Luận văn Thạc sỹ: Nghiên cứu mạng SDN và tích hợp với mạng IP

Luận văn nghiên cứu chuyên sâu về mạng SDN, trình bày kiến trúc, mô hình và giải pháp tích hợp hiệu quả với mạng IP. Phân tích và đánh giá.

• Tác giả: Bui Thanh Khai
• Người hướng dẫn: PGS.TS Trương Thị Diệu Linh
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Mạng Máy Tính Và Truyền Thông Dữ Liệu
• Đề tài: Nghiên Cứu Mạng SDN Và Tích Hợp Với Mạng IP
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sỹ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về mạng SDN và tích hợp với mạng IP

Mạng SDN (Software-Defined Networking) là một kiến trúc mạng hiện đại tách biệt lớp điều khiển khỏi lớp dữ liệu, cho phép quản lý mạng thông qua phần mềm. Luận văn này tập trung vào nghiên cứu mạng SDN và cách tích hợp mạng IP một cách hiệu quả trong các hệ thống công nghệ thông tin. Sự kết hợp giữa SDN và IP mang lại nhiều lợi ích như tăng tính linh hoạt, giảm chi phí vận hành và cải thiện khả năng quản lý mạng. Nghiên cứu được thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Trương Thị Diệu Linh tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, chuyên ngành Mạng Máy tính và Truyền thông Dữ liệu.

1.1. Khái niệm mạng SDN

Mạng SDN là một mô hình mạng hiện đại nơi các quyết định định tuyến được kiểm soát bởi một bộ điều khiển tập trung thay vì các thiết bị chuyển mạch riêng lẻ. Kiến trúc này cho phép các nhà quản lý mạng lập trình lại hành vi của mạng một cách động. OpenFlow là giao thức chính được sử dụng để giao tiếp giữa các thiết bị chuyển mạch OpenFlow và bộ điều khiển.

1.2. Tích hợp mạng IP với SDN

Tích hợp mạng IP với SDN cho phép các tổ chức sử dụng hiệu quả cơ sở hạ tầng IP hiện có trong khi tận dụng những lợi ích của kiến trúc SDN. Điều này bao gồm hỗ trợ IPv4 và IPv6, cùng với các giao thức định tuyến như BGP để đảm bảo khả năng tương thích toàn bộ hệ thống.

II. Kiến trúc mạng SDN IP và các thành phần chính

Kiến trúc mạng SDN-IP bao gồm ba lớp chính: lớp ứng dụng, lớp điều khiển và lớp dữ liệu. Bộ điều khiển OpenFlow (OFC) đóng vai trò trung tâm trong việc quản lý các Thiết bị chuyển mạch OpenFlow (OFS). Các thành phần khác như ONOS (Open Network Operating System) cung cấp nền tảng điều hành mạng mở mạnh mẽ. Trong luận văn này, chúng ta sẽ khám phá cách xây dựng sơ đồ mạng SDN-IP cho các cơ quan hiện đại như Bộ Công An, nơi đòi hỏi độ tin cậy và hiệu năng cao. Triển khai mô hình mạng SDN-IP trong Data center cho phép tối ưu hóa tài nguyên và cải thiện khả năng skalabilitas.

2.1. Lớp điều khiển và lớp dữ liệu

Lớp điều khiển quản lý các quyết định định tuyến và chính sách mạng thông qua bộ điều khiển OpenFlow. Lớp dữ liệu bao gồm các thiết bị chuyển mạch OpenFlow thực thi các quyết định này. Giao tiếp giữa hai lớp này sử dụng giao thức OpenFlow để đảm bảo hiệu quả và linh hoạt trong quản lý Prefix và các bảng định tuyến.

2.2. Tích hợp giao thức BGP

Giao thức BGP (Border Gateway Protocol) được tích hợp trong mạng SDN-IP để hỗ trợ định tuyến giữa các Hệ thống tự trị (AS). iBGP được sử dụng trong cùng một AS, trong khi eBGP kết nối các AS khác nhau. Điều này cho phép mạng SDN quản lý hiệu quả các kết nối đối với các mạng bên ngoài.

III. Xây dựng và triển khai mạng SDN IP cho cơ quan Bộ Công An

Luận văn tập trung vào xây dựng và triển khai mạng SDN-IP cho các cơ quan hiện đại như Bộ Công An, nơi đòi hỏi khả năng High availability (HA) cao. Quá trình này bao gồm xây dựng sơ đồ mạng SDN-IP, triển khai mô hình trong Data center, và cấu hình các thử nghiệm để đảm bảo hiệu suất. Sử dụng các công cụ như WinSCP và SSH (Secure Shell) để cấu hình từ xa, nhà quản trị có thể dễ dàng quản lý mạng. Đánh giá hiệu năng mạng SDN-IP được thực hiện để kiểm tra chất lượng dịch vụ (QoS) và tính ổn định của hệ thống.

3.1. Cấu hình và thử nghiệm mạng

Cấu hình mạng SDN-IP bao gồm thiết lập Virtual Local Area Network (VLAN) và công cụ truyền tệp an toàn như SFTP và SCP. Các thử nghiệm được thực hiện để đảm bảo các gói tin (Packet) được định tuyến chính xác qua các Openflow virtual switch (OVS). Giao thức ARP (Address Resolution Protocol) được sử dụng để phân giải địa chỉ MAC trong mạng.

3.2. Đánh giá hiệu năng và ứng dụng công cụ

Đánh giá hiệu năng mạng SDN-IP sử dụng các công cụ giám sát và kiểm tra Chất lượng dịch vụ (QoS). Ứng dụng WinSCP cho phép truyền tệp an toàn giữa các máy chủ. Giao diện dòng lệnh (CLI) và giao diện người dùng đồ họa (GUI) cung cấp các cách khác nhau để quản lý mạng.

IV. Ưu điểm hạn chế và triển vọng của mạng SDN IP

Mạng SDN mang lại nhiều ưu điểm như linh hoạt cao, giảm chi phí vận hành và khả năng quản lý tập trung thông qua bộ điều khiển mạng. Tuy nhiên, triển khai mạng SDN cũng gặp phải một số hạn chế bao gồm độ phức tạp trong cấu hình, yêu cầu Infrastructure hiện đại và khó khăn trong tích hợp với các hệ thống cũ. Bảo mật mạng cần được cải thiện với các giao thức như TLS (Transport Layer Security) và SSL (Secure Sockets Layer). Mặc dù những thách thức này, mạng SDN vẫn được coi là tương lai của cơ sở hạ tầng mạng hiện đại.

4.1. Ưu điểm của mạng SDN IP

Mạng SDN cung cấp linh hoạt trong cấu hình và cho phép các nhà quản trị mạng lập trình lại hành vi của mạng theo yêu cầu kinh doanh. Tích hợp mạng IP giữ nguyên khả năng tương thích với các tiêu chuẩn hiện có. Chi phí vận hành giảm do tập trung hóa quản lý và tự động hóa các nhiệm vụ thông qua Intent trong ONOS.

4.2. Hạn chế và giải pháp

Hạn chế chính của triển khai mạng SDN bao gồm khó khăn trong tích hợp với hạ tầng cũ và yêu cầu cao về tài nguyên máy tính. Bảo mật là một thách thức lớn, yêu cầu sử dụng mã hóa SSL/TLS và Giao thức SSH. Các giải pháp bao gồm triển khai từng bước, đào tạo nhân sự và sử dụng các công cụ mở như ONOS.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BO GIAO DUC VA DAO TẠO TRUONG DAI HOC BACH KHOA HA NOI NGHIÊN CỨU MẠNG SDN VÀ TÍCH HỢP VỚI MẠNG IP Chuyên ngành: MẠNG MÁY TÍNH VÀ TRUYÈN THÔNG DỮ LIỆU LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT MẠNG MÁY TÍNH VÀ TRUYÈN THÔN! NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS TRƯƠNG THỊ DIỆU LINH LỜI CẢM ƠN Tôi xin cắm ơn sâu sắc tới cô giáo PGS.TS Trương Thị Diệu Linh đã tân tỉnh hướng dẫn tôi trong quá trình thực hiện luân văn nay Xin cảm ơn các thầy cô giáo của viện Công nghệ thông tin đã giảng đạy cho tôi những kiến thức nên tảng cần thiết. Xin cảm on gia đỉnh và bạn bẻ đã hỗ trợ va động viên tôi để tôi hoàn thành luận văn này Mặc dù hết sức cố gắng trong quá trình thực hiện luận văn này, nhưng đo thời gian có hạn chắc không tránh khỏi thiểu sót. Tôi xia cảm ơn những ý kiến dong góp về nội dưng và hình thức của luận văn để có thể tiếp tục phát triển hướng nghiễn cứu nảy trong tương lai LOI CAM BOAN Tản luận van nay do tdi đệc lập nghiên cứu và thực hiện dưới sự hướng dẫn trực tiếp của cô giáo PG8.T8 Trương Thị Diệu Linh Các ý tưởng và kết quả nghiên cứu của tác giá khác được sử đụng trong luận văn nảy đều được trích dẫn và liệt kê đầy đủ trong phần tài liệu tham khảo. Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm vẻ lời cam đoan này Hả nội, ngày 10 tháng 10 năm 2018 Học viên Bui Thanh Khai JVM_ | Java Virtual Machine May do java OSGi | Open Services Gateway Sảng kiến công dịch vụ mổ initiative Event Sự kiện Intent Mục địch ‘Tunnel Dưỡng hâm BGP | Border Gateway Protocol Giao thức liên vủng, AS | Autonomous System Hệ thông tự trị HA | High availabilty Kha ning san sang MAC | Medium Access Control Điều khiển truy nhập truyều thông: DPID | Datapath identified Nhận dạng đường dữ liệu Prefix Tiên tố Instance Trường hop iBGP | Intemal BGP 11GP bên trong eBGP | external BGP BGP bén ngoai Host May đầu cuối ARP | Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ OVS | Openflow virtual switch ‘Thiét bi chuyén mạch ao openflow SSH _ | Sccure Shell Gian thite diéu khién ti xa bao mật FTP | File Transfer Protocol Giao thức truyén tép tin SCP | Secure Copy ứng dụng copy đữ liệu bão mật SFTP | SSH File Transfer Protocol Giao thức truyền tệp bão mật SSL | Secure Sockets Layer.

Chuẩn lớp cổng bảo mật Protocol Giao thức Port Công TDalapath Đường dữ liệu. Pipeline Đường ống Match So khép Entry Thục thể Packet Gói tin IPv4_| Internet Protocol version 4 Giao thức internet phiên bản 1 Ipv6_| Intemet Protocol version 6 Giao thức internet phién ban 6 ‘Metadata Siêu dữ liệu Action Hanh dộng, QoS | Quality of Service Chất lượng địch vụ VLAN | Virtual local area network Mang LAN ao TP Trtemel Protocol Giao thức internet. TLS | Transport Layer Security Giao thức bảo mật lớp giao vận TCP | Transmission Control Protacol Giao thức điểu khiến truyền OFC | Openflow Controller Tộ điều khiến openflow OFS | Openflow Switch B6 chuyén mạch openflow Voice Thoại Video 'Truyền hình DC | Data center Trung tâm dữ liệu. TTaaS | Tmfarmaliorteehnology saa — Công nghệ thông tin như một dich vu service Hypervisor switch “Thiết bị chuyên mạch ào VM | Virtual Lithernet Module Mô đưn ethernet áo.

ONOS | Open Network Operating Hệ điễu hành mạng mở. System CLI | command-line interface Giao điện đông lệnh GUI | Graphical Liser Interface Giao điện người sử dung dé họa CPU | Central Processing Unit Tộ xử ly trung tâm Container “Thủng chứa JVM_ | Java Virtual Machine May do java OSGi | Open Services Gateway Sảng kiến công dịch vụ mổ initiative Event Sự kiện Intent Mục địch ‘Tunnel Dưỡng hâm BGP | Border Gateway Protocol Giao thức liên vủng, AS | Autonomous System Hệ thông tự trị HA | High availabilty Kha ning san sang MAC | Medium Access Control Điều khiển truy nhập truyều thông: DPID | Datapath identified Nhận dạng đường dữ liệu Prefix Tiên tố Instance Trường hop iBGP | Intemal BGP 11GP bên trong eBGP | external BGP BGP bén ngoai Host May đầu cuối ARP | Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ OVS | Openflow virtual switch ‘Thiét bi chuyén mạch ao openflow SSH _ | Sccure Shell Gian thite diéu khién ti xa bao mật FTP | File Transfer Protocol Giao thức truyén tép tin SCP | Secure Copy ứng dụng copy đữ liệu bão mật SFTP | SSH File Transfer Protocol Giao thức truyền tệp bão mật SSL | Secure Sockets Layer. Chuẩn lớp cổng bảo mật CHUONG OL XAY DUNG VA TRIEN KHAI MANG SDN - IP CHO CƠ QUAN BO CONG AN.1 Xây dụng sơ đồ mạng SDN-TP 65 3.1 Triển khai mô hinh mạng SDK-IP trong Data centrer.2 Cầu hình và chạy thử nghiệm.2 Ứng dụng WinSCP.3 Đánh giá hiệu năng mạng SDN-LP.4 Những ưu điểm và hạn chế khi triển khai mạng SDN. KÉT LUẬN TAL LUGU TLLAM KHẢO.

CHUONG OL XAY DUNG VA TRIEN KHAI MANG SDN - IP CHO CƠ QUAN BO CONG AN.1 Xây dụng sơ đồ mạng SDN-TP 65 3.1 Triển khai mô hinh mạng SDK-IP trong Data centrer.2 Cầu hình và chạy thử nghiệm.2 Ứng dụng WinSCP.3 Đánh giá hiệu năng mạng SDN-LP.4 Những ưu điểm và hạn chế khi triển khai mạng SDN. KÉT LUẬN TAL LUGU TLLAM KHẢO. DANITMỤC CÁC HÏNI VẼ Tỉnh I: Thiết bị mạng truyền thống vị Hình 2: Kiến trúc mạng truyền thống. Hình 3: Mạng điều khiển bằng phản mềm (8DN).

Hình ‹: Kiến trúc tổng quát mạng SDN. Tình 5: Sơ đỗ tượng tác giữa switch và conlroller theo giao thie opentlow. Hình 6: Thành phân chính cúa một Openflow swifch. Hình 7: Thành phân chính cña một flow entry.

Hình 8: Quả trình xử lý pipeline - Hình 9: Sơ đỏ chỉ tiết luỗng gói tin qua một Openflow switch. Tĩinh 10: Các thành phân chỉnh của group entry trong øroup table Tình 11: Các action của instuetioi. coi neeererre 1Iinh 12: Chuyển tiếp gỏi tăn. er vvvevves Hình 13: Chuyển tiếp gói tin được điều khiến boi OFC.

Hình 14: Mô hình Switch-based SDN. Tlinh 15: Overlay Network SDN. 2 cnnneerieerree Hình 16: Các mô-đun ONOS. - Tlinh 18: Sơ đỗ chuyển đổi trạng thải cho qi trinh biên dịch mỗi infent Tình 19: Kiên trúc mạng SDN-TP.

Hình 20: Kết nổi mặt phẳng đữ liệu 8DN.-- ni Tình 21: Kết nỗi mặt phẳng điều khiến SDN. Tình 32: Cấu hình mạng SDW-TP với BGP Hình 23: Sơ dé các tuyển dường iBGP khảc nhau. Tinh 24: Vi dụ cấu hình file json. occccsccttccrrrcrrrecee Tình 35: Vĩ dụ cần hình định tuyển trong file json Hình 26: Sơ đồ tổng quan mang theo mỏ hình IP.

ec 2vvvvvvscvvsrrrirre Tlinh 27: So dé téng quan mang SDN - IP Hinh 28: So dé dia chi mang SDN-IP trong Data. center 10 JVM_ | Java Virtual Machine May do java OSGi | Open Services Gateway Sảng kiến công dịch vụ mổ initiative Event Sự kiện Intent Mục địch ‘Tunnel Dưỡng hâm BGP | Border Gateway Protocol Giao thức liên vủng, AS | Autonomous System Hệ thông tự trị HA | High availabilty Kha ning san sang MAC | Medium Access Control Điều khiển truy nhập truyều thông: DPID | Datapath identified Nhận dạng đường dữ liệu Prefix Tiên tố Instance Trường hop iBGP | Intemal BGP 11GP bên trong eBGP | external BGP BGP bén ngoai Host May đầu cuối ARP | Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ OVS | Openflow virtual switch ‘Thiét bi chuyén mạch ao openflow SSH _ | Sccure Shell Gian thite diéu khién ti xa bao mật FTP | File Transfer Protocol Giao thức truyén tép tin SCP | Secure Copy ứng dụng copy đữ liệu bão mật SFTP | SSH File Transfer Protocol Giao thức truyền tệp bão mật SSL | Secure Sockets Layer. Chuẩn lớp cổng bảo mật MỤC LỤC LOECAM ON bạ LOT CAM BOAN sa do M MỤC LỤC. se DANH MỤC CÁC TỪ VIỆT TAT ĐANH MỤC CÁC HÌNH VE DANH MỤC CÁC BẰNG Lá.

202cc ereee LOEMG BAU - - CHƯƠNG1T: CÔNG NGHỆ MANG SN. Giới thiệu công nghệ mạng SDN.1 Sự cân thiết của một kiến trúc mạng mới 1.2 Giới thiệu clrung về mạng SDN.3 Kiến trúc mạng SÙN. con san sseee 1.4 Giao thức Openflow.1 Giới thiệu clrung vẻ Openflow.2 Các đặc trưng cơ bản của Openiflow.2 Mạng SDN đựa trên giao thức Openflaw.1 Cầu trúc chưng.1 Các kiểu bán tin sử dụng bởi giao thức Openflow.2 Xử lý bản tín - Message Handling, - - 38 1.3 Kết nỗi OpenFlow chamnel.3 Ứng dụng và xu hưởng phát triển.1 Phạm ví đoanh nghiệp.1 Ap dụng trong mạng doanh nghiệp.2 Ap dung wong Data Center (DC).3 Áp dụng đối với dịch vụ Cloud.2 Pham vi cae nha cung cp ha ting va dich vu vién théng.4 Mô hình triển khai - - 43 1.1 Mô hình switehed-based.2 Mô hình ovetlay.3 Mô hình SDN hybrid. - - 45 CHUONG TE: MANG SDN TICH HOP VOI MANG IP.

- 46 21 Bộ điều khiển ONOS,.1 Giới thiệu chưng.2 Kiến trúc ONOS.2 Ứng đựng SDN-IP và mạng SDN-EP.1 Mục tiêu kiến trúc - - 51 2.3 Cac Application Intents duoe sit dung boi SDN-TP, 53 2.4 Kết nội mặt phẳng đữ liệu SDN.5 Kết nổi mặt phẳng điểu khiển SDN.3 Giải pháp kết nói mang SDN-IP. 56 DANITMỤC CÁC HÏNI VẼ Tỉnh I: Thiết bị mạng truyền thống vị Hình 2: Kiến trúc mạng truyền thống. Hình 3: Mạng điều khiển bằng phản mềm (8DN). Hình ‹: Kiến trúc tổng quát mạng SDN.

Tình 5: Sơ đỗ tượng tác giữa switch và conlroller theo giao thie opentlow. Hình 6: Thành phân chính cúa một Openflow swifch. Hình 7: Thành phân chính cña một flow entry. Hình 8: Quả trình xử lý pipeline - Hình 9: Sơ đỏ chỉ tiết luỗng gói tin qua một Openflow switch.

Tĩinh 10: Các thành phân chỉnh của group entry trong øroup table Tình 11: Các action của instuetioi. coi neeererre 1Iinh 12: Chuyển tiếp gỏi tăn. er vvvevves Hình 13: Chuyển tiếp gói tin được điều khiến boi OFC. Hình 14: Mô hình Switch-based SDN.

Tlinh 15: Overlay Network SDN. 2 cnnneerieerree Hình 16: Các mô-đun ONOS. - Tlinh 18: Sơ đỗ chuyển đổi trạng thải cho qi trinh biên dịch mỗi infent Tình 19: Kiên trúc mạng SDN-TP. Hình 20: Kết nổi mặt phẳng đữ liệu 8DN.-- ni Tình 21: Kết nỗi mặt phẳng điều khiến SDN.

Tình 32: Cấu hình mạng SDW-TP với BGP Hình 23: Sơ dé các tuyển dường iBGP khảc nhau. Tinh 24: Vi dụ cấu hình file json. occccsccttccrrrcrrrecee Tình 35: Vĩ dụ cần hình định tuyển trong file json Hình 26: Sơ đồ tổng quan mang theo mỏ hình IP. ec 2vvvvvvscvvsrrrirre Tlinh 27: So dé téng quan mang SDN - IP Hinh 28: So dé dia chi mang SDN-IP trong Data.

center 10 DANII MUC CAC TU VIET TAT Tir Nghĩa tiếng Ánh Nghĩa tiếng Việt viet tat SDN _| software-defined networking Mạng lập trinh được Data plane Mặt phẳng dữ liệu Controll phưae Mặt phẳng điều khiển Server May chủ Client May tram Big data Dữ liệu lớn Openflow Giao thite ludng mở Capx.