自律型ネットワーク

自律型ネットワーキングは、2001 年にIBMが開始した取り組みである自律型コンピューティングの概念に従っています。その最終的な目的は、インターネットやその他のネットワークの急速に増大する複雑さを克服し、現在の規模をはるかに超えてさらに成長できるように、 自己管理型ネットワークを作成することです。

インターネットの急速な成長により、インターネットの管理がますます複雑化していることは、将来のインターネットの有用性を制限する大きな問題であると一部の専門家は考えています。

さらに、ますます普及しているスマートフォン、PDA、ネットワーク化されたオーディオおよびビデオ機器、ゲーム機は相互接続する必要があります。パーベイシブ コンピューティングは機能を追加するだけでなく、遅かれ早かれ人間の介入だけでは管理できなくなるタスクをますます多く抱え、既存のネットワーク インフラストラクチャに負担をかけます。

もう 1 つの重要な側面は、現在のネットワーク インフラストラクチャの非常に重要なデバイスの膨大な数を手動で制御するためのコストです。

自律神経系(ANS) は、複雑な生物学的神経系のうち、意識的に制御されない部分です。自律神経系は、身体機能と特定の臓器の活動を制御します。IBM の提案によると、将来の通信システムは、自律神経系と同様の方法で設計される可能性があります。

自律神経は、人間の自律神経系などの生物学的実体から概念的に派生しているため、それぞれの領域は、生物の機能的および構造的側面と比喩的に関連付けることができます。人体では、自律神経系が呼吸、血圧、循環、感情反応など、さまざまな機能を促進および調整します。自律神経系は、内部状態と内部および外部の状態を監視するさまざまなソースとの間のフィードバック ループをサポートする相互接続構造です。

オートグノスティックには、自律システムに高レベルの状態に関するビューを提供するさまざまな自己発見、認識、および分析機能が含まれます。比喩的に言えば、これは内部および外部の状態と条件を収集、分析、および報告する知覚サブシステムを表します。たとえば、これはシステムの目、視覚皮質、および知覚器官として考えることができます。オートグノスティック、つまり文字通り「自己認識」は、自律システムに応答と検証の基盤を提供します。

豊富な自己診断能力には、さまざまな「知覚感覚」が含まれる場合があります。たとえば、人体は、通常の五感、いわゆる第六感 (体の位置と方向の感覚)、および体の全体的な健康状態を表す感情状態を通じて情報を収集します。状態と状態が変化すると、感覚モニターによって検出され、関連するシステムの適応の基礎となります。このようなシステムには、内部環境と外部環境の両方のモデルが組み込まれているため、認識された状態に相対的な値を割り当てることができます。認識された物理的な脅威 (ヘビなど) は、闘争・逃走反応に関連する急速で浅い呼吸を引き起こす可能性があり、これは認識可能な脅威との相互作用の系統学的に効果的なモデルです。

自律型ネットワーキングの場合、ネットワークの状態は次の入力によって定義されます。

• スイッチやネットワークインターフェースなどの個々のネットワーク要素を含む
  • 仕様と構成
  • 歴史的記録と現状
• 交通の流れ
• エンドホスト
• アプリケーションパフォーマンスデータ
• 論理図と設計仕様

これらのソースのほとんどは、関連性が限られた、比較的未加工で未処理のビューを表しています。現在の状態を導き出すための意味のある測定値と評価を生成するには、後処理とさまざまな形式の分析を適用する必要があります。

オートグノスティック システムは以下と相互運用します。

• 構成管理- ネットワーク要素とインターフェースを制御する
• ポリシー管理- パフォーマンス目標と制約を定義する
• 自動防御- 攻撃を識別し、防御反応の影響に対応する

構成管理は、ネットワーク要素およびインターフェイスとのやり取りを担当します。構成管理には、さまざまな状況に応じて、時間の経過とともに構成を追跡するための履歴視点を備えたアカウンティング機能が含まれます。生物学の比喩で言えば、これらは手であり、ある程度は自律システムのメモリです。

ネットワークでは、特定のデバイスの構成設定を介して修復とプロビジョニングが適用されます。役割と関係性に関するアクセスと選択的なパフォーマンスに影響を与える実装も適用されます。現在、人間のエンジニアによって実行されるほぼすべての「アクション」がこの領域に該当します。いくつかの例外を除き、インターフェイスは手動で、または自動化されたスクリプトを介して手動で設定されます。

構成プロセスには、管理下にあるデバイスの動的な集団、変更の履歴記録、および変更を呼び出したディレクティブの維持が暗黙的に含まれています。多くのアカウンティング機能と同様に、構成管理はデバイスを操作し、変更をロールバックして以前の構成を回復できる必要があります。変更によって回復不可能な状態になる可能性がある場合、サブシステムは変更を発行する前に変更の結果を確認できる必要があります。

変更の指示は他のサブシステムから発信される必要があるため、そのような指示の共通言語は、関連するデバイスの詳細から抽象化される必要があります。構成管理サブシステムは、指示とハードアクションを明確に変換するか、指示の詳細をさらに必要とすることを示すことができる必要があります。十分な柔軟性をサポートするには、推論機能が適切である可能性があります (つまり、指示と構成設定の間に一意の 1 対 1 のマッピングがないため、構成は実行されません)。標準が十分でない場合は、デバイスとその構成に関する新しい知識を取得するために、学習機能も必要になる場合があります。

構成管理は、以下を含む他のすべてのサブシステムと相互運用します。

• オートグノスティックス- 変更の指示と検証を受ける
• ポリシー管理- 基礎となるリソースへのマッピングを通じてポリシーモデルを実装する
• セキュリティ- 特定のポリシーターゲットにアクセスと承認の制約を適用します
• 自動防御- 変更の指示を受け取る

ポリシー管理には、ポリシーの仕様、展開、ポリシーの推論、ポリシーの更新と維持、および適用が含まれます。ポリシーベースの管理は、次の場合に必要です。

• セキュリティ、プライバシー、リソースアクセス、コラボレーションなど、さまざまな種類の行動を制限する
• 構成管理
• ビジネスプロセスの説明とパフォーマンスの定義
• 役割と関係を定義し、信頼と評判を確立する

これは、特定の目標に従って効果的な相互作用を表す環境と動作のモデルを提供します。人間の神経系の比喩では、これらのモデルは生物の進化的「設計」に暗黙的に含まれ、生存と生殖の目標に特化しています。ポリシーを構成するものを定義することは、ポリシーの管理に何が含まれるかを考えるために必要です。ネットワーク環境の価値、関係、役割、相互作用、リソース、およびその他のコンポーネントの比較的柔軟で抽象的なフレームワークが必要です。このサブシステムは、物理ネットワークをはるかに超えて、使用中のアプリケーション、および特定の目標を達成するためにネットワークを使用するプロセスとエンドユーザーにまで拡張されます。さまざまなリソース、結果、およびプロセスの相対的な価値を表現し、状態と条件を評価するための基準を含める必要があります。

自律ネットワーク外の何らかのシステムに組み込まれていない限り、または特定のポリシー実装に暗黙的に含まれていない限り、フレームワークはプロセス、目的、目標の定義にも対応する必要があります。ビジネス プロセスの定義と説明は、ポリシー実装の不可欠な部分になります。さらに、ポリシー管理は自律システムの運用の最終的な基盤となるため、実装の詳細に関する運用をレポートできる必要があります。

ポリシー管理サブシステムは、他のすべてのサブシステムと（少なくとも）間接的に相互運用しますが、主に次のものと対話します。

• オートグノスティック- パフォーマンスの定義を提供し、状態に関するレポートを受け入れる
• 構成管理- デバイス構成に制約を設ける
• セキュリティ- 役割、アクセス、権限の定義を提供する

自動防御は、ネットワーク インフラストラクチャに対する悪意のある意図的な攻撃、またはネットワーク インフラストラクチャを使用して IT リソースを攻撃することに対応する動的で適応性のあるメカニズムです。防御手段は IT の運用を妨げる傾向があるため、パフォーマンス目標と通常は優先される脅威管理アクションとのバランスを最適に取ることができます。生物学的な比喩で言えば、このサブシステムは免疫システムに匹敵するメカニズムを提供します。

このサブシステムは、ネットワークとアプリケーション インフラストラクチャのリスクをプロアクティブに評価し、脅威を検出して特定し、効果的なプロアクティブおよびリアクティブの防御対応を定義する必要があります。保守と修正活動の両方の役割を担うため、戦士と警備員の役割を担います。セキュリティとの関係は密接ですが、同一ではありません。セキュリティは、正当な役割とプロセスを維持するために、適切に定義および実装されたアクセスと承認の制御に関係しています。自動防御は、システムの通常の動作外で、実行にリスクをもたらす、通常は悪意のある力とプロセスに対処します。

自動防御には、ネットワーク全体に関する高レベルかつ詳細な知識と、現在の状態を動的に分析できる組み込みのリスク モデルが必要です。リスクを軽減するための修正は、パフォーマンス目標およびプロセス目標の価値とのバランスを考慮して検討する必要があります。過剰な防御応答は、システムを動けなくする可能性があります (免疫システムが不適切にアレルギー反応を引き起こすのと同様)。攻撃や不正使用の可能性を示唆するネットワークまたはアプリケーションの動作が検出されると、適切な応答が生成されます。たとえば、ポートを一時的に閉じたり、特定のソースまたは宛先を持つパケットをフィルターで除外したりします。さらに評価すると、防御手段を緩和するか強化するかのいずれかの変更が生成されます。

Autodefense は以下と密接に相互運用します。

• セキュリティ- 役割とセキュリティ制約の定義を受け取り、プロアクティブな軽減のためのリスクを定義します。
• 構成管理- 分析のためにネットワークの詳細を受け取り、予測または検出された攻撃に応じて要素の変更を指示します。
• 自動診断- 検出された動作の通知を受け取る

また、ポリシーに準拠した対応を開発するために、ポリシー管理からさまざまなリソースとプロセスの相対的な価値の定義を受け取ることもあります。

セキュリティは、特にアクセスに関して、役割、コンテンツ、リソース間の関係を定義および強制する構造を提供します。セキュリティには、定義のフレームワークと定義を実装する手段が含まれます。セキュリティは、比喩的に言えば、友人、敵、仲間、同盟者を定義し、評価された利益に基づいて限られたリソースへのアクセスを提供するという、社会的相互作用の基盤となる複雑なメカニズムに似ています。

セキュリティでは、認証、承認、アクセス (制御) というよく知られた 3 つの A を含む、いくつかの重要な手段が採用されています。これらの手段を適用するには、役割の定義と、役割とリソース、プロセス、および役割同士の関係を定義する必要があります。プライバシー、匿名性、検証などの高レベルの概念は、役割の定義の形で埋め込まれ、ポリシーから派生している可能性があります。セキュリティが成功すると、役割と関係が確実にサポートされ、強制されます。

自動防御はセキュリティと密接な関係があります。割り当てられた役割をパフォーマンスとバランスよく維持すると、システムはセキュリティ違反の危険にさらされることになります。そのような場合、システムは変更を加えることで補償する必要がありますが、その変更によって一時的にバランスが犠牲になり、セキュリティ自体の運用条件に違反する可能性もあります。通常、この 2 つは密接に絡み合っていると考えられています。効果的なセキュリティによって、防御的な対応の必要性がいくらかなくなることを期待できます。セキュリティの改訂された役割は、パフォーマンスの最大化とリスクの最小化を求めるポリシーからの競合する要求を調停し、避けられないリスクが脅威に変わったときに自動防御によってバランスを取り戻すことです。フェデレーションは、効果的なセキュリティによって解決される重要な課題の 1 つです。

セキュリティ サブシステムは、以下と直接相互運用します。

• ポリシー管理- アクセスと優先順位に関する高レベルの指示を受け取る
• 構成管理- アクセスとアドミッション制御の詳細を送信する
• 自動防御- 脅威にさらされている優先指令を受信し、リスク評価のためにセキュリティ制約の詳細を送信します

接続構造は、自律神経系のすべての要素とサブシステムとの相互作用をサポートします。さまざまな手段とメカニズムで構成される場合もあれば、単一の中心的フレームワークである場合もあります。生物学的に同等のものは中枢神経系そのものです。自律神経系と呼ばれていますが、実際には人体の機能間の通信経路にすぎません。

そのため、現在多くの研究プロジェクトによって、自然の原理とパラダイムをネットワークにどのように適用できるかが研究されています。

自律型ネットワーキングは、階層化アプローチの代わりに、区画化と呼ばれるより柔軟な構造をターゲットにしています。

目標は、大規模ネットワークを柔軟かつ動的に、かつ完全に自律的に形成し、各構成ネットワークノードの機能も自律的に構成されるアーキテクチャ設計を作成することです。

再構成の自由度を最大限に高めるために、関数はアトミック単位に分割する必要があります。

制御理論の基本概念である閉制御ループは、自律ネットワークの基本原理の 1 つです。閉制御ループは、ターゲット パラメータを常に監視することで、制御対象システムの特性を望ましい範囲内に維持します。

• 自律コンピューティング
• 自律システム（コンピューティング）
• 認知ネットワーク
• ネットワークコンパートメント
• 協働イノベーションネットワーク
• ネットワーク内管理
• 汎用自律ネットワークアーキテクチャ (GANA) EFIPSANS プロジェクト http://www.efipsans.org/

• IBM オートノミック コンピューティング Web サイト^{[永久リンク切れ‍ ]}
• Intel ホワイトペーパー: 自律フレームワークに向けて
• Ipanema Technologies: アプリケーション パフォーマンスの最適化に適用される自律ネットワーク 2009-04-26 にWayback Machineでアーカイブ

• ANA プロジェクト: 自律ネットワーク アーキテクチャ
• ANAPORTはANAプロジェクト内で開発されたオープンな参考文献リファレンスです。
• 地平線の向こう側：欧州委員会による協調行動
• Bionets: 生物学にヒントを得たネットワークコンセプト
• BiSNET: 生物学にヒントを得たセンサーネットワークのアーキテクチャ
• BiSNET/e: 進化的多目的最適化を備えた認知センサー ネットワーキング アーキテクチャ
• 自律的な状況認識通信と動的に適応可能なサービスのためのコンポーネントウェア
• ダイエットエージェント: 自律的な相互作用プロセスのシステムのための無制限にスケーラブルなホスティング
• EFIPSANS プロジェクト: IP バージョン 6 の機能を公開。自律型ネットワークとサービスの設計/構築のために活用/拡張できるプロトコル
• Haggle: 自律的機会主義コミュニケーションの革新的なパラダイム
• SOCRATES: ワイヤレス ネットワークにおける自己最適化と自己構成
• 動的に自己構成する自動車システム
• セルフネット：認知的未来インターネット要素の自己管理
• AutHoNe: 自律型ホームネットワーキング
• SymbioticSphere: スケーラブルで適応性があり、生存可能なネットワーク システムのための生物学にヒントを得たアーキテクチャ
• TRANS: TRANSは、高度なトラフィック認識機能と自己組織化機能を備えた緊密に統合されたネットワークとサービスのオーバーレイアーキテクチャを実証します。
• UniverSELF プロジェクト: 未来のネットワークの自律性の実現

• 自律型ネットワーク Wiki: 自律型ネットワークに特化した Wiki
• エンタープライズWANガバナンスの中核となる自律型ネットワーク ブログ