Nghiên cứu mô hình và quy hoạch triển khai điện toán đám mây trong cơ quan nhà nước

MỞ ĐẦU Thuật ngữ điện toán đám mây Cloud Computing xuất hiện bắt nguồn từ ứng dụng điện toán lưới Grid Computing trong thập niên 1980, tiếp theo là điện toán theo nhu cầu Utility Computi

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

-

PHẠM KHÁNH CHUNG

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH VÀ QUY HOẠCH TRIỂN KHAI ĐIỆN TOÁN

ĐÁM MÂY TRONG CƠ QUAN NHÀ NƯỚC

Chuyên ngành: Truyền dữ liệu và Mạng máy tính

Mã số: 60.48.15

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội - 2013

Luận văn được hoàn thành tại:

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Trọng Đường

Phản biện 1: ………

Phản biện 2: ………

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

Vào lúc: giờ ngày tháng năm

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

MỞ ĐẦU

Thuật ngữ điện toán đám mây (Cloud Computing) xuất hiện bắt nguồn từ ứng dụng điện toán lưới (Grid Computing) trong thập niên 1980, tiếp theo là điện toán theo nhu cầu (Utility Computing) và phần mềm dịch vụ (SaaS), được hiểu là việc ảo hóa các tài nguyên tính toán và các ứng dụng Tại Việt Nam, điện toán đám mây đã được giới thiệu từ năm

2007, tuy nhiên đến nay việc ứng dụng điện toán đám mây trong thực tế vẫn còn tồn tại nhiều vấn đề Trong đó, các vấn đề cơ bản nhất bao gồm: nhận thức về lợi ích, việc lựa chọn

mô hình đám mây phù hợp, cách thức chuyển đổi, quản lý tài nguyên trên đám mây Phần lớn các phương án triển khai mô hình cung cấp dịch vụ điện toán đám mây ở nước ta hiện nay vẫn ở trong giai đoạn nghiên cứu, làm quen các giải pháp thương mại của các hãng nước ngoài như VMware, IBM, HP, Oracle,… Các giải pháp thiết kế, thiết lập mô hình điện toán đám mây từ hiện trạng cơ sở hạ tầng thông tin, đáp ứng các nhu cầu nghiệp vụ và công tác lưu trữ, chia sẻ trao đổi thông tin có tính chất đặc thù quản lý Nhà nước trong các cơ quan Nhà nước vẫn chưa tỏ ra tận dụng được tối đa đặc điểm lợi ích điện toán đám mây Hiệu quả chính của điện toán đám mây thể hiện ở khía cạnh cho phép phạm vi, quy

mô ứng dụng lớn, hạ tầng được tập trung và chi phí đầu tư ban đầu thấp Trong lĩnh vực phát triển Chính phủ điện tử, càng ngày vai trò của điện toán đám mây càng trở nên quan trọng do khả năng tạo ra một nền tảng điện toán phù hợp để hoàn thiện cơ sở hạ tầng thông tin bền vững của Chính phủ, đáp ứng yêu cầu về tính kết nối liên thông giữa các hệ thống thông tin Tuy nhiên, thực tế là hiện vẫn chưa có chủ trương, biện pháp hữu hiệu để thúc đẩy triển khai điện toán đám mây trong công tác ứng dụng công nghệ thông tin, phát triển Chính phủ điện tử Việc triển khai điện toán đám mây chủ yếu mới dừng lại ở việc ảo hóa

hạ tầng, cung cấp hạ tầng theo hướng dịch vụ (IaaS) tại một số trung tâm cung cấp dịch vụ cho thuê chỗ đặt máy chủ, máy chủ ảo để hosting trên Internet Đối với các hình thức cung cấp phần mềm và nền tảng theo hướng dịch vụ (SaaS, PaaS) mới chỉ ở mức nghiên cứu thử nghiệm Việc không làm chủ và không tự phát triển giải pháp kỹ thuật dẫn đến việc triển khai điện toán đám mây chỉ là đi mua giải pháp, thiết bị của nước ngoài Thường xuyên đầu

tư mới khi triển khai điện toán đám mây tạo ra tình trạng khó đánh giá được hiệu quả đầu

tư Đây là một trong các nguyên nhân quan trọng dẫn đến việc triển khai điện toán đám mây tại Việt Nam nói chung và trong các cơ quan Nhà nước nói riêng chưa thật sự thu hút được

quan tâm của cộng đồng, các bên liên quan và chưa nhận được các ưu tiên về nguồn lực để triển khai

Bên cạnh những lợi ích mà điện toán đám mây đem lại, việc triển khai điện toán đám mây trong cơ quan, tổ chức Nhà nước có nhiều thách thức như: lựa chọn các ứng dụng nào được phép đưa lên điện toán đám mây, lựa chọn mô hình phù hợp để triển khai điện toán đám mây, và vấn đề liên quan đến quy hoạch phát triển điện toán đám mây trong cơ quan Nhà nước Đề tài “Nghiên cứu xây dựng mô hình và quy hoạch triển khai điện toán đám mây trong cơ quan Nhà nước”, được thực hiện nhằm nghiên cứu tổng quan về mô hình điện toán đám mây, tình hình phát triển trên thế giới hiện nay, tình hình triển khai điện toán đám mây tại Việt Nam, đặc biệt là trong các cơ quan Nhà nước, từ đó đề xuất giải pháp phù hợp

* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: cơ quan Nhà nước, các tổ chức, doanh nghiệp có triển khai điện toán đám mây

- Phạm vi nghiên cứu:

+ Nghiên cứu tổng quan về điện toán đám mây

+ Nghiên cứu hiện trạng điện toán đám mây tại Việt Nam, kinh nghiệm của các nước trong việc xây dựng các hệ thống điện toán đám mây

+ Đề xuất lựa chọn ứng dụng, lựa chọn mô hình triển khai, quy hoạch sử dụng điện toán đám mây trong cơ quan Nhà nước

* Phương pháp nghiên cứu

Đề tài được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu, phân tính hiện trạng về điện toán đám mây như: nghiên cứu hiện trạng triển khai điện toán đám mây tại Việt Nam, nghiên cứu hiện

trạng triển khai điện toán đám mây trên thế giới để từ đó đề xuất các yêu cầu, tiêu chí lựa chọn ứng dụng triển khai lên điện toán đám mây, lựa chọn mô hình triển khai, quy hoạch triển khai điện toán đám mây trong cơ quan Nhà nước, ứng dụng đề xuất xây dựng mô hình triển khai tại VNPT Hà nôi

Những nội dung và kết quả nghiên cứu chính của luận văn được trình bày trong ba chương như sau:

Chương 1: Tổng quan về điện toán đám mây

Chương 2: Tình hình ứng dụng và triển khai điện toán đám mây tại Việt Nam và trên thế giới

Chương 3: Đề xuất lựa chọn ứng dụng, mô hình, quy hoạch triển khai điện toán đám mây trong cơ quan Nhà nước

Phần kết luận đưa ra những đánh giá về những kết quả đạt được và thảo luận về huớng nghiên cứu tiếp của luận văn

Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY

Thuật ngữ điện toán đám mây ra đời từ giữa năm 2007, không chỉ mang lại nhiều lợi nhuận, mà còn tác động đến sự phát triển của công nghệ và hiệu quả kinh doanh Theo Phó Chủ tịch Frank Gens - nhà phân tích chính của IDC, "các dịch vụ điện toán đám mây gắn chặt với những đột phá công nghệ như thiết bị di động, mạng vô tuyến, xử lý phân tích khối lượng dữ liệu lớn và mạng xã hội”

1.1 Khái niệm về điện toán đám mây

Hệ thống hạ tầng điện toán đám mây là hệ thống cơ sở hạ tầng kỹ thuật bao gồm lớp vật lý

và lớp logic để đảm bảo việc cung cấp các dịch vụ điện toán đám mây Lớp vật lý là trung tâm dữ liệu Lớp logic bao gồm các phần mềm được triển khai trên lớp vật lý

Dịch vụ điện toán đám mây bao gồm:

- Dịch vụ hạ tầng điện toán đám mây là dịch vụ cung cấp cho khách hàng khả năng xử lý tính toán, lưu trữ, kết nối và các tài nguyên tính toán cơ bản khác trên hệ thống hạ tầng điện toán đám mây để khách hàng có thể tự triển khai và chạy phần mềm hệ điều hành, các ứng dụng theo nhu cầu Khách hàng sử dụng dịch vụ hạ tầng điện toán đám mây không quản lý hoặc kiểm soát hệ thống hạ tầng điện toán đám mây nhưng có thể kiểm soát hệ điều hành, lưu trữ, các ứng dụng triển khai và có thể kiểm soát một số thành phần kết nối mạng (như hệ thống tường lửa);

- Dịch vụ nền tảng điện toán đám mây là dịch vụ cung cấp cho khách hàng khả năng triển khai trên hệ thống hạ tầng điện toán đám mây những ứng dụng của khách hàng được tạo bằng cách sử dụng các ngôn ngữ lập trình, thư viện, dịch vụ và các công cụ hỗ trợ bởi nhà cung cấp Khách hàng không quản lý hoặc kiểm soát hệ thống hạ tầng điện toán đám mây như mạng, máy chủ, hệ điều hành hay lưu trữ nhưng có thể kiểm soát việc triển khai các ứng dụng hoặc có thể đặt cấu hình cho môi trường lưu trữ ứng dụng;

- Dịch vụ phần mềm điện toán đám mây là dịch vụ cung cấp cho khách hàng sử dụng các ứng dụng của nhà cung cấp trên hệ thống hạ tầng điện toán đám mây Các ứng dụng này có thể được truy cập từ các thiết bị khác nhau của khách hàng thông qua một giao diện như trình duyệt web, email hoặc một giao diện chương trình Khách hàng không quản lý hay kiểm soát hệ thống hạ tầng điện toán đám mây như mạng, máy chủ, hệ điều hành, lưu trữ hay các ứng dụng cá nhân nhưng có thể thiết lập một số cấu hình phần mềm ứng dụng cho người sử dụng

1.2 Những đặc trưng cơ bản của điện toán đám mây

1.2.1 Cơ sở hạ tầng linh động

1.2.2 Môi trường điện toán hướng dịch vụ

Hình 1.2: Người dùng có thể lựa chọn dịch vụ theo nhu cầu

Như vậy, cách tiếp cận hướng dịch vụ của điện toán đám mây sẽ giúp cho người sử dụng thực hiện công việc được nhanh hơn, dễ dàng hơn và đồng thời cũng tiết kiệm được đáng kể chi phí

1.3.2 Các mô hình triển khai

Thuật ngữ “đám mây” xuất phát từ hình ảnh minh họa mạng Internet đã được sử dụng rộng rãi trong các hình vẽ về hệ thống mạng máy tính của giới CNTT Một cách nôm na, ĐTĐM

là mô hình điện toán Internet Tuy nhiên, khi mô hình ĐTĐM dần định hình, các ưu điểm của nó đã được vận dụng để áp dụng trong các môi trường có quy mô và phạm vi riêng, hình thành các mô hình triển khai khác nhau

* Đám mây công cộng (Public Cloud)

Trong mô hình này, hạ tầng ĐTĐM được một tổ chức sở hữu và cung cấp dịch vụ rộng rãi cho tất cả các khách hàng thông qua hạ tầng mạng Internet hoặc các mạng công cộng diện rộng Các ứng dụng khác nhau chia sẻ chung tài nguyên tính toán, mạng và lưu trữ Do vậy, hạ tầng “đám mây” được thiết kế để đảm bảo cô lập về dữ liệu giữa các khách hàng và tách biệt về truy nhập Đám mây công cộng tồn tại ngoài tường lửa của hệ thống máy tính của khách hàng và được nhà cung cấp “đám mây” quản trị

Các dịch vụ đám mây công cộng hướng tới số lượng khách hàng lớn nên thường có năng lực cao về hạ tầng, đáp ứng nhu cầu tính toán linh hoạt, đem lại chi phí thấp cho khách hàng Một đám mây công cộng thường chỉ được lựa chọn trong các trường hợp:

- Phân tải cho các ứng dụng; triển khai các ứng dụng không đòi hỏi sự bảo mật cao

- Thử nghiệm và phát triển các ứng dụng mới

- Khách hàng cần gia tăng công suất

- Khách hàng đang thực hiện các dự án hợp tác

Hình 1.6: Mô hình đám mây công cộng

* Đám mây riêng tư (Private Cloud)

Đám mây riêng tư là mô hình trong đó hạ tầng đám mây được sở hữu bởi một tổ chức và phục vụ cho người dùng của tổ chức đó Đám mây riêng tư có thể được vận hành bởi một bên thứ ba và hạ tầng đám mây có thể được đặt bên trong hoặc bên ngoài tổ chức sở hữu (tại bên thứ ba kiêm vận hành hoặc thậm chí là một bên thứ tư)

Đám mây riêng tư được các tổ chức, doanh nghiệp lớn xây dựng cho mình nhằm khai thác

ưu điểm được các tổ chức, doanh nghiệp lớn xây dựng cho mình nhằm khai thác ưu điểm về

công nghệ và khả năng quản trị của ĐTĐM Với đám mây riêng tư, các doanh nghiệp tối ưu được hạ tầng CNTT của mình, nâng cao hiệu quả sử dụng, quản lý trong cấp phát và thu hồi tài nguyên, qua đó giảm thời gian đưa sản phẩm sản xuất, kinh doanh ra thị trường

Hình 1.7: Mô hình đám mây riêng

Đám mây riêng phù hợp trong điều kiện: hoạt động của tổ chức/doanh nghiệp yêu cầu nghiêm ngặt về an toàn bảo mật dữ liệu

* Đám mây cộng đồng (Community Cloud)

Đám mây cộng đồng (Community Cloud) là mô hình trong đó hạ tầng đám mây được chia sẻ bởi một số tổ chức cho cộng đồng người dùng trong các tổ chức đó Các tổ chức này

do đặc thù không tiếp cận với các dịch vụ đám mây cộng đồng và chia sẻ chung một hạ tầng ĐTĐM để nâng cao hiệu quả đầu tư và sử dụng

Hình 1.8: Đám mây cộng đồng (Community Cloud)

* Đám mây lai (Hybrid Cloud)

Đám mây lai là sự kết hợp của đám mây công cộng và đám mây riêng Những đám mây này thường do tổ chức, doanh nghiệp đầu tư, và trách nhiệm quản trị sẽ được phân chia giữa tổ chức/doanh nghiệp sử dụng đám mây với nhà cung cấp đám mây Các dịch vụ của đám mây lai sẽ có mặt ở cả không gian công cộng và riêng Mô hình lai cho phép chia sẻ hạ tầng hoặc đáp ứng nhu cầu trao đổi dữ liệu

Một vài tình huống dành cho môi trường đám mây lai:

- Tổ chức/doanh nghiệp muốn sử dụng một ứng dụng SaaS nhưng quan tâm về bảo mật Nhà cung cấp SaaS tạo ra mây riêng cho doanh nghiệp bên trong tường lửa của họ Họ cũng cung cấp cho tổ chức, doanh nghiệp một mạng riêng ảo VPN để bổ sung bảo mật

- Tổ chức/doanh nghiệp cung cấp dịch vụ đám mây có thị trường tiêu dùng khác nhau

Hình 1.9: Mô hình đám mây lai

Mô hình ĐTĐM có một số ưu điểm/nhược điểm như sau:

Bảng 1.1: Ưu điểm/nhược điểm của mô hình ĐTĐM

Ưu điểm Nhược điểm

- Có thể truy nhập từ bất cứ thiết bị, máy

tính có kết nối Internet

- Không giới hạn khả năng mở rộng

Người dùng có thể mở rộng yêu cầu quy

mô tính toán, dụng dung lượng lưu trữ

- Có khả năng giảm chi phí Người sử

dụng thanh toán dịch vụ sử dụng “theo

yêu cầu” hay “SaaS” trên cơ sở đăng ký,

chứ không phải mua phần mềm”

- Không có chi phí cố định, tất cả các chi

phí biến đổi

- Tiết kiệm chi phí do việc sử dụng hiệu

quả hơn phần cứng và điện năng

- Yêu cầu phải có kết nối Internet liên tục Nếu không có Internet, người dùng không thể truy cập ứng dụng và dữ liệu

- Yêu cầu kết nối Internet tốc độ cao + Mặc dù kết nối dial up có thể sử dụng, nhưng kết nối chậm và mất thời gian

+ Thậm chí khi kết nối Internet có tốc độ cao, hiệu suất làm việc hệ thống

có thể chậm do cạnh tranh sử dụng tài nguyên hệ thống, tăng số lượng người dùng (số lượng truy nhập)

- Nhà cung cấp dịch vụ có thể chưa tin cậy

- Còn nhiều quan ngại về an ninh xung quanh việc truy cập và lưu trữ dữ liệu Nếu người dùng không muốn phụ thuộc vào đám mây, họ phải sao lưu dữ liệu tại thiết bị cá nhân

- Chi phí có thể tăng nhanh chóng nếu sử dụng/tài nguyên tăng lên

- Thiếu khả năng kiểm soát dữ liệu, hiệu suất hệ thống, khả năng để kiểm toán hoặc theo dõi các tiến trình thay đổi

- Không có khả năng quản trị (theo dõi

người đang xem/ truy cập dữ liệu của người dùng)

- Phần mềm có tính năng hạn chế Một

số phần mềm trên đám mây có thể không có đủ tính năng Vì vậy, người dùng cần kiểm tra trước khi đăng ký

1.4 Công nghệ ảo hóa

1.4.1 Ảo hóa là gì

1.4.2 Hoạt động của Ảo hóa

1.4.3 Phân loại ảo hóa

* Ảo hoá server

Một máy chủ riêng ảo (Virtual Private Server) hay máy chủ ảo hoá là một phương pháp phân vùng một máy chủ vật lý thành máy tính nhiều máy chủ ảo, mỗi máy chủ đã có khả năng của riêng của mình chạy trên máy tính dành riêng Mỗi máy chủ ảo riêng của nó

có thể chạy full-fledged hệ điều hành, và mỗi máy chủ độc lập có thể được khởi động lại Lợi thế của ảo hoá máy chủ :

- Tiết kiệm được chi phí đầu tư máy chủ ban đâu

- Hoạt động hoàn toàn như một máy chủ riêng

- Có thể dùng máy chủ ảo hoá cài đặt các ứng dụng khác tùy theo nhu cầu của doanh nghiệp

- Bảo trì sửa chữa nâng cấp nhanh chóng và dễ dàng

- Dễ dàng nâng cấp tài nguyên RAM, HDD, băng thông khi cần thiết

- Có thể cài lại hệ điều hành từ 5-10 phút

- Không lãng phí tài nguyên

ĐTĐM tốt cho:

- Môi trường làm việc hợp tác

- Khi có nhiều địa điểm làm việc và cần

truy cập dữ liệu, ứng dụng theo nhu cầu

- Khi cần nhiều dung lượng lưu trữ, hoặc

upscale, tính toán nhanh

- Khi muốn chia đều chi phí đồng đều

theo thời gian

ĐTĐM không tốt đối với:

- Nếu không có kết nối Internet hoặc kết nối tốc độ chậm

- Nếu hoạt động của doanh nghiệp gắn với các ứng dụng hiện có Một số ứng dụng trên nền web không tương thích hoàn toàn với hệ thống offline

- Đối với các tổ chức quan ngại nhiều về

an ninh, hoặc cần phải bảo vệ yêu cầu về riêng tư của dữ liệu ví dụ như HIPAA, SOX

* Ảo hoá Storage

Một công nghệ ảo hoá lưu trữ mà khá đình đám mà ta biết đến SAN (Storage Area Network) SAN là một mạng được thiết kế cho việc thêm các thiết bị lưu trữ cho máy chủ một cách dễ dàng như: Disk Aray Controllers, hay Tape Libraries

Với những ưu điểm nổi trội SANs đã trở thành một giải pháp rất tốt cho lưu trữ thông tin cho doanh nghiệp hay tổ chức SAN cho phép kết nối từ xa tới các thiết bị lưu trữ trên mạng như: Disks và Tape drivers Các thiết bị lưu trữ trên mạng, hay các ứng dụng chạy trên đó được thể hiện trên máy chủ như một thiết bị của máy chủ (as locally attached divices)

Có hai sự khác nhau cơ bản trong các thành phần của SANs:

- Mạng (network) có tác dụng truyền thông tin giữa thiết bị lưu trữ và hệ thống máy tính Một SAN bao gồm một cấu trúc truyền tin, nó cung cấp kết nối vật lý, và quản lý các lớp, tổ chức các kết nối, các thiết bị lưu trữ, và hệ thống máy tính sao cho dữ liệu truyền trên đó với tốc độ cao và tính bảo mật Giới hạn của SAN thường được nhận biết với dịch vụ Block I/O đúng hơn là với dịch vụ File Access

- Một hệ thống lưu trữ bao gồm các thiết bị lưu trữ, hệ thống máy tính, hay các ứng dụng chạy trên nó, và một phần rất quan trọng là các phần mềm điều khiển, quá trình truyền thông tin qua mạng

* Ảo hoá Network

Các thành phần mạng trong cơ sở hạ tầng mạng như Switch, Card mạng, được ảo hoá một cách linh động Switch ảo cho phép các máy ảo trên cùng một máy chủ có thể giao tiếp với nhau bằng cách sử dụng các giao thức tương tự mà như trên thiết bị chuyển mạch vật lý

mà không cần phần cứng bổ sung Chúng cũng hỗ trợ VLAN tương thích với việc triển khai VLAN theo tiêu chuẩn từ nhà cung cấp khác, chẳng hạn như Cisco

Một máy ảo có thể có nhiều card mạng ảo, việc tạo các card mạng ảo nầy rất đơn giản và không giới hạn số card mạng tạo ra Ta có thể nối các máy ảo này lại với nhau bằng một Switch ảo Điều đặc biệt quan trọng, tốc độ truyền giữa các máy ảo này với nhau thông qua các switch ảo được truyền với tốt độ rất cao theo chuẩn Gigabytes (1GB), đẫn đến việc đồng

bộ giữa các máy ảo với nhau diễn ra rất nhanh