17 октября 2012
Многоуровневая (сквозная) виртуализация с поддержкой на уровне ОС.
Возможности применения в системах безопасности
Часть 3
Облачные (рассеянные) вычисления (англ. cloud computing) представляют собой новую технологию обработки данных в распределенных сетевых средах, реализуемую при условии сокрытия от пользователя физической структуры вычислительного пространства [11,12]. Фактически представляют собой высокоуровневый слой виртуализации.
В облаке уже предложено ряд эффективных сервисов, прежде всего, IaaS («Software as a Service») и PaaS («Platform as a Service»), то есть «инфраструктура как услуга» и «платформа как услуга». К наиболее известным мировым ресурсам относятся Amazon Elastic Compute Cloud (EC2), имеющая 450 тыс. серверов (доход в год $189 млн.), и Windows Azure, работающая на базе 8 глобальных дата-центров. В рамках этих облачных платформ предложены высокопроизводительные программно-аппаратные комплексы с превосходной масштабируемостью.
Для тех, кто знаком с организацией распределенных вычислений в сетевых средах, также известна проблема задержки в сетях. В облачных платформах, представляющих собой «башню» систем виртуализации разного уровня, задержка на уровне вычислительной ткани серверов (Unified Server Fabric), сведена к нанометрической, поэтому вполне применимы операционные системы разделения времени. По мнению Gartner, вычислительная ткань (fabric computing), с помощьб которой реализована такая возможность, является одной из десяти стратегических технологических направлений, которые лягут в основу аппаратного обеспечения глобальной сети в будущем [13]. Нужно сказать, что вычислительная ткань в чем-то схожа с кластерной организацией, но это не одно и то же.
Рис. 5 Конвергентная инфраструктура, предлагаемая Cisco [14]
Вычислительная ткань серверов (Unified Server Fabric) на примере Cisco является подчиненной серверной инфраструктурой, объединенной в рамках конвергентной инфраструктуры (converged infrastructure). Конвергентная инфраструктура предполагает, прежде всего, сложную аппаратную виртуализацию. В результате в распоряжении пользователя поступает единая и согласованная вычислительная инфраструктура. Конвергентная инфраструктура объединяет в единую инфраструктуру пулы серверов, системы хранения и сети. Кроме того, она дает практически неограниченные возможности в построении высокоэффективных вычислительных сетей с единым и самоорганизующимся управлением, низкими эксплуатационными расходами и, конечно, унифицированными принципами обработки информации. Разработкой конвергентной инфраструктуры занимаются несколько крупных производителей: HP, Cisco, EMC, VMware, Dell, Microsoft, Intel и др.
Вернемся к доступному для всех пользователей облаку Amazon EC2, реализованному с исключительной избыточностью, что позволяет пользователям наращивать пользовательскую инфраструктуру условно неограниченно и развивать ее без необходимости покупки собственных мощностей. EC2 и Windows Azure предлагает установку любой операционной системы на свою виртуальную машину. Windows Azure по результату тестов показывает большее быстродействие [15]. В облаке EC2 доступно практически любое программное обеспечение, кроме того, дается возможность выделения статического IP-адреса, а также возможность хранения информации с определением географического места расположения хранилища. Практически облака Windows Azure и EC2 предлагают высокопроизводительную облачную серверную инфраструктуру, которая может быть использована для большинства систем общего назначения. Самостоятельно установить дата-центры такого класса, которые доступны из облака, практически невозможно.
Часто обсуждается вопрос, можно ли использовать коммерческие облачные платформы, включая, EC2 и Windows Azure, для установки систем безопасности. В большинстве случаев скорее «да», чем «нет», за исключением систем, связанных с государственной тайной. Дело в том, что подобные облачные пулы хранилищ полностью автоматизированы, санкционированное изъятие информации, если и возможно, то в исключительных случаях. Например, в конвергентной инфраструктуре HP FlexFabric обеспечивается высокий уровень безопасности c помощью компоненты Secure Virtual Framework (SVF), которая на базе специальной утилиты SVF TippingPoint HP, объединяющей возможности HP и VMware, позволяет мониторить весь трафик, не исключая мобильный [16]. Компонента обеспечивает эффективное сканирование в реальном времени всех сетевых соединений.
Фактически, возвращаясь к архитектуре сети и слоя виртуализации, в ближайшем будущем глобальный слой виртуализации в рамках мировой сети будет состоять из четырех основных слоев:
- вычислительной ткани (fabric computing),
- конвергентной инфраструктуры (converged infrastructure), поддерживающей эффективную модель инфраструктуры, как единой логической единицы,
- непосредственно облака или межоблачной системы, как сервисной службы,
- а также операционной системы, обслуживающей тот или иной процесс с поддержкой на уровне ядра, рис. 5.
Эта архитектура будет повторяться, так как является хорошо масштабируемой, и согласованной с другими подобными, которые будут представлять собой сообщество облаков со своей инфраструктурной башней.
Рис. 6 Принцип многоуровневой виртуализации
С целью систематизации и стандартизации архитектур и интерфейсов сейчас разрабатываются два мировых стандарта:
- IEEE P2301 «Облачный обмен и профили взаимодействия», который будет описывать принципы облачных вычислений, совместимости интерфейсов, принципы управления и форматы файлов;
- IEEE P2302 «Взаимодействие в межоблачном пространстве и облачная федерация», в котором будут определяться виды топологий, протоколы передачи данных в топологии «облако-облако», протоколы маршрутизации и порядок наименования облаков. Также предусмотрено взаимная адаптация облачных сервисов с телефонией, других стандартов [17].
Принцип многоуровневой виртуализации представляет собой системный подход, который позволит создавать многоуровневые и взаимно интегрированные и согласованные среды виртуализации, предназначенных для решения широкого круга задач, включая виртуализацию данных, вопрос организации интерфейса которых пока остается открытым. По сути, он подразумевает согласования интерфейсов на всей инфраструктурной башне. При всей логичности такой подход в архитектурном дизайне облаков пока отсутствует.
В рамках вопроса согласования разберем еще один вопрос. Интерфейс метаданных – это отдельный и очень важный вопрос в виртуализации, который представляет собой слой виртуализации данных, поддерживаемый по логике всей башней многоуровневой виртуализации. Если в рамках облачной архитектуры уже наметилась некоторая определенность, появились относительно стандартизированные архитектуры сервисных моделей PaaS, IaaS, SaaS [18], то архитектура интерфейса метаданных пока не только не определена, но и не предложена.
Если в заключение рассмотреть в контексте современных тенденций нашу задачу, то телеметрическое облако должно эффективно разворачиваться на всех сервисных платформах. Мы не можем влиять на оригинальную инфраструктуру облаков, но прикладное облако вполне можно настроить с учетом предложенного принципа многоуровневой или, можно еще сказать, сквозной виртуализации, включающий интерфейс метаданных. Для эффективной поддержки и тестирования, одинаковые по архитектуре, приведенной в первой части, телеметрические облака будут развернуты в разных облачных средах IaaS и PaaS, прежде всего, на EC2 и Windows Azure. Таким образом, мы также получим и оттестируем топологию «облако-в-облаке», по образу и подобию которой могут развертываться и другие облачные сообщества. Наша модель будет подразумевать внутреннюю маршрутизацию, топологии, интерфейсы, принципы управления и форматы данных, а также протоколы передачи данных и совместимость с другими прикладными приватными облачными сообществами.
Как было показано в первой части, сервисная модель нашего облака состоит, по крайней мере, из двух вычислительных тканей: физической и логической. Физическая ткань подразумевает множество устройств. Прежде всего, как это было показано в публикации [], нас интересуют устройства с операционной системой на борту, поддерживающих перепрограммирование. Сквозная (многоуровневая) виртуализация будет подразумевать поддержку на уровне ОС устройств или ОС, объединяющих устройства в пиринговые сети, например, TinyOS.
Рис. 7 Концептуальная архитектура телеметрического облака
Для использования сервисной модели в корпоративных облаках развертывание телеметрического облака возможно в облаках компании IBM - SmartCloud Application Services (SCAS) [19]. В этой инфраструктуре имеется «SAP in Cloud», заметим, что SAP поддерживает программное расширение функциональности. Например, на базе облаков IBM SmartCloud могут быть реализованы взаимно интегрированные модули, отслеживающие в автоматическом режиме состояние торгового запаса ритейлеров на уровне физической ткани сенсоров. В некоторых случаях статья «естественной убыли» на воровство торгового запаса в торговых залах супермаркетов достигает 3-5% от оборота. Телеметрическое облако, отслеживающее торговый запас в торговых залах, может автоматически согласовывать состояние запаса в залах со складскими запасами, а также характером бухгалтерских проводок, отраженных в модуле SAP на уровне логической вычислительной ткани, размещенной в прикладном облаке.
Если рассмотреть задачу детальнее, то данные 3-5% от оборота содержат не только реальную убыль из залов в результате воровства, но и «серые» несанкционированные владельцами схемы вывода средств из оборотов торговой сети. В качестве понятного примера можно привести «пустые бухгалтерские проводки», когда товар поставляется только документально, а впоследствии списывается на статью воровства в торговом зале. Согласование системы мониторинга торговых залов с модулем SAP поможет существенно сократить виды коррупционных схем вывода финансовых средств из оборота торговой сети. Например, если оборот компании-ритейлера составляет $2 млрд., то сумма утечки может достигать $60-100 млн. Так что реализация прикладных облаков, подобных нашему, может быть и средством обеспечения экономической безопасности корпораций, особенно востребованных в ритейлерских сетях с иностранным капиталом. Мы делаем упор на том, что в коммерческих структурах в рамках общей безопасности должна рассматриваться и экономическая безопасность, то есть подразумеваться интеграция систем безопасности в системы финансового учета и их взаимное согласование.
На этом закончим с теорией и проектированием и перейдем к практике на примере других производителей.
