Đặt vấn đề Bộ giao thức truyền thống TCP/IP được xem như là một chuẩn sử dụng từ giữa những năm 80 của thế kỷ trước. Đây là một hệ thống điều khiển cồng kềnh và không linh hoạt đối với mạng máy tính. Vì nó vừa “ nghĩ” vừa “làm”, điều đó có nghĩa là đầu tiên nó phải giải quyết bài toán xây dựng định tuyến, sau đó là áp dụng các tuyến đường này. Trong các mạng hiện tại, chức năng điều khiển và truyền tải dữ liệu được kết hợp, đi liền với nhau, nó làm cho việc kiểm soát, điều khiển rất phức tạp.
Cách tiếp cận dựa trên TCP/IP này gây ra một số hạn chế rất nghiêm trọng trong hoạt động với các tài nguyên của mạng. Dễ thấy rằng số lượng và tính phức tạp của các giao thức rất lớn và phức tạp (Ngày nay số giao thức và các phiên bản giao thức được sử dụng thường xuyên đã vượt quá 600), việc kết hợp sự điều khiển và truyền dữ liệu làm cho quá trình kiểm soát cũng như điều khiển hoạt động mạng trở nên quá phức tạp đòi hỏi người quản Luan van 3 lý phải có tay nghề và chuyên môn cao. Vấn đề bảo mật đến thời điểm hiện tại vẫn không có giải pháp nào có độ tin cậy quá cao. Việc thêm vào bất kỳ sự thay đổi nào trong các thiết bị của mạng đều mất rất nhiều thời gian, chi phí cao và bắt buộc phải có sự tham gia của nhà sản xuất (vì tính độc quyền).
Và vì thế, không ai có thể đảm bảo rằng những thiết bị mạng này chỉ chứa các chức năng đã được mô tả trong các tài liệu đính kèm sản phẩm. Đây là lí do vì sao có rất nhiều vụ bê bối nghe lén và đánh cắp dữ liệu diễn ra thời gian qua. Các thiết bị của mạng ngày nay là những thiết bị mang tính độc quyền, thiết bị “đóng”, cản trở cho sự đổi mới, cập nhật và phát triển từ hướng người chủ của mạng, hay cộng đồng mạng. Việc đáp ứng tất cả các nhu cầu hiện tại của thị trường gần như là không thể với mô hình mạng truyền thống.
Phòng quản trị mạng của các công ty phải tìm cách hạn chế tối đa mạng của mình với việc sử dụng các công cụ điều khiển ở mức độ thiết bị và sử dụng các quá trình điều khiển bằng tay, lý do của vấn đề này chính là vì ngân sách được chi cho họ ngày càng bị cắt giảm, nếu may mắn thì chỉ được duy trì không đổi. Với những nhà khai thác mạng, họ cũng gặp vấn đề tương tự. Ta có thể thấy nhu cầu đối với tính di động và băng thông đang bùng phát (ngày nay số lượng người dung mạng máy tính trên kỹ thuật không dây vượt quá số người dùng mạng cố định, số lượng thiết bị di động trên đầu người ở các nước phát triển đã lớn hơn 3) trong khi đó lợi nhuận thu về ngày càng ít do các chi phí cho thiết bị và do việc giảm thu nhập. Các cấu trúc hiện tại của mạng không được tạo ra để thỏa mãn nhu cầu của người dùng hiện đại, của các công ty hay nhà khai thác mạng.
Chúng ta sẽ phân tích một số giới hạn của mạng hiện tại, bao gồm: - Tính phức tạp dẫn đến tình trạng trì trệ: Các kỹ thuật mạng ngày nay bao gồm các bộ giao thức rời rạc. Những giao thức này dùng để nối các host với nhau một cách tin cậy, với khoảng cách, tốc độ liên lạc, topo bất kỳ. Để thỏa mãn nhu cầu kinh doanh và yêu cầu kỹ thuật trong hơn chục năm trở lại đây, ngành công nghiệp đã phát triển các giao thức mạng dể hỗ trợ hiệu suất cũng như độ tin cậy cao hơn, có thể kết nối rộng hơn và độ bảo mật nghiêm ngặt hơn. Các giao thức này, về nguyên tắc, được tạo ra một cách cô lập, tuy nhiên mỗi giao thức giải quyết một vấn đề cụ Luan van 4 thể.
Điều này dẫn đến một trong những hạn chế chính của mạng hiện tại đó là tính phức tạp. Ví dụ : để thêm vào hoặc dịch chuyển một thiết bị bất kỳ, người quản trị phải can thiệp đến một số thiết bị khác như : các bộ chuyển mạch, định tuyến, tường lửa… và phải cập nhật lại danh sách ACL (Access Control List), VLANs, QoS, và cả các cơ chế khác. Liên quan đến tính phức tạp này, các mạng hiện tại vì thế được xem như ở trạng thái “tĩnh” vì người quản trị phải cố gắng hạn chế đến mức thấp nhất những nguy cơ gián đoạn cung cấp dịch vụ. Tính “tĩnh” của mạng hiện tại lại là một mâu thuẫn rất lớn đối với đặc tính “động” của môi trường server ngày nay, ở đó việc ảo hóa các server làm tăng số lượng host một cách chóng mặt, đồng thời nó làm thay đổi quan điểm về vị trí vật lý của các host.
Trước ảo hóa, các ứng dụng đều nằm trên một server và trao đổi traffic với các client. Ngày nay, các ứng dụng phân bố rời rạc trên một vài máy ảo (VM-Virtual Machine), những máy ảo này trao đổi các luồng dữ liệu với nhau. Các VM này “tái định cư” để làm tối ưu hóa và cân bằng tải trên server. Ngoài việc áp dụng kỹ thuật ảo hóa, nhiều công ty đã làm việc trên nền mạng hội tụ IP để truyền dữ liệu, thoại, video.
Trong khi đó, mạng hiện tại hỗ trợ các mức độ khác nhau của QoS cho các ứng dụng khác nhau và cung cấp những tài nguyên này hoàn toàn bằng tay. Người quản trị cần phải cài đặt thiết bị của từng nhà cung cấp một cách riêng lẻ, và dĩ nhiên phải thiết lập các tham số như băng thông, QoS trên từng phiên làm việc cho mỗi ứng dụng. Do tính “tĩnh” của mình, mạng hiện tại không thể điều chỉnh một cách linh động so với những traffic luôn thay đổi của các ứng dụng và người dùng. - Các chính sách không đồng nhất: Để thực hiện các chính sách mạng, người quản trị mạng cần phải cấu hình hàng ngàn thiết bị.
Ví dụ mỗi lần áp dụng một máy ảo mới, phải tốn hàng giờ, thỉnh thoảng là hàng ngày để cấu hình lại các danh sách ACL trên toàn mạng. Tính phức tạp của mạng hiện tại làm cho công việc này trở nên khó khăn đối với các nhà quản trị để có thể áp dụng một bộ phối hợp truy cập, hay quy tắc bảo mật, QoS và các chính sách người dùng khác. - Không có khả năng mở rộng: Vì các nhu cầu đối với các Data Center tăng nhanh chóng, nên mạng cũng buộc phải tăng (kích thước) theo. Tuy nhiên, mạng vì Luan van 5 thế quá phức tạp với hàng trăm, hàng ngàn thiết bị, những thiết bị này lại cần phải được cấu hình và điều khiển.
Các nhà quản trị cũng buộc phải dựa trên các dự báo về traffic để mở rộng mạng. Nhưng trong các Trung tâm dữ liệu ảo hóa ngày nay, traffic là khác niệm “động” không tưởng và gần như không thể dự báo trước. Các nhà khai thác lớn như Google, Yahoo, Facebook… đã gặp phải các vấn đề phức tạp trong mở rộng kích thước mạng. Những nhà cung cấp dịch vụ này sử dụng các thuật toán xử lý song song ở quy mô lớn.
Vì quy mô các ứng dụng đối với một người dùng cụ thể ngày càng tăng, số lượng các phần tử cần tính toán từ đó cũng tăng lên đến mức “bùng nổ” và các dữ liệu trao đổi giữa các node có thể đạt đến PB (Petabyte=1000 TB). Những công ty này cần phải đảm bảo hiệu suất cao, chi phí kết nối giữa hàng ngàn thiết bị thấp… Quy mô như vậy là không thể thực hiện với cách cấu hình bằng tay. Để duy trì khả năng cạnh tranh, các nhà khai thác cần phải thực hiện, cung cấp nhiều hơn các dịch vụ riêng biệt, khác biệt cho các client. Tính đa nhiệm cũng làm phức tạp bài toán hơn, vì mạng cần phục vụ nhiều nhóm người dùng với các ứng dụng khác nhau và các nhu cầu về hiệu suất khác nhau.
Những nhà khai thác lớn, những nhà khai thác đóng vai trò chủ đạo trong quản lý traffic client rất khó để đáp ứng các nhu cầu với quy mô hiện tại của họ. - Phụ thuộc vào nhà sản xuất: Các nhà mạng và các công ty cố gắng áp dụng các khả năng và dịch vụ mới trong việc đáp ứng các nhu cầu (những nhu cầu này thay đổi liên tục và rất nhanh) kinh doanh hoặc nhu cầu người dùng. Tuy nhiên khả năng của họ phụ thuộc vào các chu kỳ cập nhật firmware thiết bị của nhà sản xuất. Và điều đáng nói là những chu kỳ này có thể kéo dài lên đến 3 năm hoặc nhiều hơn nữa.
Ngoài ra việc thiếu các chuẩn hóa, hay giao diện mở làm giới hạn khả năng điều chỉnh mạng của các nhà mạng. Chính sự không tương ứng giữa nhu cầu trên thị trường và khả năng của mạng đã dẫn đến “điểm gãy khúc”. Đáp lại vấn đề này, mạng điều khiển bởi phần mềm SDN (Software-Defined Networking) đã được tạo ra. Khái niệm và cấu trúc mạng SDN 1.
Khái niệm về SDN Trước khi đưa ra khái niệm về SDN, ta thử đặt ra một giả thiết là nếu ta có thể tách rời phần điều khiển ra khỏi các thiết bị mạng thì điều đó có thể làm cho khả năng xử lý của thiết bị tăng lên hay không? Có thể tạo ra một mạng thông minh hơn và linh hoạt hơn hay không? Thực tế là dựa trên giả thiết đó, người ta đã nghiên cứu và phát triển thành một mạng mà ở đó nhiệm vụ điều khiển mạng được xử lý bởi các bộ điều khiển và các bộ điều khiển đó có thể thao tác tới phần cứng, bộ nhớ và các chức năng của các thiết bị router, switch để đạt được mục đích của người sử dụng. Do đó, mạng trở nên linh hoạt hơn, hiệu suất sử dụng cao hơn và dễ quản lý hơn bao giờ hết. Để hiểu rõ hơn ta xem xét sự khác nhau giữa chức năng của các thiết bị của mạng truyền thống và mạng SDN.1: So sánh kiến trúc mạng truyền thống và SDN Hình 1.1 (a) mô tả sơ đồ một mạng truyền thống đơn giản. Đối với mạng truyền thống thì các thiết bị định tuyến hoặc chuyển mạch trao đổi các thông tin với nhau và quá trình tính toán xử lý đều xảy ra ở mỗi node mạng ( ở tại mỗi Luan van 7 router/switch).
Chức năng chính của các thiết bị mạng như router/switch là vận chuyển dữ liệu, như ta thấy ở mô hình trên thì các thiết bị không được hoàn toàn tập trung vào chức năng đó. Nhưng đối với mạng SDN thì điều đó lại là khác.