Nạ ệ gười dùng có th t mô ể ựph ng mỏ ạng lưới của chính mình bằng cách đưa vào chương trình các ữd u liệ thực nghi m.. ợChọn đư ng đờ a tuy n ếTính năng chọn đường đa tuyến không được h
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN CƠNG BÌNH ĐÁNH GIÁ THỜI GIAN HỘI TỤ CỦA ĐỊNH TUYẾN LIÊN VÙNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH HỆ THỐNG THÔNG TIN Hà Nội – Năm 2018 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17051113839851000000 MỤC LỤC MỤC LỤC DANH SÁCH HÌNH VẼ DANH SÁCH BẢNG LỜI TỰA PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ Lý chọn đề tài Nội dung công việc Các đóng góp Tóm tắt nội dung luận văn 10 PHẦN II: NỘI DUNG 11 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 11 BGP 11 1.1 Các nguyên lý 11 1.2 Thuật toán chọn đường 12 Mạng định nghĩa phần mềm 13 Mininet 14 Thiết kế điều khiển định tuyến liên vùng SDN 14 4.1 Mục đích thiết kế 14 4.2 Thuật toán chọn đường 15 CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG 22 Tổng quan trình cài đặt 22 Bộ điều khiển 23 Chương trình mơ 25 3.1 Mở rộng Mininet 25 3.2 Xây dựng mạng 29 3.3 Cấu trúc mạng 29 3.4 Sử dụng chương trình 30 3.5 Chương trình đo đạc 30 CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ THỜI GIAN HỘI TỤ 34 Các thí nghiệm 34 1.1 Thu hồi tuyến 35 1.2 Chuyển đổi dự phòng 36 1.3 Quảng bá tuyến 38 1.4 Các tham số biến thiên 40 Kết thí nghiệm 41 2.1 Thu hồi tuyến 41 2.2 Chuyển đổi dự phòng 57 2.3 Quảng bá định tuyến 73 Kết luận 90 PHẦN III: KẾT LUẬN 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 PHỤ LỤC – KẾT QUẢ CHI TIẾT THÍ NGHIỆM THU HỒI ĐỊNH TUYẾN 93 Mạng hỗn hợp toàn phần nút 93 Mạng hỗn hợp toàn phần 16 nút 93 PHỤ LỤC – KẾT QUẢ CHI TIẾT THÍ NGHIỆM CHUYỂN ĐỔI DỰ PHỊNG 94 Mạng hỗn hợp toàn phần nút 94 Mạng hỗn hợp toàn phần 16 nút 95 PHỤ LỤC – KẾT QUẢ CHI TIẾT THÍ NGHIỆM QUẢNG BÁ ĐỊNH TUYẾN 96 Mạng hỗn hợp toàn phần nút 96 Mạng hỗn hợp toàn phần 16 nút 97 DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1: Ví dụ mạng OpenFlow 14 Hình 1.2: Cập nhật sơ đồ switch 17 Hình 1.3: Ví dụ việc vẽ lại cạnh 18 Hình 1.4: Hàng đợi tính tốn lại 20 Hình 1.5: Thay đổi sơ đồ switch 20 Hình 1.6: Thay đổi ghi luồng 21 Hình 2.1: Tổng quan mô mạng lai SDN - BGP 23 Hình 2.2: Khái quát việc cài đặt điều khiển 24 Hình 2.3: Cấu trúc đường dẫn lưu log 30 Hình 2.4: Thời gian gói thời gian hội tụ 33 Hình 3.1: Cấu hình hỗn hợp toàn phần với nút 34 Hình 3.2: Thí nghiệm thu hồi tuyến 35 Hình 3.3: Thí nghiệm chuyển đổi dự phòng 37 Hình 3.4: Thí nghiệm quảng bá tuyến 39 Hình 3.5: Thu hồi tuyến, nút, 0% SDN 42 Hình 3.6: Thu hồi tuyến, nút, 25% SDN 42 Hình 3.7: Thu hồi tuyến, nút, 50% SDN 43 Hình 3.8: Thu hồi tuyến, nút, 75% SDN 44 Hình 3.9: Thu hồi tuyến, 16 nút, 0% SDN 45 Hình 3.10: Thu hồi tuyến, 16 nút, 25% SDN 46 Hình 3.11: Thu hồi tuyến, 16 nút, 50% SDN 47 Hình 3.12: Thu hồi tuyến, 16 nút, 75% SDN 48 Hình 3.13: Thu hồi tuyến, nút, RWI = 5s 49 Hình 3.14: Thu hồi tuyến, nút, RWI = 10s 50 Hình 3.15: Thu hồi tuyến, nút, RWI = 20s 51 Hình 3.16: Thu hồi tuyến, nút, RWI = 30s 52 Hình 3.17: Thu hồi tuyến, 16 nút, RWI = 5s 53 Hình 3.18: Thu hồi tuyến, 16 nút, RWI = 10s 54 Hình 3.19: Thu hồi tuyến, 16 nút, RWI = 20s 55 Hình 3.20: Thu hồi tuyến, 16 nút, RWI = 30s 56 Hình 3.21: Chuyển đổi dự phòng, nút, 0% SDN 58 Hình 3.22: Chuyển đổi dự phịng, nút, 25% SDN 59 Hình 3.23: Chuyển đổi dự phịng, nút, 50% SDN 60 Hình 3.24: Chuyển đổi dự phịng, nút, 75% SDN 61 Hình 3.25: Chuyển đổi dự phòng, 16 nút, 0% SDN 62 Hình 3.26: Chuyển đổi dự phòng, 16 nút, 25% SDN 63 Hình 3.27: Chuyển đổi dự phịng, 16 nút, 50% SDN 64 Hình 3.28: Chuyển đổi dự phịng, 16 nút, 75% SDN 65 Hình 3.29: Chuyển đổi dự phòng, nút, RWI = 5s 66 Hình 3.30: Chuyển đổi dự phòng, nút, RWI = 10s 67 Hình 3.31: Chuyển đổi dự phòng, nút, RWI = 20s 68 Hình 3.32: Chuyển đổi dự phòng, nút, RWI = 30s 69 Hình 3.33: Chuyển đổi dự phịng, 16 nút, RWI = 5s 70 Hình 3.34: Chuyển đổi dự phịng, 16 nút, RWI = 10s 71 Hình 3.35: Chuyển đổi dự phịng, 16 nút, RWI = 20s 72 Hình 3.36: Chuyển đổi dự phịng, 16 nút, RWI = 30s 73 Hình 3.37: Quảng bá tuyến, nút, 0% SDN 74 Hình 3.38: Quảng bá tuyến, nút, 25% SDN 75 Hình 3.39: Quảng bá tuyến, nút, 50% SDN 76 Hình 3.40: Quảng bá tuyến, nút, 75% SDN 77 Hình 3.41: Quảng bá tuyến, 16 nút, 0% SDN 78 Hình 3.42: Quảng bá tuyến, 16 nút, 25% SDN 79 Hình 3.43: Quảng bá tuyến, 16 nút, 50% SDN 80 Hình 3.44: Quảng bá tuyến, 16 nút, 75% SDN 81 Hình 3.45: Quảng bá tuyến, nút, RWI = 5s 82 Hình 3.46: Quảng bá tuyến, nút, RWI = 10s 83 Hình 3.47: Quảng bá tuyến, nút, RWI = 20s 84 Hình 3.48: Quảng bá tuyến, nút, RWI = 30s 85 Hình 3.49: Quảng bá tuyến, 16 nút, RWI = 5s 86 Hình 3.50: Quảng bá tuyến, 16 nút, RWI = 10s 87 Hình 3.51: Quảng bá tuyến, 16 nút, RWI = 20s 88 Hình 3.52: Quảng bá tuyến, 16 nút, RWI = 30s 89 DANH SÁCH BẢNG Bảng 2-1: Các dải địa dùng chương trình mô 26 Bảng 2-2: Các lệnh mở rộng 28 Bảng 2-3: Các dải địa dùng chương trình mơ 31 Bảng 2-4: Các kiện quan trọng chương trình 32 Bảng 3-1: Mã nguồn cho thí nghiệm thu hồi tuyến 36 Bảng 3-2: Mã nguồn cho thí nghiệm chuyển đổi dự phịng 38 Bảng 3-3: Mã nguồn cho thí nghiệm quảng bá tuyến 40 “Tôi xin bày tỏ tri ân lòng biết ơn sâu sắc tới PGS TS Ngơ Hồng Sơn tận tình hướng dẫn thầy suốt thời gian qua Khơng có giúp đỡ bảo thầy, định khơng thể hồn thành luận văn này.” LỜI TỰA Giao thức định tuyến liên vùng phổ biến Border Gateway Protocol (BGP) Đại đa số ứng dụng Internet đòi hỏi kết nối thực đáng tin cậy Tuy nhiên, vấn đề BGP nằm chỗ có thời gian hội tụ chậm dẫn tới việc gói tin Các nhà nghiên cứu đề xuất phương pháp tiếp cận mới: thành lập cụm hệ thống tự trị (Autonomous Systems Cluster) với nhiều hệ thống tự trị sử dụng công nghệ điều khiển mạng phần mềm (Software Defined Networking hay SDN) với hy vọng tìm giải pháp cho vấn đề Luận văn phát triển chương trình mơ định tuyến liên vùng (hỗ trợ SDN switch thiết bị định tuyến BGP) dựa Mininet, từ hỗ trợ việc thí nghiệm mạng chạy đồng thời SDN BGP thơng thường (cịn gọi mạng “lai SDN” hay Hybrid SDN) Ngoài ra, luận văn tiến hành cài đặt điều khiển SDN liên vùng dựa POX nhằm cải thiện thời gian hội tụ mạng Bộ điều khiển không điều khiển SDN switch mà cịn có khả tương tác với với router chạy BGP bên ngồi cụm Luận văn thực thí nghiệm quảng bá thông tin định tuyến (Route Annoucement), thu hồi thông tin định tuyến (Route Withdrawal) chuyển đổi dự phịng (Failover) cấu trúc mạng hỗn hợp tồn phần với số lượng nút mạng, giá trị tham số điều khiển tỷ lệ phần trăm nút mạng triển khai SDN biến thiên Kết thí nghiệm cho thấy, SDN cải thiện thời gian hội tụ định tuyến liên vùng Khi sử dụng tham số khuyến nghị luận văn, thời gian hội tụ trường hợp thu hồi thông tin định tuyến giảm từ 300 giây xuống cịn khoảng 20 giây Luận văn ghi nhận kết tương tự với thí nghiệm chuyển đổi dự phịng Thời gian hội tụ trường hợp quảng bá thông tin định tuyến cải thiện tỷ lệ thuận với tỷ lệ phần trăm SDN triển khai mạng PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện việc định tuyến liên vùng thực thông qua giao thức Border Gateway Protocol (BGP) Giao thức thuật toán tìm đường cài đặt phân tán mà đó, router BGP tự tính tốn đường cho riêng Tuy nhiên, bối cảnh ứng dụng đòi hỏi ngày nhiều mức độ tin cậy kết nối Internet, BGP tồn số vấn đề Lý chọn đề tài Một vấn đề mà BGP gặp phải thời gian hội tụ chậm Mỗi có thay đổi mạng, router cần tính tốn thống tuyến đường BGP cần thời gian lâu để hội tụ Các nhà nghiên cứu đưa số cách tiếp cận nhằm điều chỉnh BGP để cải thiện vấn đề này, vậy, chưa có cách tiếp cận số triển khai thực tế [1] Trong năm gần đây, SDN (Software Defined Networking) trở nên phổ biến định tuyến nội vùng (Intra-domain Routing) Trong SDN, mặt phẳng điều khiển (Control Plane) mặt phẳng chuyển tiếp (Forwarding Plane) phân tách riêng biệt Với cách tiếp cận này, định định tuyến triển khai cách tập trung Điều thực đem lại nhiều triển vọng Các nhà nghiên cứu chứng minh rằng: Với định tuyến nội vùng, việc định tuyến tập trung cải thiện thời gian hội tụ so với giao thức định tuyến dựa trạng thái kết nối (Link State Protocols) [1] Trong việc sử dụng SDN cho định tuyến nội vùng xem xét ảnh hưởng lên việc định tuyến liên vùng chưa khám phá Một số nghiên cứu [2] tiếp cận việc định tuyến liên vùng theo cách mới: gom hệ thống tự trị (Autonomous Systems) thành cụm đề xuất kỹ thuật định tuyến tập trung cho hệ thống cụm Kỹ thuật định tuyến tập trung đánh giá giúp cải tiến việc định tuyến liên vùng định định tuyến thực cách tập trung, dựa sở thông tin đầy đủ toàn mạng lưới Hơn nữa, cách tiếp cận có tính tương thích ngược vậy, cụm hệ thống tự trị xây dựng tích hợp với cấu trúc Internet cách từ từ Nội dung cơng việc Nội dung luận văn chia thành hai phần: Xây dựng chương trình mơ Phần đầu luận văn có mục tiêu phát triển chương trình mơ định tuyến liên vùng Chương trình khơng cần hỗ trợ thiết bị mạng liên vùng truyền thống mà cần phải hỗ trợ SDN switch Nó cần hỗ trợ khả tiến hành thí nghiệm định tuyến liên vùng mạng lai SDN Đánh giá ảnh hưởng SDN lên thời gian hội tụ định tuyến liên vùng Phần thứ hai luận văn phát triển điều khiển SDN định tuyến liên vùng Bộ điều khiển tương tác với Router BGP Bên cạnh khả biểu diễn SDN switch, cịn có khả biểu diễn cụm hệ thống tự trị Các thí nghiệm tiến hành dựa điều khiển chương trình mơ phát triển phần đầu, từ đánh giá ảnh hưởng việc định tuyến tập trung lên thời gian hội tụ khn khổ thí nghiệm Các đóng góp Luận văn có đóng góp sau: Xây dựng chương trình mơ Luận văn phát triển chương trình mơ dựa Mininet, khơng hỗ trợ mạng SDN mà hỗ trợ mạng BGP hành Người dùng tự mơ mạng lưới cách đưa vào chương trình liệu thực nghiệm Một số cơng cụ cung cấp để phục vụ cho việc phân tích thơng tin thu thập Phát triển điều khiển SDN định tuyến liên vùng Luận văn phát triển điều khiển SDN định tuyến liên vùng Bộ điều khiển có khả điều khiển cụm hệ thống tự trị Ngoài ra, cịn có khả tương tác với router BGP thơng thường nằm ngồi cụm Đánh giá thời gian hội tụ định tuyến liên vùng