NGHIÊN cứu GIẢI PHÁP PHẦN CỨNG TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG TRUNG tâm dữ LIỆU

I HC BÁCH KHOA HÀ NI VIN T VIN THÔNG ====o0o====  TT NGHI  TÀI: NGHIÊN CU GII PHÁP PHN CNG TIT KING TRONG TRUNG TÂM D LIU Sinh viên thc hin  NGUYN DUY LINH  Lp KSTN- - K52 Ging dn : TS TRN NGC LAN TS. TRN MINH TRUNG TS. NGUY  06-2012 I HC BÁCH KHOA HÀ NI VIN T VIN THÔNG ====o0o====  TT NGHI  TÀI: NGHIÊN CU GII PHÁP PHN CNG TIT KING TRONG TRUNG TÂM D LIU Sinh viên thc hin  NGUYN DUY LINH  Lp KSTN- - K52 Ging dn : TS TRN NGC LAN TS. TRN MINH TRUNG TS. NGUY  :  06-2012 B GIÁO DO CNG HÒA XÃ HÔI CH T NAM I HC BÁCH KHOA HÀ NI Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIM V  ÁN TT NGHIP H và tên sinh viên:  S hiu sinh viên: 20072451 Nguyn Duy Linh S hiu sinh viên: 20071721  S hiu sinh viên: 20073425 Khoá: K52 Vin: n t - Vin thông Ngành: n t-Vin thông 1. Đầu đề đồ án:   2. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:    3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:     4. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):    5. Họ tên giảng viên hướng dẫn: TS. Trn Ngc Lan TS. Trn Minh Trung TS. Nguy 6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: ………………………………………………….…………… 7. Ngày hoàn thành đồ án:  Ngày tháng năm Ch nhim B môn Ging dn  án tt nghi Cán b phn bin B GIÁO DO I HC BÁCH KHOA HÀ NI BN NH ÁN TT NGHIP H và tên sinh viên: S hiu sinh viên: Ngành: Khoá: Ging dn: Cán b phn bin: 1. Ni dung thit k tt nghip: 2. Nhn xét ca cán b phn bin:  Cán b phn bin ( Ký, ghi rõ h và tên ) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2012 NETFPGA GROUP-KSTN-ĐTVT-K52 i LU Ngày nay, các trung tâm d ling trong các hong ng ngày ca các t ch  ng hc, doanh nghip, vin nghiên cu. Nhng trung tâm d liu này cùng vi s phát trin không ngng ca xã h  c quy mô và s ng. S ng máy ch trong mi trung tâm d li ng nhu cu trao i thông tin mi trong xã h   u tt yu là s ng các thit b chuyn m kt ni các máy ch li vu này làm cho nhu cu v  bi các trung tâm d li l vi kích c ct ra cho các nhà nghiên cu và các nhà phát trin là làm sao có th gim t ca các trung tâm d liu này mà kh  lý thông tin vm bo. T yêu cu thc t trên, nhóm tác gi u và ch to thành công thit b u khin giúp tit king cho các b chuyn mch trong trung tâm d li to thành công các b chuyn mch có kh  tit king. Nhng kt qu  ra mi rt kh thi cho vic phát trin, sn xui trà các thit b mng tit kin lý trung tâm d liu theo dõi công sut tiêu th ca toàn trung tâm d liu, mc tit king. Sau mt thng mit mài, nhóm tác gi  án vi  tài:“Nghiên cu gii pháp phn cng tit ki ng cho các trung tâm d liu” Nh nhng c gng không ngng, tác gi  c mt s kt qu nhnh. Mc dù vy, do thi gian có hn nên mt s ng vc thc hin và kt qu nghiên cu không tránh khi mt vài sai sót nh. Vì vy, tác gi rt mong nhc ý kia các thy cô giáo và bn bè. Tác gi c gi li cc ti:  Cô giáo TS. Trn Ngc Lan  Thy giáo TS. Trn Minh Trung ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2012 NETFPGA GROUP-KSTN-ĐTVT-K52 ii  Thy giáo TS. Nguy  Thy giáo TS. Phm Ngc Nam  Thy giáo PGS.TS. Nguyn Hu Thanh    Các bn K51, K52, K53 trong nhóm OpenFlow  Tp th lp KSTN--K52  Vin n T - Vii  Cùng toàn th n bè  và to mu kin thun li cho tác gi trong quá trình nghiên cu.  c thc hin trong khuôn kh ca d  th ca m   d liu d     ng (ECODANE  PGS.TS. Nguyn Hu Thanh ch trì. Sinh viên thực hiện:  NGUYN DUY LINH  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2012 NETFPGA GROUP-KSTN-ĐTVT-K52 iii TÓM T ÁN “Nghiên cu gii pháp phn cng tit king cho các trung tâm d liu” Trung tâm d lit vai trò quan trng trong các hong ngày ca mi. S m rng không ngng c v phm vi và quy mô ca các trung tâm d liu dn thc trng mc tiêu th ng quá ln. Các nh ng cu này không ch v giá c mà còn v c hi thi ra t các trung tâm d liu là mt v  r    t trong nhng giu khin mt cách thông minh vic tiêu th  ng ca các b chuyn m c s dng trong các trung tâm d liu. Nhóm tác gi thc hi       i tin cho các b chuyn mch OpenFlow nhm m tr các ch  tit king khác nhau. S ci tin này bao gn tin mi theo chun giao thc OpenFlow, thit k b u khin các chuyn mch OpenFlow (OSC) có kh  t tt các b chuyn ma, nhóm tác gi p các ci tin này lên chính các b chuyn mch OpenFlow trên nn tng phn cng kh trình NetFPGA trong khuôn kh d án ECODANE[1]. Các kt qu  án này có th c s dng bi các nhà sn xut chuyn mch OpenFlow hoc nhng nhà nghiên cu v ng tiêu th ca các thit b mng. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2012 NETFPGA GROUP-KSTN-ĐTVT-K52 iv ABSTRACT “Reseaching hardware solution for energy saving in Data centers” Data centers play an important role in our daily activities. The increasing demand for data centers in both scale and size has led to huge energy consumption. The cost and environmental impact of data centers increases due to large amounts of carbon emissions. One solution to this problem is to intelligently control the power consumption of switches used in data centers. This thesis proposes an extension to OpenFlow switches to support different power saving modes. The extension includes defining new messages in OpenFlow standard and designing an OpenFlow Switch Controller (OSC) that is able to turn on/off switches and disable/enable ports. Furthermore, the extension is integrated into the NetFPGA based OpenFlow switches in the ECODANE[1] framework. That brings an opportunity of producing self-power aware OpenFlow switches. The results presented in this thesis can aslo be used by the OpenFlow compliant switches manufacturer or by power aware research community. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2012 NETFPGA GROUP-KSTN-ĐTVT-K52 v MC LC  i  iii ABSTRACT iv  v  ix  xi  xii  1   2 1.1   2 1.2  6 1.2.1  6 1.2.2  7 1.2.3  9 1.2.4  11 1.3  13  NetFPGA 15 2.1  15 2.1.1  15 2.1.2  16 2.1.3  17 2.1.4  21 2.1.5  23 2.2  24 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2012 NETFPGA GROUP-KSTN-ĐTVT-K52 vi 2.2.1  24 2.2.2  26 2.2.3  30 2.2.4  34 2.3  38   39 3.1  39 3.2 NOX controller 40 3.3  44 3.3.1  44 3.3.2  49 3.3.3  50 3.3.4  52 3.4  55  56 4.1   56 4.2  57 4.3  58 4.3.1  58 4.3.2  59 4.3.3  61 4.3.4  62 4.3.5  62 4.4  64 4.4.1  64 4.4.2  67 4.4.3  68 [...]... là một xu hướng phát triển của mạng trong tương lai 1.1 Vấn đề tiết kiệm năng lượng cho trung tâm dữ liệu Có thể nói rằng hiện nay các trung tâm dữ liệu đang tiêu tốn một năng lượng khổng lồ để duy trì hoạt động của nó.Theo một nghiên cứu cho thấy rằng chi phí năng lượng chiếm tới 44% chi phí hoạt động của trung tâm dữ liệu Năng lượng tiêu thụ ở đây ao gồm có năng lượng cho các server, các thiệt bị... Những tìm hiểu về năng lượng trong mạng trung tâm dưới đây được tham khảo trong bài báo “Energy Aware Network Operations” [2], chỉ đề cập đến mô hình năng lượng tiêu thụ của switch và một chủ đề đang được nhiều nhà phát triển quan tâm đó là c c giải pháp tiết kiệm năng lượng tiêu thụ trong mạng trung tâm dữ liệu Các switch và router hiện tại không cho ta biết đầy đủ các thông số năng lượng tiêu thụ của... phần chính: Phần “Tìm hiểu thực trạng và giải pháp mạng OpenFlow” gồm hai chương:  Chương 1: Nêu thực trạng về vấn đề năng lượng trong các trung tâm dữ liệu và giải pháp sử dụng mạng OpenFlow do Lê Anh Văn thực hiện  Chương 2: Tìm hiểu một cách tổng quát công nghệ mạch tổ hợp FPGA, về bộ chuyển mạch OpenFlow trên nền tảng phần cứng NetFPGA Chương này do Nguyễn Duy Linh và Lê Th i Hưng thực hiện Phần. .. vào đặc tính tiêu thụ năng lượng của các switch, phần tiếp theo sẽ trình bày một số kỹ thuật được dùng trong tiết kiệm năng lượng tiêu thụ của các thiết bị mạng trong trung tâm dữ liệu 1.2 Giải pháp sử dụng mạng OpenFlow 1.2.1 Sự cần thiết cho m t kiến trúc mạng mới Sự bùng nổ của các thiết bị và nội dung di động, ảo hóa máy chủ, và sự ra đời của dịch vụ điện to n đ m mây là một trong những xu hướng... OpenFlow tiết kiệm năng lượng và thực hiện trên các bộ chuyển mạch thực tế đã triển khai Phần “Đo đạc, kiểm thử và đánh giá kết quả đạt đươc” gồm một chương:  Chương 6: Triển khai hệ thống mới với các thiết bị đã được tạo ra, đo đạc và đ nh gi c c kết quả trên thực tế phòng thí nghiệm NETFPGA GROUP-KSTN-ĐTVT-K52 1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 1 Chương 1 Vấn đề tiết kiệm năng lượng trong trung tâm dữ liệu và giải. .. Chương 5 Thiết kế khối tiết kiệm năng lượng cho chuyển mạch OpenFlow 79 5.1 Giải ph p tiết kiệm năng lượng 79 5.2 Thiết kế phần cứng 81 5.2.1 Làm việc với phần cứng của chuyển mạch OpenFlow 81 5.2.2 Vị trí của khối Clock controller 83 5.2.3 Ghép nối với c c khối kh c trong User data path 86 5.2.4 Thiết kế khối clock controller 88 5.3 Thiết kế phần mềm 90... năng lượng trong trung tâm dữ liệu và giải pháp sử dụng mạng OpenFlow Sinh viên: Lê Anh Văn Chương này sẽ giải thích nhu cầu tiết kiệm năng lượng cho các trung tâm dữ liệu Đồng thời, một giải pháp hoàn toàn mới cho khó khăn đó sẽ được đưa ra dựa vào công nghệ mạng mới đang được phát triển rất nhanh chóng trong thời gian gần đây: Đó là mạng điều khiển bằng phần mềm dựa trên giao thức OpenFlow Các khái... ngẫu nhiên tĩnh VCD Value Change Dump Phần mở rộng của file mô phỏng Component Inter- Kết nối thành phần ngoại vi NETFPGA GROUP-KSTN-ĐTVT-K52 xii ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2012 PHẦN MỞ ĐẦU Trong đồ án này, tác giả sẽ tập trung giải quyết các vấn đề chính sau: Mô tả cấu trúc của chuyển mạch OpenFlow; xây dựng mạng OpenFlow trên nền tảng NetFPGA; các giải pháp tiết kiệm năng lượng cho các bộ chuyển mạch OpenFlow;... như vậy không thích hợp với yêu cầu tính to n đa dạng, năng động và nhu cầu lưu trữ dữ liệu ngày nay tại các trung tâm dữ liệu của doanh nghiệp, trường học, và trong môi trường của các nhà cung cấp dịch vụ Một trong số những xu hướng tính toán quan trọng dẫn tới yêu cầu ngày càng tăng cho một mô hình mạng mới bao gồm:  Sự thay đổi mô hình lưu lượng  Hướng người dùng CNTT (Công nghệ thông tin) NETFPGA... hợp FPGA, về bộ chuyển mạch OpenFlow trên nền tảng phần cứng NetFPGA Chương này do Nguyễn Duy Linh và Lê Th i Hưng thực hiện Phần Nghiên cứu giải pháp tiết kiệm năng lượng trên thực tế” gồm ba chương:  Chương 3: Triển khai hệ thống mạng OpenFlow trên nền tảng NetFPGA trong thực tế phòng thí nghiệm do Lê Th i Hưng và Nguyễn Duy Linh thực hiện  Chương 4: Thiết kế bộ điều khiển chuyển mạch OpenFlow