Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

Dr. Maliosz Markosz (docens, TMIT)

Dr. Simon Csaba ( docens, TMIT)

A kötelező előtanulmányi rend az adott szak honlapján és képzési programjában található.

A tantárgy alapvető célja, hogy a hallgatók mérnöki megoldásokat sajátítsanak el a felhő rendszerek és felhő szolgáltatások tervezése és üzemeltetése során felmerülő hálózati feladatokra, amelyek közül a legfontosabb, hogy hogyan tervezzünk és építsünk skálázható (a terheléshez és igényekhez rugalmasan alkalmazkodó) hálózatot.

A tantárgy betekintéA tantárgy alapvető célja, hogy a hallgatók mérnöki megoldásokat sajátítsanak el a felhő rendszerek és felhő szolgáltatások tervezése és üzemeltetése során felmerülő hálózati feladatokra, amelyek közül a legfontosabb, hogy hogyan tervezzünk és építsünk skálázható (a terheléshez és igényekhez rugalmasan alkalmazkodó) hálózatot.
A tantárgy betekintést ad a hallgatóknak a felhő rendszerek hálózati működésébe és felépítésébe, valamint megismerteti a hallgatókat a mikroszolgáltatás architektúra alapjaival, valamint azokkal a hálózati alkalmazásokat támogató elemekkel, eszközökkel, amelyeket egy felhő-natív környezet nyújt mikroszolgáltatás architektúrájú alkalmazások számára, úgymint a skálázhatóság, az erőforrás menedzsment vagy a hálózati forgalom irányítása, kezelése. A tárgy különös hangsúlyt fektet a kapcsolódó gyakorlati ismeretekre, a tervezési megfontolásokra, amelyekkel optimális működés érhető el.
A tantárgy keretében ismertetésre kerülnek a felhő rendszerek technológiái, az adatközpontok hálózati felépítése, mind a virtuális gép alapú (OpenStack), mind a konténer alapú (Kubernetes) rendszerek esetében, a hálózat virtualizációs megoldások, valamint az ezekre épülő eszköztár, amellyel a felhőben futó alkalmazások és szolgáltatások hatékonyan felépíthetők és üzemeltethetők a mikroszolgáltatás architektúra elvei szerint. A mikroszolgáltatás architektúra szerinti elosztott szoftver megoldások esetében fontos a mikroszolgáltatások közti kapcsolatok kialakítása, amit a hálózati komponens biztosít.
Az elsajátított tudás birtokában a hallgató képes virtuális hálózatok megtervezésére, virtuális hálózati eszközök létesítésére és konfigurálására, valamint a felhőben futó elosztott alkalmazások számára komplex és hibatűrő kommunikációt lehetővé tevő hálózat kialakítására.
st ad a hallgatóknak a felhő rendszerek hálózati működésébe és felépítésébe, valamint megismerteti a hallgatókat a mikroszolgáltatás architektúra alapjaival, valamint azokkal a hálózati alkalmazásokat támogató elemekkel, eszközökkel, amelyeket egy felhő-natív környezet nyújt mikroszolgáltatás architektúrájú alkalmazások számára, úgymint a skálázhatóság, az erőforrás menedzsment vagy a hálózati forgalom irányítása, kezelése.  A tárgy különös hangsúlyt fektet a kapcsolódó gyakorlati ismeretekre, a tervezési megfontolásokra, amelyekkel optimális működés érhető el.

A tantárgy keretében ismertetésre kerülnek a felhő rendszerek technológiái, az adatközpontok hálózati felépítése, mind a virtuális gép alapú (OpenStack), mind a konténer alapú (Kubernetes) rendszerek esetében, a hálózat virtualizációs megoldások, valamint az ezekre épülő eszköztár, amellyel a felhőben futó alkalmazások és szolgáltatások hatékonyan felépíthetők és üzemeltethetők a mikroszolgáltatás architektúra elvei szerint. A mikroszolgáltatás architektúra szerinti elosztott szoftver megoldások esetében fontos a mikroszolgáltatások közti kapcsolatok kialakítása, amit a hálózati komponens biztosít.

Az előadások részletes tematikája:

Felhő szolgáltatási modellek. Virtuális gép és konténer alapú rendszerek. Hálózat szerepe a felhő rendszerekben, virtuális hálózatok alapjai.

2. Hálózati feladatok egy adatközpontban

Izoláció, skálázhatóság, virtuális hálózatok leképezése a fizikaira. Adatközpontban alkalmazott hálózati technológiák.

3. Adatközpont hálózat felépítése
Hálózati eszköz típusok (virtuális, ToR, EoR, aggregáló/központi kapcsoló) és jellemzőik, topológia. Módszerek a hálózati teljesítmény növelésére.

4. Fat tree topológia
Adatközpont forgalmi minták, fat-tree topológia jellemzői és kialakítása, terheléskiegyenlítés és hibatűrés.

5. Overlay hálózati technológiák
VXLAN, NVGRE, GENEVE, STT.

6. OpenStack
OpenStack jellemzői, felépítése, főbb komponensei, egy VM elindításának folyamata. OpenStack hálózati funkciók, típusok. OpenStack Neutron hálózati komponens, felépítés, megvalósítás, működés, egy hálózati csomag útja, Floating IP. Open Virtual Network.

7. Mikroszolgáltatás architektúra
Definíció, jellemzők, előnyök, problémák. Modellezés és tervezési alapelvek. Együttműködés a hálózattal.

8. Konténer menedzsment rendszerek
Automatizálás, feladat típusok, működés áttekintése.
Eszközök: Kubernetes, Docker Swarm mode, (Apache Mesos).

9. Kubernetes architektúra, hálózatkezelés
Kubernetes elemei, klaszter felépítése, vezérlő sík elemei és működése, a virtuális infrastruktúra elemei. Kubernetes hálózati modell, CNI: kommunikáció az elemek között, hálózati működési módok, megvalósítások (pl. WeaveNet, Flannel) és multi-interfész megoldások (Multus, DANM).

10. Manuális és automatikus skálázás
Erőforráshasználat kezelése: CPU, memória, egyedi erőforrás metrikák. Ütemezés, QoS osztályok.
Skálázási paraméterek, Horizontal / Vertical Pod Autoscaling, Event Driven Autoscaling, Cluster Autoscaling.

11. Külső hálózati forgalom kezelése
Kubernetes Service, ingress, ingress controller, load balancing, forgalomirányítási szabályok.

12. Szolgáltatás háló
Platform által nyújtott eszközkészlet: Service mesh. Hálózat absztrakció, Layer7 proxy sidecar, klaszteren belüli forgalom irányítás.

13. Mintapéldák távközlési alkalmazási területekről
Távközlési szolgáltatások QoS követelményeinek figyelembevétele. Orkesztráció szerepe a távközlési felhőkben. Esettanulmány: 5G rendszerbe integrált felhő natív szolgáltatás.

A gyakorlatok részletes tematikája:

1. Felhő rendszerekben alkalmazott hálózati technológiák a gyakorlatban
2. OpenStack felhasználói kezelése
3. OpenStack üzemeltetői kezelése
4. Felhő-natív környezet kialakítása
5. Skálázható alkalmazás létrehozása
6. Forgalom terheléselosztás kialakítása, konfigurálása
7. Szolgáltatás háló létrehozása, konfigurálása

• A felkészülést az erre a célra elkészített elektronikus óraanyag és mintapéldák segítik, valamint az alább megadott irodalmak
• Gary Lee, loud Networking: Understanding Cloud-based Data Center Networks, Morgan Kaufmann; 1st edition (July 7, 2014)
• Dinesh G. Dutt, Cloud Native Data Center Networking: Architecture, Protocols, and Tools, O'Reilly Media; 1st edition (December 10, 2019)