dụng SDN trong trung tâm dữ liệu
Chúng em đã mô tả một số định nghĩa về mạng do phần mềm xác định với SDN ban đầu mà chúng em gọi là Open SDN, SDN qua API và SDN via Overlays dựa trên siêu giám sát. Chúng em cũng đã mô tả SDN thông qua việc Mở thiết bị, nhưng ở đây chúng em sẽ tập trung vào ba phần đầu tiên, vì chúng là những cái duy nhất đã đạt được sức hút thương mại đáng kể tính đến thời điểm hiện nay trên thị trường.
Làm thế nào để các phiên bản SDN này giải quyết nhu cầu của trung tâm dữ liệu ngày nay như chúng em đã mô tả trong chương này? Để trả lời cho câu hỏi đó thì hãy cùng tìm hiểu qua các phần sau dưới đây.
Chúng em sẽ trình bày theo thứ tự lần lượt là SDN qua Lớp phủ đầu tiên, tiếp theo là
Open SDN và cuối cùng là SDN qua API. Mọi người cần lưu ý rằng trong bài tiểu luận
này khi chúng em sử dụng biểu thức SDN via Overlays thì có nghĩa là SDN via Overlays dựa trên việc siêu giám sát. Sự khác biệt này rất quan trọng vì có những cơ chế lớp phủ khác khơng dựa trên siêu giám sát sẽ mang lại một kết quả khác nhau. Lý do cho việc này là vì SDN via Overlays là một công nghệ giải quyết cụ thể của trung tâm dữ liệu và vì vậy người ta mong đợi giải pháp từ lớp phủ sẽ giải quyết trực tiếp hầu hết
các vấn đề này. Đặc biệt qua bảng 2.1 bên dưới đây sẽ tóm tắt ngắn gọn khả năng của các định nghĩa SDN khác nhau trong việc giải quyết các nhu cầu của trung tâm dữ liệu mà chúng em đã đề cập trong bài này. Và chúng em sẽ cịn thảo luận sâu hơn các khía cạnh của bảng này trong các phần tiếp theo.
Bảng 2.1: Hỗ trợ nhu cầu từ trung tâm dữ liệu cho các giải pháp thay thế SDN Nhu cầu
Vượt giới hạn mạng
Bổ sung, di chuyển và thay đổi khả năng truyền mạng
Tình trạng phục hồi lỗi Mở rộng thêm lưu lượng
Kỹ thuật truyền và hiệu năng khi truyền SDN via Overlays Có Có Khơng Có Khơng Open SDN Khả thi Có Có Có Có SDN via APIs Phụ thuộc và việc triển khai
Phụ thuộc vào việc
triển khai
Phụ thuộc vào việc
triển khai
Phụ thuộc vào việc
triển khai
Phụ thuộc vào việc
triển khai
2.6.1. Vượt qua các giới hạn mạng hiện nay
Trong phần này, chúng em xem xét cách SDN via Overlays, Open SDN và SDN qua API để giải quyết các hạn chế về kích thước bảng địa chỉ MAC và số lượng VLAN tối đa cũng như các khía cạnh khác liên quan đến Bảng 2.1 đã trình bày ở trên.
SDN via Overlays
Giải pháp đơn giản và nhanh chóng nhất cho những vấn đề liên quan đến việc tạo đường hầm mạng thì SDN via Overlays là một lựa chọn đúng đắn và hợp lý nhất. Các địa chỉ MAC duy nhất có thể nhìn thấy qua tầng mạng vật lý là địa chỉ MAC của các điểm cuối đường hầm mạng và chúng được thấy tại các siêu giám sát. Lấy một ví dụ thơng dụng hiện nay như là khi nếu có tám máy ảo trên mỗi siêu giám sát, thì bạn đã giảm tổng số địa chỉ MAC đi một hệ số là tám. Còn nếu các điểm cuối của đường hầm càng ngược dòng hoặc số lượng máy ảo trên mỗi siêu giám sát nhiều hơn, thì việc tiết kiệm địa chỉ MAC thậm chí cịn lớn hơn.
Đối với vấn đề cạn kiệt VLAN, tức là vượt quá giới hạn 4094 thì giải pháp này là ưu việt hơn, vì cơ chế đa chiều mới là đường hầm mạng chứ không phải VLAN. Như chúng em đã giải thích trong Phần 2.3, số lượng mạng hoặc phân đoạn đường hầm có thể là 16 triệu hoặc lớn hơn bằng cách sử dụng công nghệ đường hầm VXLAN, NVGRE hoặc STT.
Đối với vấn đề sử dụng tất cả các liên kết trong cơ sở hạ tầng vật lý, SDN via Overlays sẽ không giải quyết các vấn đề địa chỉ mạng liên quan đến cơ sở hạ tầng vật
lý. Mà các nhà thiết kế mạng sẽ cần phải tự mình tìm hiểu và sử dụng các cơng nghệ SDN khác hoặc sử dụng công cụ khác để giảm thiểu các loại hạn chế vật lý này.
Khi được cho là SDN via Overlays sẽ không giải quyết được các vấn đề về khôi phục lỗi và kỹ thuật lưu lượng thì điều quan trọng chứng tỏ là cơng nghệ này không ngăn cản các giải pháp cho những vấn đề được thực hiện trong mạng lớp phủ. Và có thể hiểu đơn giản là SDN via Overlays sẽ không thể cung cấp cho nó giải pháp khắc phục nếu như chúng ta khơng tạo ra phương pháp khác.
Open SDN cũng có khả năng giải quyết các hạn chế mạng này. Tuy nhiên, nó khơng giải quyết những hạn chế này theo cách tương tự như SDN via Overlays vì do bản chất cơ bản của phương pháp này là chủ yếu sử dụng đường hầm mạng. Việc chuyển chức năng điều khiển khỏi thiết bị sang bộ điều khiển chung sẽ không giải quyết trực tiếp các hạn chế như kích thước bảng địa chỉ MAC và số lượng VLAN tối đa. Tuy nhiên, Open SDN rất phù hợp để tạo ra một giải pháp là một phiên bản mới lạ khác của SDN via Overlays.
Bộ điều khiển SDN có thể tạo các đường hầm theo yêu cầu tại những nơi sẽ trở thành điểm cuối của đường hầm và sau đó các quy tắc OpenFlow được sử dụng để đẩy lưu lượng truy cập từ các máy chủ vào đường hầm thích hợp. Vì phần cứng tồn tại có hỗ trợ tìm hầm tích hợp nên các thiết bị SDN có thể được tạo ra để thu được những lợi ích này từ việc đào hầm, nhưng cũng cần kết hợp với hiệu suất tăng của phần cứng để thực hiện công việc được hiệu quả hơn. Do đó, Open SDN có thể giải quyết những hạn chế mạng này tương tự như giải pháp thay thế SDN via Overlays.
SDN via APIs
Việc thêm các API SDN vào thiết bị mạng không giải quyết trực tiếp các giới hạn mạng như chúng ta đã thảo luận trong chương này. Tuy nhiên, một số giải pháp SDN của trung tâm dữ liệu thông qua API đã được tạo bằng cách sử dụng các giao thức hiện có hoặc mới mẻ hơn. Đặc biệt:
• Trung tâm Dữ liệu APIC (APIC-DC) của Cisco sử dụng một giao thức mới gọi là OpFlex. Giao thức này được thiết kế để truyền thông tin mức chính sách từ bộ điều khiển APIC-DC đến các thiết bị thơng minh có khả năng hiển thị các chính sách đã nhận.
• Juniper's Contrail và biến thể mã nguồn mở OpenContrail, sử dụng các giao thức hiện có như NETCONF, MPLS và XMPP kết hợp với các API hiện có trong các thiết bị ngày nay để tạo ra một mạng ảo hóa nhắm mục tiêu vào trung tâm dữ liệu.
Vì vậy, mặc dù đúng là SDN thông qua API không giải quyết các giới hạn mạng, nhưng việc sử dụng sáng tạo các giao thức và API hiện có này có thể mang lại những cải thiện về hành vi mạng.
2.6.2. Bổ sung, di chuyển và thay đổi khả năng truyền mạng
Loại chức năng này rất quan trọng trong các trung tâm dữ liệu để bắt kịp với tốc độ do tự động hóa máy chủ và lưu trữ mang lại. Bây giờ chúng ta xem xét các cách mà cơng nghệ SDN có thể giải quyết những vấn đề này như thế nào qua:
SDN via Overlays
Thuộc tính chính của SDN via Overlays khi nó giải quyết việc thêm địa chỉ mạng là di chuyển và thay đổi tức là cơng nghệ xoay quanh ảo hóa. Nó khơng liên quan đến cơ sở hạ tầng vật lý ở tất cả đường mạng. Các thiết bị mạng mà nó thao tác thường là các cơng tắc ảo chạy trong các siêu giám sát. Hơn nữa, các thay đổi mạng cần thiết để hoàn thành nhiệm vụ rất đơn giản và chỉ giới hạn trong việc xây dựng và xóa các mạng ảo, được thực hiện trong các đường hầm được tạo rõ ràng cho mục đích đó. Và những thao tác này là những thao tác có thể được dễ dàng thơng qua phần mềm.
Do đó, nhiệm vụ thêm, di chuyển, xóa và thay đổi trong lớp mạng khá đơn giản và dễ dàng tự động. Bởi vì nhiệm vụ bị cơ lập và hạn chế trong các đường hầm, các vấn đề phức tạp ít xuất hiện hơn so với những trường hợp sẽ xảy ra nếu các thay đổi cần được áp dụng và nhân rộng trên tất cả các thiết bị vật lý trong mạng. Do đó, nhiều người sẽ tranh luận rằng lớp phủ là cách đơn giản nhất để cung cấp tính năng tự động hóa và tính linh hoạt cần thiết để hỗ trợ việc thêm, di chuyển, xóa và thay đổi thường xuyên.
Nhưng bên cạnh đó cũng có những nhược điểm của sự linh hoạt này là do các mạng ảo không được kết hợp chặt chẽ với mạng vật lý, nên dễ dàng thực hiện các bổ sung, di chuyển và thay đổi này mà khơng chắc chắn rằng mạng vật lý bên dưới có khả năng xử lý chúng. Giải pháp rõ ràng nhất ở đây là khai thác quá mức mạng vật lý với dung lượng dư thừa lớn, nhưng đây lại không phải là giải pháp hiệu quả cho vấn đề này.
Open SDN
Như chúng ta đã thảo luận trong phần trước, nếu Open SDN đang được sử dụng để tạo đường hầm và mạng ảo, thì việc Open SDN sẽ đạt được kết quả tương tự như đã thảo luận trước đó là điều sẽ dễ dàng nhận thấy. Nhiệm vụ được đưa ra là tạo các đường hầm lớp phủ theo yêu cầu và sử dụng các quy tắc OpenFlow để đẩy các gói tin vào các đường hầm thích hợp.
Ngồi những ưu điểm của mạng ảo thông qua đường hầm, Open SDN cịn cung cấp khả năng thay đổi cấu hình và hoạt động của mạng vật lý bên dưới, cái mà một số người gọi là lớp dưới. Ưu điểm thực sự của khả năng này được mô tả trong Phần 2.6.5 dưới đây.
SDN via APIs
Các API cung cấp một khuôn khổ lập trình để tự động hóa các tác vụ mà nếu khơng hoạt động được thì sẽ cần u cầu can thiệp thủ cơng. Có một bộ điều khiển nhận thức được các thay đổi ảo hóa máy chủ có thể đáp ứng với các thay đổi đối với mạng là một lợi thế nhất định. Các ví dụ điển hình bao gồm các giải pháp hồn chỉnh dựa trên API trong trung tâm dữ liệu như APIC-DC của Cisco và Juniper’s Contrail. Cả hai giải pháp này đều sử dụng các API độc quyền hiện có hoặc mới được cung cấp trên các thiết bị tương ứng của chúng để thúc đẩy sự nhanh nhạy cần thiết trong các trung tâm dữ liệu.
Một hạn chế có thể có của giải pháp API là nếu sử dụng các giao thức cũ, bộ điều khiển có thể bị hạn chế bởi các giới hạn của chính thiết bị (một hạn chế không đúng với
Open SDN hoặc SDN via Overlays). Tuy nhiên, hãy nhớ rằng khía cạnh chính của việc hỗ
trợ thêm, di chuyển và thay đổi, là khả năng thực hiện điều đó một cách tự động và nhanh nhẹn. Từ quan điểm này, với bộ điều khiển tập trung quản lý mạng, SDN thông qua API sẽ cung cấp cải tiến đáng kể so với các mạng mới được tạo ra hiện nay.
2.6.3. Tình trạng phục hồi lỗi
Các trung tâm dữ liệu ngày nay có các cơ chế để đạt được tính sẵn sàng cao, dự phịng và phục hồi trong trường hợp hỏng hóc. Tuy nhiên, như đã đề cập trước đó, các cơ chế này có thiếu sót trong khả năng dự đốn và chưa được tối ưu hóa của các phương pháp khơi phục đó. Do đó, SDN cần phải cung cấp một số hỗ trợ để đáp ứng những nhu cầu cụ thể đó. Lưu ý rằng các lỗi về mặt máy chủ vật lý hoặc máy ảo, thực sự chỉ là một
tập hợp con của phần trước về bổ sung, di chuyển và thay đổi và đã được giải quyết trong ngữ cảnh đó.
SDN via Overlays
Bởi vì SDN via Overlays hồn tồn khơng xử lý được mạng vật lý bên dưới nó nên cơng nghệ này sẽ khơng mang lại nhiều hiệu quả trong việc cải thiện các phương pháp khôi phục lỗi trong trung tâm dữ liệu. Nếu có lỗi trong cơ sở hạ tầng vật lý, chúng phải được xử lý thơng qua các cơ chế đã có sẵn, ngoại trừ các lớp phủ.
Ngoài ra, sự tác động lẫn nhau giữa cấu trúc liên kết ảo và vật lý đơi khi có thể khó chẩn đốn khi có vấn đề xảy ra.
Open SDN
Một trong những lợi ích đã nêu của Open SDN là với bộ điều khiển tập trung, cấu trúc liên kết toàn mạng được biết đến và các quyết định định tuyến (hoặc trong trường hợp này là định tuyến lại) có thể được đưa ra nhất quán và có thể dự đốn được. Hơn nữa, những quyết định đó có thể kết hợp các nguồn dữ liệu khác liên quan đến các quyết định định tuyến, chẳng hạn như tải lưu lượng, thời gian trong ngày, thậm chí tải theo lịch trình hoặc quan sát theo thời gian. Việc tạo ra một giải pháp như vậy không phải là chuyện nhỏ, nhưng ứng dụng SDN chịu trách nhiệm về chức năng khôi phục lỗi như vậy có thể tận dụng các cơng nghệ hiện có và mới nổi, chẳng hạn như IS-IS và PCE.
SDN via APIs
Các phiên bản của SDN thông qua API như APIC-DC của Cisco và Juniper’s Contrail có thể sử dụng kiến thức về mạng theo cách tương tự như Open SDN và có thể sử dụng các API phiên bản mới hiện có đó trên các thiết bị để đạt được tính khả dụng cao hơn và phục hồi sau lỗi hiệu quả hơn. Trên thực tế, đây là định hướng mà các giải pháp dựa trên API đã hướng tới kể từ năm 2013.
2.6.4. Mua thêm lưu lượng
Với các trung tâm dữ liệu lớn và điện tốn đám mây, thường ngày càng có nhiều người th sử dụng lưu lượng truy cập dọc theo cùng một cơ sở hạ tầng mạng vật lý và do đó chia sẻ các liên kết truyền thông vật lý giống nhau. Cách truyền thống để đạt được sự tách biệt theo yêu cầu của việc chia sẻ băng thông mạng này là thông qua việc sử dụng các VLAN. Và hiện nay số lượng VLAN tối đa đã khơng cịn đủ cho các trung tâm dữ liệu phát triển lớn.
SDN via Overlays
Công nghệ SDN via Overlays có thể giải quyết vấn đề đa chiều về tính chất của nó thơng qua việc tạo ra các mạng ảo chạy trên mạng vật lý. Những thứ này thay thế cho VLAN như một phương tiện cung cấp sự phân tách và cô lập lưu lượng. Trong công nghệ SDN via Overlays thì VLAN chỉ có liên quan trong một đối tượng thuê duy nhất. Còn việc đối với mỗi người th thì vẫn xuất hiện có giới hạn 4094 VLAN và điều đó dường như chỉ có thể đủ cho lưu lượng truy cập của một người thuê và không thể cho thêm người thuê khác.
Open SDN có thể thực hiện ảo hóa mạng bằng cách sử dụng lớp ba dựa trên
đường hầm theo cách rất giống với SDN via Overlays. Tuy nhiên, Open SDN cũng cung cấp các lựa chọn thay thế khác. Các kiểu đóng gói khác (ví dụ: MAC-in-MAC, Q-in-Q) cũng có thể được sử dụng để cung cấp đường hầm lớp hai, có thể làm tăng số lượng người thuê lên gấp nhiều lần. Ví dụ: sử dụng Q-in-Q về mặt lý thuyết có thể tạo ra 4094 lần 4094 VLAN, hoặc khoảng 16 triệu, cùng giá trị có thể với các giải pháp lớp phủ sử dụng VXLAN hoặc NVGRE.
SDN via APIs
Nhiều mạng kế thừa phụ thuộc vào VLAN để cung cấp ảo hóa mạng và các VLAN đó được thiết lập và cấu hình thơng qua API. Như vậy, SDN thơng qua API có thể đóng một vai trị nào đó trong việc giải quyết các vấn đề lưu trữ dữ liệu. Hơn nữa, khi các công nghệ như VXLAN trở nên phổ biến hơn trong các thiết bị mạng, nên có