شبکه‌های WAN آینده: مجازی‌سازی، SDN و WAN ترکیبی

مشکلات WAN امروزی
هدف شرکت‌های گسترده استفاده از شبکه‌های MPLS امروزی است؛ اما برخی مشکلات این شبکه‌ها و البته قیمت و هزینه‌هایی که به سیستم و سازمان تحمیل می‌کنند، موجب تردید و سرگردانی برخی شرکت‌ها شده است تا در به‌کارگیری آن تامل کنند و در ضمن، منتظر رویکردهای جدید باشند. برخی از این مشکلات به شرح زیر هستند:
هزینه‌های دسترسی‌های اختصاصی TDM م(T-1 و DS3) گران است. راه‌اندازی شبکه‌های اترنت عمومی و جهانی، به سادگی امکان‌پذیر نیستند و در بسیاری از مواقع، به‌صرفه نخواهند بود و هزینه‌های ماهیانه بسیار زیادی، به سازمان تحمیل می‌کنند؛ از سوی دیگر، در همه‌جا امکان استفاده از سرویس‌های فیبر نوری نیست. در امریکا فقط نیمی از سازمان‌های بزرگ و گسترده، به بسترهای فیبر نوری متصل‌ هستند و می‌توانند از سرویس‌های باندپهن ارائه شده روی آن‌ها، بهره 
ببرند. 
ادغام شبکه‌های MPLS با زیرساخت‌های اینترنت جهانی، زمان زیادی می‌طلبد و بحث‌هایی مانند مدیریت و CPE (سرنام Customer Premises Equipment) روی این نوع شبکه‌ها، به این زودی‌ها امکان‌پذیر و در دسترس نخواهند بود. همه می‌دانیم که هر سازمانی در وهله اول، نیاز به اینترنت و اتصال‌های پرسرعت دارد. در اینجا نیاز به سرویس‌های هوشمند، سریع و قدرتمندی برای اتصال به اینترنت داریم؛ در حالی که شبکه‌های MPLS غالباً، برای این هدف آماده نیستند. 
خود شبکه‌های MPLS نیاز به مدیریت بسیار زمان و طولانی‌مدت ندارند؛ ولی در شبکه‌های نیازمند CPE وضعیت فرق می‌کند و دستگاه‌های مبتنی بر آن، نیازمند زیرساخت‌های فراوانی برای مدیریت شبکه هستند. 
امروزه شاهد استقبال سرویس‌ها و نرم‌افزارهایی مانند اسکایپ، در کسب‌وکارها و اپلیکیشن‌های مبتنی بر کلاود هستیم که موجب تغییراتی در ظرفیت و مدیریت سازمان‌ها شده‌اند. نیاز به نرم‌افزارها و برنامه‌های کاربردی قدرتمند مبتنی بر کلاود، به وضوح جهت‌گیری‌های شبکه‌ها را به سویی حرکت می‌دهند که ترافیک روی WAN باید هوشمندتر و کنترل آن سریع‌تر و پیچیده‌تر باشد. 
این مشکلات و کاستی‌ها و عدم امکان پاسخ‌گویی به نیازهای جدید سازمان‌ها، باعث شده است تا شرکت‌های گسترده، آغوش خود را برای رویکردهای جدیدی مانند SDN، مجازی‌سازی و WAN ترکیبی باز کنند؛ زیرا انتظار دارند این فناوری‌ها، باعث کاهش هزینه‌های شبکه‌های فعلی MPLS شوند. احتمالاً زود است که درباره مزایای عملی این فناوری‌ها صحبت کنیم؛ اما تردیدی نیست که در سال‌های آینده و تا سال 2020، شاهد تغییر معماری شبکه‌های WAN امروزی باشیم و باید برای رویارویی با این تغییرات، آماده و از مشخصات شبکه‌های آینده آگاه باشیم. 

شبکه‌های نرم‌افزار محور
اساس کار SDN، بر مجزاسازی مغز شبکه (کنترل) از پوسته (انتقال اطلاعات) است. در اینجا، بازیگر اصلی، معماری شبکه‌های کامپیوتری سوییچینگ بسته است که تا سال 2020، در غالب شبکه‌های در حال اجرا، یافت خواهد شد. روتر، بدنه اصلی یک شبکه کامپیوتری مدرن است که جریانی از اطلاعات را دریافت و باید براساس جدول‌های مسیریابی خود، به یک مسیر مشخص ارسال کند. در تجهیزات قدیمی و به خصوص در دنیای روترهای سیسکو، یک روتر نه تنها باید عملیات مسیریابی را در شبکه انجام می‌داد؛ بلکه باید بسیاری از پارامترهای کنترلی نرم‌افزاری و عملیات مربوط به برخی برنامه‌های کاربردی خاص را نیز به طور مجتمع، سروسامان می‌داد.
در دنیای شبکه‌های نرم‌افزارمحور، یک کنترلر مرکزی، هدایت کل شبکه را عهده‌دار است و نقش مغز و نرم‌افزار اصلی اجرای هر چیزی را بازی می‌کند. بیش‌تر اوقات این کنترلر مرکزی، یک نرم‌افزار اوپن‌سورس است؛ در این میان، روترها از هوشمندی کمتری برخوردارند و غالباً از برنامه‌های کاربردی بسیار سطح پایین، بهره می‌برند که فقط توانایی هدایت اطلاعات، براساس مسیریابی‌های مشخص شده توسط کنترلر مرکزی را دارند (شکل 1). در SDN ممکن است، این روترها یا سوییچ‌ها به صورت مجازی در شبکه استقرار پیدا کنند و حتی خبری از یک روتر/سوییچ فیزیکی نباشد؛ در واقع، دنیای SDN با مجازی‌سازی، گره خورده است و بدون استفاده از فناوری‌ها و تکنیک‌های مجازی‌سازی قابل اجرا نیست. در مجموع SDN تلاش می‌کند بخش کنترلی شبکه را از بخش جریانی اطلاعات، مجزا کند. این ممکن است یک ایده بسیار بزرگ به نظر نیاید؛ ولی در مفاهیم مالی و پیاده‌سازی‌های فنی، تفاوت‌های بسیار زیادی ایجاد می‌کند. 

 شکل 1: فناوری SDN لایه کنترل اطلاعات را از لایه انتقال اطلاعات مجزا می‌کند. در تصویر رابطه API برنامه‌های کاربردی سطح بالای شبکه با کنترلر مرکزی و سخت‌افزار لایه‌های زیرین شبکه مشخص شده است.

اول، هزینه روترها در معماری SDN، بسیار پایین‌تر و در برخی شبکه‌ها کمتر از نصف هزینه‌های روترهای معمولی موجود است. بسیاری از این روترها به همراه کنترلر مرکزی، به‌صورت مجازی و با استفاده از نرم‌افزارهای اوپن‌سورس پیاده‌سازی می‌شوند که بسیار ارزان‌تر از نرم‌افزارها و کنترلرهای شرکت‌های اختصاصی کدبسته‌ای مانند سیسکو و جونیپر هستند. ممکن است هزینه‌های خرید و راه‌اندازی یک شبکه WAN امروزی، برای بسیاری از شرکت‌ها کم به نظر برسد؛ اما در میان مدت و به خصوص در طولانی مدت، این هزینه بسیار زیاد خواهد شد؛ زیرا نگه‌داری و به‌روزرسانی روترهای فیزیکی انحصاری بسیار هزینه‌بر است؛ همین‌طور، توسعه چنین شبکه‌هایی براساس نیازهای مقطعی و جدید هر سازمان، ردیف‌های مالی بالایی را می‌طلبد. 
دوم، اگر شما بخواهید یک نرم‌افزار جدید روی شبکه نصب کنید یا اینکه یک به‌روزرسانی عمده در شبکه انجام دهید، ناچار خواهید بود این نصب نرم‌افزار یا به‌روزرسانی را، روی صدها و هزاران روتر فیزیکی تکرار کنید؛ اما اگر به سوی SDN سوییچ کنید، فقط نیاز به نصب یا به‌روزرسانی نرم‌افزار کنترلر مرکزی دارید یا اینکه نهایتاً، باید دو یا چند کنترلر مرکزی را به‌روزرسانی کنید. سریع‌تر اینکه، این کنترلرهای مرکزی، ارزان‌تر و با درصد خطای بسیار کمتری هستند؛ علاوه بر این، توسعه و تکامل شبکه‌ای که مبتنی بر نرم‌افزار است، بسیار سریع‌تر و راحت‌تر از شبکه‌ای است که از صدها سخت‌افزار تشکیل شده است. باید به این نکته هم دقت کنید که کنترلر مرکزی، ویژگی‌های شاخصی برای استانداردسازی و اتوماسیون شبکه فراهم می‌کند که نتیجه آن، کاهش نیروی انسانی و هزینه‌های نگه‌داری شبکه است. 
سوم، کنترلرهای مرکزی می‌توانند به طور بسیار موثرتری از پهنای‌باند WAN استفاده کنند؛ زیرا این کنترلرها به خوبی می‌توانند ترافیک جریان یافته در کل شبکه را مشاهده و هدایت کنند. این کنترلرها می‌دانند جریانی از اطلاعات، از کدام منبع وارد شده و در طی مسیر، وارد کدام منبع دیگر می‌شود. شرکت گوگل با سوییچ کردن به SDN در یکی از شبکه‌های بسیار بزرگ و گسترده خود، توانست بهره‌وری را از 60درصد به 95درصد برساند؛ در حالی که هزینه‌های این WAN در هر بخش، به نصف کاهش یافته است.  کنترلرهای مرکزی به مهندسان خبره امور ترافیک شبکه اجازه می‌دهند، براساس نیازها و درخواست یک سازمان، ترافیک شبکه را سفارشی و دست‌کاری کنند. این مهندسان می‌توانند ترافیک هر نرم‌افزار را در هر زمانی از روز تغییر دهند و اگر در یک بازه زمانی مشخص روی یک پورت یا مسیر ترافیک بیش از ظرفیتی وارد می‌شود، این معضل را با مسیریابی‌های جدید مرتفع سازند.
حتی می‌توانند مسیریابی شبکه را به صورت لحظه‌ای و بلادرنگ انجام دهند تا هیچ پورت یا مسیری از شبکه خارج نشود؛ در نتیجه، مقیاس‌پذیری شبکه‌های SDN بسیار ساده‌تر از شبکه‌های WAN سنتی خواهد بود. 

شبکه‌های WAN ترکیبی نه چندان تازه؛ ولی بهبودیافته
مفاهیم SDN و مجازی‌سازی (البته این مبحث قدمت بیشتری نسبت به SDN دارد؛ ولی روترهای مجازی در شبکه‌های گسترده، مبحثی جدید است) که به تازگی مطرح شده‌اند، بیشتر در حوزه مراکز داده و سرویس‌دهنده‌های شبکه و اینترنت کاربرد دارند؛ اما در شبکه‌های WAN چه رویکردهای جدیدی را شاهد هستیم و در چند سال آینده چه تغییر و تحولاتی رخ می‌دهد؟ وقتی اجزای SDN در یک شبکه WAN موجود اجرا و پیاده‌سازی می‌شوند، بخش کنترل و هوشمند شبکه از لایه‌های زیرین انتقال اطلاعات مجزا خواهند شد. در نتیجه این تحولات برخی از نگرانی‌ها و چالش‌های شبکه‌های WAN مانند شرایط بازیابی بحرانی در کسب‌وکارهای کوچک، افزایش کارایی برنامه‌های کاربردی (مبتنی بر کلاود)، افزودن سریع مکان‌های جدید به سرویس‌های آنلاین و ارائه اینترنت و در نهایت، پیکربندی دوباره شبکه بدون هزینه‌های زیاد نیز برطرف خواهند شد. 
Hybrid WAN مفهوم جدیدی است که با ظهور سرویس‌های کلاود مطرح شده است و موجب راه‌اندازی شبکه‌های اینترنتی پرسرعت ولی با هزینه ارزان‌تر می‌شود. شبکه‌های WAN ترکیبی سعی می‌کنند شبکه‌های سنتی انتقال اطلاعات (از جمله MPLS) را با کاربردهای دسترسی‌های اینترنت باندپهن و اختصاصی ترکیب و مجتمع کنند؛ به زبان دیگر، رویکرد جدید شبکه‌های WAN برقراری دو لینک و اتصال در یک سایت، بر اساس نوع ترافیک و پارامترهای کارایی تعریف شده است. این دستاورد را می‌توان به بخش‌های دیگر از شبکه نیز سرایت داد؛ مثلاً WAN ترکیبی می‌تواند برای اتصال سایت‌های راه دور یک سازمان با هزینه‌های کمتر ولی باندپهن و اینترنت سریع‌تر استفاده شود؛ همچنین، سازمان‌هایی که نیازمند راه‌اندازی شبکه‌های با فاصله طولانی (چند صد کیلومتری) گران قیمت میان چندین شعبه هستند، می‌توانند از مزایای نسل جدید شبکه‌های WAN بهره ببرند. بر اساس گزارش‌هایی که منتشر شده است یک شبکه دسترسی اترنت با استفاده از WAN ترکیبی، می‌تواند بدون نیاز به دسترسی‌های فیبر نوری، فقط 25 هزار تا 100 هزار دلار هزینه داشته باشد. 

 شکل 2: نمایی از شبکه‌های WAN آینده که به SD-WAN نیز معروف هستند. در تصویر مشخص است، با استفاده از لایه‌های کنترلی مرکزی، می‌توان شبکه‌های MPLS، بی‌سیم و باندپهن کابلی را مدیریت کرد.

WAN ترکیبی به استفاده بهتر از سرویس‌های شبکه بی‌سیم LTE، حتی در شبکه‌های MPLS نیز کمک می‌کند؛  از این پس، کاربران این شبکه‌ها می‌توانند برای برنامه‌های کاربردی که نیاز دارند به پهنای‌باند اختصاصی MPLS دسترسی داشته باشند؛ همین‌طور، تعداد پورت‌ها و تجهیزات کمتری مورد استفاده قرار می‌گیرند که منجر به کاهش هزینه‌های کل سیستم می‌شود. در برخی مواقع، فناوری‌های جدید WAN ترکیبی کمک می‌کنند از پهنای باند MPLS موجود، استفاده موثرتر و بهتری صورت بگیرد و در نتیجه، به توسعه و افزایش پهنای‌باند نیاز نداشته باشیم. برای بسیاری از شرکت‌های گسترده، WAN ترکیبی، فرصتی برای تغییر معماری شبکه، با هدف دسترسی بیشتر و باندپهن به اینترنت است و در پی آن می‌توانند سرویس‌های پرسرعت مبتنی بر اینترنت و کلاود ارائه دهند. 
فناوری‌های شبکه‌های WAN ترکیبی، قبل از SDN معرفی شده‌اند و می‌توانند بدون مفاهیم شبکه‌های نرم‌افزار محور، پیاده‌سازی شوند؛ اما تنظیمات و سیاست‌های مسیریابی برای هدایت ترافیک شبکه ثابت و غیرقابل‌انعطاف‌ بود و مهندسان شبکه نمی‌توانستند، براساس نیازهای شبکه و بار ترافیکی مسیریابی پویا را پیاده‌سازی کنند. وقتی SDN به این فناوری‌های موجود اضافه می‌شود، مدیریت و مسیریابی یک شبکه توسط یک کنترلر مرکزی یا یک مکان را امکان‌پذیر می‌کند و به طور قابل توجهی، مفهوم WAN ترکیبی را بهتر تعریف می‌کند و رواج می‌دهد. همان‌طور که در بالا گفتیم SDN با کنترلر مرکزی، تجهیزات شبکه را ساده‌تر مدیریت می‌کند و پیکربندی آن‌ها سریع‌تر و به سهولت اتفاق می‌افتد. این قضیه درباره تجهیزات ارتباطی راه دور و شعب با فاصله از دفتر مرکزی نیز صادق است و امکاناتی مانند بهبود مسیرهای انتخاب‌شده یا اولویت‌بندی شده، مانیتورینگ بهتر، CPE ارزان‌تر و به‌روزرسانی سریع‌تر/ ساده‌تر (چون فقط به به‌روزرسانی کنترلر مرکزی نیاز است و دیگر با صدها روتر راه دور، کاری ندارید) را فراهم می‌کند. در مجموع می‌توان گفت که SDN فناوری WAN ترکیبی را کامل‌تر و کاربردی‌تر می‌کند. 

مسایل پیش‌رو
اکنون که تا حدودی مشخص شد در آینده، شبکه‌های WAN چه مسیری را طی می‌کنند و کدام فناوری‌ها و نوآوری‌ها اضافه خواهند شد، بهتر است نگاهی هم به مسائل مطرح شده در این زمینه بیندازیم:

CapEX مرتبط با سخت‌افزار و نرم‌افزار جدید: خوشبختانه مهندسان شبکه به خوبی می‌دانند چگونه باید یک شبکه سنتی را به سوی SDN سوق دهند؛ بدون اینکه هزینه‌های سرسام‌آور و ناگهانی به سیستم تحمیل شود. بسیاری از شرکت‌ها نگران هستند که برای استفاده از SDN باید کل زیرساخت شبکه را تغییر دهند و تجهیزات سخت‌افزاری/نرم‌افزاری جدیدی خریداری کنند. در عمل، SDN می‌تواند به صورت تدریجی و گام به گام، در شبکه سنتی پیاده‌سازی شود. 

کمبود مهندسان متبحر در SDN: این اتفاق همیشه برای انتقال از یک شبکه سنتی به یک شبکه مدرن رخ می‌دهد؛ اگر این انتقال در چندین سال رخ دهد، در میان مدت، شاهد استقرار فناوری‌ها و تجهیزات در سرویس‌دهنده‌های بزرگ، سیستم‌های مجتمع شده هستیم و بسیاری از مفاهیم و امکانات اولیه پیاده‌سازی و تا حدودی، نگرانی از بابت متخصصان و مشکلات احتمالی برطرف می‌شود. 

سطوح خدمات: سرویس‌های دسترسی به اینترنت (همانند سرویس‌های موبایل) بدون خدمات SLA مشخص و شفاف عرضه می‌شوند؛ اما فقدان سطوح مختلف خدمات در لایه‌های انتقال شبکه به معنی از بین رفتن کیفیت خدمات نیست؛ بلکه به این معنی است که مهندسان شما، می‌توانند شبکه را با استفاده از پارامترهایی مانند اولویت‌بندی ترافیکی، مسیرهای بهینه شده و مسیریابی مبتنی بر تراکم شبکه یا خطاها، کنترل و مدیریت کنند. سرویس‌دهندگان می‌توانند به جای تضمین رعایت میزان پهنای‌باند هر کاربر، برای هر مشتری، یک دسترسی اختصاصی به اینترنت را فراهم کنند و در عوض ارائه یک SLA مشخص و شفاف، با قیمت‌ها بازی کنند. 

پهنای‌باند و درگیری‌های آن: معمولاً با سرویس‌های باندپهن کابلی، مجموعه‌ای از مشترکینی که به یکدیگر نزدیک بودند؛ از یک نود تغذیه شده و اتصال‌ها به اشتراک گذاشته می‌شدند. این حرف به این معنی است که ترافیک یک سایت با ترافیک دیگر سایت‌های مشترک در یک نود، به رقابت می‌پردازند. در اینجا مسائل و چالش‌های تمام ناشدنی پهنای‌باند و تفاوت‌ها در سرعت uplink و downlink به وجود می‌آمد. در آینده، سرویس‌های اختصاصی مبتنی بر فیبر نوری پر سرعتی مانند Google Fiber (با سرعت یک گیگابیت بر ثانیه) تاثیر بسیار زیادی بر شبکه‌ها گذاشته و برخی از مشکلات پهنای‌باند را حل می‌کنند. مشتریانی که نیازمند سرویس‌های بلادرنگ هستند و هرگونه کاهش پهنای‌باند، باعث اختلال در سرویس‌ها خواهد شد، به سوی Google Fiber و مانند آن هجوم آوردند و دیگر درگیر مسائل سرعت روی پهنای‌باندهای اشتراکی نمی‌شوند؛ البته، سرویس‌هایی مانند Google Fiber هنوز فراگیر نشده‌اند و به‌طور گسترده در دسترس همگان نیستند. 

دسترسی‌پذیری پهنای‌باند: اتصالات باندپهن کابلی اینترنت موجود باقی خواهند ماند و کسب‌وکارهایی که اکنون از این سرویس‌ها استفاده می‌کنند؛ کماکان می‌توانند برحسب نیاز خود و میزان سرعت و ترافیکی که دارند، از این دسترسی‌های اینترنت بهره ببرند. هدف از شبکه‌های WAN آینده برچیده شدن این سرویس‌ها نیست؛ بلکه در یک رتبه بالاتر، می‌خواهند دسترسی به پهنای‌باند بیشتر را در هر مکانی، حتی جاهایی که سرویس‌های باندپهن کابلی حضور ندارند، فراهم 
سازند. 

قراردادها: مطمئناً قراردادهای جدید متفاوت با قراردادهای قبلی خواهد بود. برای نمونه نیازمند دو نوع قرارداد در شبکه‌های WAN آینده خواهید بود: 1- قرارداد توسعه و مذاکره برای یک کنترلر مرکزی SLA براساس مزایای برشمرده شده توسط مهندسان SDN که به خوبی بتواند سرویس‌های مورد نظر شما را فراهم کند. 2- طراح/زمان انتقال از شبکه سنتی به SDN WAN به طوری که ضرر و زیانی به سرویس‌های موجود وارد نشود یا دچار اختلال و قطعی نشوند. ممکن است برای بستن این قراردادها، به سراغ شرکت‌های جدید و کمتر شناخته شده بازار بروید و مجبور باشید به آن‌ها اطمینان کنید؛ همچنین، باید قراردادهایی هم برای سازگاری راهکارها و فناوری تجهیزات مختلف ببندید تا مطمئن باشید در ادامه کار و هنگام توسعه سیستم، به مشکلات و محدودیت‌های ناسازگاری سیستم برنمی‌خورید. 

آینده نزدیک، شاید سال 2020
در حال حاضر شرکت‌های گسترده، در حال استفاده از اینترنت عمومی روی لایه‌هایی از شبکه‌های WAN هستند و از فناوری‌هایی مانند تونل‌زنی یا رمزنگاری برای امنیت اطلاعات استفاده می‌کنند؛ اما به نظر می‌رسد برخی شرکت‌ها برای رسیدن به شبکه‌های مدرن‌تر، شروع به ترکیب WAN و SDN کردند و تا پایان این دهه شاهد بروز چنین شبکه‌هایی خواهیم بود. برنامه‌های کاربردی مبتنی بر کلاود، به شدت نیازمند پهنای‌باند هستند؛ اطلاعات به طور طبیعی در حال رشد و تولید بیشتر بوده و مشکلات مجتمع‌سازی شبکه‌های ثابت با شبکه‌های موبایل هنوز حل نشده‌اند؛ از سوی دیگر، بودجه سالیانه شرکت‌ها رو به کاهش است و تمایل دارند هزینه کمتری در بخش IT صرف کنند؛ اما نیازمند بهبودسازی شبکه و ارائه سرویس‌های جدیدتری هستند. کارایی و کارآمدی اهمیت بیشتری پیدا کرده است و صرف کار کردن یک شبکه ارزش‌آفرین نیست. در این وضعیت، فناوری‌ها و رویکردهای جدید مجازی‌سازی، SDN و شبکه‌های WAN ترکیبی، وعده‌های امیدوارکننده‌ای به این صنعت می‌دهند.