HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG KHOA VIỄN THÔNG BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ Đề tài: “TỐI ƯU ĐỊNH TUYẾN CHO MẠNG ĐỊNH NGHĨA BẰNG PHẦN MỀM - SDN” Giảng viên: NGUYỄN CHIẾN TRINH Sinh viên thực hiện: LÊ VĂN VƯỢNG B12DCVT094 QUÁCH THANH TÂM B12DCVT079 NGUYỄN THỊ TRANG HUYỀN B12DCVT068 Hà Nội, tháng 6/2016 MỤC LỤC TỐI ƯU HÓA ĐỊNH TUYẾN VỚI SDN THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Từ tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt SDN Software Defined Network Mạng định nghĩa phần mềm DMM Distributed Mobility Management Quản lý di động phân tán MAAR Mobility Anchor and Access Router Neo di động router truy cập CMD Central Mobility Database Cơ sở liệu di động P-MAAR Previous MAAR MAAR trước S-MAAR Serving MAAR MAAR phục vụ BCE Binding Cache Entry Đầu vào nhớ đệm ràng buộc API Application programming interfaces Giao diện lập trình ứng dụng MN Mobility node Nút di động NOS Network Operating System Hệ điều hành mạng CN Core network Mạng lõi FPC Forwarding Policy Configuration Cấu hình sách chuyển tiếp LMA Local Mobility Anchor Neo di động cục MAG MAN Mobility Access Gateway Metropolitan Area Network Cổng truy cập di động Mạng đô thị LAN Local Area Network Mạng cục WAN Wide Area Network Mạng diện rộng PMIPv6 Proxy Mobile IPv6 Đại diện di động IPv6 TỐI ƯU HÓA ĐỊNH TUYẾN VỚI SDN LỜI NÓI ĐẦU Kiến trúc mạng truyền thống ngày trở lên không phù hợp với nhu cầu doanh nghiệp nhà khai thác mạng Xã hội ngày phát triển, kéo theo nhu cầu sử dụng người dùng đầu cuối ngày tăng lên Kiến trúc mạng truyền thống cho thấy nhược điểm mang lại mà mô hình mạng ngày mở rộng, phức tạp mạng tăng lên, khó khăn việc cấu hình thiết bị hay cấu hình lại thiết bị gặp cố, vấn đề bảo mật khả định tuyến Các nhà mạng, doanh nghiệp cần phải tìm cách giải cho toán liên quan tới hạn chế mạng truyền thống Một kiến trúc mạng cần thiết để giải tồn kiến trúc mạng truyền thống Mạng định nghĩa phần mềm SDN (Software Defined Network) công nghệ mới, phương pháp tiếp cận mạng Mạng SDN sinh làm thay đổi kiến trúc mạng truyền thống nhằm mục đích khắc phục nhược điểm tồn mạng tuyền thống từ đáp ứng nhu cầu kinh doanh yêu cầu kỹ thuật cho truyền tải mạng Việc quản lý tập trung vấn đề định tuyến mạng truyền thống đặt vô nhiều khó khăn cho người dùng nhà cung cấp mạng ngày mạng di động vô tuyến ngày phát triển nhu cầu lại tồn nhiều hạn chế lĩnh vực bảo mật truyền tin Vì hạ tầng mạng sau thay đổi cấu trúc SDN cho ta hướng tiếp cận quản lý di động linh hoạt hơn, tương hợp với nhiều công nghệ, thuận tiện cho người quản trị mạng thay quản lý tập trung SDN cho phép Quản lý di động phân tán (DMM) điều cải thiện nhiều hiệu mạng truyền thống Chuyên đề xin tập trung đặc biệt vào việc khai triển DMM SDN đẻ tối ưu hóa định tuyến Do thời gian có hạn kiến thức mẻ phát triển nhà khoa học IETF tính đến tháng 2/2016 chưa hoàn thiện nên nhóm sinh viên thực chuyên đề mong nhận đóng góp Giảng viên hướng dẫn bạn đọc Nhóm sinh viên Nguyễn Thị Trang Huyền Quách Thanh Tâm Lê Văn Vượng TỐI ƯU HÓA ĐỊNH TUYẾN VỚI SDN TỐI ƯU HÓA ĐỊNH TUYẾN VỚI SDN CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MẠNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG PHẦN MỀM – SDN 1.1 Khái niệm SDN 1.1.1 Đặc điểm mạng truyền thống Internet tạo xã hội kỹ thuật số, hầu hết tất thứ kết nối truy cập từ nơi Tuy nhiên, dù áp dụng rộng rãi, mạng IP truyền thống phức tạp khó quản lý Trong mạng truyền thống, việc cấu hình mạng theo sách xác định trước hay cấu hình lại để đối phó với lỗi phát sinh, tải lưu lượng khó khăn Vấn đề khó khăn mà mạng truyền thống tích hợp chức theo chiều dọc: phần điều khiển liệu kèm với hay cụ thể mặt phẳng điều khiển mặt phẳng liệu nằm thiết bị vật lý, sách chuyển tiếp lưu lượng nằm riêng thiết bị, khả hiển thị toàn mạng lưới, sách chuyển tiếp tốt Hình 1.1 Mặt phẳng điều khiển thiết bị mạng Nếu số lượng thiết bị nhiều, gây lên phức tạp mạng lưới điều gây khó khăn cho người quản trị mạng trình vận hành điều khiển TỐI ƯU HÓA ĐỊNH TUYẾN VỚI SDN Hình 1.2 Khó khăn cho người vận hành Các giao thức điều khiển phân phối chạy bên định tuyến router chuyển mạch switch công nghệ chủ chốt cho phép thông tin gói liệu số vòng quanh giới Mặc dù áp dụng rộng rãi mạng IP truyền thống phức tạp khó quản lý Để thể sách mạng cấp cao mong muốn, nhà khai thác mạng cần phải cấu hình thiết bị mạng cá nhân riêng biệt mức độ thấp thường sử dụng lệnh nhà cung cấp cụ thể Ngoài cấu hình phức tạp, môi trường mạng phải chịu đựng biến động lỗi, thích ứng với lưu lượng tải thay đổi Cấu hình lại chế phản hồi tự động không tồn mạng IP Thực thi sách cần thiết môi trường đầy biến động thay đổi thách thức lớn Thêm vào đó, mạng tồn nhược điểm Mặt phẳng điều khiển (phần định làm để xử lý lưu lượng truy cập mạng) mặt phẳng liệu (phần chuyển tiếp lưu lượng theo định mặt phẳng điều khiển) đóng gói bên thiết bị mạng, làm giảm tính linh hoạt cản trở đổi phát triển sở hạ tầng mạng Việc chuyển đổi từ IPv4 sang IPv6, thập kỷ trước phần lớn chưa hoàn toàn đầy đủ, minh chứng cho thách thức Trong thực tế IPv6 cập nhật giao thức Do quán tính mạng IP tại, giao thức định tuyến 5-10 năm để thiết kế đầy đủ, đánh giá triển khai Tương tự vậy, cách tiếp cận để thay đổi kiến trúc Internet (ví dụ thay IP) coi nhiệm vụ khó khăn - đơn giản không khả thi thực tế TỐI ƯU HÓA ĐỊNH TUYẾN VỚI SDN Các thay đổi mô hình lưu thông, gia tăng dịch vụ đám mây, phát triển nhu cầu nhà khai thác băng thông có dịch vụ dẫn đầu để tìm giải pháp sáng tạo Vì công nghệ mạng truyền thống đáp ứng nhu cầu nảy sinh vấn đề Các yếu tố hạn chế: • Phức tạp • Chính sách không quán • Khả mở rộng quy mô • Phụ thuộc vào nhà cung cấp 1.1.2 Mạng điều khiển phần mềm SDN Khái niệm SDN đưa thực nhà nghiên cứu từ Đại học Stanford vào năm 2008 Chủ đề thu hút quan tâm lớn trở thành chủ đề quan trọng cho việc nghiên cứu, phát triển tiêu chuẩn hóa lĩnh vực mạng Một mặt hạn chế kiến trúc mạng tại, mặt mong đáp ứng yêu cầu xu điện toán đám mây, ảo hóa, Internet of Things bùng nổ thiết bị di động SDN mô hình mạng sử dụng ứng dụng phần mềm để lập trình thiết bị mạng cá nhân từ kiểm soát toàn mạng SDN tạo điều kiện thuận lợi cho việc thiết kế, phân phối hoạt động dịch vụ mạng theo cách thức xác định có khả mở rộng SDN kiến trúc linh hoạt, dễ quản lý, hiệu suất cao thích nghi tốt, khiến công nghệ lý tưởng cho ứng dụng đòi hỏi băng thông cao cần linh hoạt Trong SDN, phần điều khiển mạng tách khỏi phần chuyển tiếp cho phép lập trình trực tiếp Xu hướng người sử dụng ngày như: ưa chuộng tính di động, ảo hóa máy chủ, yêu cầu đáp ứng cách nhanh chóng với điều kiện công việc thay đổi đặt ngày nhiều yêu cầu hệ thống mạng Kiến trúc mạng thông thường nhiều không đáp ứng kịp Mạng điều khiển phần mềm (SDN) cung cấp kiến trúc mạng mới, động, có khả thay đổi mạng truyền thống sang tảng có khả cung cấp dịch vụ phong phú Tương lai mạng dựa nhiều vào phần mềm Việc giúp đẩy nhanh tốc độ đổi cho hệ thống mạng xảy lĩnh vực máy tính lưu trữ SDN hứa hẹn biến đổi mạng cố định thành tảng dựa lập trình với khả phân bổ nguồn lực cách động, trở nên linh hoạt hơn, đủ quy mô để hỗ trợ trung tâm liệu khổng lồ với ảo hóa cần thiết cho môi trường điện toán đám mây tự động hóa cao, động, an toàn TỐI ƯU HÓA ĐỊNH TUYẾN VỚI SDN Sở hữu nhiều lợi tiềm công nghiệp hấp dẫn, mạng SDN đường trở thành chuẩn cho mạng tương lai 1.2 Kiến trúc SDN Kiến trúc SDN gồm lớp riêng biệt: mặt phẳng ứng dụng, mặt phẳng điều khiển, mặt phẳng liệu (cơ sở hạ tầng) Kiến trúc SDN trái ngược với kiến trúc mô hình mạng truyền thống mặt phẳng điều khiển mặt phẳng liệu không tồn thiết bị mạng Router Switch Khái niệm việc di chuyển thành phần điều khiển bên thiết bị mạng để lại thành phần chuyển tiếp liệu bên Mặt phẳng điều khiển hỗ trợ ứng dụng phần mềm gọi là: "Controller" Thiết bị mạng trở thành thiết bị chuyển tiếp gói tin đơn giản mà lập trình thông qua quy tắc thiết lập điều khiển Controller Trong SDN, thông tin liên lạc mặt phẳng điều khiển mặt phẳng liệu thiết lập chủ yếu dựa giao thức OpenFlow Hình 1.3 Kiến trúc mạng SDN đơn giản SDN kiến trúc mạng với bốn yếu tố chính: TỐI ƯU HÓA ĐỊNH TUYẾN VỚI SDN Mặt phẳng điều khiển mặt phẳng liệu tách riêng Chức điều khiển lấy từ thiết bị mạng làm đơn giản hóa thành phần chuyển tiếp • Quyết định chuyển tiếp dựa luồng thay đích đến Trong SDN, OpenFlow (một luồng) chuỗi gói nguồn đích đến Tất gói tin luồng nhận Nâđược sách dịch vụ giống thiết bị chuyển tiếp • Phần điều khiển chuyển đến thực thể bên ngoài, gọi SDN controller hệ điều hành mạng - Network Operating System (NOS) Các NOS tảng phần mềm chạy máy chủ cung cấp nguồn lực cần thiết để tạo điều kiện thuận lợi cho chương trình thiết bị chuyển tiếp hoạt động cách tập trung có tính logic • Mạng chương trình hoạt động thông qua ứng dụng phần mềm chạy bên hệ điều hành mạng - NOS tương tác với thiết bị mặt phẳng liệu nằm bên Đây coi đặc tính SDN • 1.2.1 Mặt phẳng ứng dụng Là ứng dụng kinh doanh triển khai mạng, kết nối tới lớp điều khiển thông qua API, cung cấp khả cho phép lớp ứng dụng cấu hình lại mạng (điều chỉnh tham số trễ, băng thông, định tuyến…) thông qua lớp điều khiển Lớp ứng dụng cung cấp giao diện có khả lập trình mở, cho phép nhà cung cấp dịch vụ điện toán đám mây cung cấp dịch vụ đám mây công cộng tự động có khả mở cho doanh nghiệp Các tổ chức, doanh nghiệp tạo “đám mây ảo” cô lập, thông qua hạ tầng sở đám mây công cộng tự phục vụ, giúp họ kiểm soát hoàn toàn dịch vụ ứng dụng cho người sử dụng SDN cho phép ứng dụng tương tác với thiết bị mạng thông qua lớp điều khiển Các ứng dụng sử dụng tầm nhìn tài nguyên mạng điều khiển, đó, yêu cầu trạng thái mạng khả tiếp cận tài nguyên mạng Có yêu cầu đến ứng dụng với nguồn tài nguyên vật lý nguồn tài nguyên ảo ví dụ phát cấu trúc liên kết, dịch vụ tường lửa, dịch vụ tên miền, dịch vụ dịch địa mạng triển khai mạng cá nhân ảo Do đó, nhà khai thác mạng cung cấp dịch vụ mong muốn kiểm soát, thao tác, quản lý thiết lập sách cách sử dụng ứng dụng cho mạng điều khiển khác nhau, mở rộng tùy chọn cấu hình tay Ở SDN, mặt phẳng điều khiển cung cấp nhìn trừu tượng nguồn tài nguyên thông tin toàn yếu tố mạng cho ứng dụng SDN Trong OpenFlow, điều khiển tách phức tạp mạng ra, thu thập thông tin mạng thông qua API phía Nam trì đồ hợp lý toàn mạng Thông tin mạng cung cấp cho ứng dụng thông qua API phía Bắc điều khiển Do đó, OpenFlow lựa TỐI ƯU HÓA ĐỊNH TUYẾN VỚI SDN 10 dụng) nói chung, dẫn đến đường tối ưu phụ nút di động peer giao tiếp với (còn gọi nút truyền tin) Do đó, mạng di động 5G tương lai dự kiến linh hoạt hơn, dễ dang hạn chế ràng buộc lưu lượng người dùng đến thực thể lõi trung tâm, cho phép dịch vụ Internet đặt gần với người dùng Triển khai không dây dày đặc có lợi giảm tắc nghẽn sở hạ tầng lõi nhà khai thác cung cấp dịch vụ cải thiện cho người sử dụng Một đặc tính mạng 5G tương lai sở hạ tầng dự kiến đồng thời phục vụ tập người dùng khác với ứng dụng khác Cùng với mục tiêu này, DMM lên gần mô hình để thiết kế kiến trúc di động phẳng linh hoạt, cho phép phạm vi lưu lượng break-out gần biên với (tức là, giảm tải lõi mạng) khai thác sử dụng gateway khác cho lưu lượng khác với yêu cầu kết nối tính di động khác DMM phương pháp thích hợp cho quản lý di động 5G triển khai rộng rãi tương lai Mô hình quản lý di động phân tán bao trùm khái niệm nhằm thiết kế kiến trúc di động phẳng (không phân lớp) cho phép tăng cường tiếp cận với dịch vụ IP gắn với hỗ trợ di động công nghệ truy cập không dây không đồng Khung DMM cho ta hình dung sở hạ tầng toàn IP nơi luồng liệu người sử dụng định tuyến thông qua đường tối ưu, khai thác nhiều điểm neo triển khai dịch vụ IP gần gũi với người sử dụng Lưu ý khuôn khổ cho hỗ trợ tính di động mạng không đồng nhất, mà không cần hỗ trợ chuyên dụng phức tạp từ nút di động Ngoài ra, chuyển nhượng khôn ngoan địa IP tới nút di động theo dịch vụ sẵn có cho người dùng cung cấp toán tử di động với linh hoạt để xử lý lưu lượng liệu người dùng theo sách mở rộng, ví dụ, xem dòng IP nên giữ cục (ví dụ cho phiên ngắn hạn) hay đến nút tập trung (cho phiên dài hạn) Tính - hấp dẫn cho triển khai 5G tương lai, thảo luận trước - gọi "prefix coloring" côt yếu nằm việc gán vài siêu liệu tới tiền tố phân, để họ sử dụng để truy cập dịch vụ đặc biệt, phân biệt cho vị trí địa lý phương tiện khác theo sách nhà điều hành Có tồn số phương pháp tiếp cận DMM đề xuất nay, trải dài từ phần mở rộng giao thức chuẩn hành giải pháp xóa khuyết điểm khứ Trong phần này, mô tả hoạt động ba họ phương pháp tiếp cận DMM Đây loại quan trọng giải pháp, tiến đến trừ neo di động từ quan điểm khác Một họ giải pháp có nhiều giải pháp phù hợp việc lưa chọn giải pháp họ phân tích thấy kết luận áp dụng cho giải pháp khác trọng họ Họ họ giải pháp dựa biến đổi giao thức IP di động cổ điển, đặc biệt PMIPv6 tiếng, giải pháp dựa DMM PMIPv6; thể loại thứ hai theo mô hình Software Defined Networking, gọi giao thức từ giải pháp DMM TỐI ƯU HÓA ĐỊNH TUYẾN VỚI SDN 35 dựa SDN; thiết kế thứ ba nâng cấp giao thức định tuyến IP, giải pháp tên DMM dựa Routing cho chế họ Ba nhóm thực giao thức quản lý di động dựa mạng Tuy nhiên, họ nhóm thứ ba sử dụng mở rộng tiêu chuẩn IETF có, thứ hai phương pháp xóa khuyết điểm khứ Vì lý này, suốt báo cáo đề cập đến router truy cập kích hoạt DMM Cổng DMM (DMM-GW) Phần lựa chọn giới thiệu ba giải pháp đặc trưng cho họ nói là: Một giao thức có nguồn gốc từ cách tiếp cận quản lý di động IP cổ điển, PMIPv6; Một giải pháp dựa định tuyến, Routing Một chế dựa Software Defined Networking (SDN); 3.2.1 Giải pháp DMM dựa PMIPv6 Phần trình bày mô tả đơn giản giải pháp DMM dựa PMIPv6 mô tả chi tiết hơn, giải pháp thừa hưởng nhiều tính từ Proxy Mobile IPv6 (PMIPv6) Proxy Mobile IPv6 giao thức quản lý di động tập trung, nơi thực thể cốt lõi gọi LMA thiết lập đường hầm song hướng với MAG, nằm mạng truy nhập Các luông liệu gói lên người dùng thu thập MAG tương ứng, gửi qua đường hầm đến LMA, mà chuyển tiếp chúng đến Internet Tương tự vậy, luồng gói xuống nhận bới LMA, đạo cho chúng thông qua việc chấm dứt đường hầm MAG nơi MN gắn Bằng cách sử dụng tin nhắn báo hiệu, gọi (PBU) Proxy Binding Acknowledgement (PBA), MAG LMA, giao thức PMIPv6 kết hợp trạng thái mạng, LMA biết MAG MN kết nối với tuyến truyền tải Thật vậy, từ LMA mà luồng liệu người dùng lướt qua, điều đơn giản để chuyển hướng gói tin đến đường hầm thích hợp chuyển giao, dựa dấu hiệu nhận từ MAG Tuy nhiên, theo cách này, đường dẫn liệu tối ưu phụ, LMA phải cung cấp với tốc độ cao liên kết cần thiết tới MAG, để truyền tải lưu lượng cho tất thuê bao Trong giải pháp DMM dựa PMIPv6 vai trò MAG thay DMMGateway Một DMM-GW nâng cấp từ MAG cung cấp với liên kết đến Internet mà không hàm ý đường qua LMA Do đó, DMM-GW hoạt động định tuyến truy cập (tức là, đường hầm) để chuyển tiếp Các lưu trữ CMD, cho MN, tất tiền tố quảng cáo tới MN cho biết DMM-GW quảng cáo tiền tố đó, tớ DMM-GW MN kết nối Ngoài ra, phương tiện báo hiệu PBU / PBA mở rộng, CMD gửi hướng dẫn để phục hồi liên tục luồng IP MN sau bàn giao Kết là, khả mở rộng kiến trúc cải thiện PMIPv6 DMM-GW khả dụng vài lưu lượng break-out cục bộ, tránh qua lõi mạng Điều cho phép giảm dự phòng mức thường thực thiết kế liên kết tập hợp từ truy cập vào lõi mạng TỐI ƯU HÓA ĐỊNH TUYẾN VỚI SDN 36 Chi tiết hoạt động DMM dựa PMIPv6 thể hình sau: Hình 3.1 Tổng quan hoạt động DMM dựa PMIPv6 Chi tiết hoạt động giải pháp DMM dựa PMIPv6 dựa hiển thị phía bên phải hình 3.1 Một DMM-GW phát tập tin đính kèm MN thường sau nhận thông điệp Router Solicitation từ MN, phương tiện chế phát liên kết chuyên dụng, (1) Tiếp theo, DMM-GW thông báo cho CMD tập tin đính kèm MN phương tiện báo hiệu PBU / PBA mở rộng, (2)(3), mà chứa tiền tố IPv6 xác định DMM-GW phân bổ cho MN Do đăng ký làm tươi, CMD tạo đầu vào cho MN, lưu trữ trỏ đến vị trí MN, là, DMM-GW mà tạo báo hiệu, trường cho tiền tố gắn vào Các DMM-GW quảng bá tiền tố tới MN thông điệp Router Advertisement (RA), (4) Sau chuyển giao, (5), CMD nhận PBU từ DMM-GW mới, (6), đầu vào sở liệu cho MN cập nhật, kết hợp vị trí MN với DMM-GW "phục vụ" Ngoài ra, CMD thị sử dụng PBU/PBA báo hiệu "phục vụ" DMM-GW để thiết lập đường hầm chúng, (7) (8) Đường hầm cần thiết để chuyển hướng dòng chảy liên tục IP neo DMM-GW cũ đến từ DMM-GW Tuy nhiên, đường hầm mang gói tin dành cho dòng chảy bắt đầu trước MN bàn giao từ DMMGW trước đó, giao tiếp xử lý DMM-GW router đơn giản mà không sử dụng đường hầm Luồng động giải tốt đạt cách gán cho MN tiền tố IPv6 từ DMM-GW kết nối tới Các tiền tố thông báo DMM-GW với RA, (4) (9), buộc MN sử dụng tiền tố (được quảng cáo bới DMM-GW nơi MN kết nối) cho giao tiếp Vì vậy, TỐI ƯU HÓA ĐỊNH TUYẾN VỚI SDN 37 DMM-GW chịu trách nhiệm cho trữ tiền tố IPv6, từ ủy quyền MN gắn với liên kết truy cập Qua đó, DMM-GW xử lý gói liệu người sử dụng lựa chọn có đóng gói, tùy thuộc vào tiền tố IPv6 mà chúng mang nơi MN kết nối Do đó, MN cấu hình vài địa IPv6, lần qua qua DMM-GW, luồng tín hiệu neo DMM - GW khác Theo thuật ngữ DMM, giao thức thuộc đối tượng phân tán phần Thật vậy, mặt phẳng liệu phân tán DMM-GW, mặt phẳng điều khiển giữ tập trung, gắn với vai trò CMD 3.2.2 Giải pháp DMM dựa SDN Software Defined Networking mô hình mạng phân cách mặt điều khiển mặt chuyển tiếp liệu cách ly cho phép trích lập cấu hình kết nối mạng nhanh Với SDN, quản trị mạng lập trình hành vi lưu lượng mạng cách tập trung, mà không đòi hỏi truy cập cấu hình độc lập thiết bị mạng phần cứng Cách tiếp cận tách riêng hệ thống đưa định nơi lưu lượng gửi (tức là, mặt phẳng điều khiển) từ hệ thống chuyển tiếp lưu lượng tới điểm đến lựa chọn (tức là, mặt phẳng liệu) Trong số lợi khác, điều giúp đơn giản hoá mạng việc triển khai giao thức ứng dụng Ngoài ra, cách cho phép lập trình lưu lượng thiết bị, mạng SDN linh hoạt nhiều hiệu mạng truyền thống Trong môi trường SDN, điều khiển mạng thực thể quan trọng trách nhiệm để cấu hình nút mạng thông qua Giao diện lập trình ứng dụng chung (API), cụ thể API hướng Nam OpenFlow API sử dụng ứng dụng phần mềm bên để làm chương trình mặt phẳng chuyển tiếp thiết bị mạng Các hoạt động giải pháp DMM dựa SDN hiển thị phía bên phải hình sau: TỐI ƯU HÓA ĐỊNH TUYẾN VỚI SDN 38 Hình 3.2 Tổng quan hoạt động DMM dựa SDN Trong giải pháp chúng tôi, thực thể lõi, gọi điều khiển mạng (NC), cấu hình quy tắc chuyển tiếp router truy cập (DMM-GWs) sử dụng OpenFlow Các DMM-GW đóng vai trò neo Khi tập tin đính kèm MN đến điểm truy cập, (1), DMM-GW thông báo cho NC, (2) (7), gắn tiền tố mạng vào MN, (4) (5) (9) (10) Các tiền tố mạng đảm bảo cách sử dụng nhớ đệm ràng buộc lưu trữ điều khiển, tương tự giải pháp dựa PMIPv6 thông tin MN kết nối vào mạng Sau phát tập tin đính kèm, NC cấu hình quy tắc OpenFlow DMM-GW qua MN, (3) (8) Tính di động thực cách kết hợp biên dịch chuyển tiếp quy tắc DMM-GW Khi gói tin dòng neo đến DMM-GW, neo trước hết chép lại địa IP đích với địa IP biết đên cuối MN thứ hai chuyển hướng lưu lượng đến vị trí MN Khi lưu lượng đến DMM-GW cuối cùng, DMM-GW thực trình biên dịch địa IP ngược đầu tiên, khôi phục lại địa đích IP cũ sau chuyển giao lưu lượng tới MN Chúng ta lưu ý giải pháp này, không giống cách dựa PMIPv6, không liên quan đến đường hầm IP Giải pháp này, giống DMM dựa PMIPv6, phân tán phần Trong mặt phẳng liệu phân tán thật lưu lượng không qua cổng tập trung, mặt điều khiển tập trung điều khiển mạng TỐI ƯU HÓA ĐỊNH TUYẾN VỚI SDN 39 3.2.3 Giải pháp DMM dựa Định tuyến Các khái niệm loại hình giải pháp để loại bỏ neo từ kiến trúc, cho phép tất nút mạng để thiết lập lại đồ định tuyến đầu cuối di chuyển phương tiện giao thức định tuyến IP Với mục đích phân tích này, có giải pháp đề xuất, xây dựng hàng đầu BGP DNS Điều đạt cách cho phép BGP router truy cập (DMM-GWs), mà chúng truyền lên để router BGP ngang hàng thay đổi liên kết truy cập Hoạt động giải pháp DMM dựa Định tuyến thể phía bên phải hình 3.3, Khi đính kèm MN tới đường truy cập DMM-GW,(1)(5), router truy cập biết DNS MN sau nhận thực, (2), (6) Sau DMM-GW lấy lại địa IP (hậu tiền tố IPv6) liên quan tới ghi DNS MN thông báo cho nexthop để đạt tiền tố MN, (3)(7) Bằng cách làm vậy, DMM-GW kích hoạt cập nhật định tuyến BGP phần lại mạng, (4) (8) Khi thủ tục BGP hội tụ, MN truy cập địa điểm đường mạng mô tả hình 3.3 Hình 3.3 Tổng quan hoạt động DMM dựa định tuyến Điều đáng ý giao thức phân tán hoàn toàn, nghĩa hai mặt phẳng liệu mặt phẳng điều khiển không bị ràng buộc vào nút tập trung cụ thể, mà thay vào họ xử lý router cách phân tán TỐI ƯU HÓA ĐỊNH TUYẾN VỚI SDN 40 Chương IV Tối ưu hóa định tuyến với SDN 4.1 Thúc đẩy tối ưu định tuyến sử dụng DMM SDN Người ta áp dụng khái niệm SDN để kiến trúc DMM cho việc tối ưu hóa định tuyến DMM giải vấn đề tồn mạng Tuy nhiên, nút di động di chuyển đến neo khác, dòng liệu trước chuyển tiếp định tuyến trước Vì lý này, việc tối ưu hóa định tuyến vấn đề đề xuất phương pháp tối ưu định tuyến kiến trúc phân phối neo DMM công nghệ cho phân tán quản lý di động dựa mạng, đề xuất để giải vấn đề giao thức di động tập trung PMIPv6, MIPv6 kỹ thuật DMM dựa PMIPv6 Trong nghiên cứu quản lý di động phân tán, có hai phương pháp để quản lý di động.Một phân tán đầy đủ, hai phân tán phần nói tới ba giải pháp chương Trong phương pháp phân tán phần, tách riêng mặt phẳng điều khiển mặt phẳng liệu Nó sử dụng phương pháp tập trung cho mặt phẳng điều khiển sử dụng phương pháp phân tán cho mặt phẳng liệu Trong phương pháp phân tán đầy đủ, sử dụng phương pháp phân tán cho hai mặt phẳng điều khiển mặt phẳng liệu Trong phân tán phần, có thực thể mà lưu trữ BCE phân bổ cho MN vùng di động Trong mạng nay, nút di chuyển đến neo mới, đường hầm phải sử dụng P-MAAR neo mới, luồng trước chuyển tiếp từ P-MAAR vào neo luồng kết thúc Do đó, định tuyến không tối ưu hóa mặt chi phí băng thông Trong quản lý di động phân tán tại, nút di động cấp phát IP từ neo tạo Nếu di chuyển nút di động đến router khác, node di động nhận liệu thông qua đường hầm P-MAAR S-MAAR Nghĩa là, đường hầm cần thiết để nhận liệu từ định tuyến trước phương pháp có vấn đề tối ưu hóa định tuyến Sau đề xuất đề án tối ưu hóa định tuyến mà áp dụng khái niệm SDN kiến trúc DMM 4.2 Kiến trúc DMM với khái niệm SDN cho tối ưu định tuyến Mục đích chuyên đề tối ưu hóa đường định tuyến từ kiến trúc DMM dựa SDN Nếu đường dẫn liệu điều khiển điều khiển SDN kiến trúc DMM với dịch vụ DMM mà tình trạng nút di động lưu trữ, đường dẫn liệu di TỐI ƯU HÓA ĐỊNH TUYẾN VỚI SDN 41 động nút thiết lập đường tối ưu Hơn nữa, đường hầm không cần thiết liệu nhận từ router trước Các kiến trúc phương pháp đề xuất thể hình 4.1 Hình 4.1 Kiến trúc DMM với SDN Trong quản lý phân tán di động tại, tập tin đính kèm MN tới router khởi tạo, thông báo cập nhật liên kết gửi đến CMD lưu trữ tình trạng nút di động phiên DB trả lời để bắt đầu router với PBA bao gồm tiền tố Khi nút di chuyển từ định tuyến tới router mới, router gửi thông báo cập nhật liên kết với CMD CMD gửi để cập nhật thông tin liên quan đến nút di động Các router trước nhận thông tin cập nhật từ CMD thiết lập đường hầm với router để truyền tải liệu 4.2.1 Quá trình chuyển giao tối ưu hóa tiềm định tuyến Trong kiến trúc đề xuất, nút di động hỗ trợ quản lý di động cách gắn cập nhật tới điều khiển với dịch vụ DMM Hơn nữa, đường dẫn liệu thiết lập mà không cần đường hầm liệu.Vì đường dẫn liệu thiết lập bảng luồng liệu mà thực điều khiển SDN Nút di động hỗ trợ đường tối TỐI ƯU HÓA ĐỊNH TUYẾN VỚI SDN 42 ưu bảng luồng, đường hầm Có nhiều lợi ích hướng tiềm để hỗ trợ tối ưu hóa việc định tuyến Hình 4.2 Thủ tục DMM với SDN Trong hình 4.2, nút di động gắn vào router khởi tạo/ban đầu, MAAR1 gửi Gói tin (Packet in Message) với ID MN, đăng ký với điều khiển Sau chấp nhận Packet in Message này, điều khiển gửi Gói tin (Packet out Message) bao gồm prefix1 nút di động điều khiển lưu trữ thông tin nút di động BCE Để thiết lập đường dẫn liệu, điều khiển gửi tin Bản sửa đổi luồng liệu (Flow Modify) để thiết lập bảng luồng liệu P-MAAR Nếu nút di chuyển tới S-MAAR, S-MAAR gửi Packet in Message với ID nút di động, prefix1, vị trí nút di động (S-MAAR) Bộ điều khiển mà nhận Gói tin kiểm tra cập nhật BCE Khi nhận Packet in Message này, điều khiển gửi tin Flow Modify tới P-MAAR, S-MAAR để thiết lập đường dẫn liệu Khi nhận tin Flow Modify, S-MAAR P-MAAR cập nhật bảng định tuyến chúng Sau đó, phiên liệu chảy từ P-MAAR đến S-MAAR cuối đến nút di động 4.2.2 Ưu điểm kiến trúc DMM với SDN SDN có linh hoạt để thiết lập luồng liệu cung cấp giải pháp để hỗ trợ tuyến đường hiệu kiến trúc DMM Nếu nút di chuyển đến router khác, TỐI ƯU HÓA ĐỊNH TUYẾN VỚI SDN 43 phương pháp giải vấn đề tối ưu hóa định tuyến cách sửa đổi flow table Bên cạnh đó, SDN không cho phép kiểm soát đường dẫn liệu mà loại khác tin router 4.2.3 Tối ưu định tuyến Trong hình 4.2, nút di động gắn vào router mới, phiên liệu chảy từ PMAAR đến S-MAAR Ngay nút di động di chuyển đến router khác, đường dẫn liệu hình thành thông qua P-MAAR Nó xảy chậm trễ làm đường dẫn không tối ưu hóa Tuy nhiên, DMM dựa SDN, điều khiển sửa đổi bảng luồng để tạo tuyến đường liệu tối ưu Hình 4.3 Thủ tục tối ưu đường Trong hình 4.3, sau gói chuyển hướng, điều khiển gửi tin Flow Modify đến CN-MAAR cho việc tối ưu hóa định tuyến Bản tin Flow Modify có thông tin bảng luồng lưu trữ CN-MAAR S-MAAR Sau tiếp nhận tin Flow Modify, CN-MAAR gửi gói tin đến S-MAAR 4.2.4 Chức dịch vụ DMM Trong hình 4.3, nút di động gắn với router mới, CMD trước không hỗ trợ tối ưu hóa tuyến có thông tin đệm gắn kết thông tin phiên Tuy nhiên, chức DMM Service hỗ trợ tối ưu hóa tuyến biết tất trạng thái mạng tính toán đường tối ưu hóa với thông tin BCE TỐI ƯU HÓA ĐỊNH TUYẾN VỚI SDN 44 Hình 4.4 Kiến trúc chức cho Hỗ trợ gia thức FPC DMM dựa SDN Để triển khai dịch vụ DMM điều khiển SDN, mô hình quản lý mạng dựa sách định nghĩa Giao thức DMM FPC sử dụng Giao thức FPC giao thức ngữ nghĩa để chuyển cấu hình sách mặt phẳng điều khiển liệu chức quản lý di động Trong môi trường DMM dựa SDN, hình 4.4, thực thể dịch vụ DMM bao gồm mặt phẳng điều khiển di động Giao thức FPC sử dụng điều khiển SDN mặt phẳng điều khiển DMM Chính sách quản lý di động mà nhận thông qua FPC Agent phải biên dịch cho điều khiển SDN theo cách khả biên dich 4.2.5 Hỗ trợ di động cho đa miền Trong phần mô tả quản lý di động cho đa miền cần thiết để hỗ trợ quản lý di động cho đa miền Trong [I-D.ietf-dmm-distributed-anchoring], mô tả giải pháp để hỗ trợ quản lý di động cho hoạt động liên miền Tuy nhiên, đường hầm thực thể (như LMA mới) cần thiết để hỗ trợ quản lý di động cho đa miền kể từ CMD TỐI ƯU HÓA ĐỊNH TUYẾN VỚI SDN 45 thông tin miền khác Trong này, điều khiển giao tiếp thông qua giao diện East/Westbound để tạo đường router vùng khác Hình 4.5 Luồng liệu miền khác Trong hình 4.5, đường dẫn liệu thiết lập để gửi gói liệu từ định tuyến miền tới định tuyến miền Do đó, cấu trúc hỗ trợ quản lý di động đa miền TỐI ƯU HÓA ĐỊNH TUYẾN VỚI SDN 46 Hình 4.6 Hỗ trợ di động miền khác Để hỗ trợ di động, MN di chuyển đến miền mà quản lý điều khiển SDN, giao diện mô tả Hình 4.6 cần thiết dịch vụ DMM thực điều khiển SDN trao đổi tin di động báo hiệu tin nhắn Proxy Binding Update (PBU), tương tự với thông tin liên lạc thực thể mặt phẳng điều khiển DMM Sau quy tắc thay đổi dịch vụ DMM gửi đến điều khiển SDN qua Northbound API Bộ điều khiển SDN tìm thấy định tuyến biên miền khác sử dụng giao diện East/West để thiết lập đường chuyển tiếp liên miền 4.2.6 Tối ưu định tuyến đa miền Trong hình 4.6, đường dẫn liệu thiết lập để gửi gói tin điều khiển từ điều khiển miền tới điều khiển miền Tuy nhiên, sau hoàn thành việc thiết lập tuyến đường, miền trước nên chuyển hướng packet sang miền phiên ngắt kết nối Nó xảy chậm trễ không tối ưu hóa tuyến Vì vậy, sau gói chuyển hướng, tuyến đường nên thay đổi điều khiển Tại thời điểm này, dịch vụ DMM kiểm soát điều khiển việc thiết lập tuyến để tối ưu hóa tuyến Quá trình nghiên cứu tiếp tục diễn để đề xuất lên phương án định tuyến tối ưu định tuyến đa miền cập nhật tiếp [draft-yang-dmm-sdn-dmm-05] TỐI ƯU HÓA ĐỊNH TUYẾN VỚI SDN 47 KẾT LUẬN CHUYÊN ĐỀ Dễ dàng nhận thấy yếu điểm kiến trúc mạng phân lớp, cách thức quản lý di động tập trung truyền thống hạn chế trình phát triển mạng di động ngày mộ linh hoạt mở rộng Bằng việc tìm hiểu xây dựng mô hình mạng định nghĩa phần mềm (SDN) cho chép chức thiết bị phần cứng đơn giản hóa tạo linh hoạt cho chức quản lý (điều khiển, báo hiệu) thuận lợi cho quản trị mạng viên giám sát mạng Cùng với nghiên cứu phát triển cách thức quản lý cho mạng viễn thông ngày linh hoạt đặc tính di động gia tăng kết nối mạng yêu cầu mở rộng mạng lưới cho đời phương thức quản lý di động ứng dụng SDN phương thức quản lý di động phân tán (DMM) với ưu điểm đưa nhận thấy DMM phương pháp hợp lý tính đến thời điểm cho việc nghiên cứu phát triển SDN hướng tới nâng cấp kiến trúc mạng lên 5G (Internet of Things) TỐI ƯU HÓA ĐỊNH TUYẾN VỚI SDN 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1) PGS TS Nguyễn TIến Ban, “Cơ sở kỹ thuật mạng truyền thông”, Học viện Công nghệ Bưu Viễn thông, 2013 2) S Scott-Hayward, G.O’Callaghan, and S.Sezer, “SDN Security: A Survey” in Future Networks and Services (SDN4FNS), 2013 IEEE 3) 4) SDN for” IEEE, 2013 Tom Nolle, CIMI Corporation, “SDN basics for service providers” Sakir Sezer, Sandra Scott-Hayward, and Pushpinder Kaur Chouhan, “Are We Ready for SDN? Implementation Challenges for SoftwareDefined Networks” CSIT, Queen’s University Belfast Barbara Fraser and David Lake, Cisco Systems, IEEE, 2013 5) Fabio Giust, Luca Cominardi, Carlos J Bernardos, “Distributed Mobility Management for future 5G networks: overview and analysis of existing 6) 7) approaches”, University Carlos III of Madrid, Spain Routing Optimization with SDN [draft-yang-dmm-sdn-dmm-05.txt] Protocol for Forwarding Policy Configuration (FPC) in DMM [draft-wtdmm-fpc-cpdp-00.txt] TỐI ƯU HÓA ĐỊNH TUYẾN VỚI SDN 49