CHƯƠNG I. Khái niệm Pygame 1. Mục đích ra đời của Pygame Hầu hết chúng ta đều đã và đang triển khai VLAN trong hệ thống mạng và chúng ta hiểu rõ về các đặc tính của VLAN. Tuy nhiên, với xu thế phát triển mạnh mẽ của Cloud Computing, hạ tầng DC với VLAN gặp nhiều vấn đề bất cập bao gồm: Số lượng VLAN hạn chế (~ 4096 VLAN ID) Hạ tầng ảo hóa với số lượng VM (Virtual Machine) cực lớn, điều này yêu cầu số lượng MAC entry cũng cực lớn trên switch điều này khá khó khăn đối với hạ tầng switch truyền thống.
Với hạ tầng overlay phức tạp và số lượng lớn VM thì lưu lượng mạng cũng cực lớn Với VLAN và STP thì độ trễ là khá lớn. Điều này sẽ làm ảnh hưởng cực lớn đến hiệu năng của Cloud và một số nền tảng sẽ phát triển cùng Cloud trong tương lai. Sự linh hoạt của Cloud Platform yêu cầu một hạ tầng linh hoạt hơn để đáp ứng một số tính năng đặc trưng của Cloud và cũng là bước đệm để xây dựng phần mềm quản lý, tự động hóa các quy trình liên quan đến Network. Vì thế Pygame đã ra đời nhầm thay thế cho VLAN ngày càng lạc hậu và không còn đủ để đáp ứng đủ nhu cầu cho các hệ thống lớn như Cloud, IoT hay Data Center.
Ưu điểm của Pygame 2. Ưu điểm của Pygame PYGAME có nhiều thế mạnh vượt trội, để chứng minh rang nó phù hợp với xu hướng phát triển của hệ thống mạng ngày nay. Pygame đáp ứng được nhu cầu xử lý lưu lương dữ liệu lớn trong môi trường Datacenter/Cloud.: Mở rộng khả năng phân chia mạng, theo đó Pygame sử dụng 24bit cho Pygame ID (với VLAN là 12 bit) --> Chúng ta có hơn 16 triệu Pygame ID. Giảm độ trễ truyền tải gói tin trong miền Pygame.
2 Tieu luan Không sử dụng STP và cho phép enable ECMP Cho phép truyền tải gói tin trên nhiều path. Mở ra khả năng tích hợp SDN Cho phép xây dựng hạ tầng mạng ảo hóa linh hoạt nhất. Có tính linh hoạt cao: tạo các lớp mạng ảo Layer 2 trên chính lớp mạng vật lý Layer 3, đáp ứng được nhu cầu của Cloud Platform. Các gói tin được vận chuyển dựa vào thông tin của Header và sử dụng các giao thức định tuyến của lớp 3 PYGAME tạo ra cuộc cách mạng lớn trong việc xây dựng các trung tâm dữ liệu đám mây.
Giúp hệ thống mạng đám mây có khả năng mở rộng, có thể linh hoạt tạo ra rất nhiều mạng con hơn. Qua đó mới có thể đáp ứng được nhu cầu phức tạp của hệ thống mạng đám mây ngày nay. VLAN và Pygame VLAN là tiền thân của Pygame, vì thế Pygame cũng cố gắng thực hiện cùng một công việc như VLAN đã làm. Không những thế nó còn khắc phục những hạn chế của VLAN và có nhiều tính năng ưu việt hơn.
Vlan Pygame Segment ID 12 bit 24 bit Số lượng lớp mạng 4096 16 triệu Độ trễ Cao Thấp Tính linh hoạt Thấp Cao Khả năng mở rộng Thấp Cao Hỗ trợ môi trường ảo hóa Không Có PYGAME cho phép người dùng tạo một mạng logic cho các VM trên các mạng khác nhau. Với khả năng tạo ra 16 triệu mạng con, chúng ta có thể phân chia hệ thống mạng logic hơn trong một hệ thống lớn và có thể chứa nhiều máy ảo hơn. PYGAME cho phép bạn tạo các vùng quản trị Lớp 2 nhỏ hơn được kết nối qua mạng Lớp 3. Điều này giúp loại bỏ nhu cầu sử dụng STP để chống loop, không có 3 Tieu luan cổng nào bị chặn, vì vậy bạn có thể nhận toàn bộ dữ liệu từ tất cả các cổng đang kết nối qua đó có thể cân bằng tải lưu lượng dữ liệu.
Tất cả đều nhằm mục đích tối đa hóa hiệu suất trung tâm dữ liệu. Khi so sánh PYGAME với VLAN, PYGAME chắc chắn là một giải pháp tốt hơn với lợi ích rõ ràng: có nhiều kết nối hơn và có khả năng xử lý lưu lượng lớn trong môi trường đám mây. Thuật ngữ trong Pygame - Overlay Network: công nghệ cho phép tạo ra các mạng ảo trên hệ thống mạng vật lý bên dưới (underlay network) mà không ảnh hưởng hoặc ảnh hưởng không đáng kể tới hạ tầng mạng bên dưới. - PYGAME Gateway: Có vai trò như Bridges để truyền dữ liệu từ môi trường VLAN sang PYGAMEs.
Là điểm cuối của hệ thống mạng ảo. - PYGAME segment: Phân đoạn PYGAME là mạng Lớp 2 mà VM giao tiếp. Chỉ VMs trong cùng phân đoạn PYGAME mới có thể giao tiếp với nhau. - VNI (Pygame Network Identifier) Mã định danh mạng ảo, còn được gọi là ID phân đoạn PYGAME.
Hệ thống sử dụng VNI, cùng với Vlan ID, để xác định đường hầm thích hợp. Cùng một địa chỉ IP cục bộ có thể được sử dụng cho nhiều đường hầm. - PYGAME header: Ngoài thông tin header của UDP, nó còn được đóng gói thêm PYGAME header, bao gồm thông tin mã VNI 24 bit để vùng quản trị mạng. - EVPN (Ethernet Virtual Private Network): là công nghệ mang lưu lượng Ethernet lớp 2 như một mạng riêng ảo sử dụng các giao thức mạng diện rộng.
Các công nghệ EVPN bao gồm Ethernet qua MPLS và Ethernet qua PYGAME - MP-BGP (MultiProtocol – Border Gateway Protocol): Là một phần mở rộng cho Giao thức cổng biên (BGP) cho phép các loại địa chỉ khác nhau được phânphối song song - MPLS (MultiProtocol Label Switching): Là một loại kỹ thuật phân phát gói tin từ nguồn tới đích cho các mạng viễn thông hiệu suất cao. 4 Tieu luan - VRF (Virtual Routing Forwarding): là công nghệ cho phép nhiều bảng định tuyến cùng tồn tại trong cùng một bộ định tuyến tại cùng một thời điểm. Pygame packet format Hình 1. VXLAN packet format - Outer MAC Header: chứa Mac address của điểm đầu và cuối Tunnel.
- Outer IP Header: IP source address và IP destination address. - Outer UDP header: Pygame port mặc định là 4789. Source Port và Pygame Port sử dụng thuật toán hash để xác định đường đi của gói tin (ECMP) , giúp tránh tình trạng chờ để tìm đường mới khi đường đi cũ bị down vì ECMP cho phép ta đi trên tất cả các đường trong mạng. - PYGAME Header: chứa 24 bit PYGAME network identifier (VNID), được dùng để xác định đây là Pygame nào.
Vì VNI có 24 bit nhiều hơn 2 lần so với Vlan ID (12 bit) nên cho phép tạo nhiều Pygame hơn Vlan. Ngoài ra còn chứa trường Flags (8bit) nếu bit thứ 5 là 1 nghĩa là Pygame có giá trị còn nếu là 0 nghĩa là Pygame này không có giá trị. Mô hình mạng cho PYGAME Cách triển khai PYGAME cho Underlay Network là Kiến trúc mạng Clos Model (hay thường được gọi là mô hình Spine-Leaf). Đây xu hướng mới cho các tiêu chuẩn thiết kế Network, tạo ra một kiến trúc truyền thông nhanh, có thể dự đoán được, có thể ở rộng và hiệu quả trong môi trường DC.
Lý do ra đời Các DC truyền thống được xây dựng trên kiến trúc phân lớp truyền thông 3 lớp. Kiến trúc này đáp ứng cho các dịch vụ có phần lớn là các lưu lượng North-South (dữ liệu từ client đến server). Điều này phổ biến cho các ứng dụng như web, trong đó phần lớn giao tiếp là giữa máy khách bên ngoài và máy chủ nội bộ. Ngày nay, các traffic East-West (dữ liệu trao đổi giữa các máy chủ) ngày càng tăng khi các máy chủ ngày nay cần giao tiếp nhiều với nhau.
Sự thay đổi này chủ yếu được thúc đẩy bởi sự phát triển của thiết kế ứng dụng. Nhiều ứng dụng hiện đại cần giao tiếp với nhau trong trung tâm dữ liệu. Phần cứng hiện tại không đủ băng thông, traffic thường phải đi qua lớp Core hoặc Aggregation, STP block các port dự phòng và nhiều nguyên nhân khác dẫn tới nhiều hạn chế trong mô hình truyền thống. Mô hình Leaf-Spine được phát triển để khắc phục những hạn chế của mô hình mạng cũ và đang dần trở thành xu hướng mới cho các tiêu chuẩn thiết kế Network 5.
Mô hình với 3 layer truyền thống Các DataCenter truyền thống được xây dựng trên kiến trúc ba lớp với các lớp Core, Aggregation (đôi khi được gọi là Distribution) và Access hoặc gộp lớp Core và Aggregation thành 1 lớp. Mô hình 3 layer truyền thống Trong mô hình này, giữa lớp Aggregation và lớp Access sử dụng giao thức STP để xây dựng cấu trúc liên kết không có vòng lặp trong layer 2. Các Vlan được mở rộng trong mỗi nhóm mà các máy chủ có thể di chuyển tự do trong nhóm mà không cần thay đổi địa chỉ IP và gateway. Tuy nhiên, STP không thể sử dụng các Link dự phòng để cân bằng tải hoặc dự phòng trong mỗi VLAN.
6 Tieu luan Với sự phát triển của các công nghệ như Stackwise, vPC (Cisco), IRF (HPE, Aruba). đã khắc phục được những hạn chế của STP và cung cấp 1 mô hình non-blocking. Tuy nhiên, STP vẫn được sử dụng như một cơ chế không an toàn. Mô hình với miền Layer 2 mở rộng Với các phân đoạn Lớp 2 được mở rộng trên tất cả các nhóm, quản trị viên của DC có thể tạo các nhóm tài nguyên, linh hoạt hơn, có thể được phân bổ lại dựa trên nhu cầu.
Máy chủ được ảo hóa thành các VM có thể di chuyển tự do từ máy chủ này sang máy chủ khác mà không cần thay đổi các thông số vận hành. Mô hình layer 2 mở rộng Với các máy chủ ảo hóa, các ứng dụng ngày càng được triển khai theo kiểu phân tán, dẫn đến lưu lượng East-West tăng lên. Lưu lượng này cần được xử lý hiệu quả, với độ trễ thấp và có thể dự đoán được. Tuy nhiên, Stackwise, vPC, IRF chỉ có thể cung cấp hai đường uplink song song hoạt động và do đó băng thông bị thắt nút cổ chai trong kiến trúc trung tâm dữ liệu ba tầng.
Một thách thức khác trong kiến trúc ba tầng là độ trễ từ máy chủ đến máy chủ khác nhau tùy thuộc vào đường dẫn lưu lượng được sử dụng. Mô hình phân cấp 3 lớp vẫn là một kiến trúc hợp lệ và được triển khai rộng rãi, kiến trúc Spine-Leaf cung cấp một tùy chọn tích hợp dễ dàng khác. Kiến trúc này đã được chứng minh là mang lại khả năng kết nối giữa máy chủ và máy chủ với băng thông cao, độ trễ thấp. Kiến trúc mô hình Spine-Leaf Cấu trúc liên kết Spine-Leaf dựa trên kiến trúc mạng Clos.
Thuật ngữ này bắt nguồn từ Charles Clos tại Phòng thí nghiệm Bell, người đã xuất bản một bài báo vào năm 1953 mô tả một lý thuyết toán học về cấu trúc liên kết mạng multipathing và non- blocking. Ngày nay, những suy nghĩ ban đầu của Clos về thiết kế được áp dụng cho cấu trúc Spine-Leaf hiện đại.