Сетевые инфраструктуры операторов связи в условиях внедрения сетей пятого и шестого поколений характеризуются возрастающей степенью программируемости и виртуализации, что приводит к существенному усложнению архитектуры плоскости управления и повышению её значимости для обеспечения информационной безопасности. Ключевыми технологическими драйверами данного процесса выступают программно‑определяемые сети (Software‑Defined Networking, SDN) и виртуализация сетевых функций (Network Functions Virtualisation, NFV), позволяющие выделить централизованно управляемую плоскость управления и реализовать сетевые функции в виде программных модулей, развертываемых на типовом вычислительном оборудовании. В отечественных исследованиях и учебной литературе подчёркивается, что программно‑конфигурируемые сети рассматриваются как новый этап развития сетей передачи данных и основа для построения гибких телекоммуникационных инфраструктур операторов связи [1–5].

В рамках SDN архитектура сети строится на принципе логического разделения плоскостей управления и передачи, при котором функции принятия решений концентрируются в одном или нескольких SDN‑контроллерах, взаимодействующих с сетевыми коммутаторами по специализированным протоколам, таким как OpenFlow. NFV, в свою очередь, предполагает перенос традиционных аппаратных сетевых функций (маршрутизаторов, брандмауэров, балансировщиков нагрузки и др.) в виртуализированную среду с управлением и оркестрацией посредством подсистемы NFV‑MANO, что позволяет динамически размещать и масштабировать сетевые функции, включая функции безопасности. Подобный переход, с одной стороны, расширяет возможности операторов по управлению качеством обслуживания и внедрению новых сервисов, с другой стороны — формирует новые классы архитектурных и эксплуатационных уязвимостей, связанных с концентрацией логики управления и открытостью интерфейсов программирования сети [1–5].

В современной научной литературе зарубежные авторы отмечают широкий спектр угроз для архитектуры SDN, включая атаки на SDN‑контроллер, подмену правил обработки трафика и злоупотребление открытыми интерфейсами, и предлагают различные таксономии угроз и подходы к их смягчению. Аналогично, исследования по безопасности NFV в контексте сетей пятого поколения демонстрируют необходимость учёта многоуровневой структуры угроз, охватывающей виртуализированную инфраструктуру, уровни управления и оркестрации, а также взаимодействие виртуальных сетевых функций между собой. В российской научной и учебной базе уже накоплен опыт описания преимуществ виртуализации сетевых функций и программно‑конфигурируемых сетей, включая вопросы внедрения средств безопасности в виртуализированной среде и особенности моделирования поведения SDN‑компонентов, что создаёт основу для более детального анализа факторов уязвимости плоскости управления [1, 3–6].

При этом остаётся недостаточно проработанным комплексный взгляд на архитектурные и эксплуатационные факторы уязвимости именно плоскости управления в SDN/NFV‑телеком‑сетях, функционирующих в масштабах операторской инфраструктуры и интегрированных с ядром 5G/6G. Учитывая, что плоскость управления в таких сетях выступает «мозгом» системы и определяет правила маршрутизации, политики безопасности и цепочки сервисов, её компрометация или нарушение работоспособности потенциально приводит к массовым отказам и серьёзным инцидентам в критически важных сервисах связи. В этой связи актуальной научной задачей является систематизация и анализ архитектурных решений и эксплуатационных практик, определяющих уязвимость плоскости управления, а также обзор современных подходов к её защите с позиций телекоммуникационных сетей нового поколения [1, 2, 4, 7].

В программно‑определяемых сетях (SDN) плоскость управления выделяется в отдельный логический слой, представленный одним или несколькими SDN‑контроллерами, которые принимают решения о маршрутизации и политике обработки трафика, а также формируют соответствующие правила для сетевых коммутаторов. В специализированной литературе подчёркивается, что именно наличие централизованного или иерархического контроллера, управляющего «глупыми» коммутаторами, является ключевой характеристикой SDN‑подхода и отличает его от традиционных распределённых протоколов маршрутизации. В учебных пособиях по программно‑конфигурируемым сетям и протоколу OpenFlow детально описывается структура взаимодействия между контроллером и коммутаторами, а также особенности формирования и обновления таблиц потоков на основе политик, заданных на уровне приложений [1, 2].

Виртуализация сетевых функций (NFV) дополняет SDN, предлагая перенос сетевых функций, ранее реализуемых на специализированном аппаратном обеспечении, в программную среду на основе виртуальных машин или контейнеров, управляемых подсистемой NFV‑MANO (Management and Orchestration). В отчётах профильных организаций и научных обзорах NFV‑архитектура описывается как многоуровневая система, включающая виртуализированную инфраструктуру, уровень виртуальных сетевых функций и уровень управления и оркестрации, на котором принимаются решения о размещении, масштабировании и связности сетевых сервисов. В отечественных публикациях подчёркивается, что использование NFV позволяет создавать динамические цепочки сервисов безопасности (service function chaining), включающие виртуальные межсетевые экраны, системы обнаружения вторжений и другие элементы, что расширяет возможности по адаптивному реагированию на угрозы [2–5].

В телекоммуникационных сетях нового поколения плоскость управления формируется на пересечении SDN‑контроллеров, NFV‑MANO и специфических компонент ядра сетей пятого и шестого поколений (5G/6G), включающих функции управления доступом, срезами сети и качеством обслуживания. В аналитических работах по безопасности 5G‑NFV подчёркивается, что именно интеграция этих подсистем, объединённых через множество открытых интерфейсов и API, формирует сложную совокупную плоскость управления, от корректной и защищённой работы которой зависит функционирование критически важных телеком‑сервисов [5–7].

Анализ архитектуры SDN/NFV‑телеком‑сетей показывает, что ряд принципиальных решений, обеспечивающих гибкость и расширяемость, одновременно создаёт специфические уязвимости плоскости управления. Одним из ключевых факторов является централизация логики управления в контроллерах и оркестраторах, которые становятся высокоценными целями для злоумышленников: успешная атака на такой компонент может привести к глобальному нарушению маршрутизации, изменению политик безопасности или полному отказу сети. В обзорах безопасности SDN подчёркивается, что компрометация контроллера позволяет атакующему манипулировать правилами обработки трафика, перенаправляя потоки через подконтрольные узлы или создавая условия для скрытого перехвата данных [1, 6, 8].

Вторым значимым архитектурным фактором выступает широкое использование открытых интерфейсов и прикладных программных интерфейсов (API) для взаимодействия между компонентами плоскости управления и приложениями. В ряде работ отмечается, что наличие API само по себе не делает сеть программно‑определяемой, однако существенно повышает её управляемость и одновременно открывает дополнительные векторы атаки, связанные с подделкой или злоупотреблением запросами к интерфейсам управления. Разнообразие реализаций северных (northbound) и южных (southbound) интерфейсов, а также взаимодействие между контроллерами разных доменов (east-west) создают сложную поверхность атаки, затрудняющую формализацию и верификацию политик безопасности [2, 3, 5, 6, 8].

Третьим архитектурным фактором уязвимости является динамическая природа размещения и цепочек виртуализированных сетевых функций, особенно в контексте многоарендных и мульти‑доменных сред. В отчётах и обзорах по безопасности NFV подчёркивается, что миграция виртуальных функций, автоматическое масштабирование и построение динамических сервисных цепочек приводят к постоянным изменениям конфигурации плоскости управления, повышая вероятность ошибок и некорректных состояний, которые могут быть использованы злоумышленником. При этом в отечественных работах, посвящённых виртуализации сетевых функций и моделированию поведения SDN‑компонентов, отмечается, что подобная гибкость требует тщательной проработки моделей угроз и процедур контроля целостности конфигураций на уровне операторской сети [2, 3, 5].

Помимо архитектурных особенностей, существенную роль в формировании уязвимости плоскости управления играют эксплуатационные факторы, связанные с практикой внедрения и сопровождения SDN/NFV‑решений у операторов связи. Аналитические отчёты по безопасности мобильных сетей указывают на высокую сложность конфигурации и обновления программных компонентов плоскости управления, а также на необходимость строгого разграничения прав доступа к системам управления и оркестрации, что далеко не всегда реализуется в полной мере. Недостаточная зрелость процессов управления уязвимостями, отсутствия регулярной проверки настроек и слабые процедуры журналирования действий администраторов усиливают риск успешной эксплуатации ошибок конфигурации и учётных записей [3, 7].

Отдельное место среди эксплуатационных факторов занимает нагрузка на плоскость управления, обусловленная высокой интенсивностью событий и запросов в крупных SDN/NFV‑телеком‑сетях. В работах, посвящённых анализу очередей в программно‑конфигурируемых сетях, демонстрируется, что характеристики очередей типа G/G/1 на критических компонентах, таких как контроллеры и инструменты управления, напрямую влияют на задержки принятия решений и устойчивость системы к перегрузкам. Эти результаты позволяют утверждать, что атаки отказа в обслуживании (DoS/DDoS), направленные на плоскость управления, могут использователь не только сетевые, но и ресурсные особенности SDN/NFV‑архитектуры, вызывая деградацию качества обслуживания и потерю управляемости сетью [2, 5, 8, 9].

Дополнительными эксплуатационными факторами выступают мультивендорный характер телеком‑инфраструктуры, необходимость интеграции решений различных производителей и ограниченный уровень автоматизации процедур безопасности. В международных исследованиях подчёркивается, что неоднородность программно‑аппаратной среды и различия в реализации интерфейсов управления усложняют единообразное внедрение механизмов аутентификации, авторизации и контроля целостности на уровне плоскости управления. В результате операторам связи приходится сочетать различные подходы и инструменты, что повышает вероятность конфигурационных ошибок и появления «серых зон» безопасности в комплексной SDN/NFV‑инфраструктуре [3, 5–7].

Синтез архитектурных и эксплуатационных факторов позволяет выделить несколько основных классов угроз, нацеленных непосредственно на плоскость управления в SDN/NFV‑телеком‑сетях. К числу ключевых относятся атаки на SDN‑контроллер, включающие попытки его компрометации, внедрение вредоносных приложений управления, эксплуатацию уязвимостей в программном обеспечении и организованные перегрузки информационными событиями. Обзоры по безопасности SDN классифицируют подобные атаки по целям (нарушение целостности, конфиденциальности или доступности), а также по уровню воздействия (локальное вмешательство в отдельные правила или глобальное изменение политики маршрутизации) [1, 5, 8].

Следующей группой выступают атаки через уязвимые программные интерфейсы, используемые для взаимодействия приложений с контроллерами и оркестраторами, а также для связи между компонентами NFV‑MANO и виртуальными сетевыми функциями. В ряде исследований показано, что недостаточная аутентификация и авторизация запросов к API, отсутствие строгих моделей контроля доступа и отсутствие валидации входных данных приводят к возможности несанкционированного изменения конфигурации сети, создания обходных путей и скрытых каналов управления. В контексте телеком‑сетей нового поколения отдельное внимание уделяется атакам на механизмы управления сетевыми срезами (network slicing), при которых нарушитель может воздействовать на логически выделенные сегменты сети через общую плоскость управления и виртуализированную инфраструктуру [3, 5, 6].

Таким образом, совокупность архитектурных и эксплуатационных факторов формирует сложный ландшафт угроз для плоскости управления в SDN/NFV‑телеком‑сетях, требующий комплексного подхода к разработке и внедрению механизмов защиты как на уровне проектирования архитектуры, так и на уровне практики эксплуатации. На этом фоне особую актуальность приобретает анализ современных подходов к защите плоскости управления, включающих механизмы аутентификации и авторизации, изоляции и сегментации, повышения устойчивости и автоматизированного мониторинга.

Связь основных архитектурных и эксплуатационных факторов уязвимости плоскости управления с соответствующими подходами к их защите представлена в таблице 1.

Таблица 1

Факторы уязвимости и подходы к защите

Проведённый обзор архитектуры и практики эксплуатации SDN/NFV‑телеком‑сетей показывает, что плоскость управления выступает критическим элементом, определяющим устойчивость и безопасность операторской инфраструктуры в условиях перехода к сетям пятого и шестого поколения. Централизация логики принятия решений в SDN‑контроллерах и подсистемах NFV‑MANO, широкое использование открытых программных интерфейсов и динамическая оркестрация виртуализированных сетевых функций одновременно обеспечивают высокую гибкость управления и формируют новые классы уязвимостей, которые отсутствовали в традиционных телекоммуникационных архитектурах [1–4].

Анализ архитектурных факторов уязвимости показал, что именно организация централизованного или иерархического управления, мульти‑доменные сценарии взаимодействия и сложность конфигураций цепочек сервисов безопасности создают условия для атак на плоскость управления, способных приводить к массовым отказам, нарушению маршрутизации и компрометации политик безопасности. Эксплуатационные факторы, включая высокую нагрузку на управляющие компоненты, мультивендорный характер инфраструктуры и недостаточную зрелость процессов управления доступом и уязвимостями, усиливают риск успешной эксплуатации ошибок конфигурации и программных уязвимостей в SDN/NFV‑среде.

Систематизация угроз и типовых атак показала, что наибольшую опасность для плоскости управления представляют компрометация контроллеров и оркестраторов, злоупотребление уязвимыми API и воздействие на механизмы управления виртуализированными сетевыми функциями и сетевыми срезами, особенно в контексте 5G/6G‑сетей. Современные подходы к защите плоскости управления, включающие механизмы аутентификации и авторизации, логическую изоляцию и сегментацию, резервирование и верификацию политик, а также применение методов мониторинга и обнаружения аномалий, позволяют существенно снизить уровень риска, однако не устраняют фундаментальных проблем, связанных со сложностью архитектуры и неоднородностью реализаций.

Полученные результаты свидетельствуют о необходимости дальнейших исследований, направленных на разработку формальных моделей угроз для комплексных SDN/NFV‑телеком‑архитектур, методов верификации и согласования политик безопасности в мульти‑доменных средах, а также интеграции средств автоматизированного анализа и мониторинга плоскости управления на основе современных методов обработки данных и искусственного интеллекта. Особый интерес представляют работы, ориентированные на практическую применимость в условиях операторских сетей, учёт требований нормативных документов и стандартизирующих организаций, а также адаптацию предложенных подходов к реальным эксплуатационным ограничениям, выявленным в отечественных и зарубежных исследованиях по безопасности SDN и виртуализации сетевых функций.

Литература:

1. Никитин С. В., Лоборчук А. А. Программно‑конфигурируемые сети как новый этап развития сетей передачи данных // Техника средств связи. — 2023. — № 1 (161).
2. Довгаль В. А., Довгаль Д. В. Обеспечение безопасности с помощью виртуализации сетевых функций // Вестник Адыгейского государственного университета. Серия 4: Естественно-математические и технические науки. — 2018. — № 2 (221).
3. Программно‑конфигурируемые сети SDN. Протокол OPENFLOW: учебное пособие / Б. С. Гольдштейн, В. С. Елагин, А. А. Зарубин, А. Е. Селиванов. — Санкт‑Петербург: СПбГУТ им. М. А. Бонч‑Бруевича, 2018. — 47 с.
4. Эделман Д., Лоу С. С., Осуолт М. Автоматизация программируемых сетей: руководство / пер. с англ. А. В. Снастина. — Москва: ДМК Пресс, 2019. — 616 с. — ISBN 978‑5‑97060‑699‑5.
5. Kreutz D., Ramos F., Verissimo P. et al. A Survey of the Main Security Issues and Solutions for the SDN Architecture // IEEE Communications Surveys & Tutorials. — 2015.
6. Taleb T., Ksentini A., Bagaa M. NFV Security Survey in 5G Networks: A Three‑Dimensional Threat Taxonomy // Computer Networks. — 2021.
7. ENISA. NFV Security in 5G: Challenges and Best Practices. — ENISA Report. — 2020.
8. Yeganeh S., Tootoonchian A., Ganjali Y. SDN Control Plane Security: Attacks and Mitigation Techniques // Proc. ACM conference. — 2021.
9. Буранова М. А., Карташевский В. Г. Анализ очереди типа G/G/1 для программно‑конфигурируемых сетей на основе OpenFlow // T‑Comm. — 2022. — № 4.