Контроль сетевого трафика при помощи DPI

Что такое DPI?

Бурный рост и распространение большого количества современных приложений в сетях приводит к тому, что их становится всё труднее и труднее идентифицировать и классифицировать. Это приводит к тому, что современные корпоративные сети становятся невидимыми для IT-служб организаций.

Организации не знают, как используются ресурсы корпоративной сети, какие приложения в ней работают, сколько ресурсов используется нежелательными приложениями. Отсутствие этих знаний приводит к тому, что компании не могут контролировать и оптимизировать использование приложений и ресурсов своей корпоративной сети. Как следствие, из-за большого количества нежелательных приложений в сети, перегружающих каналы связи и ресурсы сети,  пользователи испытывают проблемы с производительностью важных и критичных бизнес-приложений.

Трудности с обнаружением приложений связаны, в первую очередь, с эволюцией самих приложений и сетевых протоколов которые они используют. Всё больше приложений используют динамически назначаемые порты, и поэтому традиционных методов квалификации сетевых соединений по статическим портам TCP/UDP уже недостаточно. Приложения становятся более закрытыми и непрозрачными, зачастую используются различные механизмы шифрования и туннелирования. Многие приложения в рамках сессий предполагают как передачу данных, так и одновременную передачу голосовых и видео потоков. Для доступа к приложениям удобно использовать Web-интерфейс, так как при этом не требуется инсталляции дополнительного клиентского программного обеспечения – пользователю достаточно иметь только Web-браузер. Использование Web-браузера удобно, доступно, и позволяет использовать любое устройство (персональный компьютер, мобильный телефон, планшет и т.д.) для доступа к приложению. Таким образом, многие приложения становятся “скрытыми” за протоколами шифрования HTTP/HTTPS, которые обеспечивают их передачу, и по сути становятся новыми транспортными протоколами.

Многие традиционные средства классификации сетевого трафика (например, NBAR) неспособны обнаруживать приложения которые используют протокол IPv6 в своем трафике.

Другая тенденция, связанная с распространением так называемых облачных технологий, предполагает консолидацию всех ресурсов организации в центре обработки данных хостинг провайдера. Консолидация всех сервисов в одном центре приводит к тому, что организации тем самым удаляют ресурсы от своих филиалов и конечных пользователей и становятся зависимыми от производительности и пропускной способности каналов связи. Многие существующие распределенные WAN-сети построены на устаревшем оборудовании, которое не может обеспечить эффективное взаимодействие пользовательской и облачной инфраструктур и внедрение облачных сервисов по причине невысокой производительности, отсутствия возможностей для безопасной и надежной передачи облачных приложений, а также недостатка средств для мониторинга и управления облачным трафиком. Поэтому необходимо понимать, насколько хорошо работают приложения и какое время отклика у удаленных пользователей.

Для таких целей и используется технология DPI — deep packet inspection, устройство или программный комплекс предназначенные для «глубокого»(вплоть до 7 уровня модели OSI) анализа и классификации проходящих через него пакетов. Помимо изучения пакетов по неким стандартным правилам, по которым можно однозначно определить принадлежность пакета к определённому приложению, скажем, по формату заголовков, номерам портов и т.п., система DPI осуществляет и так называемый поведенческий анализ трафика, который позволяет распознать приложения, не использующие для обмена данными заранее известные заголовки и структуры данных. Яркий пример тому – Bittorrent. На основе анализа протоколов, портов, сигнатур и т.д., DPI определяет к какому типу трафика принадлежит данный пакет и в зависимости от заданных правил может произвести какие либо действия над трафиком.

Стоит отметить, что наиболее крупными игроками и их продуктами на рынке standalone DPI являются Allot Communications, Procera Networks, Cisco, Sandvine. Всё более и более популярными становятся интегрированные в маршрутизаторы решения DPI. Так поступают многие — Cisco, Juniper, Ericsson и т.д. по списку. Такие решения, как правило, достаточно компромиссные, и не могут предоставить весь спектр сервисов, доступных standalone решениям. Важной отличительной особенностью настоящего DPI является возможность аналитики трафика за счёт сбора различного рода статистики с разбивкой по приложениям, по тарифным планам, по регионам, по типам абонентских устройств и т.д. По этой причине замечательный NBAR имени Cisco хоть и позволяет детектировать и осуществлять контроль трафика по приложениям, полноценным решением DPI не является, т.к. в нём отсутствует ряд важных компонентов. Система DPI, как правило, устанавливается на границе сети оператора в разрыв существующих аплинков, уходящих от пограничных маршрутизаторов. Тем самым, весь трафик, который покидает или входит в сеть оператора, проходит через DPI, что даёт возможность его мониторинга и контроля. Для решения специфических задач можно устанавливать эту систему не на границе сети, а спускать её ниже, ближе к конечным пользователям, на уровень BRAS/CMTS/GGSN/… Это может быть полезно тем операторам, которые по ряду причин помимо утилизации внешних каналов также хотят решать задачу контроля внутренних. Естественно, здесь речь идёт о достаточно крупных сервис-провайдерах с большой распределённой сетью масштабов страны и с достаточно дорогими канальными ёмкостями.

Основная проблема всех существующих решений DPI заключается в том, что для того, чтобы однозначно определить принадлежность того или иного потока данных к одному из сетевых приложений, устройство, осуществляющее анализ трафика, должно увидеть оба направления сессии. Иными словами, входящий и исходящий трафик в пределах одного flow должны пройти через одно и то же устройство. Если оборудование понимает, что видит только одно направление в рамках сессии, оно не имеет возможности соотнести данный flow с какой-либо известной категорией трафика со всеми вытекающими последствиями. В связи с этим, когда речь заходит о контроле аплинков, встаёт очень логичный вопрос об асимметричном трафике, который для более-менее крупных операторов является не экзотикой, а обыденностью. Разные вендоры решают эту задачу по-разному.

Что дальше?

Реализация QoS

С точки зрения эксплуатации, оператор может контролировать утилизацию подключенных через DPI каналов на уровне приложений. Раньше задачи реализации QoS (Quality of Service) решались исключительно средствами построения очередей на основании маркировки трафика служебными битами в заголовках IP, 802.1q и MPLS, выделяя наиболее приоритетный трафик (разного рода VPN’ы, IPTV, SIP и т.д.), и гарантируя ему определённую пропускную способность в любой момент времени. Трафик типа Best Effort, к которому относится весь интернет трафик домашних абонентов (HSI — High Speed Internet), оставался фактически без контроля, что давало возможность тому же Bittorrent забрать себе всю свободную полосу, что, в свою очередь, вело к деградации любых других веб-приложений. С использованием DPI у оператора появляется возможность распределить канал между различными приложениями. К примеру, в ночные часы разрешить трафику Bittorrent забирать себе больше полосы, чем днём, в часы-пик, когда в сети ходит большое количество другого веб-трафика. Другая популярная мера у многих мобильных операторов – блокировка Skype-трафика, а также любых видов SIP-телефонии. Вместо полной блокировки оператор может разрешать работу данных протоколов, но на очень низкой скорости с соответствующей деградацией качества предоставления сервиса у конкретного приложения, чтобы вынудить пользователя платить за услуги традиционной телефонии, либо за специальный пакет услуг, разрешающий доступ к VoIP-сервисам.

Subscriber Management

Важным моментом является то, что правила, на основании которых выполняется шейпинг/блокировка, могут быть заданы посредством двух основных базисов – per-service или per-subscriber. В первом случае простейшим образом оговаривается, что конкретному приложению позволяется утилизировать определённую полосу. Во втором привязка приложения к полосе осуществляется для каждого подписчика или группы подписчиков независимо от других, что производится через интеграцию DPI с существующими OSS/BSS системами оператора. Т.е. можно настроить систему таким образом, что подписчик Вася, который за неделю накачал торрентов на 100 гигабайт, до конца месяца будет ограничен по скорости скачивания этих же торрентов на уровне 70% от купленного им тарифа. А у подписчика Пети, который купил дополнительную услугу под названием «Skype без проблем», трафик приложения Skype не будет блокироваться ни при каких условиях, но любой другой – легко. Можно сделать привязку к User-Agent и разрешить браузинг только при помощи рекомендуемых браузеров, можно делать хитрые редиректы в зависимости от типа браузера или ОС. Иными словами, гибкость тарифных планов и опций ограничена лишь здравым смыслом. Если же речь идёт о трафике мобильных операторов, то DPI позволяет контролировать загрузку каждой базовой станции в отдельности, справедливо распределяя ресурсы БС таким образом, чтобы все пользователи остались довольны качеством сервиса. Разумеется, данную задачу можно решать силами мобильного ядра, но это не всегда бюджетно.

Зачем это всё надо?

Звучит это всё, конечно, не очень оптимистично, но для многих операторов по экономическим причинам значительно дешевле поставить систему DPI для контроля утилизации каналов, чем расширять аплинки. Причём, сделать это без особых потерь абонентской базы, т.к. давно известно, что большая часть трафика генерируется примерно 5% наиболее активных абонентов. И в этом случае оператору экономически целесообразней снизить абонентскую базу, но платить меньше денег за аплинки, т.к. уйдут самые активные качальщики, из-за которых оператор вынужден каждый месяц платить немаленькую сумму за аплинки. Это ночной кошмар любого маркетолога, но в некоторых случаях потерять клиентов – выгодно. Деликатность ситуации заключается в том, что рано или поздно наступит такой момент, когда все операторы так или иначе будут что-либо шейпить при помощи DPI. Т.е. если сегодня один оператор начнёт рубить торренты, самые активные качальщики разом уйдут к другому. После этого у того сильно скакнёт загрузка его каналов и клиенты начнут жаловаться на то, что плохо работает веб-браузинг. Оператор подумает, подсчитает, и в итоге купит DPI. И так до тех пор, пока все игроки на рынке не обзаведутся подобной системой. Разумеется, установка DPI не снимает с оператора задачу по периодическому расширению аплинков и увеличению скорости доступа для подписчиков. Просто теперь эти расширения не будут бесконтрольными. Т.е. оператор всегда будет знать трафик какого типа и в каком количестве пойдёт через его каналы, это будет прогнозируемо. Разумеется, когда речь идёт о коробках стоимостью $1M, дело не только в аплинках, необходимо это понимать.

Новая модель услуг

Мы плавно перешли к задаче развития сети и её услуг. Глядя на то, как подписчики пользуются купленной ими полосой, какие приложения используют, оператор может изучать потребности каждой категории подписчиков и предлагать им более гибкие и совершенные тарифные планы. К примеру, основываясь на том, что подписчики тарифа Silver активно пользуются услугами сторонней SIP-телефонии, можно предложить им дополнительный пакет, позволяющий использовать аналогичный сервис, предоставляемый оператором, но со скидкой. Остальные подписчики при желании воспользоваться более дешёвой телефонией будут мотивированы переходить на более дорогой тариф, приобретая дополнительные бонусы в виде повышения скорости. Можно придумать много кейсов, это лишь один из них. Подход очень интересный, и выгодный как для пользователя, так и для оператора. Тенденции развития телекоммуникационного рынка таковы, что для операторов продавать трубу, как они делают сейчас, скоро будет просто невыгодно, есть масса исследований, подтверждающих это. ARPU не увеличивается, конкуренция высока, оборудование необходимо апгрейдить всё чаще и чаще, расходы операторов растут, а желание получать прибыль никуда не девается. Задача DPI в данном разрезе — реализовать новые модели предоставления услуг конечному пользователю. Некоторые мировые операторы маленькими шагами уже двигаются к данной идее. В России, очевидно, процесс этот будет долгим и мучительным, т.к. для достижения задачи необходимо перестраивать мозги абонентов на другую частоту, что очень непросто, т.к. отучить человека не качать торренты, а покупать легальный контент — непросто.

DPI отлично умеет работать в связке с различными VAS (Value Added Services) системами, такими как антиспам, антивирус, видеооптимизаторы и т.п. Суть функционала заключается в отводе части трафика по заданным администратором критериям, на сторонние устройства, для осуществления более глубокого анализа и обработки.

Довольно легко можно организовать предоставление пользователям услуг по родительскому контролю, которые становятся всё более и более актуальными.

Спецслужбы

В конце хотелось бы сказать пару слов о том, для чего также закупается DPI, кроме как для издевательств над абонентами. Оборудование DPI, в связи со своим умением видеть всё и вся, что происходит на сети, является весьма интересным устройством для товарищей в погонах, без которых сейчас никуда. При помощи DPI спецслужбы могут вести наблюдение за сетевой активностью того или иного пользователя. Можно перекрыть ему VPN, HTTPS и прочие прелести, делающие невозможным анализ контента. Разумеется, можно закрывать доступ пользователей к неугодным властям сайтам, что очень актуально в связи с последними событиями в законотворческой деятельности в России.

Сетевой нейтралитет

И, наконец, хотелось бы сказать пару слов о многострадальном сетевом нейтралитете, который существует в некоторых странах. Если коротко, то операторам в отсутствие перегрузок на аплинках нынче запрещено блокировать трафик законных/легальных приложений. Т.е. начать выборочную блокировку любого трафика теперь разрешается только в случае возникновения перегрузки. Но, в то же время, ещё нет чётких формулировок на тему того, какие именно приложения являются законными, а какие – нет. По логике, незаконным может быть только контент, а не приложения. К примеру, детская порнография явно относится к незаконному контенту, но протоколы HTTP и Bittorrent, посредством которых можно осуществлять его передачу – вполне себе легальны. Так что тут имеется ещё достаточно большой простор для споров, а тема, на мой взгляд, весьма интересна. Пока что у нас сетевым нейтралитетом не пахнет, посему у операторов на руках — все карты для управления трафиком при помощи DPI.

Запись опубликована в рубрике DPI с метками , , , , , , , . Добавьте в закладки постоянную ссылку.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *