Исследователи из Университета Сент-Луиса в США разработали технологию music-defined networking, или MDN. Она балансирует нагрузку в сети, анализируя специальные звуковые сигналы, которые подает оборудование дата-центра. Рассказываем, как это работает.


/ фото Dennis van Zuijlekom CC BY-SA

Зачем понадобилась технология MDN

Как отмечают аналитики Cisco, объемы данных, обрабатываемых в ЦОД, растут на 25% ежегодно. Эта тенденция приводит к увеличению числа серверов в дата-центрах и усложнению топологии сетей. Сисадминам становится труднее управлять такими системами и следить за их «здоровьем».

К примеру, в ноябре 2018 года из-за неверной конфигурации серверов в дата-центре Facebook сервисы компании, в том числе WhatsApp и Instagram, работали с перебоями на протяжении двенадцати часов. От этого пострадали не только обычные пользователи приложений, но и рекламодатели, которые запускали кампании в преддверии «Чёрной пятницы».

Чтобы помочь операторам ЦОД мониторить состояние ИТ-инфраструктуры, исследователи из Сент-Луисского университета и представили технологию music-defined networking. Она самостоятельно управляет сетями, ориентируясь на звуковые сигналы, генерируемые оборудованием в машинном зале. Разработчикам удалось применить её для балансировки нагрузки, выявления поломок систем охлаждения и обнаружения несанкционированного доступа.

Принципы работы MDN

MDN-система представляет собой набор Raspberry Pi с динамиками, подключенных к сетевым коммутаторам в дата-центре. Мини-компьютеры издают специальный звук каждый раз, когда в сети происходит одно из запрограммированных событий (например, большое количество запросов с IP-адреса).

На территории ЦОД расставлены недорогие микрофоны, которые эти звуки улавливают и передают информацию о них на специальные контроллеры. А контроллеры принимают решение о дальнейших действиях.

Во время тестов исследователи применили технологию для балансировки нагрузки. Использовались звуки разной высоты: чем выше частота издаваемого сигнала, тем больше пакетов ожидает очереди в коммутаторе. Как только MDN-контроллер «слышал», что одно из устройств перегружено, он перераспределял трафик по другим маршрутам сети.

При этом система реагирует не только на искусственно созданные звуки, но и на изменение шумового фона в машинном зале. Так, ей удалось определить поломку в системе охлаждения сервера. При тестировании контроллер смог обнаружить отказ вентиляторов у одной из машин и отключил её до устранения поломки.

Преимущества и недостатки

Одно из главных преимуществ MDN-технологии — дешевизна. Хотя исследователи не раскрыли общую стоимость системы, они отметили, что каждый контроллер обошелся им примерно в 80 долларов. По словам авторов проекта, их решение стоит дешевле, чем другие системы внеполосного мониторинга (out-of-band). Последние зачастую требуют покупки дополнительного оборудования и построения дублирующих линий связи (это тысячи долларов расходов).

Чтобы решить эту проблему, в будущем исследователи планируют создать систему микрофонов, которые будут «слушать» не один, а сразу несколько маршрутизаторов и серверов.


/ фото William Zhang CC BY

Другое достоинство MDN-системы — её гибкость. Технология работает с любыми устройствами и не зависит от топологии сети, однако пока её нельзя применить в крупных ЦОД. MDN справляется с обработкой тысячи звуков от разных устройств. Этого количества недостаточно для масштабных дата-центров, в которых число серверов может составлять десятки тысяч.

Кто еще разрабатывает «звуковые» технологии для ЦОД

В мире разрабатывают и другие аудиорешения для мониторинга работы ЦОД. Например, в университете штата Пенсильвания создали систему, которая озвучивает для администраторов дата-центра информацию об используемых портах, источнике трафика и IP-адресе отправителя.

У системы есть два режима работы. Первый предназначен для мониторинга подключений к конкретным портам в сети, для каждого из которых программа использует определенный «гудящий» звук. Это помогает администраторам быстро обнаружить атаки со сканированием портов.

Второй режим нужен, чтобы определять источники полученных сетью пакетов. Программа издает звук гонга, громкость которого нарастает при каждом получении блока данных от одного и того же отправителя. Тембр звука при этом зависит от географического положения пользователя.

Похожую технологию создали в технологическом университете Онтарио. Группа исследователей предложила использовать известные мелодии, композиция которых меняется при росте объема трафика или подключений к сети. Идея в том, что перемену в знакомой музыке сетевые администраторы замечают быстрее, чем в случайном наборе звуков, и начинают более оперативно противодействовать угрозам.

Ещё одно решение создали исследователи из Нортумбрийского университета в Великобритании. Авторы технологии предложили реализовать систему мониторинга на основе звуков природы: шум дождя, сверчков или бегущего ручья. Вместе эти звуки воспринимаются как единая «картина» и не отвлекают сотрудников от их задач. Однако любые изменения в таком «аудиоландшафте» будут заметны для ИТ-специалистов, которые смогут отреагировать на проблемы в сети.

Будущее звука в дата-центрах

По словам экспертов, звук в ЦОД — источник полезной информации о сетях, которую сейчас практически не используют.

Например, о потенциале технологий управления при помощи звука высказался Кэмерон Тернер (Cameron Turner), эксперт по большим данным, который работал с Microsoft и Стэнфордским университетом. По его мнению, системы, подобные MDN, можно дополнить алгоритмами машинного обучения, что расширит возможности технологии. Например, поможет ЦОД более эффективно использовать электроэнергию.

Ещё одно направление развития звуковых технологий — применение частот за пределами слухового диапазона человека. Это позволит расширить спектр сигналов для автоматической системы управления, а также снизить уровень шума в дата-центре и потенциальный риск для здоровья сотрудников.

---

Посты из корпоративного блога ИТ-ГРАД:

• Как разместить 100% инфраструктуры в облаке IaaS-провайдера и не пожалеть об этом
• «Как дела у VMware»: обзор новых решений
• Серверы для SAP: основные платформы

Наш Telegram-канал:

• ИТ-архитектура будущего — кто и как к ней готовится
• Необычные ЦОДы — какими они бывают и где используются
• Архихрупкость: что угрожает подводным кабелям