6. Bố cục luận văn
2.3.3. Giải pháp kết nối nội bộ
Sau khi cài đặt Bird và OpenvSwitch lên cùng một máy chủ Linux thì Bird sẽ nhận cổng giao tiếp của máy chủ làm cổng giao tiếp cho bản thân nó. Ta cần cấu hình lại thiết bị để Bird phải thông qua OpenvSwitch để giao tiếp với các cổng giao tiếp của máy chủ. Giải pháp đưa ra là tạo các cặp cổng giao tiếp ảo để kết nối giữa Bird và OpenvSwitch như sau:
Bird: (Veth 1) OpenvSwitch (Ovs Veth 1) Bird: (Veth 2) OpenvSwitch (Ovs Veth 2) …
Bird: (Veth n) OpenvSwitch (Ovs Veth n)
Sau đó cấu hình cho bird sử dụng các cổng Veth và gán các cổng Ovs Veth vào OpenvSwitch, ngoài ra để OpenvSwitch có thể nhận các cổng của máy chủ làm
cổng giao tiếp ta cần gán các cổng của máy chủ vào OpenvSwitch, minh họa như mô hình dưới đây:
Chương 3. Quá trình thực hiện 3.1. Xây dựng môi trường giả lập
Vì VMWare WoskStation đã quá thông dụng và nhiều tài liệu hướng dẫn nên tôi sẽ bỏ qua các bước cài đặt, cấu hình phần mềm ảo hóa này cũng như các bước cài đặt một máy chủ Linux (Ubuntu 64bit) trên nền tảng ảo hóa.
3.1.1. Quá trình cài đặt Floodlight Controller
Floodlight Controller được cài đặt trên một máy chủ ảo Ubuntu 64 bit, quá trình cài đặt Floodlight Controller khá đơn giản và được hướng dẫn chi tiết trong nhiều tài liệu [9], [12], cụ thể các bước cài đặt (trong trường hợp máy chủ ảo được kết nối internet) như sau:
# Cài đặt các gói phần mềm hỗ trợ
$sudo apt-get install build-essential default-jdk ant python-dev eclipse # Cài đặt git
$ sudo apt-get install git # Tải Floodlight từ internet
$ git clone git://github.com/floodlight/floodlight.git
# Truy cập vào thư mục chứa file chạy chương trình của Floodlight $ cd floodlight
# built $ ant
# Chạy chương trình Floodlight $ sudo java -jar target/floodlight.jar
Nhóm phát triển Floodlight cũng tạo sẵn máy ảo cài đặt Floodlight và các phần mềm hỗ trợ khác, trong trường hợp không có kết nối internet trực tiếp hoặc gặp khó khăn trong quá trình cài đặt chúng ta có thể sử dụng phương án này. Tuy nhiên để chủ động trong việc cài đặt, sử dụng Floodlight đồng thời có thể cập nhật được phiên bản mới nhất, tôi đã chọn phương án cài đặt như đã đưa ra.
Một số điều chỉnh cho Floodlight Controller để phù hợp với mô hình và bài toán của tôi:
Floodlight Controller mặc định bao gồm thành phần chuyển mạch (Forwarding module), sau khi bộ điều khiển xác định tất cả các thiết bị hỗ trợ Openflow đang kết nối thì thành phần này sẽ đảm bảo chức năng chuyển mạch cho các thiết bị đó bằng cách tự động chuyển một số flow đến các thiết bị đó. Trong mô phỏng tôi đang xây dựng thì thành phần này sẽ điều khiển các OpenvSwitch hoạt động như các thiết bị chuyển mạch thông thường khác, và nó sẽ không hoạt động theo mô hình kết nối nội bộ thiết bị định tuyến như đã trình bày trong mục 3.3.3. Do đó, cần phải điều chỉnh để Floodlight Controller không sử dụng thành phần này.
File “floodlightdefault.properties” sẽ quyết định thành phần nào được tải vào chương trình khi Floodlight khởi động, do đó để chương trình không tải thành phần phần chuyển mạch (Forwarding module) ta cần xóa dòng:
“Net.floodlightcontroller.forwarding.Forwarding”
Trong các file “floodlightdefault.properties” tại thư mục floodlight/src/main/resources và gói floodlight/target/floolight.jar.
Floodlight có một ứng dụng dạng web cho phép theo dõi trạng thái của tất cả các thiết bị hỗ trợ Open Flow đang kết nối với nó theo thời gian thực. Sau khi cài đặt và đảm bảo Floodlight chạy ổn định, chúng ta có thể truy cập vào sử dụng ứng dụng web này theo đường dần: http://<floodlight host machine’s IP>:8080/ui/index.html.
Hình 3.1. Giao diện ứng dụng theo dõi hệ thống dạng web của Floodlight 3.1.2. Cài đặt và cấu hình cho Bird
Có hai cách cài đặt Bird thông dụng đối với môi trường Linux là tải gói cài đặt từ trang chủ http://bird.network.cz/[10] hoặc cài đặt bằng dòng lệnh. Để chắc chắn sử dụng phiên bản mới nhất chúng ta có thể dùng phương pháp thứ nhất tuy nhiên phương pháp này yêu cầu một số công cụ hỗ trợ như GCC, binutils, m4, make và Perl. Phương pháp đơn giản hơn là sử dụng lệnh:
$sudo apt-get install bird # Cài đặt Bird phiên bản IPv4 $sudo apt-get install bird6 # Cài đặt Bird phiên bản IPv6
Có hai gói cài đặt là bird và bird6 tương ứng hỗ trợ các phiên bản IPv4 và IPv6, trong phạm vi mô phỏng của mình tôi chỉ cài đặt gói hỗ trợ IPv4 với câu lệnh như trên.
Cấu hình của Bird được lưu trữ cấu hình tại file text /etc/bird.conf, ta có thể dễ dàng sử dụng các chương trình chỉnh sửa file text thông dụng như nano, vim, vi, cat … để kiểm tra và cấu hình cho Bird.
Dưới đây là những cấu hình cơ bản cho Bird:
learn on; # Học tất cả các tuyến đường bên ngoài persist off; # Không xóa các tuyến đường khi tắt Bird scan time 10; # Cập nhật lại bảng định tuyến 10s một lần }
protocol device {
scan time 10; # Cập nhật các cổng giao tiếp 10s một lần }
Trong mô phỏng của mình tôi sẽ sử dụng giao thức định tuyến OSPF (Open Sortest Path First), dưới đây là phần cấu hình giao thức định tuyến cho thiết bị:
protocol ospf MyOSPF { tick 2;
rfc1583compat yes; export all;
import all; area 1{
interface -"eth0", "veth*"{ priority 1; cost 10; hello 10; wait 40; dead 40; retransmit 5; type broadcast; }; networks{ 10.0.0.0/16; }; };
}
Trong đó:
Tick: Chu kỳ thiết bị thực hiện tính toán lại bảng định tuyến và cập nhật cơ sở dữ liệu, mặc định giá trị này được để là 2s tuy nhiên chúng ta có thể thay đổi tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng và hiệu năng phần cứng cho phép.
Rfc1583compat: Đây là tùy chọn điều khiển tương thích của sự tính toán bảng định tuyến với RFC 1583, mặc định giá trị là “no”, tuy nhiên trong mô phỏng của tôi có sử dụng cả những thiết bị định tuyến ảo của Cisco nên nó được cấu hình “yes”.
Import all, export all: Cả bộ lọc export và import đều được cấu hình “all” để cho phép tất cả thông tin định tuyến vào, ra bảng định tuyến của Bird.
Interface -"eth0", "veth*": Giao thức định tuyến (OSPF) không hoạt động trên cổng eth0 và hoạt động trên tất cả các cổng veth (Virtual Ethernet - Chi tiết xin xem tại mục 4.1.4 trong cùng chương này).
Các giá trị priority, cost, hello, dead … được sử dụng giá trị mặc định hoặc tương tự với giá trị của các thiết bị định tuyến ảo Cisco để đảm bảo tính tương thích của hệ thống.
Networks: Cấu hình dải địa chỉ mạng hoạt động với giao thức OSPF.
3.1.3. Cài đặt OpenvSwitch
Như đã mô tả, OpenvSwitch là một thành phần chuyển mạch được xây dựng trên nhân Linux, ngoài tính năng giả lập một Switch thông thường OpenvSwitch hỗ trợ một số tính năng nâng cao, một trong số đó là hỗ trợ chuẩn mở OpenFlow, nó cho phép Switch nhận lệnh điều khiển từ bộ điều khiển trong tâm (Floodlight Controller). Tương tự với tất cả các phần mềm cài đặt trên nền tảng Linux, ta có thể cài đặt OpenvSwitch theo hai cách là tải gói cài đặt từ trang chủ http://openvswitch.org hoặc cài đặt qua dòng lệnh. Để cập nhật phiên bản mới nhất ta nên sử dụng phương pháp thứ nhất, phương pháp thứ hai đơn giản hơn ta có thể sử dụng những lệnh sau:
# Cài đặt những phần mềm hỗ trợ
# Thêm source cho Ubuntu
$ add-apt-repository ppa:mighost/ppa # Cập nhật source mới
$ apt-get update
# Cài đặt các gói OpenvSwitch
$ apt-get install openvswitch-common openvswitch-datapath-dkms openvswitch-switch
Để kiểm tra phiên bản OpenvSwitch đã cài đặt ta có thể sử dụng lệnh:
$ ovs-vsctl show
Sau khi cài đặt xong OpenvSwitch, để bắt đầu làm việc ta cần tạo Bridge cho Switch và gán các port lên Bridge đó, trong trường hợp mô phỏng của mình, với mỗi Bridge tôi cần một cổng kết nối với Floodlight Controller, do đó trên các máy chủ cài đặt OpenvSwitch tôi sẽ gán eth0 mặc định cho Bridge, còn các cổng vật lý khác sẽ được thiết lập và gán thêm vào Bridge theo yêu cầu của mô hình giả lập, quá trình tạo Bridge và gán cổng vật lý cho Bridge được thực hiện bằng cách chỉnh sửa file text “/etc/network/interfaces” với nội dung như sau:
auto br0 # Tạo Bridge và cấu hình địa chỉ IP
iface br0 inet static # Lựa chọn cấu hình IP tĩnh
address 192.168.10.x network 192.168.10.0 netmask 255.255.255.0
bridge_ports eth0 # Gán cổng eth0 cho Bridge
bridge_fd 9 bridge_hello 2 bridge_maxage 12
# bridge_stp off # Tùy chọn: Nếu topo sử dụng loop thì tắt
Ngoài ra, ta cũng có thể sử dụng các dòng lệnh sau:
$ ovs-vsctl add-br br0 # Thêm Bridge cho OvS
$ ovs-vsctl add-port br0 eth0 # Gán cổng eth0 cho Bridge
$ ifconfig br0 192.168.1.208 netmask 255.255.255.0 # Cấu hình IP cho Bridge
Cấu trúc lệnh “ovs-vsctl add-port br0 <Interface add to Bridge>” sẽ được sử dụng nhiều để thêm các cổng (vật lý và ảo) cho Bridge trong các mục tiếp theo. Sau các bước cấu hình cơ bản và gán cổng cho Bridge, ta cần cung cấp địa chỉ bộ điều khiển trung tâm (Floodlight Controller) cho Bridge trên OpenvSwitch bằng câu lệnh:
$ ovs-vsctl set-controller br0 tcp:192.168.10.3:6633
Dưới đây là mô hình kết nối giữa Floodlight và OpenvSwitch được thiết lập trong giả lập của tôi:
Hình 3.2. Mô hình kết nối Floodlight - OvS 3.1.4. Cấu hình kết nối trong thiết bị định tuyến ảo
Như đã trình bày trong mục 3.3, để mô phỏng một thiết bị định tuyến hỗ trợ OpenFlow ta cần cài đặt OpenvSwitch và Bird lên cùng một máy chủ Linux (Ubuntu 64bit), trong mục 3.3.3 chúng ta cũng đã đưa ra giải pháp để kết hợp OpenvSwitch và Bird trên cùng một máy chủ linux sử dụng các cổng giao tiếp ảo.
Hình 3.3: Kết nối nội bộ thiết bị định tuyến ảo
Trong mục này chúng ta sẽ cụ thể hóa giải pháp đã đưa ra bằng cách cấu hình trên OpenvSwitch và Bird như sau:
a. Gán các cổng cho Bridge (thuộc OvS)
OpenvSwitch là một thiết bị chuyển mạch ảo, như đã trình bày, để OpenvSwitch hoạt động trước hết cần tạo các bridge trên OpenvSwitch sau đó gán các cổng vào Bridge, dưới đây là dòng lệnh để gán các cổng cho Bridge:
$ ovs-vsctl add-port <bridge name> <port name> -- set Interface <port name> ofport_request=<port number>
“Bridge name": Là tên của Bridge đã được tạo trên OpenvSwitch (Trong mô hình của tôi là br0)
“Port name”: Là cổng giao tiếp muốn gán vào cho Bridge, như hình minh họa chúng ta sẽ gán các cổng eth* và OvsVeth* lên Bridge.
“Port number”: Là số hiệu cổng giao tiếp để OpenvSwitch và Floodlight Controller sử dụng để gọi đến cổng giao tiếp đó, nếu không gán các số hiệu thì OpenvSwitch sẽ tự động chọn ngẫu nhiên số hiệu cổng giao tiếp. Trong trường hợp mô phỏng của mình tôi tự cấu hình “Port number” để dễ dàng quản lý trong quá trình thao tác tiếp theo.
Trong mô phỏng của mình tôi gán “Port number” cho các cổng Eth‘n’ là 1n và các cổng OvsVeth‘n’ là n. Dưới đây là ví dụ lệnh gán port tôi sử dụng trong mô phỏng của mình:
$ ovs-vsctl add-port br0 ovs-veth1 -- set Interface ovs-veth1 ofport_request=1 $ ovs-vsctl add-port br0 eth1 -- set Interface eth1 ofport_request=11
b. Cấu hình địa chỉ IP cho các cổng veth* và cấu hình Bird
Theo sơ đồ kết nối mô phỏng trên, lớp Routing (Bird) sẽ kết nối trực tiếp với các cổng Veth*, do đó ta sẽ cấu hình địa chỉ IP cho các cổng Veth*, các cổng đã gán cho Bridge không cần cấu hình địa chỉ IP vì các thao tác xử lý trên Bridge không cần sử dụng đến địa chỉ lớp 3. Câu lệnh để cấu hình địa chỉ IP cho các cổng Veth* đơn giản như sau:
$ ifconfig veth‘n’ <ip address> netmask <…>
Trên Bird ta chỉ cần cấu hình các giao thức định tuyến chạy trên các cổng Veth* trong file bird.conf:
interface "veth*"{
c. Tạo các cặp kết nối Veth* OvsVeth*
Sau khi hoàn thành hai bước cấu hình trên thì coi như ta đã hoàn thành việc cấu hình cơ bản cho hai lớp định tuyến và lớp chuyển mạch, tuy nhiên nhiệm vụ chính là kết nối hai lớp này vẫn chưa hoàn thành. Để kết nối hai lớp này và đảm bảo các
thiết bị hoạt động chính xác ta cần kết nối các cặp cổng tương ứng với nhau. Như mô tả tại sơ đồ, giao tiếp giữa hai lớp được tạo nên bởi các cặp cổng giao tiếp Veth* và OvsVeth*, cấu hình cụ thể như sau:
Trên máy chủ cài đặt Bird và OpenvSwitch:
$ ip link add veth1 type veth peer name ovs-veth1
Đồng thời cần thiết lập các Flow và thông qua Floodlight Controller đẩy xuống OpenvSwitch để thiết lập chính xác các luồng dữ liệu như sau:
"ingress-port":"1" "actions":"output=11" "ingress-port":"11" "actions":"output=1" "ingress-port":"2" "actions":"output=12" "ingress-port":"12" "actions":"output=2" "ingress-port":"3" "actions":"output=13" "ingress-port":"13" "actions":"output=3"
Sau khi hoàn thành các bước cấu hình và các Flow được đẩy xuống OpenvSwitch ta có thể mô tả luồng dữ liệu đến thiết bị như sau:
Data Eth* OvsVeth* Veth* Bird
3.1.5. Cấu hình kết nối cho hệ thống mô phỏng
Do hạn chế về hiệu năng thiết bị, tôi không thể mô phỏng một hệ thống với toàn bộ các thiết bị hỗ trợ OpenFlow. Mô hình tôi xây dựng sẽ gồm 2 khu vực tại lớp chuyển tiếp dữ liệu Data Plane là khu vực mô phỏng bằng Vmware (02 thiết bị) và khu vực mô phỏng bằng GNS3 (02 thiết bị).
Lớp điều khiển sử dụng một máy ảo (sử dụng Vmware Workstation) và cài đặt bộ điều khiển Floodlight. Trong quá trình làm việc máy ảo này luôn phải kết nối với 02 máy ảo giả lập thiết bị định tuyến hỗ trợ OpenFlow do đó tôi sử dụng mạng ảo Vmnet0 (192.168.10.0/24) dành cho kết nối của các thiết bị hỗ trợ OpenFlow.
Kết nối giữa VR01 – VR02; VR02 – VR03 và VR02 – VR04 tôi sử dụng lần lượt các mạng ảo Vmnet1 (10.0.12.0/24); Vmnet2 (10.0.23.0/24) và Vmnet3 (10.0.24.0/24).
Hai thiết bị định tuyến VR03 và VR04 được giả lập bằng GNS3 và được kết nối với nhau qua mạng 10.0.34.0/24 đồng thời VR03 được kết nối với Vmnet2 và VR04 được kết nối với Vmnet3.
Dưới đây là mô hình kết nối giữa các thiết bị trong mô hình giả lập tôi xây dựng:
Hình 3.4. Mô hình kết nối thiết bị mô phỏng 3.1.6. Cấu hình GNS3
Trong mô hình dưới đây, cloud được cấu hình với hai card mạng kết nối với Vmnet2 và Vmnet3 để kết nối hai thiết bị VR03 và VR04 với VR02. Trên các thiết bị VR03 và VR04 tôi chỉ cấu hình các cổng giao tiếp và giao thức định tuyến OSPF:
Hình 3.5. Mô hình mạng sử dụng GNS3
Các cấu hình trên GNS3 đã quá quen thuộc nên tôi sẽ không đưa vào trong nội dung luận văn của mình.
3.2. Phát triển thêm tính năng ứng dụng
Để việc hỗ trợ việc quản lý, thiết lập, thay đổi policy based routing cho các thiết bị thuộc lớp chuyển tiếp dữ liệu (Data Plane) tôi đã phát triển một ứng dụng (thuộc lớp Application Plane). Ứng dụng này sẽ thông qua Floodlight Controller để đẩy các Policy xuống các thiết bị theo thời gian đã được thiết lập, qua đó việc thiết lập, thay đổi Policy sẽ được tự động hóa theo thời gian.
Ứng dụng của tôi được phát triển dựa trên chương trình Avior, một dự án mã nguồn mở được phát triển bởi nhóm nghiên cứu OpenFlow trường Marist/IBM. Tôi đã kế thừa, sửa một số lỗi nhỏ, chỉnh sửa lại giao diện và thêm vào một thành phần chức năng cho chương trình gốc.
Để làm rõ nội dung phát triển thêm, trước hết tôi sẽ mô tả qua về Avior và các tính năng của phần mềm này.
3.2.1. Giới thiệu ứng dụng Avior
Là sản phẩm của một dự án mã nguồn mở để tạo ra ứng dụng hỗ trợ quản trị viên trong việc giám sát, điều hành hệ thống. Avior cung cấp cho quản trị viên giao diện sử dụng khá tiện dụng và dễ hiểu:
Hình 3.6. Giao diện ứng dụng Avior
Qua giao diện này quản trị viên có thể dễ dàng nắm bắt được thông tin hệ thống như thông tin về tình trạng Controller hiện tại, thông tin về số thiết bị kết nối đến Controller và một tính năng hỗ trợ điều khiển hệ thống là Flow Manager. Flow