QoS trong mạng SDN

Chuyên đề: QoS mạng SDN Tổng kết HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG - PTIT - BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ Đề tài: QoS mạng SDN Giảng viên: TS.Nguyễn Chiến Trinh Nhóm lớp: Nhóm TL :13 Nguyễn Việt Cường – D12VT4 Nguyễn Huy Hoàng – D12VT7 Nguyễn Hải Long – D12VT7 Vũ Mạnh Thứ – D12VT2 Hà Nội 5/2016 D12VT Chuyên đề: QoS mạng SDN Tổng kết MỞ ĐẦU SDN - Software-Defined Networking (SDN) mô hình tốt giải pháp hấp dẫn để cải thiện Internet với nhiều tính linh hoạt vấn đề khả thích ứng Mô hình mạng cho phép chương trình tập trung phần mềm để kiểm soát hoạt động toàn mạng lưới việc định tuyến đưa định định tuyến từ lớp chuyển tiếp Để hoàn thành môn học Chuyên đề - Khóa D12VT – Học viện Công nghệ bưu viễn thông Nhóm gồm thành viên: Nguyễn Việt Cường – D12VT4, Nguyễn Huy Hoàng – D12VT7, Nguyễn Hải Long – D12VT7 Vũ Mạnh Thứ - D12VT2 với đề tài: QoS mạng SDN – với đề tài nhóm thành viên lớp mang đến cho đọc giả kiến thức chi tiết loại mô hình mạng Chú ý: Vì tài liệu kiến thức sưu tầm chọn lọc từ nguồn tài liệu quốc tế mà nhóm tự biên dịch sang tiếng Việt nên có nhiều cụm từ dịch chưa chuẩn nghĩa số cụm từ chưa có tên gọi thống theo tiếng Việt nên nhóm để nguyên từ gốc tiếng Anh, mong quý đọc giả thông cảm Ngoài tránh sai sót khác, kính mong nhận góp ý bạn đọc Nhóm xin gửi lời cảm ơn trân thành đến giảng viên TS.Nguyến Chiến Trinh toàn thể thành viên lớp giúp đỡ nhóm hoàn thành đề tài Xin cảm ơn! D12VT Chuyên đề: QoS mạng SDN Tổng kết Mục lục D12VT Chuyên đề: Nâng cao QoS mạng SDN Chương CHƯƠNG 1: Giới thiệu Hiện tài liệu sử dụng hệ thống sở hạ tầng mạng lưới trì hầu hết hình thức tương tự nhiều thập kỷ, công nghệ liên tục phát triển Quản lý lại nguồn quan trọng bối cảnh mạng sau vấn đề mở Hơn nữa, trường hợp này, vấn đề để giải tách logic điều khiển mạng từ mặt phẳng liệu mạng, tức là, định tuyến vật lý thiết bị chuyển mạch chuyển tiếp luồng (Flow) từ nguồn tới điểm đến Vì có nhiều mô hình mạng cố gắng để tìm thay hiệu cho kiến trúc Internet cổ điển, có vài số phổ biến thành công Trong đó, Software-Defined Networking (SDN) [2] mô hình tốt giải pháp hấp dẫn để cải thiện Internet với nhiều tính linh hoạt vấn đề khả thích ứng Mô hình mạng cho phép chương trình tập trung phần mềm để kiểm soát hoạt động toàn mạng lưới việc định tuyến đưa định định tuyến từ lớp chuyển tiếp Các mô hình SDN cần có chế để làm cho thông tin liên lạc thông tin điều khiển liệu phẳng Chức thu phương tiện giao thức, OpenFlow [3] SDN, kết hợp với OpenFlow, cho phép tạo chương trình điều khiển cao cấp mà xác định hoạt động hợp phần mạng Các chương trình quan tâm đến nhiệm vụ mạng khác nhau, ví dụ như, bảo mật, định tuyến quản lý tài nguyên Những nhiệm vụ khía cạnh quan trọng tất kịch mạng, kể từ dịch vụ Internet nói chung dựa mô hình Best- Effort cổ điển Một mặt, Best-Effort đơn giản đơn giản yếu tố quan trọng làm nên thành công Mặt khác, không may, dịch vụ Best-Effort không cung cấp đảm bảo băng thông, độ trễ end-to-end, gói tin Hơn nữa, nhu cầu chất lượng liên quan đến việc vận chuyển liệu phương tiện truyền thông phát triển giới học thuật công nghiệp Nhu cầu thách thức khó đòi hỏi nỗ lực đáng kể QoS cho phép mạng Theo truyền thống, QoS định nghĩa sẵn có, tức tỷ lệ phần trăm thời gian mà hệ thống tài liệu tham khảo có sẵn D12VT Chuyên đề: Nâng cao QoS mạng SDN Chương làm việc Bằng cách này, Hiệp định Mức độ Dịch vụ (Service Level Agreements - SLA) định nghĩa chức tỷ lệ phần trăm sẵn có,ví dụ như, 99,999%, gọi "five nines", ngụ ý thời gian chết 5,26 phút năm Các thời gian chết lượng thời gian cần thiết để xác định sửa chữa lỗi việc kết nối thiết bị Hơn nữa, quan trọng để hiểu loại dịch vụ có yêu cầu SLA khác nhau, không dựa vào sẵn có Do đó, SLA tiên tiến có đến tính chậm trễ gói tin thông số gói bị mất, thêm vào sẵn có Nó sau chất lượng số loại ứng dụng phụ thuộc vào chậm trễ / gói tin (ví dụ, ứng dụng thời gian thực đa phương tiện xuyên nhiệm vụ) Một mặt, dịch vụ điện thoại (ví dụ, VoIP) có trì hoãn nghiêm ngặt yêu cầu gói liệu codec Trong ứng dụng này, gói tin đến đích sau ngưỡng chậm trễ định, dịch vụ trở nên vô dụng Đối với ứng dụng thời gian thực, việc phát lại gói tin bị vô giá trị Mặt khác, tài liệu có loại khác ứng dụng gọi đàn hồi Nói chung, dịch vụ mạnh so với ứng dụng thời gian thực liên quan đến gói tin Trong thực tế, họ thường cho phép truyền lại, thường thực thời gian end-to-end thông qua chế TCP Ví dụ,File dịch vụ Transfer Protocol (FTP) nói chung (thậm chí luôn) ứng dụng truyền tải liệu gọi đàn hồi Điều dễ dàng để đảm bảo yêu cầu QoS mạng Best-Effort truyền thống Về điều này, Internet Engineering Task Force (IETF) [12] đề xuất kiến trúc QoS khác nhau, chẳng hạn IntServ [13] DiffServ [14], thập kỷ qua Tuy nhiên, đề xuất không thành công thực quy mô rộng lớn, họ yêu cầu số thay đổi thiết kế Internet Trong kiến trúc Internet nay, thiếu sót nghiêm trọng thông tin tài nguyên mạng có sẵn từ cuối đến đầu cuối điểm nhìn Một giải pháp phần đến từ Đa giao thưc chuyển mạch nhãn (Multiprotocol Label Switching - MPLS) Border Gateway Protocol (BGP) kỹ thuật [15] định nghĩa để giải vấn đề Thật không may, giải pháp thiếu tính thời gian thực cấu hình lại tính thích nghi Trong hoàn cảnh này, mô hình SDN chìa khóa để khắc phục tình trạng hạn chế Best-Effort giải thích Tài liệu khai thác sử dụng OpenFlow SDNs để quản lý phân biệt dịch vụ mạng với QoS cao Đặc biệt, tài liệu xem xét dịch vụ Video Streaming dịch vụ chuyển D12VT Chuyên đề: Nâng cao QoS mạng SDN Chương giao liệu Thứ nhất, tài liệu định nghĩa quản lý QoS kiến trúc điều phối, cho phép tài liệu quản lý mạng cách môđun Thứ hai, tài liệu cung cấp tích hợp liền mạch kiến trúc mô hình SDN tiêu chuẩn sau tách biệt việc điều khiển mặt phẳng liệu Sau đó, tài liệu đưa lập trình Integer tuyến tính (ILP) vấn đề đảm bảo QoS tốt điều khoản gói tin bị có tính chậm trễ, đến hạn chế mạng, tức tối đa gói tin chấp nhận chậm trễ cho loại dịch vụ băng thông có sẵn liên kết Cụ thể, mô hình tài liệu xác định đường ngắn bắt buộc đa luồng hàng hóa (Multi-Commodity Flow Constrained Shortest Path- MCFCSP) vấn đề lợi hai vấn đề vướng phải vấn bắt nguồn từ nghiên cứu hoạt động: vấn đề đa luồng hàng hóa (MFP - Multi-Commodity Flow Problem) đường ngắn bắt buộc (Path Constrained Shortest - CSP) Với giải pháp tối ưu vấn đề, tài liệu tích hợp kết với mạng mô Mininet [16] Như vậy, để đồ Flow mạng khác mạng thực dựa giải pháp tối ưu từ mô hình Hơn nữa, tài liệu xác định mức độ khác QoS, theo hệ thống MOS [8] cho dịch vụ mà tài liệu xem xét Cuối cùng, tài liệu tìm thấy kết nối giải pháp tối ưu cung cấp mô hình mức MOS Công trình bước hướng tới việc triển khai Đại học California, Los Angeles (UCLA) mạng lưới trường với dịch vụ khác yêu cầu QoS nghiêm ngặt • • • • • D12VT Chương cung cấp nhìn tổng thể mô hình SDN, giải pháp sớm mà đặt móng cho SDN sau hội tụ vào đặc điểm giao thức OpenFlow Các điểm yếu SDN điều khiển Floodlight trình bày Chương đưa nhìn tổng quan giả lập Mininet, môi trường mô phù hợp SDN Chương mô tả kiến trúc tiểu thuyết tài liệu mà làm cho QoS tăng cường mô hình mạng SDN Chương chi tiết đa chuẩn, dựa cách tiếp cận nhiều tiêu chí cốt lõi kiến trúc tài liệu Chương cung cấp việc thực phương án kiến trúc đánh giá thực đánh giá số Chương tổng kết Chuyên đề: QoS mạng SDN Chương CHƯƠNG 2: Tổng quan mạng SDN 2.1 Mô hình mạng SDN 2.1.1 Nguyên nhân thúc đẩy Giới hạn cứng nhắc Internet [18] thể khó khăn Internet để phát triển sở hạ tầng vật lý giao thức hiệu giao thức Internet coi phần quan trọng sở hạ tầng xã hội tài liệu có sở triển khai lớn (giống truyền tải, lưới điện, cấp nước, vv) mà làm cho trình tiến hóa không đơn giản Hơn nữa, Internet phát triển để giải thách thức đại diện ứng dụng dịch vụ mà trở nên ngày phức tạp đòi hỏi phải đáp ứng Với nhìn chi tiết hơn, mạng tại, khó triển khai giao thức mới, dịch vụ, tối ưu hóa nguồn lực, khác biệt truyền tải, được- gây router, switch thường hệ thống "đóng cửa", thường với chức hạn chế kiểm soát giao diện nhà cung cấp cụ thể Hơn nữa, việ cthiếu giao diện điều khiển chung cho thiết bị mạng khác đòi hỏi nỗ lực cao cho cấu hình thực thi sách họ Vì vậy, điều khó khăn cho sở hạ tầng mạng phát triển, triển đựa tạo Tuy nhiên, "middleboxes" như tường lửa, Intrusion Detection Systems, Network Address Translators, sử dụng để khắc phục giải hạn chế phá vỡ đem lại hậu mạng cứng nhắc Những vấn đề cốt hóa sở hạ tầng mạng chủ yếu khớp nối chặt chẽ logic điều khiển phần cứng chuyển tiếp có nghĩa định liệu qua mạng thực trực tiếp từ thiết bị mạng "cổ điển" 2.1.1.1 Chuyển đổi "cổ điển" Trong router cổ điển chuyển đổi, chuyển tiếp nhanh chóng gói (mặt phẳng liệu) định định tuyến cao cấp (mặt phẳng điều khiển) xảy thiết bị, mô tả hình 2.1 Trong hình này, thành phần tương ứng là: D12VT Chuyên đề: QoS mạng SDN Chương a) Các yếu tố chuyển tiếp nói chung ứng dụng- cụ thể tích hợp mạch (ASIC), mạng xử lý, xử lý dựa mục đích chung thiết bị xử lý hoạt động đường dẫn liệu cho gói Chúng đăng ký lại để thực nhanh chức cụ thể: để chuyển tiếp khung gói tin tốc độ dây (line-rate) Hơn nữa, chúng tự động tăng chức tra cứu sử dụng tài nguyên nhớ đặc biệt nhớ Content Addressable (CAM) Ternary Content Address AbleMemory (TCAM) để giữ thông tin chuyển tiếp b) Các yếu tố kiểm soát nói chung dựa xử lý đa chức cung cấp chức kiểm soát, định tuyến giao thức báo hiệu Sự khác biệt chuyển mạch "cổ điển" chuyển mạch làm việc mạng SDN, kiến trúc, giải thích thêm phía Tuy nhiên, trước giải thích chi tiết kiến trúc SDN, tài liệu tập trung vào tiên phong công trình mà cung cấp nguồn cảm hứng cho SDN Trong tác phẩm này, cácfunda- phím tinh thần tách mặt phẳng điều khiển từ mặt phẳng liệu lập trình mạng, giải thích phần Hình 2.1: Thành phần chuyển mạch cổ điểm 2.1.2 D12VT Kiến trúc mạng SDN Chuyên đề: QoS mạng SDN Chương Trong phần sau, tài liệu quan tâm việc giải thích hợp phần kiến trúc SDN Các kiến trúc SDN đại diện cho mạng mô hình tách riêng mặt phẳng điều khiển từ mặt phẳng liệu, đơn giản hóa mạng, khả tương tác, khả mở rộng Sự phân tách “cốt lõi” SDN, thông qua việc tách thành phần chuyển đổi, giải thích thêm phần 2.1.3.2 Hơn nữa, khác biệt mạng "cổ điển" mô hình kết nối mạng miêu tả qua ba lớp logic khác chi tiết 2.1.2.1 Lớp logic Kiến trúc SDN đại diện ba lớp logic khác [2], thể hình 2.6: Hình 2.6: Kiến trúc SDN Cụ thể, tầng có chức khác nhau: 1) Tầng liệu miêu tả sở hạ tầng mạng lưới bao gồm thiết bị vật lý (ví dụ, chuyển mạch định tuyến) 2) Tầng điều khiển đại diện cho "mạng thông minh" tập trung logic điều khiển SDN, nằm tầng Giải pháp cho phép điều khiển trì nhìn toàn cầu mạng lưới, đặt lớp sở hạ tầng 3) Tầng ứng dụng đại diện cho lớp mà nhà khai thác mạng quản trị viên hoạt động Bằng cách tập trung nhà mạng, tầng điều khiển lớp ứng dụng D12VT Chuyên đề: QoS mạng SDN Chương cấu hình, quản lý, bảo mật tối ưu hóa tài nguyên mạng thông qua, chương trình SDN tự động Hơn nữa, nhà khai thác mạng trực tiếp viết tùy chỉnh chương trình mà không cần chờ đợi nhà cung cấp làm thời gian Do đó, lớp trừu tượng mô tả tạo điều kiện cho việc lập trình để hoạt động lớp mạng trừu tượng thay hàng ngàn thiết bị vật lý khác nhau, thông qua giao diện lập trình ứng dụng (API) Tuy nhiên, khái niệm trừu tượng sở hạ tầng lớp làm cho tương tác với Để đạt mục tiêu này, kiến trúc SDN đòi hỏi thiết bị vật lý với đặc điểm khác biệt so với việc chuyển đổi "cổ điển", giải thích phần 2.1.2.2 SDN switch Một mặt, phương tiện kiến trúc SDN, mạng trở thành gói "đơn giản " yếu tố chuyển tiếp Mặt khác, định định tuyến cao cấp thông tin quốc gia tập trung điều khiển máy chủ bên riêng biệt, thay thực thi sách chạy giao thức chập thiết bị phân tán, thể hình 2.7 Hình 2.7 : Thành phần chuyển mạch SDN SDN, cách tách mặt phẳng điều khiển từ mặt phẳng liệu, cung cấp khuôn khổ mạng tự động hóa quản lý mạng Khuôn khổ giúp cho phát triển công cụ để tự động hóa nhiệm vụ (được thực tay nay) Những công cụ tự động hóa giảm chi phí hoạt động giảm bất ổn định mạng biết đến lỗi khai thác Thật không may, nhà cung cấp môi trường phần mềm thường độc quyền đóng cửa họ không làm cho việc quản lý tinh chỉnh mạng trở lên dễ dàng Tuy nhiên, kiến trúc SDN tạo điều kiện cho D12VT 10 Chuyên đề: QoS mạng SDN Chương 1.5 Kết Trong phần này, ta đưa kết mô với đề xuất xây dựng bên Bước đơn giản đo thông lượng tối đa đạt (tiêu thụ băng thông) công cụ Iperf hai kịch khác nhau, mô tả Hình 5.2 Hình 5.3 gọi “chính tắc” “lai” Hình 5.5 Ban đầu, ta thiết đặt mạng Mininet với tốc độ liên kết 100Mbps, trễ 1ms, tổn thất gói tin 0% cho kết nối Để thực được, ta sử dụng lệnh Iperf Linux để thêm luồng vào mạng Trong trường hợp, ta đo thông lượng máy chủ Loader kết nối tới S1 máy chủ S2; trường hợp khác, ta lấy giá trị thông lượng từ máy chủ H2 đến laptop mạng Mininet (H4), minh họa Hình 5.3 Hình 5.5 Đo thông lượng sử dụng công cụ Iperf kịch khác Như ta thấy Hình 5.5, Wi-fi có băng thông lý thuyết 56Mbps, thông lượng tối đa đạt bên mạng Mininet khoảng 20Mbps Giá trị số tính hạn chế đặc trưng Wi-fi nhiễu kênh, suy giảm tín hiệu, vv Ta định sử dụng cho thử nghiệm với tốc độ liên kết Mininet vào khoảng 10Mbps để tránh hạn chế từ tình trạng “thắt cổ chai” liên quan đến giao diện Wi-fi Sau đây, ta xét cấu hình topo mạng “lai”, chi tiết phần 5.4, đại diện cho kịch thường thấy môi trường thực tế Ta quan tâm đến việc so sánh giá trị đưa công cụ Iperf với giá trị module ta (gọi Thu thập trạng thái mạng Hình 4.2 chương 5) để xác nhận độ tin cậy phép đo Để đạt mục tiêu, ta thử cấu hình hai mạng khác ta so sánh giá trị nhận hai kịch Thử nghiệm thực sử dụng công cụ Iperf (thu thập số liệu thống kê máy chủ Iperf kết nối tới H2) mẫu Thu thập trạng thái mạng (nhận giá trị từ chuyển mạch S6 kết nối trực tiếp đến máy chủ H2) Việc lấy mẫu thực 2ms 60s Cụ thể, lần thử nghiệm topo mạng thiết lập với tổn thất gói tin 0%, trễ liên kết 1ms, băng thông khả dụng tối đa 10Mbps Các bước minh họa Hình 5.6 D12VT 60 Chuyên đề: QoS mạng SDN Chương Hình 5.6 Phép đo thông lượng sử dụng công cụ Iperf mẫu tổn thất gói tin Lặp lại thử nghiệm với tổng tổn thất gói tin 4%, trễ cho liên kết 1ms tốc độ liên kết 10Mbps Được mô tả Hình 5.7 Hình 5.7 Phép đo thông lượng sử dụng công cụ Iperf (phía máy chủ) mẫu có sẵn với tổn thất gói tin 4% Trong Hình 5.7 thể rõ, với tổng tổn thất gói tin 4% thông lượng đạt vào 5Mbps có dao động Ta nhận thấy Hình 5.6 Hình 5.7 giá trị nhận từ công cụ Iperf thông qua mẫu Thu thập trạng thái mạng giống Vì vậy, ta khẳng định giá trị nhận từ mẫu xây dựng ban đầu đáng tin cậy Hơn từ t biểu diễn kết dựa giá trị nhận từ module ban đầu Mô hình SDN kết hợp với giao thức OpenFlow cung cấp cho ta khả để đo đạc giá trị trực tiếp từ chuyển mạch OpenFlownable , không điểm thông thường Bước hai phân tích hành vi mạng suốt thời gian nghẽn liên kết để chứng minh cần thiết Quản lý QoS Ban đầu, ta đo băng thông sử dụng suốt trình truyền video mà tắc nghẽn minh họa Hình 5.8 D12VT 62 Chuyên đề: QoS mạng SDN Chương Hình 5.8 Băng thông đo suốt trình truyền video Như ta thấy Hình 5.8, thông lượng truyền video khoảng giới hạn mức sàn (LB) 2Mbps với mức trần (UB) khoảng 3Mbps Các giá trị liên quan đến đặc điểm video độ phân giải, định dạng, nén Trong trường hợp này, nội dung video tệp ogg có độ phân giải HD, quy định phần 5.4.1 Sau đó, kịch đưa trên, ta tạm thời làm nghẽn mạng để xác minh thông lượng trường hợp tắc nghẽn liên kết Cụ thể, khả thi ta sử dụng máy chủ Loader kết nối trực tiếp đến chuyển mạch S1 S2 tương ứng, Hình 5.3 Sự tắc nghẽn tạm thời thực suốt trình truyền video tình trạng mô tả Hình 5.9 Hình 5.9 Nghẽn tạm thời mạng trình truyền video Như thể Hình 5.9, suốt trình nghẽn mạng (từ thời điểm 22s đến 42s) thông lượng truyền video giảm ngưỡng sàn 2Mbps Nó cho thấy trường hợp nghẽn liên kết ngắn video bị ngắt không đủ băng thông khả dụng để truyền Vấn đề hạn chế phần trình phát video D12VT 64 Chuyên đề: QoS mạng SDN Chương Không may, tình trạng không mong muốn tồi tệ cửa sổ tắc nghẽn dài kịch bản, minh học Hình 5.10 Hình 5.10 Thông lượng truyền video chuyển file suốt thời gian nghẽn liên kết Trong Hình 5.10, mạng bắt đầu tải luồng truyền tải video tụt xuống ngưỡng 2Mbps sau 10s Do đó, trường hợp tắc nghẽn mạng lâu video hoàn toàn bị chặn đệm hạn chế vấn đề Ta thực trình nghẽn mạng trình truyền video dịch vụ chuyển giao tệp (ta giới hạn thông lượng tối đa tới 4Mbps để mô kịch thực suốt trình thử nghiệm), thể Hình 5.11 Hình 5.11 Thông lượng truyền video chuyển giao tệp trình nghẽn liên kết lâu dài Điều không nói lên thiếu hụt băng thông tác động tiêu cực lên dịch vụ truyền video, chuyển giao tập tin làm chậm trình nghẽn mạng Tuy nhiên, tổng thời gian tương ứng cần thiết để chuyển giao tệp tăng lên với giảm băng thông Vì cần tìm cân phụ thuộc vào loại dịch vụ “đằng sau” chuyển giao tệp D12VT 66 Chuyên đề: QoS mạng SDN Chương Điều quan trọng cần xem xét phân tích trạng thái mạng, cho phép xác định đường dẫn mạng để tránh liên kết tắc nghẽn cung cấp băng thông xác băng thông để đảm bảo dịch vụ truyền video Thật tiếc, chuyển mạch Mininet (có nghĩa giao nhận gói tin) không điều khiển Flodlight nhận thức trạng thái mạng Cụ thể, phương pháp tự nhiên điều khiển SDN (không có QoS Floodlight) chọn đường dẫn giải thuật Dijkstra Tuy nhiên, đường dẫn ngắn tính toán mà không cần tính đến trạng thái mạng ví dụ tổn thất gói tin, độ trễ, băng thông khả dụng Hơn nữa, đường dẫn xác định lưu giữ theo thời gian Theo đó, luồng đa phẩm, điều khiển SDN định toàn đường dẫn (trường hợp xấu nhất) phần (một liên kết) cho luồng, phác họa Hình 5.12 Hình 5.12 Đường dẫn truyền video chuyển giao tệp mạng QoS Ví thế, dịch vụ truyền video chuyển giao tệp chia sẻ băng thông khả dụng Về khía cạnh có tác động mạnh vào hiệu suất mạng tương ứng để tăng số lượng luồng đường dẫn có tiềm hạn chế tắc nghẽn mạng Bước thứ ba đánh giá hành vi mạng việc sử dụng kiến trúc xây dựng để nâng cao QoS Ta minh họa cho QoS mô hình toán học xây dựng giám sát mạng Ta bắt đầu xem xét nhận thức băng thông khả dụng, điều khiển biết liên kết tải tìm đường dẫn tốt Do vậy, từ nhận xét này, tình trạng tắc nghẽn dễ dàng xảy liên kết đường dẫn đơn tải (trở thành mạng thắt cổ chai) Ngoài ra, cần đối phó với luồng đa tiện ích, quan trọng để đưa vào tính toán số lượng luồng nhiều một lúc Từ định hiệu việc gán đường dẫn cho luồng theo băng thông khả dụng liên kết yêu cầu thông lượng luồng đơn Trong thực tế, để thực việc này, ta định D12VT 68 Chuyên đề: QoS mạng SDN Chương thiết lập kiến trúc để truy xuất lưu trữ lượng băng thông khả dụng cho liên kết 2s Nhiệm vụ thực thiết bị Thu thậ trạng thái mạng, giải thích phần 4.1 chương Nhân ta sử dụng thiết bị Path Finder cho việc tìm kiếm đường dẫn tốt Path Finder sử dụng liệu trạng thái mạng, thu thập Thu thập trạng thái mạng, hạn chế vấn đề MCFCSP trình bày phần 4.2.3 chương Ngoài yêu cầu băng thông cụ thể cho loại dịch vụ thêm vào ước chế cho vấn đề ILP Đầu mô hình đường dẫn tốt cho luồng, theo quy chế So với cấu trúc mô tả Hình 5.3, thử nghiệm để chứng minh đầu Path Finder Ta thiết lập yêu cầu băng thông luồng 4Mbps 3Mbps tương ứng cho dịch vụ chuyển giao tệp truyền video theo kết mô tả Hình 5.8 Lúc đầu ta xét cho liên kết độ trễ 1ms tổn hao gói tin lý tưởng 0% Ngoài ra, ta xác định ngưỡng thông lượng truyền video phù hợp kích hoạt thay đổi đường dẫn thiết bị Watch Dog, mô tả chương Giá trị ngưỡng liên quan đến thông lượng trung bình luồng truyền video sử dụng thử nghiệm (phụ thuộc vào định dạng dạng nén video) Cụ thể, ta lấy giá trị thông lượng tối thiểu 2Mbps Hình 5.8 ta loại trừ 10% để tránh giá trị thông lượng tới hạn Do đó, thiết bị Watch Dog kích hoạt thay đổi đường dẫn thông lượng sụt giảm ngưỡng 1.8Mbps Tuy nhiên luồng truyền video bình thường giá trị thông lượng vượt qua mức ngưỡng sàn 1.8Mbps, mô tả Hình 5.13 Hình 5.13 Cảnh báo thông lượng ngưỡng Trong trường hợp này, nhìn chung, trình phát video quản lý việc thiếu băng thông thời đệm Tuy nhiên, biện pháp, kịch dẫn đến thay đổi đường dẫn thường xuyên Ta gọi cảnh báo “Tích cực giả” mô tả Hình 5.13 Để hạn chế điều không mong muốn ta thêm vào thiết bị Watch Dog khả để quản lý cảnh báo này, lược đồ hóa với biểu đồ luồng Hình 5.14 Cụ thể, biểu đồ luồng Watch Dog trình bày sau: cảnh báo xuất lần đầu tiên, Watch Dog xem cập nhật đếm ngẫu nhiên Sau D12VT 70 Chuyên đề: QoS mạng SDN Chương đó, không xuất cảnh báo khác thời gian cụ thể (ví dụ 5s) cảnh báo bị xóa không kích hoạt thay đổi đường dẫn Đó cách xử lý đơn giản để tránh cảnh báo “Tích cực giả” Tuy nhiên, ta bổ sung nhiều bit để xử lý tinh vi cách tùy chỉnh thiết bị Rõ ràng, mặt ta xóa cảnh báo đầu nhanh nguy loại bỏ cảnh báo quan trọng tắc nghẽn xảy Mặt khác, ta chờ khoảng thời gian dài để xóa cảnh báo đầu có khả thay đổi đường dẫn không cần thiết Như vậy, khía cạnh cân hành vi phản ứng để ngăn chặn dấu hiệu tắc nghẽn mạng tải vô ích thay đổi đường dẫn không cần thiết Hình 5.14 Biểu đồ luồng Watch Dog Ta bắt đầu thử nghiệm đầu với thiết bị QoS để tránh ngắt video nghẽn mạng mô tả Hình 5.15 D12VT 72 Chuyên đề: QoS mạng SDN Chương Hình 5.15 Sự thay đổi đường dẫn kiến trúc QoS trường hợp nghẽn liên kết lâu dài Như ta thấy Hình 5.15b, qua thay đổi đường dẫn ta có thẻ tránh tắc nghẽn liên kết switch S1 S2 Trong trường hợp này, thông lượng truyền video không đáng kể để gây nghẽn mạng giảm xuống mức ngưỡng thời gian ngắn Hình 5.16 Rất may nhìn chung đệm trình phát video quản lý thiếu hụt băng thông ngắn kết chất lượng video tốt với khoảng ngắt ngắn khoảng ngắt Hình 5.16 Thông lượng truyền video nghẽn liên kết lâu dài mạng quản lý kiến trúc QoS So sánh Hình 5.10 Hình 5.16 tương ứng với có thiết bị QoS, rõ ràng kịch sau kiến trúc giữ thông lượng truyền video cao kịch cũ Kể từ dịch vụ truyền video cần lượng băng thông khả dụng tối thiểu, mạng QoS đảm bảo yêu cầu truyền video Bắt đầu từ kịch cuối, ta xác định cách xử lý mạng trường hợp đa tắc nghẽn, mô tả Hình 5.17 D12VT 74 Chuyên đề: QoS mạng SDN Chương Hình 5.17 Thay đổi đa đường dẫn kiến trúc QoS nghẽn đa liên kết Kiến trúc QoS xác định tắc nghẽn song liên kết switch S3 S5 thay đổi đường dẫn lần Hình 5.17 Thông lượng truyền video giữ QoS tốt, giảm xuống ngưỡng vài giây, minh họa Hình 5.18 Hình 5.18 Thông lượng truyền video suốt trình tắc nghẽn đa liên kết lâu dài mạng quản lý kiến trúc QoS Trong trường hợp này, có hai tắc nghẽn liên kết (giữa S1 – S2 S3 – S5) thời điểm Tuy nhiên, kiến trúc QoS quản lý thay đổi đa đường dẫn để giữ cho việc truyền video qua cao D12VT 76 Chuyên đề: QoS mạng SDN Chương Hình 5.19 Thông lượng luồng đa tiện ích suốt trình nghẽn liên kết lâu dài mạng quản lý kiến trúc QoS Trong Hình 5.19 mô tả luồng truyền tải video thông lượng chuyển giao tệp Nó rõ ràng, trường hợp việc quản lý băng thông tốt kịch thiết bị QoS Như vậy, với kiến trúc QoS, giữ thông lượng cao nhờ có chất lượng tốt Tại điểm ta thử nghiệm đề nghị đưa vào giá trị mô khác tổn thất gói tin nhằm đánh giá QoS Với tỷ lệ gói tin, ta tính toán giá trị mô hình thuật toán cho tham số đầu vào trạng thái mạng Sau đó, tiến trình tương tự lặp lặp lại với giá trị khác Ta kiểm tra tổ hợp riêng trễ tổn thất gói tin để quan sát cách xử lý QoS Sử dụng phương pháp cách khai thác phương trình 4.11 MFPCSP trình bày chương 4, ta tìm mối tương quan giá trị cho hàm đối tượng mức điểm số MOS trình bày Bảng 5.1 Bảng 5.1 Chuyển đổi mô hình thuật toán mức MOS liên quan đến luồng truyền video Model Cost MOS Quality Impairment 80 Bad Ngắt nhiều (>10) khoảng thời gian dài (7 – 10s) Ta thấy Bảng 5.1, kết nối phạm vi giá trị định mô hình thuật toán mức MOS rằng, trường hợp giá trị cost lớn 80, QoS trở nên thấp Nó có khả để xác định thêm số mức “tồi” Ví dụ, ta thấy tổng giá trị cost nằm khoảng 100 – 150 (tức 10% 15% tổn thất gói tin tương ứng), bắt đầu truyền video bị ngắt hoàn toàn ngắt – giây Tình tương tự xảy tổng trễ vào khoảng 250 – 300ms Cuối với tổng tổn thất gói tin khoảng 18% (giá trị cost ≈ 150) luồng video không bắt đầu D12VT 78 Chuyên đề: QoS mạng SDN Chương Ngoài ra, ta quan sát số đặc điểm đặc trưng khác mối quan hệ hàm cost QoS Bắt đầu từ công thức 4.10 chương 4, ta xác định công thức tính cost sau: cost = (5.2) Vì thế, khai thác hệ số α β tron công thức (5.2), tùy chỉnh trọng số cost theo độ trễ tổn thất gói tin yêu cầu cho luồng riêng Cụ thể, ta thấy trễ nhỏ (vd 1ms) ta đưa vào tính toán với hệ số β đặt 10 Do đó, công thức (5.2) trở thành: cost = 10 Trong trường hợp này, ví dụ, tổng tổn thất gói tin 6% (với trễ nhỏ), chất lượng luồng truyền video tốt, theo mối tươn quan QoS hàm cost mô tả Bảng 5.1 Ta nhận thấy tổn thất gói tin ta bỏ qua đặt hệ số α ≈ 1,2 Trong trường hợp này, công thức (5.2) trở thành: cost = 1,2 Ví dụ, tổng trễ 50ms (tổn thất gói tin 0%) chất lượng luồng truyền video tốt theo Bảng 5.1 Ngoài ra, tổn thất gói tin trễ xảy ta nhận thấy công thức (5.2) nên đưa thêm vào hệ số sau: cost = Ví dụ, tổn thất gói tin trễ tương ứng 2% 12ms, cho giá trị 68 Trong trường hợp này, chất lượng luồng truyền video tốt (theo Bảng 5.1) Điều có nghĩa luồng truyền video bị ảnh hưởng kết hợp trễ tổn thất gói tin, cần thiết phải đưa thêm hệ số tính toán vào (= 2) để trì mối quan hệ QoS hàm cost Liên quan đến chuyển giao tệp, nhìn chung ràng buộc chặt chẽ tổn thất gói tin, trễ băng thông khả dụng Tuy nhiên, gia tăng tổn thất gói tin trễ làm giảm đáng kể thông lượng chuyển giao tệp Ví dụ, không giới hạn băng thông chuyển giao tệp ta nhận thấy thông lượng tối đa khoảng 9,1Mbps Trong trường hợp này, tổng trễ 80ms, nhìn chung chuyển giao tệp bắt đầu chậm sau đạt tới giá trị thông lượng cao (khoảng 8Mbps) Không tốt gia tăng tổng trễ đến giá trị đáng ý 500ms, thông lượng tối đa đạt tới khoảng 1,8Mbps với cách xử lý dao động cao Tình tương tự xảy với 8% tổng tổn thất gói tin Tuy nhiên gia tăng tổn thất gói tin đến giá trị lớn 15%, kết nối sau thời gian ngắn Nếu trễ tổn thất gói tin xảy thời điểm, xác đinh chất lượng dịch vụ chuyển giao tệp giảm nhanh chóng Cụ thể, với 6% tổn thất gói tin tổng trễ 80ms, thông lượng tối đa khoảng 0,25Mbps Các mối tương quan quan trọng cho phép xác định ánh xạ tảng thuật toán QoS môi trường lai Rõ ràng có nhiều biến phụ thuộc vào nhiễu, giao thoa, vv D12VT 80 Chuyên đề: QoS mạng SDN Chương Với kiến trúc QoS, thắc mắc liên tục trạng thái mạng phân bố đường dẫn cần thiết ta nhận thấy có khả tránh giảm mạnh ảnh hưởng nghẽn liên kết Như thể hình trên, kiến trúc QoS cho khả giữ thông lượng mức cao khả thi từ cho chất lượng dịch vụ Khía cạnh quan trọng, đặc biệt dịch vụ yêu cầu lượng băng thông khả dung tối thiểu Trong trường hợp cần thiết để phân tích thông lượng dịch vụ cho việc đảm bảo chất lượng tốt đặc biệt dịch vụ băng thông xác truyền video hay thoại VoIP Đây điều để đưa vào tính toán lượng tổn thất gói tin trễ để có QoS tốt, theo yêu cầu loại dịch vụ Một thiếu hụt băng thông tổn thất gói tin cao trễ tác động tiêu cực đến dịch vụ truyền video ta nhìn thấy Hình 5.20 Hình 5.20 Các loại chất lượng video TỔNG KẾT Kiến thức cần ý  Vai trò cảu QoS SDN  Các tham số đánh giá QoS (trễ, gói, thông lượng…) D12VT 82 Chuyên đề: QoS mạng SDN Chương  Các thành phần liên quan đến đánh giá nâng cao QoS kiến trúc mạng SDN (OpenFlow, Floodlight…) Tài liệu tham khảo • D12VT Enhancing Quality of Service in Software Defined Networks Francesco Ongaro 84 Chuyên đề: QoS mạng SDN Chương Phụ lục ACL AMPL API ASIC ATM BCP BDDP BGP CAM CLI CPU CSP DFP DPID FE ForCES FTP GFP GSMP IDS IETF ILP IN INAP INCM IP ISA LB D12VT Access Control List A Mathematical Programming Language Application Programming Interface Application-Specific Integrated Circuits Asynchronous Transfer Mode Basic Call Process Broadcast Domain Discovery Protocol Border Gateway Protocol Content Addressable Memory Command-Line Interface Central Processing Unit Constrained Shortest Path Distributed Functional Plane Data Path Identifier Function Entity Forwarding and Control Element Separation File Transfer Protocol Global Functional Plane General Switch Management Protocol Intrusion Detection Systems Internet Engineering Task Force Integer Linear Programming Intelligent Network Intelligent Network Application Protocol Intelligent Network Conceptual Model Internet Protocol Instruction Set Architecture Lower Bound Danh sách điều khiển truy nhập Ngôn ngữ lập trình toán học A Giao diện lập trình ứng dụng Mạch tích hợp ứng dụng đặc biệt Chế độ truyền dị Quá trình gọi Giao thức phát miền quảng bá Giao thức cổng biên Bộ nhớ địa nội dung Giao diện dòng lệnh Bộ xử lý trung tâm Đường dẫn ngắn cố định Mặt phẳng chức phân phối Định danh đường dẫn liệu Thực thể chức Tách biệt phần tử chuyển tiếp điều khiển Giao thức truyền tải tập tin Mặt phẳng chức toàn cầu Giao thức quản lý chuyển mạch chung Hệ thống phát xâm nhập Tổ chức chuyên trách kỹ thuật liên mạng Lập trình tuyến tính số nguyên Mạng thông minh Giao thức ứng dụng mạng thông minh Mô hình khái niệm mạng thông minh Giao thức liên mạng Kiến trúc tập lệnh Giới hạn 86 Chuyên đề: QoS mạng SDN LLDP MAC MCFMC P MFP Link Layer Discovery Protocol Media Access Control Multi-Commodity Flow Constrained Shortest Path Multi-Commodity Flow Problem MOS Mean Opinion Score MPLS Multiprotocol Label Switching NAT Network Address Translators NOX Network Operating System OPENSIG Open Signaling Working Group PE Physical Entities PP Physical Plane QoS Quality of Service RTT Round Trip Time SCEF Service Creation Environment Function SCF Service Control Function SDN Software-Defined Networking SDF Service Data Function SF Service Function SIB Service Independent Building Blocks SLA Service Level Agreements SMF Service Management Function SP Service Plane SRF Specialized Resource Function SSF Service Switching Funtion TCAM Ternary Content Address-able Memory TCP Transmission Control Protocol TE Traffic Engineering TLS Transport Layer Security TSS Telecommunication Standardization Sectors UB Upper Bound VM Virtual Machine D12VT Chương Giao thức phát lớp liên kết Kiểm soát truy cập phương tiện Đường dẫn ngắn cố định luồng đa hàng hóa Vấn đề luồng đa hàng hóa Mức đánh giá trung bình Chuyển mạch nhãn đa giao thức Biên dịch địa mạng Hệ điều hành mạng Nhóm công tác tín hiệu mở rộng Các thực thể vật lý Mặt phẳng vật lý Chất lượng dịch vụ Thời gian nhả vòng Chức môi trường khởi tạo dịch vụ Chức điều khiển dịch vụ Mạng định nghĩa phần mềm Chức liệu dịch vụ Tính dịch vụ Khối xây dựng độc lập dịch vụ Hiệp định mức độ dịch vụ Chức quản lý dịch vụ Mặt phẳng dịch vụ Chức tài nguyên thích ứng Chức chuyển mạch dịch vụ Bộ nhớ địa nội dung bậc ba Giao thức điều khiển truyền tải Kỹ thuật lưu lượng Bảo vệ lớp truyền tải Bộ phận tiêu chuẩn hóa Viễn thông Giới hạn Máy ảo 88