Sử dụng công nghệ SD WAN để cải thiện chất lượng truyền tải trong hệ thống mạng thế hệ mới (tt)

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ VÕ NGỌC TIẾN SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ SD-WAN ĐỂ CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG TRUYỀN TẢI TRONG HỆ THỐNG MẠNG THẾ HỆ MỚI Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Mã số: 8520203 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Đà Nẵng – Năm 2022 THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội Cơng trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: TS Tăng Anh Tuấn Phản biện 1: TS Hồ Phước Tiến Phản biện 2: TS Trần Thế Sơn Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật Điện tử họp Trường Đại học Bách khoa vào ngày 15 tháng năm 2022 Có thể tìm hiểu luận văn tại: − Trung tâm Học liệu Truyền thông, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN − Thư viện Khoa Điện tử Viễn thông, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Là phương tiện truyền dẫn quan trọng Internet, mạng diện rộng (WAN – Wide Area Network), ví dụ mạng liên trung tâm liệu, mạng doanh nghiệp mạng truyền tải, trở thành sở hạ tầng quan trọng xã hội thơng tin Ngày nay, mở rộng nhanh chóng mạng lưới xuất ứng dụng, yêu cầu hoạt động cần đáp ứng làm gia tăng thêm đòi hỏi ngày lớn mạng WAN Ví dụ, nhà cung cấp dịch vụ video trực tiếp yêu cầu độ trễ từ người phát sóng đến người xem phải nhỏ vài chục ms; mong muốn cung cấp kênh truyền khách hàng vịng vài ngày Do chi phí xây dựng, quản lý xử lý lỗi mạng WAN cao mạng diện rộng truyền thống gặp khó việc nâng cấp mạng nên việc xây dựng mạng diện rộng với thiết kế cần thiết Mặc dù công nghệ Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS - Multiprotocol Label Switching) mạng WAN đảm bảo Chất lượng dịch vụ (QoS – Quality of Service), đưa số thách thức, chẳng hạn chi phí băng thơng cao, khơng thể triển khai cấu hình tập trung, thời gian cần thiết để chuyển đổi/nâng cấp mạng hữu Trong đó, vai trị quan trọng tính điều khiển lưu lượng (TE – Traffic Engineering) mạng SD-WAN hỗ trợ, nhiều ưu điểm bật mạng WAN truyền thống giúp cải thiện lưu lượng truyền tải tốt mạng doanh nghiệp là: hỗ trợ tự động cập nhật theo thông tin hệ thống toàn mạng xuyên suốt theo thời gian thực, thay đổi, cấu hình TE đáp ứng mục đích cách THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội dễ dàng nhanh chóng, lựa chọn tuyến đường tối ưu cho dịch vụ theo mức thông số truyền tải mong muốn: độ trễ, độ gói, thơng lượng Do vậy, đề tài tập trung nghiên cứu, so sánh đề xuất thuật toán giúp cải thiện chất lượng truyền tải mạng SDWAN MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu đánh giá hiệu năng, lợi ích mang lại mạng SD-WAN việc triển khai ứng dụng truyền tải dịch vụ công ty, doanh nghiệp, thiết kế để cung cấp giải pháp thay cho mạng WAN dựa MPLS truyền thống - Nghiên cứu xây dựng môi trường giả lập mạng SDWAN áp dụng cho nghiên cứu triển khai ứng dụng thực tế - Nghiên cứu, so sánh đề xuất thuật toán giúp cải thiện chất lượng truyền tải mạng SD-WAN, xây dựng thử nghiệm đánh giá hiệu ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu - Mạng định nghĩa phần mềm (SDN - SoftwareDefined Networking) - Mạng diện rộng (WAN) - Mạng diện rộng định nghĩa phần mềm (SD-WAN) - Kỹ thuật lưu lượng (TE - Traffic Engineering) THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội - Giải pháp mô mạng từ nhà cung cấp SD-WAN Phạm vi nghiên cứu - Cách thức triển khai xây dựng chế hoạt động mạng diện rộng định nghĩa phần mềm (SD-WAN) - Các thông số mạng lưới liên quan đến chất lượng truyền tải dịch vụ mạng doanh nghiệp - o Độ gói (packet loss) o Độ trễ (latency) o Thơng lượng (throughput) Thuật tốn xây dựng chế điều khiển lưu lượng giúp cải thiện chất lượng truyền tải dịch vụ mạng SDWAN PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phương pháp luận luận văn kết hợp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực tiễn để làm rõ nội dung đề tài Cụ thể sau: - Nghiên cứu yếu tố kỹ thuật liên quan đến chất lượng truyền tải dịch vụ mạng SD-WAN - Xem xét đề tài nghiên cứu liên quan, so sánh đánh giá ưu điểm, khuyết điểm phương pháp điều khiển lưu lượng - Đề xuất thuật toán xây dựng kỹ thuật điều khiển lưu lượng dựa ngôn ngữ lập trình giao thức truyền tải IP - Thiết kế, giả lập mơ hình truyền tải mạng doanh nghiệp áp dụng công nghệ SD-WAN phù hợp để thử nghiệm THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội - Đánh giá kết thực phần mềm mô GNS3, Fortigate Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Ý nghĩa khoa học: Từ thông số liên quan đến truyền tải lưu lượng thực tế mạng SD-WAN độ trễ, tỷ lệ gói, thông lượng, đề tài đề xuất phương pháp điều khiển lưu lượng giúp cải thiện chất lượng dịch vụ khách hàng dựa thông số này, xây dựng thuật tốn thử nghiệm mơ hình giả lập mạng Từ kết thử nghiệm, đề tài đưa đánh giá kết luận có ý nghĩa khoa học lĩnh vực truyền tải lưu lượng mạng SDWAN Ý nghĩa thực tiễn: Kết đề tài có khả làm sở, phương pháp áp dụng thiết kế điều khiển lưu lượng để cải thiện nâng cao chất lượng dịch vụ, truyền tải lưu lượng mạng SDWAN triển khai doanh nghiệp Bố cục luận văn gồm chương: Chương 1: Tổng quan mạng SD-WAN Chương 2: Đề xuất phương pháp điều khiển lưu lượng mạng SD-WAN Chương 3: Xây dựng thuật toán phương pháp điều khiển lưu lượng Chương 4: Kết thực đánh giá hiệu THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội CHƯƠNG - TỔNG QUAN VỀ MẠNG SD-WAN 1.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 1.2 KIẾN TRÚC MẠNG SD-WAN Mạng diện rộng định nghĩa phần mềm (SD-WAN) cách tiếp cận tự động, có lập trình để quản lý kết nối mạng doanh nghiệp chi phí mạng Nó mở rộng mạng phần mềm xác định (SDN) thành ứng dụng mà doanh nghiệp sử dụng để nhanh chóng tạo mạng WAN kết hợp thông minh Bao gồm IP VPN cấp doanh nghiệp, Internet băng thông rộng dịch vụ không dây, SD-WAN cho phép bạn quản lý ứng dụng cách hiệu chi phí, đặc biệt đám mây Lưu lượng chuyển tiếp tự động động qua đường dẫn WAN phù hợp hiệu dựa điều kiện mạng, bảo mật lưu lượng ứng dụng yêu cầu chất lượng dịch vụ (QoS) chi phí mạng Bạn đặt sách định tuyến Với SD-WAN, tổ chức cung cấp ứng dụng nhanh nhạy hơn, dễ dự đoán với chi phí thấp thời gian ngắn so với dịch vụ MPLS quản lý mà doanh nghiệp sử dụng theo cách truyền thống Việc thiết lập mở rộng mạng nhanh chóng, triển khai khu vực vài phút; tận dụng dịch vụ liệu có sẵn MPLS, truy cập Internet chuyên dụng (DIA), băng thông rộng FTTH không dây 4G/5G; cấu hình lại khu vực [1] SD-WAN thực mạng thiết bị SDWAN kết nối đường hầm mã hóa Mỗi thiết bị SD-WAN kết nối với tập hợp dịch vụ mạng (thường THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội MPLS số dịch vụ Internet) giám sát tính khả dụng hiệu suất dịch vụ Lưu lượng truy cập đến thiết bị SDWAN phân loại dựa ứng dụng ưu tiên sử dụng tập hợp ưu tiên quản lý tập trung trước gửi qua liên kết mạng tốt có [2] (a) (b) Hình 1.1: Chuyển đổi từ mạng WAN truyền thống (a) sang mạng SD-WAN (b) [3] THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 1.2.1 Kiến trúc logic 1.2.2 Kiến trúc vật lý 1.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠNG SD-WAN 1.4 ƯU ĐIỂM CỦA MẠNG SD-WAN 1.4.1 Ưu điểm công nghệ mạng SD-WAN 1.4.2 Ưu điểm mạng SD-WAN so sánh với MPLS 1.4.3 Ưu điểm mạng SD-WAN so sánh với public internet 1.4.4 Ưu điểm mạng SD-WAN so sánh với Internet-based VPN 1.5 CÁC GIẢI PHÁP TRIỂN KHAI MẠNG SD-WAN HIỆN NAY 1.5.1 Managed SD-WAN 1.5.2 SD-WAN as a Network-as-a-Service (NaaS) 1.5.3 Do-It-Yourself (DIY) SD-WAN 1.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội CHƯƠNG - ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG TRONG MẠNG SD-WAN 2.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 2.2 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG TRONG MẠNG SD-WAN Điều khiển lưu lượng đề cập đến trình chọn đường dẫn mà lưu lượng truy cập truyền tải qua mạng Kỹ thuật điều khiển lưu lượng sử dụng để đạt khả kiểm soát chi tiết luồng lưu lượng sử dụng tối ưu tất đường kết nối WAN có sẵn Kỹ thuật sử dụng liên kết truyền tải đơn nhiều liên kết truyền tải tùy thuộc vào yêu cầu mạng ứng dụng 2.3 PHÂN TÍCH THƠNG SỐ ẢNH HƯỞNG CHẤT LƯỢNG TRUYỀN TẢI DỊCH VỤ 2.3.1 Thông số liên quan đến đường truyền 2.3.1.1 Độ trễ Độ trễ đặc trưng cho tốc độ gói tin: thường đo thời gian (round-trip time - RTT), thời gian để gói gửi từ điểm A đến đích B sau quay trở lại A RTT cho ví dụ đo cách sử dụng lệnh ping định tuyến: lệnh gửi gói Internet Control Protocol (ICMP) đến địa đích định RTT suy từ gói tin phản hồi nhận lại 2.3.1.2 Độ biến thiên trễ Vì độ biến thiên trễ (jitter) hình thành từ độ trễ gói tin nên ưu tiên xem xét giá trị độ trễ trước tiên THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 11 số hướng kết nối WAN đến đích dịch vụ mong muốn cần sử dụng độ trễ, độ gói tin, thơng lượng Giao thức kết nối truy xuất liệu chương trình tới thiết bị SD-WAN Controller sử dụng Application Programming Interface - API API tập hợp quy trình, giao thức cơng cụ để xây dựng ứng dụng phần mềm, quy định cách thành phần phần mềm tương tác chia sẻ thông tin với API tạo điều kiện giao tiếp máy khách máy chủ Máy khách ứng dụng tập lệnh Python ứng dụng giao diện người dùng web máy chủ thiết bị mạng điều khiển Ở máy chủ SD-WAN Controller máy khách chương trình Advanced Routing sử dụng tập lệnh Python Tập hợp liệu gửi đến mô-đun Quyết định đường (Decision Making) để tính tốn theo thuật tốn nhằm đưa đường tối ưu theo nhu cầu sử dụng Tiếp theo, chương trình sử dụng giao thức API để gửi yêu cầu thực thi sách mong muốn dựa theo Flow Rule tới thiết bị SD-WAN Controller ➢ SD-WAN Controller nhận thông tin yêu cầu thay đổi Flow Rule áp dụng vào Chính sách (policy) để định tuyến lưu lượng qua hướng kết nối WAN mong muốn từ chương trình Advanced Routing Như vậy, khách hàng định tuyến chuyển tiếp gói tin theo yêu cầu chất lượng dịch vụ tới đích mong muốn 2.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 12 CHƯƠNG - XÂY DỰNG CÁC THUẬT TOÁN TRONG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG 3.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG Trong luận văn này, loại thuật tốn TE đề xuất với mục đích cải thiện hiệu suất mạng dựa SD-WAN tính khả dụng dịch vụ Trước tiên, luận văn đánh giá hiệu suất thuật toán TE mặc định hệ thống Sau đó, áp dụng thuật tốn Ngưỡng cứng (Hard Thresholding) Trung bình trượt (Moving Average) để giải hạn chế tồn cải thiện so với thuật tốn mặc định Ngồi ra, tơi có đề xuất sử dụng mơ hình SARIMA (Seasonal Autoregressive Integrated Moving Average) dự báo lưu lượng kết nối WAN nhằm mục đích dự đốn thời điểm xảy nghẽn hệ thống mạng để xử lý tính tốn kế hoạch cho việc nâng cấp, mở rộng mạng lưới tương lai 3.2 CÁC THUẬT TOÁN TRONG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG 3.2.1 Các thuật toán mặc định hệ thống SD-WAN 3.2.1.1 Cân tải kết nối WAN 3.2.1.2 Lựa chọn đường theo ngưỡng độ trễ/mất gói/ cấu hình 3.2.1.3 Lựa chọn đường theo kết nối có giá trị độ trễ/mất gói tốt 3.2.2 Các thuật tốn Advanced Routing 3.2.2.1 Ngưỡng cứng (Hard Thresholding) Đầu tiên, ta định khoản thời gian ban đầu để hệ thống Advanced Routing thu thập liệu quan sát độ trễ, gói, thơng THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 13 lượng tất kết nối WAN từ mạng SD-WAN tính tốn giá trị trung bình độ trễ/độ gói để thiết lập giá trị ngưỡng độ trễ/độ gói cho hệ thống Sau đó, với chu kỳ thời gian thiết lập từ người quản trị, giá trị trung bình kết nối WAN tính tốn lại so sánh với ngưỡng WAN có độ trễ/mất gói nhỏ ngưỡng chọn làm đường đi, cụ thể yêu cầu thuật toán sau: • Tự động tính tốn thiết lập giá trị ngưỡng hệ thống độ trễ/độ gói cho hệ thống • Lưu lượng san tải qua WAN có giá trị độ trễ/độ gói thấp (hoặc bằng) mức ngưỡng hệ thống Nếu khơng có kết nối WAN thỏa điều kiện trên, tùy chọn san tải kết nối WAN chọn WAN có độ trễ/độ gói thấp • Thơng lượng WAN chọn đạt tới mức nghẽn (mặc định cấu hình 90% băng thơng WAN) lưu lượng tự động san tải sang kết nối cịn lại Ngồi ra, thuật tốn cịn có lựa chọn kết hợp mức độ ưu tiên theo độ trễ độ gói theo u cầu: • Lưu lượng san tải qua WAN phải đồng thời vừa có độ gói nhỏ (hoặc bằng) ngưỡng gói có độ trễ nhỏ (hoặc bằng) ngưỡng độ trễ hệ thống Nếu khơng có kết nối WAN thỏa điều kiện thì: - Lựa chọn 1: (nếu độ gói ưu tiên hơn) WAN có độ gói nhỏ chọn làm tuyến đường Nếu có nhiều kết nối WAN giá trị độ gói kết nối WAN có độ trễ nhỏ THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 14 chọn - Lựa chọn 2: (nếu độ trễ ưu tiên hơn) WAN có độ trễ nhỏ chọn Nếu có nhiều kết nối WAN giá trị độ trễ kết nối WAN có độ gói nhỏ chọn 3.2.2.2 Trung bình trượt (Moving Average) Đường trung bình trượt theo sau: Giá trị thời điểm (t) tính giá trị trung bình quan sát thô (t) trước thời điểm (t) Ví dụ: đường trung bình trượt theo sau có cửa sổ tính sau: Trail_MA(t) = mean(obs(t − 2), obs(t − 1), obs(t)) (3.1) Đường trung bình trượt sử dụng quan sát giá trị xảy sử dụng để dự báo chuỗi thời gian Đây loại đường trung bình mà tập trung vào thuật tốn Đầu tiên, ta định kích thước cửa sổ theo mặc định, cửa sổ theo sau “trailing window” tạo Khi cửa sổ tạo, lấy giá trị trung bình tập liệu biến đổi Từ đó, WAN có độ trễ/mất gói nhỏ chọn, cụ thể yêu cầu thuật tốn sau: • Tự động tính tốn độ trễ/độ gói theo thuật tốn Moving Average lựa chọn kết nối WAN có độ trễ/độ gói thấp làm tuyến đường • Lưu lượng san tải qua WAN có giá trị độ trễ/độ gói thấp • Thơng lượng WAN chọn đạt tới mức nghẽn (mặc THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 15 định cấu hình 90% băng thơng WAN) lưu lượng tự động san tải sang kết nối cịn lại Ngồi ra, thuật tốn cịn có lựa chọn kết hợp mức độ ưu tiên theo độ trễ độ gói theo yêu cầu: • Kết hợp mức độ ưu tiên theo độ trễ độ gói: - Lựa chọn 1: (nếu độ gói ưu tiên hơn) WAN có độ gói nhỏ chọn làm tuyến đường Nếu có nhiều kết nối WAN giá trị độ gói kết nối WAN có độ trễ nhỏ chọn - Lựa chọn 2: (nếu độ trễ ưu tiên hơn) WAN có độ trễ nhỏ chọn Nếu có nhiều kết nối WAN giá trị độ trễ kết nối WAN có độ gói nhỏ chọn 3.2.2.3 Mơ hình SARIMA Mơ hình SARIMA hay mơ hình ARIMA theo mùa Dự báo yêu cầu băng thông phần quan trọng thiết kế mạng lập kế hoạch đảm bảo an toàn vận hành khai thác dịch vụ Trong bối cảnh này, dự báo băng thông kịp thời xác hữu ích để lập kế hoạch tài nguyên mạng, mở rộng nâng cấp kịp thời để tránh tắc nghẽn suy giảm chất lượng dịch vụ QoS Cách tự nhiên để dự báo yêu cầu băng thông cho mạng phân tích xu hướng khứ áp dụng mơ hình tốn học thích hợp để dự đốn lưu lượng đạt mức cao vào thời điểm tương lai THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 16 a) Cơ sở lý thuyết Khi xử lý hiệu ứng theo mùa, sử dụng ARIMA theo mùa, ký hiệu ARIMA (p, d, q)(P, D, Q)s Ở đây, (p, d, q) tham số không theo mùa, (P, D, Q) theo định nghĩa áp dụng cho thành phần theo mùa chuỗi thời gian Thuật ngữ s chu kỳ chuỗi thời gian (ví dụ: 24 cho khoảng thời gian hàng ngày, 12 cho khoảng thời gian hàng năm, v.v.) Mô hình SARIMA biểu diễn bởi: b) Các bước triển khai Nhận dạng mơ hình Xác định giá trị (D, d, p, P, q, Q) Ước lượng tham số sử dụng phương pháp ước lượng cực đại hợp lý để ước lượng giá trị tham số AIC (tiêu chí thơng tin Akaike) số liệu cho biết mức độ tốt mô hình Giá trị nhỏ mơ hình tốt Kiểm định mơ hình Dự báo Dựa mơ hình lựa chọn thực dự báo giá trị tương lai liệu chuỗi thời gian theo mùa vụ, đưa khoảng tin cậy dự báo Giá trị tương lai dự báo cho thời điểm theo mùa/chu kỳ 3.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 17 CHƯƠNG – KẾT QUẢ THỰC HIỆN VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ 4.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 4.2 KẾT QUẢ THỰC HIỆN 4.2.1 Thiết lập môi trường lab Thiết lập mơ hình lab SD-WAN Hình 4.1 với nút mạng điều khiển kết nối WAN chạy thiết bị hãng Fortigate Chương trình Advanced Routing xây dựng ngôn ngữ Python chạy hệ thống máy chủ Server hoạt động 24/24h giúp thu thập thơng tin tình trạng mạng SD-WAN nơi xử lý để đưa định đường lưu lượng truyền tải lệnh thực thi tới thiết bị điều khiển SD-WAN Hình 4.1: Mơ hình cấu trúc lab SD-WAN Đối với thử nghiệm mơi trường lab cho hai thuật tốn Hard thresholding Moving Average, trước tiên tự đánh giá hiệu thuật tốn sau so sánh với hệ thống TE mặc định thiết bị SD-WAN Fortigate: san tải WAN (loadbalancing) lựa chọn theo đường có chất lượng tốt độ trễ/độ gói (Best Quality) Kết đo kiểm từ người dùng User_LAN1 công cụ ping thể hiển giá trị độ trễ/độ gói kết nối đến điểm đích cần đo qua hệ thống SD-WAN sử dụng thuật toán mặc định thiết bị Fortigate áp dụng THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 18 thuật toán Advanced Routing Riêng mơ hình SARIMA, mơi trường lab giới hạn giả lập lưu lượng người dùng thực tế thiết bị SD-WAN Fortigate khơng có tính dự báo lưu lượng để so sánh đối chiếu, nên tự đánh giá dựa vào liệu lưu lượng thực tế khách hàng thuê kênh WAN từ nhà cung cấp dịch vụ ISP VNPT 4.2.2 Kết với Ngưỡng cứng (Hard thresholding) Khởi tạo chương trình Advanced Routing với TE Hard thresholding, để truy vấn tính giá trị ngưỡng hệ thống ta tùy chọn cấu hình thời gian thu thập giá trị độ trễ/độ gói hướng WAN đưa giá trị ngưỡng tương ứng (span) Ví dụ với span = 10 sau chu kỳ interval = 5s tính giá trị độ trễ WAN so sánh với ngưỡng để cập nhật lại tuyến đường (a) (b) THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 19 (c) Hình 4.3: Độ trễ kết nối WAN (a), Độ trễ dùng TE mặc định (b), Độ trễ dùng Hardthresholding span = 10, interval = (c) (a) (b) (c) Hình 4.4 Độ gói kết nối WAN (a), Độ gói dùng TE mặc định hệ thống (b), Độ gói dùng Ngưỡng cứng (c) THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 20 Tương tự Hình 4.4 tỷ lệ gói, hệ thống sau áp dụng thuật toán Ngưỡng cứng giúp giảm tỷ lệ gói sử dụng hệ thống SD-WAN so sánh với hệ thống mặc định 4.2.3 Kết với Trung bình trượt (Moving Average) (a) (b) (c) Hình 4.7 Độ trễ kết nối WAN (a), Độ trễ dùng TE “Best Quality” (b), Độ trễ dùng Moving Average (c) Kết thử nghiệm độ gói đạt kết tương tự, lựa chọn đường tốt Trong tất trường hợp Hardthresholding Moving Average, kết nối chọn có khả bị nghẽn tất lưu lượng đổ dồn kết nối ưu tiên này, nên Advanced Routing tích hợp thêm tính giám sát lưu lượng vượt 90% THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 21 băng thông kết nối WAN (có thể tùy chỉnh mức nghẽn này) san tải lưu lượng qua kết nối khác, tránh ảnh hưởng dịch vụ 4.2.2 Kết với mơ hình SARIMA Do hạn chế môi trường lab việc giả lập lưu lượng người dùng tương tự hành vi người dùng thực tế nên sử dụng liệu lưu lượng lấy từ khách hàng thuê kênh WAN nhà cung cấp dịch vụ (ISP) VNPT làm liệu đầu vào để kiểm nghiệm mơ hình SARIMA Ngồi ra, hệ thống SD-WAN Fortigate khơng có tính dự báo lưu lượng tương lai nên đối chiếu kết kiểm nghiệm Vì thế, tơi tự đánh giá tính hiệu mơ hình SARIMA từ liệu đầu vào Thu thập liệu Tập liệu lưu lượng truyền tải qua kết nối WAN lấy thực tế từ khách hàng thuê kênh WAN từ nhà cung cấp dịch vụ ISP VNPT để làm liệu đầu vào kiểm nghiệm cho thuật toán Dữ liệu ban đầu xử lý lấy giá trị trung bình mẫu 1h thành giá trị đại diện cho khung để giúp đơn giản tập liệu xử lý sau Hình 4.13: Phân rã chuỗi thời gian thành thành phần mức độ, xu hướng, tính thời vụ nhiễu Bây tơi sử dụng ba tham số xác định để tự động hóa q trình đào tạo đánh giá mơ hình ARIMA tổ hợp khác Trong Thống kê Học máy, trình THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 22 gọi tìm kiếm lưới (hoặc tối ưu hóa siêu tham số) để lựa chọn mơ hình AIC (Akaike Information Criterion) đo lường mức độ phù hợp mơ hình với liệu tính đến độ phức tạp tổng thể mơ hình Một mơ hình phù hợp với liệu tốt sử dụng nhiều tính định điểm AIC lớn so với mơ hình sử dụng tính để đạt mức độ phù hợp [37] => ARIMA (1, 1, 1) x (0, 1, 1, 24) mang lại giá trị AIC thấp 1222.92 Hình 4.15: Biểu đồ giá trị thực dự báo chuỗi liệu Hình 4.16: Biểu đồ dự đoán chuỗi liệu tương lai 4.3 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ Kết thực nghiệm môi trường lab đáp ứng yêu cầu từ thuật toán Định tuyến nâng cao đề xuất để cải thiện chất lượng truyền tải lưu lượng mạng SD-WAN Tùy theo yêu cầu sử dụng khả đáp ứng từ hệ thống mạng thực THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 23 tế mà lựa chọn thuật tốn mong muốn Đối với thuật toán mặc định hệ thống SD-WAN cân tải, tất hướng WAN sử dụng trình truyền tải lưu lượng giúp tăng tính khả dụng dự phịng cao dẫn đến chất lượng dịch vụ QoS bị giảm sút có kết nối chất lượng độ trễ/độ gói cao Có thể sử dụng tính “Best Quality” SD-WAN Fortigate lưu lượng truyền tải hướng WAN có độ trễ độ gói tốt để đạt QoS cao, dẫn đến thời điểm có kết nối sử dụng dễ gây nghẽn Các vấn đề xử lý tối ưu áp dụng hệ thống Advanced Routing vừa tận dụng đường tối ưu san tải sang kết nối tốt khác đáp ứng đủ điều kiện kết hợp theo dõi lưu lượng đạt mức Với thuật toán Ngưỡng cứng, phải có khoản thời gian theo dõi đủ dài, 24 đến ngày để có nhìn tổng quan đầy đủ trạng thái kết nối mạng để tự đưa mức ngưỡng tốt sau có chu kỳ cập nhật lại có kết nối tốt mức ngưỡng chọn làm tuyến đường đi, cịn khơng kết nối thỏa điều kiện có tùy chọn tuyến đường tốt Với thuật tốn Trung bình trượt, nhằm đáp ứng cho dịch vụ yêu cầu khắt khe chất lượng, đảm bảo dịch vụ truyền tải hướng WAN tốt có thể, đồng thời tuyến đường tốt kiểm tra cập nhật lại liên tục kèm theo san tải sang tuyến đường tốt tương đương có Hơn nữa, tính dự báo lưu lượng dựa theo mơ hình SARIMA giúp hỗ trợ lập kế hoạch mở rộng nâng cấp mạng kịp thời để tránh tắc nghẽn mà hệ thống SD-WAN mặc định khơng có 4.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 24 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI - Mạng diện rộng định nghĩa phần mềm mơ hình lên nhanh chóng mạng cục trở nên phổ biến mạng công ty lớn Khái niệm SDN phân tách mặt phẳng liệu mặt phẳng điều khiển mạng, điều làm tăng khả kiểm sốt mạng lập trình thiết kế linh hoạt SDN cung cấp mạng WAN với tính linh hoạt lập trình khả cấu hình cấu hình mạng khác rộng rãi, điều đạt theo cách thủ công mạng WAN truyền thống Trong luận văn này, sử dụng lợi SD-WAN (Mạng diện rộng định nghĩa phần mềm) xây dựng chương trình Định tuyến nâng cao (Advanced Routing) để giám sát, thu thập liên tục liệu mạng cần thiết độ trễ, độ gói áp dụng thuật tốn Ngưỡng cứng, Trung bình trượt để định cấu hình tuyến đường WAN cách tự động theo cách tránh thời điểm hoạt động kết nối WAN cách đó, tác động truyền tải lưu lượng ảnh hưởng đến QoS giảm thiểu - Khả khả thi thuật toán thực kiểm chứng môi trường lab Tơi có lên kế hoạch di chuyển sang mạng thử nghiệm khác phần cứng thực tế để đánh giá lại hiệu suất đảm bảo giải pháp không phụ thuộc vào cấu trúc THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 25 liên kết mạng (topology) cụ thể Vì lý tương tự, tơi có kế hoạch sử dụng ứng dụng thực để tạo lưu lượng FTP, HTTP RTP trình tạo lưu lượng thực, máy đo chuyên dụng giả lập lưu lượng IXIA - Do đó, hướng phát triển tương lai triển khai áp dụng lên hệ thống thực để kiểm nghiệm thêm tính hiệu thuật tốn [38-39] - Cuối cùng, dự định điều tra khả dự đoán tham số khác tắc nghẽn cố mạng khác Một ví dụ dự đốn việc sử dụng RAM CPU tương lai thiết bị router SD-WAN biên Việc cạn kiệt tài nguyên thiết bị mạng có nghĩa gói tin bị độ trễ cao, gây tắc nghẽn suy giảm hiệu suất mạng nói chung TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội ... từ thuật toán Định tuyến nâng cao đề xuất để cải thiện chất lượng truyền tải lưu lượng mạng SD-WAN Tùy theo yêu cầu sử dụng khả đáp ứng từ hệ thống mạng thực THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA... MẠNG SD-WAN 1.4 ƯU ĐIỂM CỦA MẠNG SD-WAN 1.4.1 Ưu điểm công nghệ mạng SD-WAN 1.4.2 Ưu điểm mạng SD-WAN so sánh với MPLS 1.4.3 Ưu điểm mạng SD-WAN so sánh với public internet 1.4.4 Ưu điểm mạng SD-WAN. .. toán mặc định hệ thống SD-WAN cân tải, tất hướng WAN sử dụng trình truyền tải lưu lượng giúp tăng tính khả dụng dự phịng cao dẫn đến chất lượng dịch vụ QoS bị giảm sút có kết nối chất lượng độ trễ/độ