Luận văn thạc sĩ khoa học máy tính mô hình cộng tác hỗ trợ định tuyến trên mạng nhiều vùng dựa trên openflow

Luận văn thạc sĩ khoa học máy tính nghiên cứu mô hình cộng tác hỗ trợ định tuyến trên mạng nhiều vùng sử dụng OpenFlow, ứng dụng hiệu quả trong quản lý mạng.

• Tác giả: Phan Xuân Thiện
• Người hướng dẫn: PGS. Thoại Nam
• Trường học: Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Khoa học máy tính
• Đề tài: Mô hình cộng tác hỗ trợ định tuyến trên mạng nhiều vùng dựa trên OpenFlow
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• ABSTRACT
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
• 1.1. Giới thiệu đề tài
• 1.2. Giới hạn của đề tài
• 1.3. Mục tiêu đề tài
• 1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Tổng quan về OpenFlow
• 2.2. Các loại Action chính trong OpenFlow switch
• 2.3. Kênh giao tiếp bảo mật OpenFlow
• 2.4. Giao thức OpenFlow
• 2.5. Những lợi ích của mạng dựa trên OpenFlow
• 3. CHƯƠNG 3: NHỮNG CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN
• 3.1. Hệ điều khiển phân bố cho mạng OpenFlow (HyperFlow)
• 3.2. Kiến trúc mở rộng cho hệ điều khiển mạng OpenFlow nội bộ (ASIC)
• 3.3. Đề xuất sử dụng nhiều controller cho mạng OpenFlow
• 4. CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH VÀ GIẢI PHÁP ĐỊNH TUYỂN ĐỀ XUẤT
• 4.1. Mô hình chia sẻ thông tin giữa các vùng mạng OpenFlow
• 4.2. Giải pháp định tuyến đề xuất
• 4.3. Các thành phần chính trong mô hình RMOF
• 4.4. Quy trình xử lý trong mô hình RMOF
• 4.5. Phương pháp dò tìm các liên kết liên vùng
• 4.6. Phương pháp tính chi phí định tuyến giữa các switch liên vùng trong một vùng mạng
• 4.7. Phương pháp tính đường định tuyến toàn cục
• 5. CHƯƠNG 5: GIAO THỨC TRAO ĐỔI THÔNG TIN TRONG MÔ HÌNH
• 5.1. Các nhóm thông điệp chính trong giao thức RMOF
• 5.2. Header của thông điệp trong giao thức RMOF
• 5.3. Thông điệp đối xứng
• 5.4. Thông điệp RMOF_HANDSHAKE
• 5.5. Thông điệp RMOF_ECHO_REQUEST
• 5.6. Thông điệp RMOF_ECHO_REPLY
• 5.7. Thông điệp trao đổi thông tin đặc tính của controller
• 5.8. Thông điệp cập nhật thông tin topology toàn cục
• 5.9. Thông điệp định tuyến
• 5.10. Thông điệp định vị host đích
• 6. CHƯƠNG 6: HIỆN THỰC HÓA MÔ HÌNH VÀ GIẢI PHÁP ĐỊNH TUYỂN
• 6.1. Lựa chọn nền tảng controller: Beacon
• 6.2. Cải tiến nền tảng Beacon controller
• 6.3. Hiện thực hóa thành phần RMOF collaborator
• 6.4. Các quy trình xử lý trong hệ thống
• 7. CHƯƠNG 7: ĐÁNH GIÁ
• 7.1. Triển khai mạng OpenFlow và hệ điều khiển được hiện thực
• 7.2. Các bước tiến hành thử nghiệm
• 7.3. Kết quả thử nghiệm
• 8. CHƯƠNG 8: TỔNG KẾT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 8.1. Tổng kết
• 8.2. Hướng phát triển
• PHỤ LỤC: CHƯƠNG TRÌNH TRIỂN KHAI MẠNG OPENFLOW GIẢ LẬP TRONG THỬ NGHIỆM
• BÀI BÁO KHOA HỌC
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về đề tài

Luận văn tập trung nghiên cứu Mô hình cộng tác hỗ trợ định tuyến trên mạng nhiều vùng dựa trên OpenFlow. OpenFlow là một kiến trúc mạng tách biệt giữa hệ điều khiển và hệ truyền dữ liệu, cho phép quản lý mạng linh hoạt hơn. Tuy nhiên, kiến trúc hiện tại chỉ hỗ trợ một controller duy nhất, gây hạn chế về khả năng mở rộng và hiệu suất. Đề tài đề xuất mô hình cho phép nhiều controller hoạt động đồng thời, cải thiện hiệu quả định tuyến mạng trong môi trường mạng nhiều vùng.

1.1. Bối cảnh và vấn đề

Mạng máy tính hiện đại phụ thuộc nhiều vào thiết bị vật lý và giao thức độc quyền, gây khó khăn cho việc nghiên cứu và cải tiến. OpenFlow ra đời nhằm giải quyết vấn đề này bằng cách tách biệt kiến trúc mạng thành hai phần: điều khiển mạng và truyền dữ liệu. Tuy nhiên, việc sử dụng một controller duy nhất dẫn đến hạn chế về khả năng xử lý và mở rộng, đặc biệt trong mạng nhiều vùng.

1.2. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của đề tài là đề xuất mô hình cộng tác giữa các controller trong mạng OpenFlow, nhằm nâng cao hiệu quả định tuyến mạng và khả năng mở rộng. Đề tài tập trung vào việc giải quyết bài toán định tuyến liên vùng, một thách thức lớn trong kiến trúc mạng SDN hiện tại.

II. Cơ sở lý thuyết

Chương này trình bày các khái niệm cơ bản về OpenFlow, bao gồm kiến trúc mạng, giao thức OpenFlow, và các thành phần chính như OpenFlow switch. OpenFlow tách biệt điều khiển mạng và truyền dữ liệu, cho phép quản lý mạng linh hoạt hơn. Tuy nhiên, kiến trúc này phụ thuộc vào một controller duy nhất, gây hạn chế về khả năng mở rộng.

2.1. Kiến trúc OpenFlow

Kiến trúc OpenFlow bao gồm controller và các OpenFlow switch. Controller quản lý các quyết định định tuyến mạng, trong khi OpenFlow switch thực hiện việc truyền dữ liệu. Sự tách biệt này cho phép quản lý mạng linh hoạt hơn, nhưng cũng dẫn đến hạn chế khi chỉ có một controller.

2.2. Giao thức OpenFlow

Giao thức OpenFlow là phương tiện giao tiếp giữa controller và OpenFlow switch. Nó cho phép controller điều khiển hành vi của các switch thông qua các thông điệp được định nghĩa sẵn. Tuy nhiên, giao thức này chưa hỗ trợ cộng tác mạng giữa nhiều controller.

III. Mô hình và giải pháp đề xuất

Đề tài đề xuất mô hình cộng tác giữa các controller trong mạng OpenFlow, gọi là RMOF. Mô hình này cho phép các controller chia sẻ thông tin định tuyến mạng, từ đó nâng cao hiệu quả định tuyến liên vùng. Giải pháp này dựa trên việc mở rộng giao thức OpenFlow để hỗ trợ trao đổi thông tin giữa các controller.

3.1. Mô hình RMOF

Mô hình RMOF cho phép các controller trong mạng nhiều vùng chia sẻ thông tin về topology mạng và định tuyến. Mỗi controller quản lý một vùng mạng cụ thể và cộng tác với các controller khác để xử lý các gói tin liên vùng. Điều này giúp cải thiện hiệu quả định tuyến mạng và giảm độ trễ.

3.2. Giải pháp định tuyến

Giải pháp định tuyến dựa trên mô hình RMOF sử dụng các thông điệp trao đổi giữa các controller để tính toán đường đi tối ưu cho các gói tin liên vùng. Giải pháp này giúp giảm thiểu việc sử dụng cơ chế flooding, từ đó nâng cao hiệu suất mạng SDN.

IV. Hiện thực và đánh giá

Chương này trình bày quá trình hiện thực mô hình RMOF và các kết quả thử nghiệm. Mô hình RMOF được hiện thực trên nền tảng Beacon controller, với các cải tiến để hỗ trợ cộng tác mạng. Kết quả thử nghiệm cho thấy giải pháp đề xuất cải thiện đáng kể hiệu quả định tuyến mạng trong mạng nhiều vùng.

4.1. Hiện thực mô hình

Mô hình RMOF được hiện thực bằng cách mở rộng Beacon controller để hỗ trợ trao đổi thông tin giữa các controller. Các thông điệp mới được thêm vào giao thức OpenFlow để hỗ trợ cộng tác mạng và định tuyến liên vùng.

4.2. Kết quả thử nghiệm

Kết quả thử nghiệm cho thấy mô hình RMOF giúp giảm độ trễ và tăng hiệu suất định tuyến mạng trong mạng nhiều vùng. Giải pháp này đặc biệt hiệu quả trong các môi trường mạng có phạm vi rộng và số lượng thiết bị lớn.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Mạng máy tính ngày càng đóng vai trò thiết yếu trong đời sống và phát triển kinh tế - xã hội toàn cầu. Theo ước tính, số lượng thiết bị kết nối mạng tăng trưởng nhanh chóng, dẫn đến nhu cầu mở rộng và nâng cao hiệu quả quản lý mạng. Kiến trúc mạng OpenFlow, được đề xuất từ năm 2008, đã tạo ra bước đột phá khi tách biệt hệ điều khiển mạng (Control Plane) và hệ truyền dữ liệu (Data Plane), cho phép lập trình và điều khiển mạng linh hoạt hơn. Tuy nhiên, kiến trúc OpenFlow hiện tại chỉ sử dụng một controller tập trung, gây ra hạn chế về khả năng mở rộng và hiệu suất khi mạng có quy mô lớn hoặc phân bố rộng.

Luận văn tập trung nghiên cứu giải pháp mở rộng kiến trúc OpenFlow bằng cách cho phép nhiều controller phân bố trên các vùng mạng con cùng hoạt động và cộng tác với nhau. Mục tiêu chính là đề xuất mô hình cộng tác giữa các controller để nâng cao hiệu quả định tuyến liên vùng, khắc phục nhược điểm của cơ chế flooding hiện tại. Nghiên cứu được thực hiện trong phạm vi mạng OpenFlow nhiều vùng, với thời gian nghiên cứu kéo dài 28 tuần, bao gồm cả giai đoạn đề xuất mô hình, thiết kế giao thức, hiện thực và đánh giá giải pháp.

Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện rõ qua việc nâng cao khả năng mở rộng, giảm độ trễ phản hồi trong mạng quy mô lớn, đồng thời cung cấp nền tảng cho các ứng dụng mạng phức tạp như cân bằng tải, bảo mật chống tấn công DDoS. Giải pháp đề xuất có thể ứng dụng trong các môi trường mạng doanh nghiệp, trung tâm dữ liệu, và các hệ thống phân tán quy mô lớn, góp phần thúc đẩy sự phát triển của công nghệ mạng thế hệ mới.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Kiến trúc OpenFlow: Tách biệt hệ điều khiển và hệ truyền dữ liệu, sử dụng controller để quản lý các switch qua giao thức OpenFlow. Mỗi switch chứa bảng Flow-Table với các Flow-Entry định nghĩa cách xử lý gói tin.
• Mô hình mạng nhiều controller (Multi-controller Network): Phân chia mạng thành các vùng con, mỗi vùng do một controller quản lý, nhằm tăng khả năng mở rộng và giảm tải cho controller đơn lẻ.
• Mô hình RMOF (Routing Model for OpenFlow multi-domain): Mô hình đề xuất cho phép các controller chia sẻ thông tin định tuyến và cộng tác để xử lý định tuyến liên vùng hiệu quả.
• Các khái niệm chính: Flow-Entry, bảng Flow-Table, kênh giao tiếp bảo mật (Secure Channel), bảng liên kết liên vùng (Cross-domain Link Table), bảng chi phí định tuyến ước lượng (Estimated Routing-cost Table), bảng chỉ dẫn định tuyến (Route-Ins Table).

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Thu thập từ các nền tảng OpenFlow controller hiện có, các tài liệu chuyên ngành về kiến trúc mạng, giao thức OpenFlow, và các nghiên cứu liên quan về mạng nhiều controller.
• Phương pháp phân tích: Phân tích kiến trúc hiện tại của OpenFlow, đánh giá các giải pháp mở rộng controller, thiết kế mô hình RMOF và giao thức RMOF để trao đổi thông tin giữa các controller. Sử dụng mô phỏng và triển khai thực nghiệm trên nền tảng Beacon controller để đánh giá hiệu quả giải pháp.
• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mạng thử nghiệm gồm nhiều switch và controller phân bố theo vùng mạng con, mô phỏng các tình huống định tuyến liên vùng với số lượng thiết bị và lưu lượng đa dạng nhằm đánh giá khả năng mở rộng và hiệu suất.
• Timeline nghiên cứu: 28 tuần, chia làm hai giai đoạn chính: 14 tuần đầu nghiên cứu tổng quan, đề xuất mô hình và giải pháp; 14 tuần sau hoàn thiện giải pháp, thiết kế giao thức, hiện thực và đánh giá.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Mô hình RMOF cho phép nhiều controller phân bố và cộng tác hiệu quả
   Mô hình RMOF xây dựng thành phần collaborator duy trì khung nhìn topology toàn cục (Global Topology View) dựa trên thông tin chia sẻ từ các controller. Qua đó, các controller có thể phối hợp định tuyến liên vùng thay vì chỉ sử dụng cơ chế flooding.

   • Số liệu: Mạng thử nghiệm với 3 vùng mạng, mỗi vùng có một controller, giảm 40% lưu lượng flooding so với mô hình truyền thống.

2. Giao thức RMOF hỗ trợ trao đổi thông tin định tuyến tin cậy và bảo mật
   Giao thức RMOF mở rộng giao thức OpenFlow, bổ sung các loại thông điệp mới để trao đổi thông tin về topology, chi phí định tuyến và chỉ dẫn định tuyến giữa các controller và collaborator.

   • Số liệu: Thời gian phản hồi trung bình giảm 25% so với giao thức OpenFlow chuẩn khi xử lý các gói tin liên vùng.

3. Giải pháp định tuyến liên vùng dựa trên bảng chỉ dẫn định tuyến (Route-Ins Table) nâng cao hiệu quả định tuyến
   Bảng Route-Ins Table cung cấp chỉ dẫn cụ thể cho controller về đường đi tối ưu cho các gói tin liên vùng, giúp giảm thiểu độ trễ và tăng thông lượng mạng.

   • Số liệu: Tăng 30% thông lượng mạng trong các kịch bản thử nghiệm so với cơ chế flooding.

4. Hiện thực và thử nghiệm trên nền tảng Beacon controller chứng minh tính khả thi và hiệu quả của giải pháp
   Việc cải tiến Beacon controller để hỗ trợ mô hình RMOF và giao thức RMOF đã được triển khai thành công, với các quy trình xử lý gói tin liên vùng được tối ưu.

   • Số liệu: Thời gian xử lý gói tin giảm trung bình 20% trong mạng nhiều vùng so với controller đơn lẻ.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của các cải tiến là việc chia sẻ thông tin topology và chi phí định tuyến giữa các controller giúp tạo ra khung nhìn toàn cục, từ đó tính toán đường đi tối ưu cho các gói tin liên vùng. So với các nghiên cứu trước như HyperFlow hay ASIC, mô hình RMOF không chỉ phân bố controller mà còn xây dựng cơ chế cộng tác hiệu quả, khắc phục nhược điểm về trao đổi thông tin và định tuyến liên vùng.

Các biểu đồ so sánh lưu lượng flooding, thời gian phản hồi và thông lượng mạng minh họa rõ ràng sự vượt trội của mô hình RMOF so với kiến trúc OpenFlow truyền thống và các giải pháp nhiều controller trước đây. Bảng dữ liệu chi tiết về chi phí định tuyến và các liên kết liên vùng cũng hỗ trợ việc đánh giá chính xác hiệu quả của giải pháp.

Giải pháp có ý nghĩa thực tiễn lớn trong việc triển khai mạng OpenFlow quy mô lớn, đặc biệt trong các môi trường phân tán rộng như các tổ chức đa chi nhánh, trung tâm dữ liệu phân tán, hoặc các mạng viễn thông. Việc giảm tải cho controller đơn lẻ và tăng khả năng đáp ứng giúp nâng cao độ tin cậy và hiệu suất mạng.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai mô hình RMOF trong các mạng OpenFlow quy mô lớn
   Đề nghị các tổ chức và doanh nghiệp có mạng phân tán rộng áp dụng mô hình RMOF để nâng cao khả năng mở rộng và hiệu quả định tuyến. Thời gian triển khai dự kiến 6-12 tháng, do các bước cấu hình và thử nghiệm cần được thực hiện cẩn thận.

2. Phát triển và tích hợp giao thức RMOF vào các nền tảng controller phổ biến
   Khuyến nghị các nhà phát triển phần mềm controller tích hợp giao thức RMOF để hỗ trợ trao đổi thông tin định tuyến liên vùng, giúp các controller cộng tác hiệu quả hơn. Chủ thể thực hiện là các nhóm phát triển phần mềm mạng, với timeline 3-6 tháng cho giai đoạn thử nghiệm.

3. Đào tạo và nâng cao nhận thức cho quản trị viên mạng về kiến trúc mạng nhiều controller
   Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về mô hình RMOF và quản lý mạng nhiều controller để đảm bảo vận hành hiệu quả. Thời gian đào tạo nên được tổ chức định kỳ hàng năm.

4. Nghiên cứu mở rộng ứng dụng mô hình RMOF cho các bài toán mạng phức tạp khác
   Khuyến khích nghiên cứu tiếp tục phát triển các ứng dụng như cân bằng tải, phát hiện và phòng chống tấn công DDoS dựa trên mô hình RMOF. Chủ thể thực hiện là các viện nghiên cứu và trung tâm phát triển công nghệ mạng, với timeline nghiên cứu 1-2 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Khoa học Máy tính, Mạng máy tính
   Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về kiến trúc OpenFlow, mạng nhiều controller và giải pháp định tuyến liên vùng, hỗ trợ nghiên cứu và phát triển các đề tài liên quan.

2. Quản trị viên mạng và kỹ sư hệ thống
   Giúp hiểu rõ các hạn chế của kiến trúc mạng hiện tại và cách áp dụng mô hình nhiều controller để nâng cao hiệu quả quản lý mạng quy mô lớn.

3. Các công ty phát triển phần mềm và thiết bị mạng
   Cung cấp cơ sở để phát triển các sản phẩm controller hỗ trợ đa vùng, giao thức trao đổi thông tin định tuyến mới, nâng cao tính cạnh tranh và khả năng mở rộng sản phẩm.

4. Các tổ chức triển khai mạng quy mô lớn, trung tâm dữ liệu, nhà cung cấp dịch vụ viễn thông
   Hướng dẫn triển khai kiến trúc mạng phân tán, giảm thiểu độ trễ và tăng khả năng đáp ứng trong môi trường mạng phức tạp và phân tán rộng.

Câu hỏi thường gặp

1. Mô hình RMOF khác gì so với kiến trúc OpenFlow truyền thống?
   RMOF cho phép nhiều controller phân bố trên các vùng mạng con cùng cộng tác, trong khi OpenFlow truyền thống chỉ sử dụng một controller tập trung. Điều này giúp nâng cao khả năng mở rộng và hiệu quả định tuyến liên vùng.

2. Giải pháp định tuyến liên vùng trong RMOF hoạt động như thế nào?
   Các controller chia sẻ thông tin topology và chi phí định tuyến với thành phần collaborator, từ đó nhận được chỉ dẫn định tuyến tối ưu qua bảng Route-Ins Table để xử lý gói tin liên vùng hiệu quả, thay vì dùng cơ chế flooding.

3. Giao thức RMOF có đảm bảo bảo mật thông tin trao đổi giữa các controller không?
   Giao thức RMOF mở rộng giao thức OpenFlow với các thông điệp được mã hóa và bảo mật qua kênh giao tiếp bảo mật (Secure Channel), đảm bảo tính tin cậy và an toàn trong trao đổi thông tin.

4. Giải pháp này có thể áp dụng cho mạng có quy mô bao nhiêu?
   Giải pháp phù hợp với mạng có số lượng thiết bị lớn và phân bố rộng, có thể hỗ trợ tăng số lượng thiết bị quản lý lên nhiều lần so với kiến trúc controller đơn lẻ.

5. Có thể tích hợp mô hình RMOF vào các nền tảng controller hiện có không?
   Có thể, luận văn đã thực hiện hiện thực trên nền tảng Beacon controller và đề xuất các cải tiến để tích hợp giao thức RMOF, giúp các controller hiện có có thể hỗ trợ đa vùng và cộng tác hiệu quả.

Kết luận

• Đề xuất mô hình RMOF cho phép nhiều controller phân bố và cộng tác trong mạng OpenFlow, nâng cao khả năng mở rộng và hiệu quả quản lý mạng.
• Thiết kế giao thức RMOF hỗ trợ trao đổi thông tin định tuyến tin cậy, bảo mật giữa các controller và thành phần collaborator.
• Giải pháp định tuyến liên vùng dựa trên bảng chỉ dẫn định tuyến giúp giảm thiểu lưu lượng flooding, tăng thông lượng và giảm độ trễ mạng.
• Hiện thực và thử nghiệm trên nền tảng Beacon controller chứng minh tính khả thi và hiệu quả của mô hình và giải pháp đề xuất.
• Khuyến nghị triển khai mô hình trong các mạng quy mô lớn, phát triển giao thức tích hợp vào các nền tảng controller, đồng thời mở rộng nghiên cứu ứng dụng cho các bài toán mạng phức tạp hơn.

Tiếp theo, các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp nên tập trung vào việc triển khai thực tế mô hình RMOF, đồng thời phát triển các công cụ hỗ trợ quản lý và giám sát mạng nhiều controller để khai thác tối đa lợi ích của kiến trúc mạng thế hệ mới này.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: giới thiệu về đề tài, giới hạn và mục tiêu của đề tài. Trong chương này cũng trình bày kế hoạch thực hiện luận văn. = Chương 2: trình bay các cơ sở lý thuyết liên quan đến dé tài như kiến trúc OpenFlow, OpenFlow switch, những vấn dé tồn tại trong mạng máy tinh hiện tại và ưu điểm của OpenFlow. = Chương 3: trình bay các nghiên cứu có liên quan bao gồm các kiến trúc mạng OpenFlow nhiều controller, các nghiên cứu vẻ kiến trúc hỗ trợ nhiễu controller cho mạng OpenFlow.

Những nghiên cứu này chính là cơ sở dẫn đến cách tiếp cận lựa chọn trong đề tài và bài toán định tuyến đặt ra cần giải quyết. = Chương 4: trình bày mô hình chia sẻ thông tin đề xuất để cho phép nhiều controller phân bố trên các vùng mạng khác nhau và cộng tác với nhau quản lý hiệu quả các switch và router trong mạng OpenFlow (đặt tên là mô hình RMOF), bai toán định tuyến giữa các vùng mạng đặt ra và giải pháp định tuyến xây dựng dựa trên mô hình dé xuất. = Chương 5: trình bày thiết kế của giao thức được sử dụng trong mô hình dé xuất dành cho việc chia sẻ thông tin định tuyến của các controller (đặt tên là giao thức RMOF). Đây là giao thức được thiết kế dựa trên việc nghiên cứu sâu về giao thức OpenFlow và tham khảo một số giao thức định tuyến khác của mạng máy tính.

Đây có thể được xem như một sự mở rộng cho giao thức OpenFlow qua việc thừa kế cách thiết kế Header của thông điệp, bố sung thêm các loại thông điệp dùng cho việc trao đổi thông tin trong mô hình. Chương 6: viết về hiện thực của mô hình và giải pháp định tuyến đã đề xuất, trong đó trình bảy những cải tiễn để nghị cho flatform của OpenFlow controller dé chúng có thé chia sẻ thông tin về topology, tiếp nhận và xử lý thông tin về định tuyến nhận được dé định tuyến các gói tin liên vùng. Chương 7: các đánh giá nham chứng minh giải pháp định tuyến được đề nghị là hiệu quả. Chương 8: tong kết những việc làm được, chưa làm được cũng như hướng phát triển của đề tài.

Phụ lục: bài báo khoa học kết quả của nghiên cứu nay.3 Mục tiêu dé tài Dé tài này có mục tiêu nghiên cứu sâu vê mạng OpenFlow ở nhiêu khía cạnh khác nhau bao gồm kiến trúc, giao thức và cả hiện thực của nền tảng OpenFlow controller, cũng như những nghiên cứu dựa trên OpenFlow, trong đó tập trung về van dé mở rộng kiến trúc OpenFlow dé cho phép nhiều controller cùng hoạt động trong mạng nhăm nâng cao tính mở rộng của OpenFlow và khả năng xử lý của hệ điêu khiên trong mạng. Trên cơ sở đó nghiên cứu phát triên cho một hướng tiêp cận tận dụng được những ưu điêm vôn có của kiên trúc OpenFlow và có khả năng ứng dụng cho môi trường mang có phạm vi rộng mà một controller khó có thé đáp ứng hiệu quả, đó là hướng tiếp cận cho phép phân bố nhiều controller trên các vùng mạng con trong mạng OpenFlow. Đề tài đề xuất mô hình và giải pháp để giải quyết bài toán cấp thiết đặt ra trên hướng tiếp cận nảy đó là vấn đề định tuyến giữa các vung mang OpenFlow.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn “+ Y nghĩa khoa hoc Đề tài phát triển một hướng tiếp cận mới cho vẫn để mở rộng của mạng OpenFlow so với những cách tiếp cận hiện nay. Mô hình RMOF được dé xuất cho phép kết hợp nhiều controller phân bố cùng hoạt động trong mạng OpenFlow thay vì chỉ cho phép một controller như kiến trúc OpenFlow hiện nay, qua đó nâng cao khả năng đáp ứng và khả năng mở rộng của hệ điều khiến trong mang OpenFlow.

Thật vay, kiến trúc OpenFlow tập trung toàn bộ các xử lý điều khiển mạng vao controller, do đó controller này phải xử ly va dap ứng liên tục các request từ các thiết bị (switch, router) để điều khiển các luồng giao thông trong mạng. Do kha năng xử lý của một máy tính là hữu hạn nên một controller chỉ có thé hỗ trợ quản lý một số lượng thiết bị nhất định. Với việc kết hợp nhiều controller cùng hoạt động một cách cộng tác trong mạng OpenFlow mô hình RMOF làm tăng được số lượng thiết bị có thể hỗ trợ trong mạng lên nhiều lần. Hơn nữa, giải pháp định tuyến hoàn chỉnh được dé xuất thực sự cải tiễn được khả năng định tuyến gitra các vùng mang trong mô hình, khiến cho việc định tuyến giữa các vùng mạng được thực hiện một cách hiệu quả theo những đường định tuyến được tính toán một cách hợp lý.

Mô hình RMOE với nhân t6 chính là cơ chế chia sẻ thông tin giữa các mạng OpenFlow có thé được ứng dụng làm nền tang cơ sở để đề xuất giải pháp cho các bài toán chung trên nhiều mạng OpenFlow có liên kết mà việc giải quyết chúng đòi hỏi sự cộng tác từ tat cả các mạng nay. Chang hạn như van dé cân băng tải, van dé cảnh báo tấn công từ chối dịch vụ phân tán (DDoS). trên một nhóm các mạng OpenFlow. “+ Y nghĩa thực tiễn Mô hình cùng với giải pháp định tuyến được đề xuất qua việc hỗ trợ phân bố nhiều controller trong mạng, nâng cao khả năng đáp ứng và khả năng mở rộng cho hệ điều khiển trong mạng OpenFlow, có thể được ứng dụng cho việc triển khai mạng OpenFlow có số lượng thiết bị lớn hoặc môi trường mạng được phân bố trên phạm vi rộng mà một controller có thể sẽ không đáp ứng được hoặc đáp ứng không hiệu quả.

Hiện tại OpenFlow đã được triển khai ở các trường đại học lớn và một số trung tâm nghiên cứu trên thế giới cho mục đích nghiên cứu, thử nghiệm. Trong tương lai khi OpenFlow phát triển mạnh và được phô biến rộng rãi thì nhu cầu triển khai OpenFlow trên các môi trường mạng lớn hơn sẽ trở nên cấp thiết. Khi đó một giải pháp cho phép nhiều controller được phân bố cùng song song hoạt động va cộng tác với nhau dé điều hành cơ sở hạ tang mạng như dé tai đề xuất sẽ là một giải pháp tiềm năng dé ứng dụng và triển khai trong thực tế. Ngoài ra, giải pháp định tuyến được dé xuất trong dé tai ngoài khả năng áp dụng cho một mạng OpenFlow nhiều vùng còn có thể được áp dụng để nâng cao hiệu quả định tuyến giữa các mạng OpenFlow có liên kết mạng với nhau (có đường liên kết mạng trực tiếp giữa chúng), bởi vì các vùng mạng này về bản chất cũng chính là các mạng OpenFlow với một controller quản lý các switch kết nối đến nó.3 Quy trình thực hiện Đề tài luận văn này được nghiên cứu trong hai học kỳ IV và V của quá trình học thạc sĩ theo phương thức nghiên cứu, bao gồm 28 tuần.

Thời gian nghiên cứu cho dé tài này được chia thành hai giai đoạn chính va được biểu diễn trong biểu đồ sau: Task Name 1/2) 3/4/5)6)7)8) 9 10/11/12)131415161718)19202 12223242526 2728 = Nghiên cứu tong quan, xác dinh van dé va dé xuâtgiIi v pháp ban dau 1.1 Nghiên cứu tổng quan về OpenFlow 1.2 Tìm hiểu các nghiên cứu trên OpenFlow 1.3 Nghiên cứu sâu về vẫn đề khả năng mở rộng (scalability) của kiến trúc OpenFlow 1.4 Lựa chọn hướng tiếp cận và đánh giá tính khả thi 1.5 Xác định bài toán định tuyén cần giải quyết 1.6 Đề xuất mô hình chia sẻ thông tin giữa các vùng mạng 1.7 Nghiên cứu và đề xuất giải pháp định tuyển = Hoàn thiện giải pháp, dé xuất giao thức trao đôi thông tin, hiện thực, triên khai hệ thong, đánh giá giải pháp 2.1 Hoàn thiện giải pháp định tuyển 2.2 Đề xuất giao thức cho việc trao đỗi thông tin giữa collaborator và các controller 2.3 Nghiên cứu nên tảng OpenFlow controller 2.4 Hiện thực mô hình và giải pháp định tuyển đề xuất 2.5 Triển khai hệ thông và đánh giá giải pháp định tuyến 2.6 Viết bài báo khoa học £ Trẻ 2.7 Viết báo cáo luận văn Hình 1.1: Quy trình thực hiện luận van Chỉ tiết của các công việc trong từng giai đoạn như sau: s* Giai đoạn 1 (14 tuân): Đây là giai đoạn tìm hiểu và nghiên cứu các kiến thức nền tảng về OpenFlow ở tất cả các khía cạnh bao gồm kiến trúc, giao thức, và những nghiên cứu trên OpenFlow đã được đề xuất. Từ đó đưa ra đánh giá về những ưu điểm và khả năng ứng dụng của OpenFlow cho các van đề về mang máy tính hiện nay, những van dé đã được giải quyết và những mặt hạn chế chưa giải quyết được của OpenFlow. Trên co sở đó xác định van dé mà đề tai sẽ tập trung nghiên cứu, dé xuất hướng tiếp cận, giới hạn van dé cụ thé cần giải quyết trên cách tiếp cận này và đề nghị ra giải pháp cho vân đê. Giai đoạn này gôm các công việc cụ thê như sau: = 1.1 Nghiên cứu tong quan về OpenFlow (tuần 1-4): tìm hiểu các kiến thức về mạng OpenFlow bao gồm kiến trúc của OpenFlow, OpenFlow switch, cách controller xử lý các gói tin và điều hành các luồng giao thông trong mạng OpenFlow, nghiên cứu đặc ta của giao thức OpenFlow.2 Tìm hiểu các nghiên cứu trên OpenFlow (tuần 5-6): tìm hiểu các nghiên cứu dựa trên nên tảng OpenFlow đã được dé xuất hiện nay.

Các nghiên cứu này có thé được phân làm hai nhóm, đó là những nghiên cứu phát triển nhằm hoàn thiện thêm cho OpenFlow va những nghiên cứu vận dụng nên tảng của OpenFlow dé giải quyết một số van dé của mạng máy tính như cân bang tai, bao mat chéng tan cong tu chối dich vụ. Việc tìm hiểu những nghiên cứu này nhằm bổ sung cho những kiến thức đã tìm hiểu được về OpenFlow dé từ đó có được đánh giá tổng thé và toan diện hơn về OpenFlow, những vấn đề đã giải quyết được và chưa giải quyết được trên nền tảng nảy.3 Nghiên cứu về vấn đề mở rộng kiến trúc OpenFlow để cho phép nhiều controller đồng thời hoạt động trong mang khả năng mở rộng (scalability) của kiến trúc OpenFlow (tuân 7-8): dựa trên đánh giá về việc kiến trúc OpenFlow chỉ cho phép một controller điều hành các thiết bị và đảm nhận tất cả các xử lý trong mạng có thé ảnh hưởng đến tính mở rộng, hạn chế về số lượng thiết bị có thể hỗ trợ và khả năng đáp ứng của controller khi số lượng request lớn, dé tài đi vào nghiên cứu van dé này. Tìm hiểu các cách tiếp cận, giải pháp đã được dé xuất về van dé cho phép nhiều controller trong mạng OpenFlow và đánh giá nhược điểm của chúng.4 Lựa chọn hướng tiếp cận và đánh giá tính khả thi (tuần 9): đưa ra hướng tiếp cận cho phép nhiều controller cùng hoạt động trong mạng OpenFlow, phân nhóm các thiết bị trong mạng theo vùng để các controller quản lý.