Программно-определяемое окружение

“Факт, что вы можете предсказать опреде­лённые вещи, имеет очень маленькое значение, если не считать, что мы можем что-то получить от предсказания”.

Дэвид Д. Бом, физик

Бывает так, что какие-нибудь волхвы либо астрономы с нетерпением ждут появление новой звезды, а её всё нет и нет. И вдруг — вот она… Сразу же идут всевозможные предсказания от прогнозов на урожай до появления мессии. Впрочем, то, что этого не было видно раньше, отнюдь не означает, что его вообще не было. Просто возникшие однаж­ды и постоянно усиливающиеся аналогии развития совре­менных ИКТ-технологий с повседневной реальностью спо­собны в один прекрасный момент поменять даже целое миропонимание.

В протекающем ныне бурном процессе цифровизации сетей относительно недавно появился термин SDE (Software-Defined Everything). Ещё одно название — SDx, что можно перевести как “программно-определяемое всё”. И это обозначает сегодня гораздо больше, чем это могло пока­заться ещё вчера. Дело не только в том, что всего лишь тремя словами он описывает концепцию будущего (пол­ностью цифровизированного) телекома, но и в том, что он обозначает среду для виртуализации всего и вся. Причём среду, текущее развитие которой имеет взрывной характер. Можно сформулировать это и по-другому: всевозможная виртуализация всего и вся превращается в “программно­определяемое всё”. На страницах журнала уже рассказыва­лось кое-что о программно-определяемых сетях (Software- Defined Networks), системах хранения данных SDS (Software- Defined Storage), а также центрах обработки данных или ЦОДах (SDDC — Software-Defined Data Centre). Одно из их главных отличий программно-определяемых решений — отсутствие жёсткой зависимости от конкретного изготовите­ля или поставщика, что, к примеру, всегда являлось пробле­мой для управления в сетях связи или в хранилищах данных, построенных на оборудовании разных поставщиков.

В конце концов эта проблема всем надоела, потому что стала выступать откровенным тормозом в процессе разви­тия гибкости и функциональности и сетей связи, и хранилищ данных в условиях стремительного роста трафика, и объё­мов данных. Кстати, “облака” с уже появившимися услугами в лице “ПО как сервис” (SaaS — Software-as-a-Service), “инфраструктура как сервис” (IaaS — Infrastructure-as-a-service) и “платформа как сервис” (PaaS — Platform-as-a-Service) являются естественным предшественником и, разуме­ется, необходимым условием для появления SDE.

Приведённый выше в лице SDE всеобъемлющий термин, описывающий переход от физических аппаратных элемен­тов управления в ЦОДах к специализированному ПО, позво­ляет производить мониторинг и управление всеми ИКТ-составляющими сетей связи (для начала корпоративных). Более того, в SDE каждый элемент инфраструктуры ЦОДа является виртуализированным (т. е. создаётся с помощью специализи­рованного ПО) и поставляется как услуга для пользователей. Таким образом, речь идёт не просто о каких-то технических процессах, служащих для изменения конфигурации сетей или СХД, а о том, что идёт логичный процесс смещения фокуса с “железа” на ПО (здесь можно использовать такую аналогию, как “мускулы” и “мозги”). При этом ПО контролирует и регу­лирует политику и параметры сетей, ЦОДов и хранилищ дан­ных, что в значительной степени сводит на нет необходимость постоянного мониторинга и ручного изменения конфи­гурации данных объектов в зависимости от ситуации. Освободившись от оков физической инфраструктуры, контро­лирующее ПО развивается с постоянно возрастающей скоро­стью, в то время как основные аппаратные средства остают­ся или становятся стандартизованными. И это позволяет сни­жать цены и искоренять диктат поставщиков оборудования.

Специалисты считают, что взрывной характер распространения SDE далеко не случаен, а исторически предопреде­лён, поскольку является логическим следствием всей 70-летней эволюции компьютинга (вычисление, выполняе­мое на компьютере), начиная с работы The First Draft of a Report on the EDVAC Джона фон Неймана. В ней фон Нейман изложил один, но далеко не единствен­ный, из подходов к распределению функций между аппаратным и про­граммным обеспечением, который по­лучил название “модель фон Неймана”. Изложенные там идеи удачно соот­ветствовали техническим возможнос­тям 50-х годов прошлого века, поэтому были беспрекословно приняты миро­вым сообществом и стали фундамен­тальной основой всего современного компьютинга. Неймановская модель создавалась исходя из очевидного на тот момент постулата: самое главное и дорогое — это аппаратное обеспече­ние. Именно оно даёт возможность разместить в памяти и выполнить про­грамму.

Многие годы стоимость ПО была несоизмеримо меньше стоимости оборудования, да и сами программы рассматривались как нечто вторичное. А специальное слово для них — softwa­re появилось существенно позже, в 1958 г. (только через 10 лет после появления компьютеров). Да и сами компьютеры называли вначале уни­версальными вычислительными маши­нами (general-purpose computer). Под универсальностью тогда понималась возможность устанавливать на одном и том же “железе” совершенно разные программы. В свою очередь, появле­ние термина Software Defined меняет само представление об универсально­сти, потому что теперь есть возмож­ность выполнять любые программы на любом “железе”. Собственно, всё раз­витие вычислительной техники про­исходило как движение от “железа” к “софту” через мейнфреймы (от англ. mainframe — большой универсальный высокопроизводительный отказо­устойчивый сервер), мини-компьюте­ры, микропроцессоры, ПК, сеть Интер­нет и далее к SDS, смартфонам, вплоть до “облаков” и виртуальных устройств. Это объясняется тем, что в период с 1950 г. по 1980 г. развитие рынка опре­делялось исключительно производи­телями аппаратного обеспечения, и лишь в 80-е ПО становится самостоя­тельной областью индустрии. А далее постепенно инвестиции в ПО становят­ся сравнимыми с инвестициями в аппаратное обеспечение и даже боль­ше, пока дело не дошло до виртуализа­ции.

Сегодня рынок виртуализации ус­ловно делится на две основные состав­ляющие: виртуализация рабочих мест (VDI — Virtual Desktop Infrastructure) и серверная виртуализация, в которую входят гипервизоры для создания вир­туальных машин, различные виртуали- зационные технологии, а также средст­ва администрирования и управления виртуальными средами. Но уже сейчас заказчики пришли к осознанию того, что виртуализация — это нечто боль­шее, нежели использование виртуаль­ной машины для размещения несколь­ких систем. Они начинают проявлять интерес к созданию виртуальных сред с виртуальным доступом и управлению ими, а также к виртуализации обра­ботки, хранения данных и сетей. Дело идёт к выделению ресурсов по запро­су и к виртуализации сетевых функций (NFV — Network Function Virtualization), когда в “облаке” можно реализовать и соединить виртуальные сетевые эле­менты, которые будут работать точно так, как и реальная сеть связи. Получа­ется, что будущая модель телекома сводится к соединённым высоко­производительными линиями связи “облакам”, где, в свою очередь, реали­зуются любые виртуальные “фантазии” сетевых операторов и сервис-провай­деров. С другой стороны, в рамках концепции Software Defined всё сете­вое “железо” (как в ЦОДах, так и вне их) постепенно превращается в уни­фицированные компьютеры, которые могут соединяться друг с другом по стандартным протоколам, а установ­ленное на них ПО может дистанционно превращать их в самые разные вирту­альные сетевые элементы (или даже в несколько виртуальных элементов одновременно на одном “железе”) или серверы. Что же касается ПО, то оно становится более открытым сторон­ним пользователям, что позволяет привлекать к его совершенствованию или кастомизации (подстройке под конкретного клиента) отнюдь не только “признанных” поставщиков ПО и обо­рудования.

Как уже рассказывалось в журнале, в последнее время набирает обороты ИТ-платформа третьего поколения. Первое базировалось на мейнфрей­мах, второе — на ПК и Интернете. Третье поколение способно обеспе­чить работу миллионов приложений для миллиардов пользователей, а её аппаратные средства — мобильные устройства. Её драйвером являются четыре тренда современности: соци­альные сети, “облачные” технологии, Big Data и мобильность как способ существования и доступа к данным. Выход на рынок компаний, соответ­ствующих третьему поколению ИТ, таких как Google, Amazon, Alibaba, тре­бует совершенно иных подходов к ведению бизнеса и использованию программных продуктов. Если для ИТ второго поколения характерно фоку­сирование на создании идеального, максимально протестированного, за­конченного продукта, то для работы над приложениями нового поколения активно применяют так называемый метод DevOps (development & opera­tions). В этом случае разработчики тесно сотрудничают со специалистами по информационно-технологическому обслуживанию, что помогает заказчи­кам быстро создавать и оперативно обновлять ПО и сервисы. Использу­ется также принцип гибкой разработки ПО, позволяющий постоянно управ­лять его функциональностью. Сущест­вует и такой подход, как continuous delivery, обеспечивающий непрерыв­ный доступ к функциям ПО, которые могут быть ограничены, но при этом достижимы в любое время с любого устройства. При совокупном примене­нии указанных подходов получается, что разработка ПО никогда не заканчи­вается, но все версии продукта, начи­ная с самых ранних, вполне работо­способны.

В 2015 г. практически все ведущие компании-производители уже демон­стрировали возможности виртуализа­ции сетевых функций по всему спектру телекоммуникационных решений: RAN (Radio Access Network), IMS (IP Multi­media Subsystem), EPC (Evolved Packet System) и др. Кстати, будущие сети 5G, которые выйдут на рынок в 2020 г., должны будут подстраиваться под запросы пользователя в каждый кон­кретный момент, выделяя оптималь­ные для каждой задачи ресурсы. И основной “фокус” сетей 5G — не толь­ко высокая скорость передачи данных, но и гибкость сетевой инфраструкту­ры. Таким образом, операторский биз­нес в телекоме движется к созданию виртуального с точки зрения инфра­структуры предприятия. Кстати, в мае 2015 г. компания EMC представила первое решение с открытым исходным кодом и предложила бесплатную загрузку программно-определяемой системы хранения.

Интересно, что впервые понятие Software Defined появилось в контексте разработки программно-определяемых радиосистем в лице “программно­определяемого радио” SDR (Software- Defined Radio). К SDR принято относить радиосистемы, в которых некоторые или все функции физического уровня реализуются программными средства­ми и могут быть программно изменены. Это касается рабочего диапазона час­тот, типа модуляции, выходной мощно­сти и др. Традиционно в радиосистемах функции физического уровня (фильтра­ция, модуляция/демодуляция, преоб­разование спектра, усиление сигналов) выполнялись аппаратными методами, и любые изменения в радиосистеме могли быть внесены только непосредст­венным физическим вмешательством в устройство. Это приводило к высокой стоимости изделий и ограниченности в поддержке нескольких стандартов сиг­налов. Последние же к началу XXI века стали множиться с пугающей быстро­той. Поэтому в какой-то момент легко настраиваемые, более эффективные и дешёвые программно-определяемые радиосистемы, требующие минимум затрат средств и ресурсов, преврати­лись в быстро развивающийся бизнес. Подобные устройства могут иметь не­сколько режимов работы в различных диапазонах частот и большой набор дополнительных функций за счёт смены ПО. SDR объединяют аппаратные и про­граммные технологии, где все или неко­торые из работающих функций на­страиваются (изменяются) средствами ПО. Такие устройства обычно могут содержать программируемые логиче­ские интегральные схемы (FPGA), циф­ровые сигнальные процессоры (DSP), процессоры общего применения (GPP), программируемые системы на кристал­ле (SoC). Использование подобных технологий позволяет изменять и расши­рять функциональные возможности радиосистем без аппаратного вмеша­тельства. Впрочем, многое из только что сказанного лишь подтверждает ска­занное ещё выше.

Технология SDR используется, в частности, в современных базовых станциях мобильной связи, когда одно и то же устройство может работать во всех стандартах 2G/3G/4G (и уж точно будет использоваться в 5G) и во всех используемых этими сетями полосах радиочастот. В своём развитии SDR распространяется на следующие виды радиооборудования: адаптивное радио (способное улучшать качество переда­чи), когнитивное радио (самостоятель­но выбирающее тактику поведения на основе мониторинга эфира и предуста­новленных задач) и интеллектуальное радио (когнитивное радио, которое обладает машинным обучением).

Впрочем, SDR лишь только штрих к концепции SDE, причём отнюдь не определяющий. Потому что сначала для SDR надо создать весьма продвинутую радиосистему, а уж потом упражняться на ней с помощью ПО. В свою очередь, понятие SDE получается гораздо шире, потому что позволяет предоставлять “всё как сервис” (EaaS — Everything-as- a-Service) поверх какого-то стандарт­ного “железа”. Но разве инженерная мысль должна ограничиваться исключительно рамками информацион­ных коммуникаций? Просто ИКТ-техно- логии открывают нам новые принципы существования окружающей нас дейст­вительности.

Кстати, уже давно перестали быть научной фантастикой виртуальные миры и путешествия и вполне созрели такие сервисы, как “виртуальный мир как услуга” (VWaaS — VirtualWorld-as-a-Service) или “виртуальное путешествие как услуга” (VTaaS — VirtualTravel-as-a-Service). По мнению некоторых автори­тетных экспертов и футурологов, вирту­альные миры уже в самом ближайшем будущем могут прийти на смену сегод­няшним социальным сетям и, вообще, коренным образом изменить принципы человеческого взаимодействия с Ин­тернетом и друг с другом. Если же гово­рить о виртуальных путешествиях, то сегодня их может совершать любой пользователь, обладающий достаточно широкополосным каналом доступа в Интернет.

Быть может, виртуального мира не существует в реальности, и отчасти это подмена мира реального. Правда, единственное, что может ограничить этот мир, — фантазия его создателя. Точнее, её отсутствие, если в роли соз­дателя выступает человек. Зато верно одно — современные технологии вир­туализации показывают нам примеры, способствующие пониманию происхо­дящего вокруг нас. Существует, к при­меру, мнение (особенно после про­смотра одноимённого фильма), что весь наш мир — матрица, и мы живём в спроектированном кем-то мире, в котором, кроме нас самих и круга людей, с которыми мы общаемся, никого и ничего не существует. Очевидно, это слишком упрощённая картина мироздания с точки зрения рядового “айтишника”, но очевидно также, что в этом что-то есть. И неспроста “вначале было слово”, кото­рое в век тотальной компьютеризации человечество понимает несколько по- другому, нежели хотя бы 100 лет назад. К тому же с помощью разработ­ки новых технологий человечество регулярно повторяет то, что уже давно сделано до него природой. Так что всё рассмотренное выше развитие ком­пьютерных и телекоммуникационных технологий также представляет собой упрощённую модель того, как устроен этот мир.

Процесс смещения фокуса с “желе­за” на ПО происходит больше в голо­вах наших современников, тогда как в природе всё уже давно устроено по похожей схеме. Если речь идёт о эво­люции человека, то в нём уже давным-давно произошло похожее смещение с “мускулов” на “мозги”. Правда, с раз­витием у некоторых современных нам индивидуумов интернет-зависимости существует опасность, что у них не останется ни того, ни другого, — но ведь это просто тупиковая ветвь эво­люции.

Как не упомянуть здесь понятое не так давно устройство всей живой при­роды, когда из стандартных молекул с помощью ПО, записанного в ДНК, получается весьма широкий набор организмов. Причём недавние рас­шифровки геномов показали, что коли­чество подпрограмм (генов) в ПО, фор­мирующем человека, имеет не так уж много различий с подпрограммами в ПО, формирующем, к примеру, земля­ного червяка. И на современном уров­не научно-технических знаний можно представить сей процесс в виде стан­дартной природной услуги “человек как сервис” или “земляной червяк как сер­вис”. Бурно развивающаяся в наше время генная инженерия уже позво­ляет подправить природу, создав “чер­вяка исправленного” с заменёнными генами или “жёлтую рыбу” с генами кукурузы. А когда указанные техноло­гии учёные поставят на поток, они тоже будут почти “как сервис”. Но и это ещё не всё.

А вдруг правы секретные физики и писатели-фантасты, утверждающие порой, что всё созданное нашим вооб­ражением и облечённое в речь обрета­ет реальное существование в каких-то неведомых глубинах чуждых нам изме­рений, с которыми мы время от време­ни по неосторожности пересекаемся? Иначе говоря, всё когда-либо приду­манное где-то существует. И получает­ся, что книги не только не горят, но и оживают.

Впрочем, можно не забираться так далеко. Не меньше интересного окру­жает нас с давних пор. По мнению мно­гих специалистов(причём не только из религиозных сфер), состояние души и тела взаимосвязано. К примеру, для этого есть масса определений в меди­цине, когда наше (а то и не наше) сознание влияет на наше физическое состояние, вызывая тем самым раз­личные расстройства или, наоборот, способствует чудесному исцелению от недугов. Главным аргументом этой идеи выступают то интуиция, то ясно­видение, то неясные экстрасенсорные возможности человека. Общее у них то, что не принимается и даже осужда­ется не только официальной наукой, но и целым рядом религиозных конфес­сий. В их основе лежат непонятные нам технологии, работающие поверх какой-то непознанной ещё нами среды. Все мы знаем, что наука рабо­тает с явлениями, которые можно объ­яснить или же увидеть эксперимен­тально, посему интуиция или яснови­дение не подпадают под эти критерии. Большинство исследователей делают вид, что если что-то нельзя измерить или доказать, то этого просто не суще­ствует — такова суть научного подхода (что, впрочем, порой не мешает им крестить детей или обращаться к раз­ного рода целителям).

Физическое тело и душа весьма напоминают нам всё то же “железо” и установленное на нём ПО. Тело без сознания (души) более похоже на сня­тый костюм и весьма напоминает ком­пьютер без операционной системы. Впрочем, есть люди, имеющие по­смертный опыт, сильно отличающийся от привычной нам реальности, когда “выход из тела” показывал, что в какой-то другой реальности последнее вовсе не обязательно (вернее, оно там какое-то другое). Впрочем, современ­ные футурологи уже занялись поиском возможности “переписи” памяти чело­века в целях продления “разумной” жизни после смерти физического тела. Причём, будет ли эта “запись” именно душой, обладающей реальным созна­нием, — большой вопрос, поскольку душа — это не просто память всех со­бытий. При этом физическая природа души остаётся нам непонятной.

Впрочем, большинству учёных вооб­ще нет дела до связи материи и созна­ния. Материя — часть физического мира, разум — метафизического. Однако открытие квантовых явлений приводит нас к тому, что мир, в котором мы живём, — всего лишь воображение. Загадкой квантовой теории является то, что наблюдатель не может быть отделён от наблюдаемого. Если какая- то из частей исчезает, то реальность исчезает вместе с ней. Если нет наблю­дателя, то нет и реальности, остаются только волны вероятностей. Иначе, нет ПО — нет и “железа”.

По мнению физика Дэвида Джозефа Бома (1917—1992 гг.), наше восприятие мира — результат широ­кой обработки нашего мозга на протя­жении многих веков. В результате этой обработки появилось искусственное разделение между человеком и чело­веком и между природой и человече­ством. В 1952 г. Д. Бом опубликовал две статьи с изложением основных идей того, что позднее получило название причинной интерпретации квантовой механики, открывающей возможности предположить существо­вание более тонких уровней реаль­ности. Эту теорию принято называть квантовой теорией с локальными скрытыми переменными. Д. Бом много времени уделял работе над голографической моделью Вселенной. Он считал, что все индивидуумы взаимо­связаны не в результате непосредст­венного влияния, которое они могут оказывать друг на друга, а в силу того факта, что все они подвержены влия­нию общих фундаментальных законов. По Бому всё, включая сознание и материю, активно влияет на целое, а посредством целого и на все состав­ляющие. Ну а сознание и материя — две стороны одной медали. Посему споры материалистов с идеалистами в принципе беспочвенны.

Если, не вдаваясь в подробности, представить, что эмоции — это некий мост между нашим сознанием и телом, то можно рассмотреть такой пример. Сначала было радио, которое преобра­зует электромагнитные волны в звук, потом появился факс, который преоб­разовывал их же в двухмерные изобра­жения, а потом научились создавать го­лограмму, которая создаёт из электро­магнитных волн 3D-изображения. За этими изобретениями последуют ма­шины, которые позволят нам “пощу­пать” 3D-изображения. Для наблюда­теля может быть воспроизведена вооб­ражаемая среда тесного контакта, которая будет находиться в пределах виртуальной реальности. И в случаях, когда виртуальная среда создана ус­пешно, человек полностью погрузится в симуляцию программно-определяе­мой реальности. И тут возникают ло­гичные вопросы.

Так мир, в котором мы живем, реальный или виртуальный? Все мы снабжены одним мозгом, и нам будет казаться, что мы производим одну и ту же реальность? Правда, у человека с повреждённым мозгом будет совсем другая реальность, и насколько его реальность будет менее “реальной”, чем наша?

Будет ли мир, созданный нашим сознанием из волн материи, включать внутренний мир, поделиться которым мы не в состоянии, но который не менее важен для нас? Создаём ли мы его сами? Насколько он реален и огра­ничен? Сможем ли мы его менять?

Может быть, существующая стена между сознанием и материей, реаль­ным и потусторонним, построена ис­кусственно? Какова цель нашего на­хождения здесь, в этой “реальности”? И может ли сознание человечества быть изменено с течением времени?

Дать исчерпывающий ответ на эти вопросы пока не представляется воз­можным. Ну, разве что, кроме послед­него, на что наталкивают нас аналогии с последними достижениями в инфор­мационных коммуникациях. Наверное, когда-нибудь человечеству необходи­мо будет уничтожить ту стену, которая отделяет его от “небес”. Хотя бы для того, чтобы не стать тупиковой ветвью эволюции.

Автор: А. ГОЛЫШКО, канд. техн. наук, г. Москва
Источник: журнал Радио №2, 2016