ĐẶT VẤN ĐỀ Trong sự phát triển của công nghệ thông tin, đặc biệt là sự phát triển điện toán đám mây (Cloud Computing) trong những ứng dụng của cuộc sống chưa bao giờ phổ biến và tiện lợi như hiện nay. Việc ứng dụng điện toán đám mây trong các doang nghiệp, các đơn vị hành chính sự nghiệp, cơ sở giáo dục là nhu cầu cấp thiết trong việc xây dựng, thiết lập cơ sở hạng tầng và năng lực lưu trữ của các hệ thống hiện nay. Trên thế giới, điện toán đám mây là công nghệ đã phát triển khá lâu và đã được đẩy mạnh trong nhứng năm trở lại đây bởi các công ty công nghệ như Amazon, Google, Microsoft. Ngoài ra, nhiều doanh nghiệp tự xây dựng và tạo ra các dự án Opensource liên quan tới điện toán đám mây như Openstack, Cloudstack, Eucalyptus, PetiteCloud.
Ở Việt Nam, các doang nghiệp đã triển khai hệ thống điện toán đám mây nhằm khai thác các dịch vụ trên đó như Viettel, FPT, CMC… Chính vì nhu cầu ứng dụng cao về xây dựng, triển khai và vận hành điện toàn đám mây có chất lượng cao thì nhu cầu đào tạo nguồn nhân lực có kiến thức và kỹ năng liên quan đến điện toán đám mây. Để có thể đào tạo nguồn nhân lực có trình độ cao, các cở sở giáo dục cần nghiên cứu, giảng dạy, đào tạo cũng như xây dựng các ứng dụng liên quan tới điện toàn đám mây. Đó là mối quan tâm đặc biệt trong môi trường giáo dục đại học vì đây là cơ sở nghiên cứu, đào tạo và thực hành. Chúng tôi sẽ nghiên cứu và triển khai hệ thống Private Cloud tại Bộ môn mạng của trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội.
Do các ứng dụng đào tạo và thực hành là các ứng dụng đặc thù trong giáo dục (đặc biệt là áp dụng cho trường đại học) nên đòi hỏi việc triển khai cho từng đơn vị là khác nhau. Các ứng dụng cho đào tạo và thực hành thường được sử dụng để phục vụ cho công tác quản lý, giảng dạy và học tập cho nên các đối tượng sử dụng rất đa dạng như các cán bộ quán lý của các phòng ban, các cán bộ quán lý của các khoa trong nhà trường hay các giảng viên, sinh viên… dẫn tới nhu cầu bảo mật phục vụ cho các đối tượng hay nhóm đối tượng là khác nhau nên khi triển khai Private cloud, hệ thống cần hoạt động ổn định, đảm bảo tính bảo mật nhưng không gây nhiều khó khăn cho quản trị viên khi vận hành và phát triển. Ngoài ra, do các ứng dụng đào tạo và thực hành phục vụ cho các mục đích và đối tượng người dùng khác nhau nên cần quy hoạch hệ thống hạ tầng cơ sở một cách tối ưu cũng là những thách thức và khó khăn khi triển khai hệ thống mạng truyền thống nên khi triển khai Private cloud, đặc biệt là dựa trên mà nguồn mở Openstack, hệ thống cần được quy hoạch một cách hiệu quả và tối ưu nhưng vẫn 7 đáp ứng nhu cầu về nền tảng cơ sở hạ tầng cho công tác quản lý, giảng dạy và học tập. Luận văn này sẽ giới thiệu các khái niệm chung, hệ thống thực tế đang triển khai cũng như các bài toàn khi triển khai, cụ thể là quy hoạch hệ thống server đồng thời giải quyết bài toán quản trị và kết nối mạng nhằm phục vụ cho các hoạt động đào tạo và thực hành.
GIỚI THIỆU CHUNG 1. Tổng quan về Cloud computing: Cloud computing là sự tổng hòa các khái niệm như Web service, Web 2.0 và các khái niệm mới khác cũng như các xu hướng công nghệ nổi bật, dựa trên nền tảng Internet nhằm đáp ứng nhu cầu của người sử dụng. Ví dụ, dịch vụ Google Application Engine hay Amazon EC2 cung cấp những ứng dụng liên quan đến mua bán trực tuyến, được truy nhập từ một trình duyệt web, còn các phần mềm và dữ liệu đều được lưu trữ trên các server hay các datacenter. [1] Cloud computing còn được định nghĩa là mô hình cung cấp các tài nguyên hệ thống máy tính (như network, server, storage, ứng dụng và dịch vụ), đặc biệt là khả năng lưu trữ và khả năng tự động xử lý mà người dùng không quản trị một cách trực tiếp.
Cloud computing còn được mô tả việc nhiều người dùng sử dụng tài nguyên của các data center thông qua Internet. Các hệ thống Cloud computing thường phân tán các tính năng tại các vị trí khác nhau trong các cụm server. Mô hình Cloud Computing 9 Cloud computing đạt được hiệu quả kinh tế do sự chia sẻ tài nguyên, cụ thể là cho phép các doanh nghiệp giảm chi phí về cơ sở hạ tầng. Sự phát triển của các mạng công nghệ tốc độ cao, giá thành của máy tính và các thiết bị lưu trữ thấp cũng như việc triển khai rộng rãi ảo hóa phần cứng, kiến trúc hướng dịch vụ, mô hình tự động hóa và các tiện ích máy tính sẵn có đã dẫn đến sự hình thành và phát triển của cloud computing.
Theo NIST (Viện Quốc gia về tiêu chuẩn và công nghệ Mỹ), Cloud computing gồm năm đặc tính cơ bản: On-demand self-service, Broad network access, Resource pooling, Rapid elasticity or expansion và Measured service. Trong đó, On-demand self- service được hiểu là khách hàng có thể tự quản lý dịch vụ của bản thân mà không cần sự trợ giúp của đơn vị IT ngoài hoặc nhà cung cấp hosting. Broad network access được hiểu là các dịch vụ cloud cần được truy cập thông qua các công nghệ mạng thông thường. Resource pooling được hiểu là các dịch vụ chạy trong datacenter sử dụng chung hạ tầng và được chia sẻ với nhiều người dùng khác nhau.
Rapid elasticity or expansion được hiểu là dịch vụ cloud có khả năng dễ dàng thay đổi theo đúng nhu cầu thực tế. Các dịch vụ phải được thêm hay bớt theo đúng nhu cầu. Measured service được hiểu là dịch vụ cloud có khả năng tối ưu tài nguyên sử dụng của người dùng và được cập nhật thường xuyên. Trong mô hình Software as a Service (SaaS), các phần mềm chạy trên datacenter và được quản lý bởi nhà cung cấp dịch vụ.
Microsoft Office 365 là ví dụ điển hình của mô hình SaaS. Trong mô hình Platform as a Service (PaaS), một server chạy trên datacenter và được quản lý bởi nhà cung cấp dịch vụ. Tuy nhiên người dùng được quản lý các ứng dụng và lưu trữ dữ liệu trên server. Ngoài Windows Azure, Amazon Web Service (AWS) là ví dụ điển hình trong mô hình này.
Trong mô hình Infrastructure as a Service (IaaS), server chạy trên datacenter của nhà cung cấp dịch vụ nhưng được quản lý hoàn toàn bởi người dùng. Mọi chương trình, ứng dụng chạy trên server được quản lý bởi người dùng: bao gồm các OS (bất kỳ hệ điều hành nào), các ứng dụng và data lựu trữ trên Server. [3] 10 Ngoài ra, NIST cũng liệt kê bốn mô hình triển khai cho Cloud computing bao gồm: Private Cloud, Public Cloud, Community Cloud và Hybrid Cloud. Mô hình Private Cloud là mô hình mà cơ sở hạ tầng được triển khai dành cho chỉ duy nhất một khách hàng.
Mỗi hệ thống Private Cloud có thể được đặt tại datacenter của người dùng nhưng cũng có thể được đặt tại datacenter của nhà cung cấp dịch vụ. Các hệ thống Private Cloud có thể được quản lý bởi người dùng, các nhà cung cấp dịch vụ hoặc một đơn vị thứ ba chuyên cung cấp các dịch vụ Cloud. Tuy nhiên, người dùng luôn phải chịu toàn bộ chi phí cho giải pháp. Các hệ thống Public Cloud là mô hình mà cơ sở hạ tầng được triển khai để tất cả mọi người, đều có thể sử dụng, không giới hạn số lượng, đối tượng người dùng (đó có thể là người dùng cá nhân hoặc các công ty lớn).
Public Cloud được sử dụng phổ biến và dễ dàng. Mirosoft Office 365, Microsoft Azure, Amazon Web Service (AWS) và NTC Cloud Server là những ví dụ điển hình cho giải pháp Public Cloud. Mô hình Community Cloud là mô hình mà cơ sở hạ tầng được chia sẻ cho nhiều tổ chức hoặc người dùng có chung mục đích. Việc quản lý một Community Cloud có thể do một tổ chức hoặc một đơn vị thứ ba chuyên cung cấp các dịch vụ Cloud.
Mô hình Hybrid Cloud là mô hình mà cơ sở hạ tầng được kết hợp từ 3 mô hình Cloud kể trên. Trong hệ thống Mirosoft Office 365, có thể các mailbox được lưu trữ trong hệ thống của Microsoft datacenter, nhưng cũng có thể kết hợp với Exchange Server và các mailbox dùng riêng. Kết hợp lại, tạo nên một hệ thống lai – hybrid messaging system. [3] Trong phạm vi triển khai của luận văn, mô hình Private Cloud được sử dụng để triển khai cài đặt.
Tổng quan về Private Cloud: Private Cloud được định nghĩa là các dịch vụ được cung cấp qua Internet hoặc mạng nội bộ và bị giới hạn người dùng thay vì cho phép truy cập công khai do vậy còn được gọi là Internal Cloud hay Corporate Cloud. Private Cloud hỗ trợ doanh nghiệp những tiện ích như self-service, khả năng mở rộng và tính linh hoạt như khi sử dụng Public Cloud. Ngoài ra, Private Cloud còn cung cấp tính riêng tư và độ bảo mật cấp độ cao thông qua các firewall và internal hosting để đảm bảo các hoạt động và dữ liệu quan trọng không thể truy cập bởi nhà cung cấp dịch vụ bên thứ ba. Mô hình đầu tiên là Platform as a Service (PaaS) cho phép một tổ chức cung cấp mọi thứ từ các ứng dụng miễn phí cho đến các ứng dụng trả phí.
Mô hình thứ hai là Infrastructure as a Serice (IaaS) cho phép một tổ chức sử dụng tài nguyên của cơ sở hạ tầng như máy tính, hệ thống mạng và các thiết bị lưu trữ như một dịch vụ. [2] Private Cloud còn kết hợp với Public Cloud để tạo ra Hybrid Cloud cho phép doanh nghiệp tận dụng Cloud Bursting để tối ưu không gian và quy mô các dịch vụ Cloud Computing khi người dùng hay tổ chức tăng nhu cầu sử dụng. [2] Openstack, Cloudstack là một trong những nền tảng phần mềm điển hình cho mô hình Private Cloud. Tổng quan về Virtualization: Ảo hóa (virtualization) được định nghĩa là sự triển khai một hệ thống máy tính ảo trên nền một hệ thống máy tính thật.
Ngoài ra, ảo hóa đề cập đến việc giả lập mọi thiết bị bằng bao gồm sự ảo hóa các nền tảng phần cứng máy tính, các thiết bị lưu trữ, tài nguyên cũng như hệ thống mạng máy tính. Nói cách khác, ảo hóa cũng có thể được coi là một kỹ thuật cho phép người dùng chia sẻ một instance vật lý của một tài nguyên hoặc một ứng dụng giữa nhiều người dùng và tổ chức khác nhau. [4] Ý tưởng của ảo hóa không phải là điều gì mới. Ý tưởng này được IBM giới thiệu vào năm 1960 khi các mainframe được sử dụng.