверное оборудование,
  • систему хранения данных,
  • активное сетевое оборудование,
  • архитектурно-технические решения по резервированию и дублированию критически важных сервисов информационных систем,
  • «обеспечительную» инженерную инфраструктуру,
  • физическая защита помещений,
  • системы управления и мониторинга,
  • комплекс организационных мероприятий.

При цьому дає вигоди у:

• • Минимизация времени доступа к информации при любом количестве запросов;
  • Увеличение доступного для каждого пользователя дискового пространства;
  • Увеличение доступности данных;
  • Отсутствие временных затрат на резервное копирование и восстановление данных;
  • Повышение защищенности системы от сбоев и потери информации.

Формально модель обмена данными через дата-центр можно изобразить графически (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Модель передачи данных через дата-центр, построено за данными [11].

Представление в модели всего центра обработки данных одним элементом ничего не говорит о его внутренней структуре, но позволяет моделировать внешние связи центра и отслеживать возможность обмена данными между абонентами с помощью центра обработки данных.

Реально, центр обработки данных содержит несколько серверов, которые могут быть даже разделены по регионам. Но, в любом случае, есть центральные серверы и сателлиты.

Файлы, обмениваемые подписчиками, физически хранятся на основных серверах. Весь доступ к хранимой информации осуществляется через так называемые сателлиты.

Основной сервер – сервер на котором физически находятся файлы клиентов.

Основных серверов может быть несколько. Клиент оплачивает хранение информации на одном из них, или по дополнительному соглашению, на нескольких. Основная характеристика основного сервера – хранение больших объемов информации, но медленный доступ к ней.

Обобщенная модель основного сервера содержит (рис. 1.4):

1. Firewall – защитный барьер сервера.
2. Nginx – Web-сервер для обработки запросов и перенаправления их на программную аппликацию сервера (интерфейсный модуль основного сервера).
3. Программная реализация сервера – программа которая обеспечивает авторизацию, аутентификацию, разграничение прав доступа к файлам и сам доступ к файлам.
4. База данных – в которой находится информация о пользователях, счетах, файлах и др.
5. Файлы – документы пользователей к которым они имеют права доступа.

---

Рис. 1.4. Модель основного сервера.

Основная проблема заключается в том, что серверы физически удалены от всех возможных клиентов. Из-за какого времени клиентский запрос довольно низок.

Существуют решения для зеркальных серверов, чтобы увеличить скорость доступа к файлам. То есть, серверы, выполняющие данные репликации друг на друга.

Большой проблемой данной архитектурной модели является актуальность данных. Еще одной проблемой является то, что клоны сервера должны быть такой же конфигурации, как и основные, что достаточно дорого.

Существует другой подход к решению проблем доступа к центрам обработки данных. Эта, так называемая сеть доставки и распространения контента (Content Delivery Network, или Content Distribution Network, CDN) представляет собой географически распределенную сетевую инфраструктуру, которая позволяет оптимизировать доставку и распространение контента конечным пользователям в сети Интернет [2]. Использование провайдеров CDN помогает увеличить скорость загрузки Интернета – пользователей аудио, видео, программного обеспечения, игр и других видов цифрового контента в точках сети CDN.

Скорость загрузки значительно влияет на то, как далеко пользователь от сервера. Это объясняется тем, что использование технологии TCP/IP, используемой для распространения информации в Интернете, задержки с передачей информации зависят от количества маршрутизаторов, которые находятся на пути между источником и потребительским контентом. Размещение контента между несколькими серверами CDN означает сокращение маршрута передачи сетевых данных и делает загрузку сайта быстрее с точки зрения пользователя.

При такой модели организации время хранения данных облачного сервиса между двумя абонентами будет определяться суммой в два часа передачи - от первого до центра и от центра до второго. В случае, если абоненты и дата-центр находятся близко друг к другу, это время невелико и существенно на качество обслуживания это не влияет. Но учитывая, что подключение к дата-центру происходит по протоколу TCP/IP, который является надежным протоколом передачи, но со ссылками на большие расстояния, скорость гарантированной передачи существенно снижается. То есть использование такой модели для организации передачи данных в континентальном масштабе приводит к потере качества обслуживания.

Независимо от того где буде находиться сервер дата-центра – возле первого абонента, возле второго, или где-то посередине. В первом случае данные будут быстро доставлены на сервер, но долго будут передаваться с сервера абоненту (рис. 1.5).

---