Development of an automation algorithm for restoring the operational capability of information and communication networks

Abstract

The aim of this study was to develop and evaluate the effectiveness of an algorithm for the automated recovery of network nodes in information and communication networks using virtualisation and automation tools. An analysis of existing approaches to network equipment redundancy, in particular the Virtual Router Redundancy Protocol and Hot Standby Router Protocol, was conducted, and their key limitations were identified: the inability to restore the router to its full functional state, limited scalability, and reliance on the human factor. It was determined that the average time for manual restoration of network nodes ranges 10 minutes to 1 hour or more, depending on many factors and conditions. A comparative analysis of modern configuration management tools, including Ansible, Puppet, Chef, and SaltStack, was conducted. The analysis results justified the choice of Ansible, a specialised automation tool, due to its agentless architecture, use of the secure Secure Shell protocol, and “PUSH” data transfer model, which provided instant responses without prior configuration of target nodes. An algorithm for automated deployment of a virtual router analogue in the Proxmox VE hypervisor environment, when the special Zabbix monitoring software detects a physical equipment failure, has been developed. Centralised management of the recovery process has been implemented via the Jenkins automation server, which receives WebHook signals Zabbix and initiates the execution of Ansible scripts. The algorithm included sequential stages: failure detection, creation of a new virtual machine, application of the current configuration the backup storage, and verification of the health of the restored node. To quantify effectiveness, an additive time model and a recovery-acceleration intensity coefficient were applied. It was found that the proposed automated algorithm reduces the network recovery time by 8,5 times compared to the manual method 30-60 minutes to 3-4 minutes. The proposed algorithm was applicable as a supplementary redundancy layer within existing information and communication networks for military and civilian purposes, requiring no substantial changes to the current infrastructure.

Метою дослідження були розробка та оцінка ефективності алгоритму автоматизованого відновлення мережевих вузлів в інформаційно комунікаційних мережах засобами віртуалізації та інструментами автоматизації. Було проведено аналіз наявних підходів до резервування мережевого обладнання, зокрема протоколів Virtual Router Redundancy Protocol та Hot Standby Router Protocol, та встановлено їх ключові обмеження: неможливість відновлення повного функціонального стану маршрутизатора, відсутність масштабованості та залежність від людського фактору. Визначено, що середній час ручного відновлення мережевих вузлів становить від 10 хвилин до однієї години та більше, в залежності від багатьох факторів та умов. Проведено порівняльний аналіз сучасних інструментів конфігураційного управління таких як: Ansible, Puppet, Chef та SaltStack. За результатами аналізу було обґрунтовано вибір спеціального програмного забезпечення автоматизації Ansible завдяки її безагентній архітектурі, використанню захищеного Secure Shell-протоколу та моделі передачі даних “PUSH”, що забезпечує миттєве реагування без попереднього налаштування цільових вузлів. Розроблено алгоритм автоматизованого розгортання віртуального аналога маршрутизатора в середовищі гіпервізора Proxmox VE при виявленні відмови фізичного обладнання спеціальним програмним забезпеченням моніторингу Zabbix. Реалізовано централізоване управління процесом відновлення через сервер автоматизації Jenkins, який отримує WebHook-сигнали від Zabbix та ініціює виконання Ansible-сценаріїв. Алгоритм включає послідовні етапи: виявлення відмови, створення нової віртуальної машини, застосування актуальної конфігурації з резервного сховища та перевірку працездатності відновленого вузла. Для кількісної оцінки ефективності застосовано адитивну часову модель та коефіцієнт інтенсивності прискорення відновлення. Встановлено, що запропонований автоматизований алгоритм дозволяє скоротити час відновлення мережі у 9 разів порівняно з ручним методом з 30-60 хвилин до 3-4 хвилин. Досліджуваний алгоритм може бути використаний як додатковий рівень резервування в існуючих ІКМ військового та цивільного призначення без суттєвої модифікації наявної інфраструктури.