Tổng quan

Mạng khả lập trình (Software-Defined Network, SDN) là một công nghệ mạng mới, ra đời vào đầu thế kỷ 21, và được xem như một sự cải tiến, cách mạng cho công nghệ mạng truyền thống. SDN ban đầu được xác định bởi: i. Sự tách tầng điều khiển (quyết định cách lưu lượng được xử lý) khỏi tầng dữ liệu (chuyển tiếp lưu lượng dựa trên sự quyết định của tầng điều khiển); ii. Sự hợp nhất tầng điều khiển về mặt logic, cho phép hệ thống điều khiển tác động lên nhiều thiết bị thuộc tầng dữ liệu thông qua các API.

Sự hợp nhất tầng điều khiến SDN về mặt logic có một số điểm sau cần cân nhắc: i. một bộ điều khiển SDN cho toàn mạng đồng nghĩa nó là điểm chịu lỗi duy nhất của hệ thống; ii. bộ điều khiển duy nhất cho một mạng lớn dễ bị quá tải trước số lượng yêu cầu lớn, khiến nó trở thành nút cổ chai trong hệ thống mạng.

Khoá luận tập trung giải quyết vấn đề kết nối giữa nhiều vùng địa lý, sử dụng bộ điều khiển µONOS (Micro-ONOS). Đây là bộ điều khiển mới, cho phép sử dụng các giao diện điều khiển và cấu hình mạng mới (chẳng hạn, P4/P4Runtime, gNMI/OpenConfig, gNOI,. . . ), cũng như kiến trúc vi dịch vụ.

Để tăng tính phân tán của hệ thống, khóa luận đề xuất việc triển khai giao diện liên cụm cho mạng khả lập trình trên các nền tảng điều phối vi dịch vụ. Phương pháp tập trung vào việc hợp nhất đầu vào các không gian lưu trữ thuộc hai miền mạng, nhân bản và phân bố đều lưu lượng mạng từ các dịch vụ điều khiển đến các không gian lưu trữ này. Tác giả dự kiến cơ sở thông tin mạng giữa hai cụm sẽ được đồng bộ, và các hệ thống điều khiển mạng trên các cụm có thể nhìn thấy vùng mạng của nhau. Thông qua đánh giá từ mô hình này, tác giả đưa ra các đề xuất và hướng phát triển tiếp theo cho đề tài.

Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu

• Hiểu và áp dụng thuật toán về đồng thuận dữ liệu, các thành phần mạng máy
  tính và SDN.
• Xây dựng mô hình trao đổi dữ liệu giữa các miền địa lý.
• Triển khai SDN với bộ điều khiển thế hệ mới µONOS, kết hợp sử dụng công
  nghệ kubernetes.

Phạm vi nghiên cứu: Trao đổi dữ liệu giữa hai hệ thống thuộc tầng điều khiển SDN đặt ở hai vị trí địa lý khác nhau. Xây dựng tầng điều khiển tập trung về logic và phân tán về vật lý.

Mô hình đề xuất

Khóa luận tập trung vào tầng điều khiển SDN với hai thành phần thực hiện hai chức năng chính: điều khiển và lưu trữ. Tầng dữ liệu (gồm hạ tầng các thiết bị mạng) sẽ chỉ được sử dụng làm môi trường mạng cho việc kiểm thử

Mô hình triển khai hệ thống trên tầng điều khiển gồm các thành phần chính sau:

• Hệ thống lưu trữ: Với mỗi vùng địa lý, một hệ cơ sở dữ liệu phi quan hệ và phân tán được triển khai. Hệ cơ sở này lưu trữ các thông tin của bộ điều khiển mạng cũng như hạ tầng mạng nó điều khiển.
• Bộ điều khiển SDN: Thành phần này trực tiếp tham gia vào quá trình quan sát và cấu hình hạ tầng mạng phía dưới
• Nền tảng điều phối vi dịch vụ: Trong mỗi vùng địa lý, các thành phần của bộ điều khiển mạng và bộ lưu trữ được triển khai dưới dạng các vi dịch vụ, mỗi vi dịch vụ được cấu tạo từ một hoặc nhiều container. Các vi dịch vụ này được gom thành một cụm và được quản lý trong cùng nền tảng điều phối dịch vụ.
• Giao diện mạng liên cụm và lưới dịch vụ: Mặc định, các vùng địa lý với các mạng khác nhau không thể tự động giao tiêp với nhau. Do đó, ta cần triển khai giao diện mạng liên cụm nhằm định tuyến giữa các cụm. Đồng thời, lưới dịch vụ được triển khai lên các cụm nhằm ghép các dịch vụ thuộc hai cụm khác nhau thành một kênh chung, nơi dữ liệu có thể cùng lúc được gửi đến hai bộ lưu trữ.

Cấu trúc mạng được mô phỏng gồm hai mạng, mỗi mạng gồm 7 thiết bị được kết nối theo mạng lưới như hình 4.1. Các mạng kết nối với nhau qua ba đường chính.

Kết luận

Sự kết hợp giữa các phương thức kết nối liên miền và SDN đã giúp tăng khả năng bao phủ của hệ thống điều khiển, có thể áp dụng vào các mạng lớn hơn và phân tán về địa lý. Với cơ sở thông tin giữa các miền mạng được thống nhất, việc quan sát và quản lý các thiết bị từ xa đã trở nên thuận tiện hơn. Đồng thời, việc triển khai tầng điều khiển dưới dạng nhiều cụm vi dịch vụ giúp các cụm vẫn có thể hoạt động độc lập khi đường kết nối giữa các cụm gặp sự cố. Đồng thời, hệ thống mạng hoàn toàn có thể được điều khiển bởi cụm còn lại khi một trong hai cụm gặp sự cố.

Hiện tại, ngoài mạng đám mây và mạng trung tâm dữ liệu, SDN hiện còn đang được áp dụng vào các mô hình mạng nội bộ (cơ quan, trường học,…), cũng như các mạng vô tuyến riêng tư, với quy mô và độ phân tán tăng lên. Với mô hình bộ điều khiển đơn cụm, việc tầng điều khiển gặp sự cố hoàn toàn có thể khiến toàn bộ cụm không thể hoạt động. Đây chính là lý do mô hình lớp điều khiển với nhiều cụm nên được sử dụng.