CHƯƠNG 3 : SDN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG KHÁC
3.1. Mạng tại khu vực lớn
Trước đây, mạng WAN được sử dụng để kết nối các mạng đảo xa, chẳng hạn như kết nối các mạng LAN phân tán về mặt địa lý tại các văn phòng khác nhau thuộc cùng một doanh nghiệp hoặc tổ chức. Một số công nghệ không phải Ethernet đã được sử dụng để hỗ trợ kết nối WAN này, bao gồm:
•Kênh thuê riêng: Những kết nối điểm với điểm này đã được sử dụng trong những ngày đầu của mạng và vận hành rất tốn kém.
• Chuyển mạch: Kết nối quay số là một ví dụ về loại kết nối này, có băng thơng hạn chế, nhưng rất rẻ.
• Chuyển mạch gói: Các mạng mang tại trung tâm thực hiện lưu lượng truy cập từ điểm cuối này đến điểm cuối khác, sử dụng các cơng nghệ như X.25 và Frame-Relay.
• Rơ le di động: Các công nghệ như ATM vẫn được sử dụng ngày nay, có kích thước ơ cố định và mạch ảo.
• Cáp và vịng lặp th bao kỹ thuật số. Những cơng nghệ này đóng một vai trị quan trọng trong việc mang kết nối WAN đến gia đình.
Tuy nhiên, gần đây các cơng nghệ này đã nhường chỗ đáng kể cho các liên kết WAN dựa trên Ethernet. Ngày nay, các công ty và tổ chức đang sử dụng Ethernet để kết nối các mạng phân tán về mặt địa lý, sử dụng hệ thống mạng riêng hoặc trong một số trường hợp nhất định là Internet. Ethernet ở đây đã được chứng minh là một giải pháp tuyệt vời trong các lĩnh vực mà trước đây chưa được hình dung. Tuy nhiên, việc chuyển sang Ethernet không chỉ mang lại lợi thế của cơng nghệ đó mà cịn mang lại nhiều thách thức mới lạ và khó khăn. Cịn phần sau đây sẽ đề cập đến một số vấn đề chính có liên quan đến mơi trường WAN.
Các vấn đề chính mà các nhà thiết kế mạng phải đối mặt khi nói đến mạng WAN là độ tin cậy và sử dụng hiệu quả nhất băng thơng có sẵn. Băng thơng là một mặt hàng
khan hiếm so với mạng LAN oo chi phí của các liên kết đường dài trong mạng WAN khá đắt đỏ. Trong các mơi trường như trung tâm dữ liệu, có thể tạo ra các liên kết dự phịng mà khơng cần quan tâm nhiều đến chi phí, vì cáp tương đối rẻ. Hơn nữa, nhu cầu băng thơng có thể được đáp ứng bằng cách thêm nhiều cổng và liên kết. Với mạng WAN thì khơng như vậy, trong đó chi phí băng thơng là các đơn hàng có cường độ lớn hơn theo khoảng cách so với mức chúng nằm trong trung tâm dữ liệu hoặc khuôn viên cố định. Thêm các cổng dự phòng chỉ làm trầm trọng thêm vấn đề này. Do đó, điều quan trọng là phải thúc đẩy việc sử dụng và hiệu quả cao hơn trong các liên kết WAN.
3.1.1. SDN được áp dụng cho WAN
Khắc phục tình trạng mất kết nối trên một liên kết bằng cách sử dụng tính năng dự phịng và chuyển đổi dự phịng là điều phổ biến trong tất cả các hình thức mạng, bao gồm cả mạng WAN. Công nghệ này tồn tại trong các thiết bị ngày nay và đã tồn tại trong nhiều năm. Tuy nhiên, các quyết định định tuyến được thực hiện trong quá trình chuyển đổi dự phịng khơng thể dự đốn được trong khoảng thời gian tổng hợp và thường không tối ưu ngay cả sau khi đã tổng hợp. Các đường dẫn dưới được tối ưu là do thiếu chế độ xem trung tâm để xem tất cả các đường dẫn cũng như khả năng băng thơng và các tiêu chí khác. Kiến thức từ toàn cầu như vậy cho phép các quyết định có thể lặp lại và tối ưu. Khía cạnh độ tin cậy này rất được mong muốn bởi các tổ chức dựa vào các kết nối diện rộng để vận hành doanh nghiệp và tổ chức của họ. Như chúng ta đã biết bộ điều khiển SDN có thể có quyền truy cập vào tất cả thơng tin này và vì nó có lẽ chạy trên một máy chủ hiệu suất cao, nó có thể tính tốn các đường dẫn tối ưu nhanh hơn và đáng tin cậy hơn so với cách tiếp cận phân tán truyền thống.
Có một số cơng nghệ tiền SDN cố gắng cho phép các quyết định định tuyến tối ưu.
Bao gồm các:
• Ứng dụng Giám sát Mạng và Quản lý Lưu lượng. Ví dụ: sFlow và NetFlow thu thập thơng tin cần thiết để hệ thống quản lý mạng có thể đưa ra quyết định định tuyến tối ưu.
• MPLS-Traffic Engineering (MPLS-TE) sử dụng các cơ chế kỹ thuật lưu lượng để chọn các đường dẫn tối ưu cho các Đường dẫn Chuyển mạch Nhãn MPLS (LSP). LSP là một đường dẫn thơng qua mạng MPLS. Các gói được chuyển tiếp dọc theo con đường này bởi các bộ định tuyến trung gian định tuyến các gói bằng một ánh xạ được chỉ định trước của các cặp cổng-nhãn đi vào đến các cặp cổng đi vào và cổng đi ra. Một LSP đôi khi được gọi là một đường hầm MPLS.
• Kiến trúc dựa trên yếu tố tính tốn đường dẫn (PCE) xác định đường dẫn tối ưu giữa các nút dựa trên tập hợp các điều kiện tải mạng lớn hơn có thể được xem xét trong phân tích đường dẫn tốt nhất đơn giản như IS-IS.
Ngay cả khi các công nghệ tiền SDN này cố gắng đưa ra các quyết định về đường đi tối ưu dựa trên chế độ xem toàn cầu của mạng, chúng vẫn bị cản trở bởi các thiết bị giữ lại các mặt phẳng điều khiển tự động của chúng. Chúng em xem xét một ví dụ về điều này trong phần sau.
3.1.2. MPLS LSP trong GOOGLE WAN
Trong Google, để mô tả các giải pháp WAN trước thì SDN của họ xử lý trường hợp liên kết không thành công. Trong trường hợp cụ thể này, vấn đề xoay quanh việc định tuyến lại các LSP MPLS trong trường hợp liên kết bị lỗi.
Hình 3.2: Google khơng có OpenFlow
Chúng em mơ tả tình hình trước SDN trong Hình 3.2. Trong hình, liên kết bên phải có nhãn Tuyến đường tốt nhất đi xuống. Khi một liên kết gặp sự cố và mạng cần kết nối lại, tất cả các LSP sẽ cố gắng định tuyến lại. Quá trình này được thực hiện tự động bởi các bộ định tuyến dọc theo đường dẫn bằng Giao thức dành riêng tài nguyên (RSVP) để thiết lập đường dẫn và dự trữ băng thông. Khi LSP đầu tiên được thiết lập và dự trữ băng thơng cịn lại trên một liên kết, các liên kết khác phải thử lại trên các đường dẫn còn lại. Bởi vì quá trình này được thực hiện độc lập và đột xuất, nó có thể được lặp lại nhiều lần với một chỉ có một liên kết duy nhất hồn thành và được đề ra. Điều này có thể lặp lại trong một thời gian cho đến khi LSP cuối cùng được thiết lập. Nó khơng có tính xác định ở chỗ không biết LSP nào sẽ là LSP cuối cùng trong bất kỳ liên kết nhất định nào. Đây là một vấn đề thực tế và giải pháp trước OpenFlow này rõ ràng là thiếu sót.
Hình 3.3: Google có OpenFlow
Chúng em đối chiếu điều này với Hình 3.3, cho thấy cách một hệ thống SDN với bộ điều khiển tập trung chứa kiến thức về tất cả các tuyến đường khả thi và băng thơng khả dụng hiện tại có thể giải quyết vấn đề này hiệu quả hơn nhiều. Để thực hiện điều này, bộ điều khiển hoạt động cùng với ứng dụng Traffic Engineering (TE) được hiển thị trong hình. Việc tính tốn một giải pháp tối ưu để ánh xạ các LSP tới mạng cịn lại có thể được thực hiện một lần và sau đó được lập trình vào các thiết bị. Giải pháp dựa trên SDN này có tính xác định ở chỗ mỗi lần sẽ có cùng một kết quả.
Google đã đi đầu trong công nghệ SDN ngay từ khi mới thành lập và họ đã tận dụng công nghệ này để làm lợi thế của mình trong việc quản lý mạng WAN cũng như các trung tâm dữ liệu của họ. Họ đã kết nối các trung tâm dữ liệu của mình bằng cách sử dụng công tắc OpenFlow được kết nối với bộ điều khiển mà họ đã thiết kế với các tính năng mà chúng em vừa mơ tả. Những lợi ích mà Google đã nhận ra từ việc chuyển đổi của họ sang OpenFlow trong mạng WAN là:
• Chi phí quản lý thiết bị thấp hơn
• Các quyết định định tuyến có thể đoán trước và xác định được trong trường hợp chuyển đổi dự phịng
• Quyết định định tuyến tối ưu dựa trên băng thông và tải