Chương 1 TỔNG QUAN VỀ ẢO HÓA CHỨC NĂNG MẠNG Chương này trình bày cơ sở lý thuyết liên quan đến các van đề nghiên cứu của luận án. Phần thứ nhất trình bày các kiến thức tổng quan về Ao hóa chức năng mạng. Phần tiếp theo giới thiệu về các hướng nghiên cứu nhằm đảm bảo hiệu năng mạng trong NFV. Tiếp đến là đề xuất các bài toán nghiên cứu và phương pháp tiếp cận.
Các kết luận được đưa ra trong phần cuối cùng của chương. Công nghệ ảo hóa "Ảo hóa là một công nghệ cho phép kết hợp hoặc phân chia tài nguyên tính toán nhằm biểu diễn một hoặc nhiều môi trường hoạt động phục vu các chúc năng nhất định thông qua các kỹ thuật phân ving hoặc tích hợp phan cứng va phần mềm từ đó mmô phỏng một phần hoặc toàn bộ máu, giả lập, chia sẻ thời gian va các phương pháp khác" {18}. Khái niệm máy ảo đã tồn tại từ những năm 1960 khi được IBM lần đầu tiên phát triển để cung cấp khả năng tương tác và truy cập đồng thời vào một máy tính lón. Mỗi máy ảo (Virtual Machines - VM) là đại diện của một máy vật lý, làm cho người dùng tin rằng họ đang truy cập trực tiếp vào hệ thống vật lý qua đó cho phép chia sẻ thời gian và chia sẻ tài nguyên trên phần cứng đắt tiền.
VM là một bản sao độc lập của hệ thống cơ bản và được bảo vệ hoàn toàn. Người dùng có thể thực thi, phát triển và kiểm tra các ứng dụng mà không sợ gây ra sự cố cho hệ thống được sử dụng bởi những người dùng khác trên cùng một máy tính. Quá trình này là hoàn toàn trong suốt đối với người dùng cuối. Do đó, ảo hóa đã được sử dụng để giảm chi phí mua phần cứng và cải thiện năng suất bằng cách cho phép nhiều người dùng đồng thời làm việc trên cùng một hệ thống máy tính.
Trong những năm 1970 và 1980 khi mà chi phí phần cứng máy tính giảm đáng kể và xuất hiện những hệ điều hành đa nhiệm dẫn đến hệ quả là nhu cầu ảo hóa gần như không còn nữa. Xuyên suốt những năm 1990, với sự xuất hiện rộng rãi của nhiều loại máy tính, nhu cầu chạy các ứng dụng khác nhau với những yêu cầu rất khác nhau về phần cứng và hệ điều hành dẫn đến sáng kiến đưa ảo hóa quay trở lại thị trường [62]. Các nhà nghiên cứu của Đại học Stanford bắt đầu xem xét máy ảo để khắc phục những khó khăn mà phần cứng và các giới hạn của hệ điều hành đặt ra. Với ảo hóa, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng họ có thể làm cho những kiến trúc khó sử dụng này trông giống với nền tảng hiện có để tận dụng các hệ điều hành hiện tại.
Kỹ thuật ảo hóa đã thật sự cắt giảm đáng kể chi phí liên quan đến việc mua, thiết lập và bảo trì phần cứng của các doanh nghiệp. Đối với mọi tổ chức, bài toán làm thế nào để sử dụng hiệu quả tài nguyên máy tính được ưu tiên cao nhất. Những tài nguyên này có thể bao gồm phần cứng và phần mềm. Với công nghệ ảo hóa, cả phần cứng và phần mềm đều có thể được thay thế để người dùng cuối có thể sử dụng tất cả tài nguyên.
Những năm trước đó, hầu hết các ứng dụng chính hoặc một số loại hoạt động của máy tính cần có các phần cứng hoặc phần mềm chuyên dụng để hoạt động [80]. Các tổ chức sẽ mua thiết bị cho các ứng dung này dựa trên yêu cầu tối thiểu và hiệu suất trung bình của thiết bị. Sau khi triển khai và đi vào hoạt động, các tổ chức nhận thấy rằng các thiết bị đang được sử dụng không hết công suất, điều đó có nghĩa là các tài nguyên không được khai thác triệt để din đến không đạt hiệu quả về chi phí. Từ đó, kỹ thuật ảo hóa dần trở thành nền tảng, là trái tìm của các trung tâm máy tính và trung tâm dữ liệu đồng thời mang lại rất nhiều lợi ích.
Ngày nay, với sự phát triển của các doanh nghiệp, các phần mềm quản lý ảo hóa chuyên nghiệp ngày càng có vị thế hơn. Công nghệ ảo hóa đã được triển khai ở một số lĩnh vực như dữ liệu, máy chủ, mạng và các thiết bị lưu trữ. giúp mang lại những ý nghĩa khác nhau tùy thuộc vào mục đích sử dụng. Một số loại hình của ảo hóa có thể kể đến như sau: e Ao hóa dữ liệu (Data virtualization): Ao hóa dữ liệu là phương pháp tổng hợp các nguồn dữ liệu riêng lẻ bao gồm các tệp dữ liệu, nội dung cơ sở dữ liệu, tài liệu, tin nhắn,.
thành một nguồn duy nhất và cung cấp một lớp truy cập dữ liệu chung cho các phương pháp truy cập dữ liệu khác nhau như SQL, XML, JDBC. Lớp truy cập dữ liệu chung này là lớp trung gian nằm giữa các nguồn dữ liệu và các ứng dụng, đóng vai trò thông dịch giúp các yêu cầu dữ liệu từ các ứng dụng sử dụng các giao thức khác nhau có thể truy xuất và lưu trữ dữ liệu từ nhiều nguồn dữ liệu bất kể vị trí và định dạng mà dữ liệu được lưu trữ thực sự. Từ đó, nhiều máy chủ vật lý cung cấp các dịch vụ chuyên biệt như dich vụ email, cơ sở dit liệu, quản lý và cung cấp dịch vụ web có thể được ảo hóa vào một số lượng nhỏ hơn các máy chủ ảo. Ao hóa máy chủ là một công nghệ khá hoàn thiện hiện nay và đã được chứng minh là rất thành công, hiệu quả để hợp nhất và quản lý tài nguyên.
Một lượng lớn các công cụ phần mềm đã được phát triển với mục tiêu triển khai các máy chủ ảo một cách nhanh chóng, dễ dàng, cũng như là cung cấp cho những nhà quan trị khả năng quan lý, giám sát hiệu suất và tối wu hóa việc sử dung chúng. |17] Ao hóa mạng (Network virtualization): Ảo hóa mạng là hướng tiếp cận tách rời vai trò của các nhà cung cấp dịch vụ Internet truyền thống thành hai phần: nhà cung cấp cơ sở hạ tầng và nhà cung cấp dịch vụ. Nhà cung cấp cơ sở hạ tầng làm nhiệm vụ quản lý sơ sở hạ tầng vật lý. Nhà cung cấp dịch vụ đóng vai trò là người tạo ra mạng ảo dựa trên tổng hợp tài nguyên từ nhiều nhà cung cấp cơ sở hạ tầng và cung cấp các dịch vụ đầu cuối.
[19] Ao hóa chức năng mạng (NEV): Ảo hóa chức năng mạng mở rộng ý tưởng về ảo hóa máy chủ, thực hiện ảo hóa cho các thiết bị mạng được sử dụng để cung cấp các chức năng cụ thể trong mạng. Ý tưởng chính của NFV là phân tách thiết bị mạng vật lý và các chức năng mạng chạy trên đó [58]. Các chức năng mạng lúc này trở thành các chức năng phần mềm độc lập với các thiết bị vật lý và có thể được triển khai trên các máy chủ thông thường. Qua đó, các chức năng mạng có thể được "gói" lại với nhau thành 9 một chuỗi chức năng mới và được cung cấp trong mạng.
Ảo hóa chức năng mạng giúp làm giảm số lượng thành phần các thiết bị vật lý như switch, router, hub. Ao hóa chức năng mạng 1. Khái niệm NFV Trong các trung tâm dữ liệu, cách tiếp cận ảo hóa máy chủ là công nghệ đã được chứng minh tính hiệu quả. Các hệ thống máy chủ độc lập hầu hết đã được thay thế bằng các máy chủ ảo chạy trên phần cứng được chia sẻ [17].
NFV được xây dựng dựa trên khái niệm về ảo hóa máy chủ và mở rộng phạm vi đến các thiết bị mạng cho phép quản lý, cung cấp, giám sát và triển khai các thực thể mang ảo hóa. Từ viết tat NFV được sử dụng như một thuật ngữ chung để chi hệ sinh thái tổng thể bao gồm các thiết bị mạng ảo, công cụ quản lý và cơ sở hạ tầng tích hợp các phần mềm này với phần cứng máy tính. Tuy nhiên, NFV được định nghĩa chính xác hơn là “phương pháp va công nghệ cho phép thay thế các thiết bi mạng chuyên dụng bởi một hoặc nhiều chương trình phần mềm được triển khai trên các phần cứng máu tính chung va thực thi các chức năng mang tương ứng" [17]. Điều đó có nghĩa là các chức năng mạng được phân tách khỏi các thiết bị phần cứng chuyên dụng trong mạng và chuyển đổi thành các phần mềm độc lập có thể triển khai trên các máy chủ thông thường.
Ví dụ, một thiết bị tường lửa vật lý chuyên dụng có thể được thay thế bởi một phần mềm thực hiện chức năng tường lửa nhưng được triển khai trên phần cứng chung. Điều này cho phép hợp nhất nhiều loại thiết bị mạng vào các máy chủ có thể được đặt trong các trung tâm dữ liệu hoặc các nút mạng phân tán. Với NEV, một dịch vụ nhất định có thể được phân tách thành tập các chức năng mạng ảo sau đó được triển khai dưới dạng phần mềm chạy trên một hoặc nhiều máy chủ. Các chức năng mạng ảo sau đó có thể được di chuyển tới vị trí mới và được khởi tạo tại các vị trí mạng khác nhau để cung cấp dịch vụ mạng cho người dùng mà không cần thiết phải mua và lắp đặt phần cứng mới [5S].
Sự ra đời của NEV Để hiểu về sự cần thiết ra đời của NFV, chúng ta cùng nhìn lại các đặc điểm và những khó khăn của các thiết bị mạng, kiến trúc mạng truyền thống khi đáp ứng các yêu cầu thay đổi mới của người dùng về dịch vụ, khả năng mở rộng hạ tầng của mạng. Trong mạng truyền thống, các tiêu chí như độ trễ, độ tin cậy, thông lượng và khả năng mang dữ liệu với mức mất mát tối thiểu là những tiêu chí được sử dụng để thiết kế và đánh giá chất lượng của mạng. Các thiết bị mạng truyền thống được tạo ra phục vụ các chức năng cụ thể. Các mạng dữ liệu được xây dựng và điều chỉnh để đáp ứng các tiêu chí hiệu quả một cách phù hợp nhất.
Thêm vào đó, hệ thống phần cứng được xây dựng chuyên dụng cho các trường hợp sử dụng cụ thể. Các chức năng được phát triển theo mục tiêu kết hợp chặt chẽ với các hệ điều hành độc quyền và chỉ thực hiện các chức năng nhất định. Phần mềm hoặc mã nguồn chạy trên các hệ thống phần cứng được thiết kế tùy chỉnh và được kết hợp chặt chẽ với phần cứng. Điều đó dẫn đến sự tập trung hoàn toàn vào việc thực hiện các chức năng cụ thể của thiết bị.