Tìm hiểu công nghệ IP di động và ứng dụng trong điện toán đám mây

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TẬP ĐOÀN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG VIỆT NAM HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG --- PHẠM TUÂN TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ IP DI ĐỘNG VÀ ỨNG DỤNG TRONG ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY CHU

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TẬP ĐOÀN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG VIỆT NAM HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

-

PHẠM TUÂN

TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ IP DI ĐỘNG VÀ ỨNG DỤNG TRONG ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY

CHUYÊN NGÀNH: TRUYỀN DỮ LIỆU VÀ MẠNG MÁY TÍNH

MÃ SỐ: 60.48.15

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - NĂM 2011

Luận văn được hoàn thành tại:

Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam

Người hướng dẫn khoa học: TS Hoàng Lê Minh

………

Phản biện 1: ………

………

Phản biện 2: ………

………

Luận văn sẽ được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông Vào lúc: giờ ngày tháng năm……

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Thư viện Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

MỞ ĐẦU

Ngày nay, điện toán đám mây(Cloud Computing) đang là vấn đề

“thời sự” nhất trong giới công nghệ thông tin trên thế giới hiện nay Các công ty đa quốc gia lớn như IBM, Microsoft, Oracle, HP, … đều đang phát triển các giải pháp xây dựng trung tâm dữ liệu và các máy chủ sử dụng công nghệ Cloud Computing

Tại Việt Nam, Viện Công nghiệp phần mềm và nội dung số VN (NISCI, Bộ Thông tin và Truyền thông) có dự án iDragon Cloud nghiên cứu thiết kế các máy tính “đám mây” (CloudPC) và thiết bị nối mạng “đám mây” (CloudBox) theo mô hình điện toán đám mây công cộng (Public Cloud) và riêng (Private Cloud) truy cập các dịch vụ đám mây (cung cấp từ các trung tâm dữ liệu) mà không cần dùng tới công nghệ Web 2.0

Một trong những vấn đề đặt ra trong dự án iDragon là để cung cấp dịch vụ đám mây cho các máy tính (thiết bị) di động Trong luận văn tốt nghiệp này, em cần tìm hiểu và ứng dụng công nghệ IP di động trong dự án điện toán đám mây iDragon Cloud

Nội dụng luận văn tốt nghiệp gồm 03 chương:

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC CÔNG NGHỆ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG NGHỆ IP DI ĐỘNG (MOBILE IP) CHƯƠNG 3: TÌM HIỂU GIẢI PHÁP ỨNG DỤNG MOBILE IP VÀO ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY (iDRAGON CLOUD)

Từ một bài toán điển hình như vậy, chúng ta thấy được rằng nếu có một nơi tin cậy giúp các doanh nghiệp quản lý tốt nguồn dữ liệu

đó, các doanh nghiệp sẽ không còn quan tâm đến cơ sở hạ tầng, công nghệ mà chỉ tập trung chính vào công việc kinh doanh của họ thì sẽ mang lại cho họ hiệu quả và lợi nhuận ngày càng cao hơn

Thuật ngữ “cloud computing” ra đời bắt nguồn từ một trong những hoàn cảnh như vậy

1.2 TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY

1.2.1 Công nghệ điện toán đám mây là gì?

Hình 1 1 - Mô hình điện toán đám mây

Điện toán đám mây (Cloud computing): có thể hiểu nôm na

là mô hình điện toán sử dụng các công nghệ tiên tiến nhất về phần mềm, phần cứng máy tính, được phát triển trên hạ tầng mạng máy tính

và Internet, để tạo ra một “đám mây” cung cấp từ cơ sở hạ tầng, nơi lưu trữ dữ liệu cho đến các dịch vụ sẵn sàng, nhanh chóng cho mọi cơ

quan, tổ chức, doanh nghiệp và người dùng đầu cuối theo yêu cầu

Tuy mới được khởi xướng từ năm 2007, nhưng mới chỉ sau hơn 3 năm, ngày càng có nhiều tổ chức, cơ quan và doanh nghiệp tìm hiểu, áp dụng công nghệ và dịch vụ điện toán đám mây để khai thác

và chia sẽ chung các tài nguyên Điện toán đám mây có thể giúp cho các tổ chức, doanh nghiệp tiết kiệm được nhiều chi phí đầu tư hạ tầng liên quan đến các dịch vụ CNTT, đầu tư để sở hữu phần mềm, phần cứng khi bạn cần chúng và chỉ muốn trả tiền cho những gì đang cần sử dụng

1.2.2 Các công nghệ điện toán đám mây

Hình 1 2 - Nền tảng cung cấp dịch vụ

a Phần mềm được cung cấp như dịch vụ (SaaS - Software as a Service):

Là tầng kiến trúc của điện toán đám mây liên quan tới phần mềm,

và thường được phân phối thông qua môi trường Web

b Nền tảng được cung cấp như dịch vụ (PaaS - Platform as a Service):

Là một dạng dịch vụ biến thể từ SaaS, nhưng khi dựa trên

công nghệ điện toán đám đã trở thành một loại dịch vụ đám mây mới

mạng, được chia sẽ và cung cấp dưới dạng dịch vụ IaaS cho các tổ

chức hay doanh nghiệp khác nhau

1.2.3 Công nghệ ảo hóa và phân mềm ảo hóa

Bắt đầu từ năm 2008, Công ty Microsoft bắt đầu phát triển và tích hợp giải pháp “điện toán đám mây” vào hệ điều

hành MS Windows Server 2008 (công nghệ ảo hóa

Hyper-Virtual và phần mềm ảo hóa Hyper-Virtual PC) Sau đó, Microsoft đã

đưa ra chiến lược phát triển “đám mây” riêng gọi là MS

Windows Azure, với khả năng cung cấp các dịch vụ đám mây từ

nền tảng OS và kiểm soát dịch vụ cung cấp không những từ máy chủ mà cả trên máy trạm chạy hệ điều hành MS Windows

1.2.4 Các kiểu mô hình dịch vụ đám mây hiện nay

Xét từ góc độ nhu cầu sử dụng của các cơ quan, tổ chức và doanh nghiệp, hiện nay có 3 mô hình đám mây chính

Hình 1 3 - Các mô hình cung cấp dịch vụ

a Đám mây công cộng (Public Cloud):

Là các dịch vụ đám mây do bên thứ 3 (người bán) cung cấp Chúng tồn tại ngoài tường lửa công ty, được lưu trữ đầy đủ và do nhà cung cấp đám mây quản lý

b Đám mây riêng hay đám mây doanh nghiệp (Private or Enterprise Cloud):

Là các dịch vụ đám mây này được cung cấp cho nội bộ cơ quan, tổ chức và doanh nghiệp Những đám mây này tồn tại bên trong tường lửa công ty và chúng được doanh nghiệp trực tiếp quản lý

c Đám mây lai (Hybrid Cloud):

Là một sự kết hợp của các đám mây công cộng và đám mây doanh nghiệp Các đám mây này đều do doanh nghiệp tạo ra và các trách nhiệm quản lý sẽ được phân chia giữa doanh nghiệp và nhà cung cấp đám mây công cộng

1.2.5 Xu thế ứng dụng điện toán đám mây

a Ở ngoài nước:

Vương quốc Anh: Tại đây, Chính phủ đã xây dựng “G-cloud”

một mạng điện toán đám mây trên quy mô toàn chính phủ và cũng là một ưu tiên chiến lược

Nhật Bản: Tại đây, Chính phủ đang triển khai một sáng kiến

lớn về điện toán đám mây, nhân rộng “đám mây Kasumigaseki” (được đặt theo tên một khu vực tại Tokyo nơi đặt văn phòng các Bộ thuộc Chính phủ Nhật Bản) Sáng kiến này tìm cách phát triển một môi trường điện toán đám mây riêng có thể host toàn bộ hệ thống tính toán của chính phủ Nhật Bản

Thái Lan: Tại đây, Cơ quan Dịch vụ Công nghệ Thông tin

Chính phủ (Goverment Information Technology Service – GITS) đang xây dựng một đám mây điện toán riêng để các cơ quan chính phủ Thái Lan sử dụng

Niu-di-lân: Tại đây, Bộ Thương mại đã công bố vào tháng 6

năm 2009 việc họ sẽ tập trung hóa hoạt động mua sắm CNTT của tất

cả các cơ quan chính phủ, tìm cách hình thành nên “các trung tâm kiến thức chuyên môn” tập trung vào việc hợp lý hóa vào việc mua sắm và

nghiên cứu xem điện toán đám mây và SaaS có thể đóng một vai trò

quan trọng hơn trong tương lai như thế nào

Trung quốc: Tại đây, các chương trình điện toán đám mây

đến nay rất phổ biến bởi các nhà lãnh đạo địa phương Thành phố Dongying tại miền Bắc Trung Quốc đang triển khai một sáng kiến về điện toán Đám mây cho các nhu cầu khác và giúp các công ty mới khởi

nghiệp phát triển dễ dàng hơn tạo ra sự thịnh vượng kinh tế và công ăn việc làm tại thành phố

Singapore: Cơ quan phát triển Thông tin & Truyền thông

Singapore (Infocomm Development Authority of Singapore – iDA) khẳng định rằng điện toán đám mây thể hiện “một bối cảnh mới quan trọng trong lĩnh vực công nghệ thông tin” và do đó, “điều quan trọng là phải chuẩn bị Singapore thật tốt để khai thác điện toán đám mây với quy

mô, ảnh hưởng và tính cạnh tranh kinh tế lớn hơn”

b Ở trong nước:

Các nghiên cứu về điện toán đám mây tại Việt Nam mới chỉ ở mức độ tìm hiểu công nghệ, các sản phẩm, nhưng cũng đã chỉ ra khả năng ứng dụng to lớn của điện toán đám mây với kỳ vọng “đám mây” sẽ góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế tại Việt Nam (vốn xuất phát từ một nền kinh tế nông nghiệp nhưng đang có tốc độ tăng trưởng cao)

1.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG

Chương mở đầu của luận văn này đã tổng quan về công nghệ Cloud Computing tìm hiểu về các công nghệ điện toán đám mây, xu thế hiện nay trên thế giới và trong nước

Một trong những vấn đề đặt ra là nhu cầu sử dụng dịch vụ trên thiết bị di động, nhu cầu truy cập mọi lúc mọi nơi, nhanh chóng và hiệu quả Vì vậy, chương tiếp theo nghiên cứu về công nghệ IP di động (Mobile IP) và khả năng ứng dụng trong điện toán đám mây

Hình 2.1 Khi người sử dụng đang di chuyển, đang duyệt

WEB,một địa chỉ IP được xác lập

Hình 2.1 - Quá trình chuyển giao, địa chỉ IP bị thay đổi, quá trình duyệt

web bị ngắt.

Mục đích của việc xây dựng giao thức Mobile IP là để phát triển giải pháp cho các máy tính xách tay duy trì kết nối và dịch vụ khi chuyển mạng Do đó mục đích của Mobile IP là làm thế nào để địa chỉ IP là trong suốt với các ứng dụng

2.2 TỔNG QUAN VỀ MOBILE IP

2.2.1 Các khái niệm cơ bản:

- MN(Mobile Node): nút mạng di động

- HN (Home Network): mạng nhà của MN

- HoA (Home of Address) : địa chỉ nhà của MN

- HA (Home Agent) : Router mạng nhà

- CN (Correspondent Node): nút mạng khách trao đổi với MN

- FN (Foreign Network): : mạng khách

- FA (Foreign Agent): Router mạng khách

- CoA (Care-of Address): là chỉ IP điểm cuối của đường hầm

2.2.2 Hoạt động cơ bản Mobile IP:

Bước 1: MN tại mạng nhà

- MN kết nối với Internet qua một Router HA

- MN di chuyển sang mạng khách, sẽ nhận được 01 địa chỉ CoA (địa chỉ CoA có trong Router mạng khách FA)

- FA quảng bá địa chỉ CoA

Hình 2.3 - MN tại mạng nhà

Bước 2: MN di chuyển sang mạng khách

- MN biết được FA và CoA nó sử dụng

- MN đăng ký CoA với HA để tạo ràng buộc

Hình 2.4 - MN di chuyển sang mạng khách

Bước 3: Định tuyến:

* Phương thức định tuyến khi sử dụng FA CoA

– CN gửi gói tin IP cho MN

– Gói tin được định tuyến tới HA

– HA đóng gói tin và gửi gói tin tới FA theo đường hầm – FA chuyển gói tin tới MN

Hình 2 5 - Phương thức định tuyến khi sử dụng FA CoA

* Phương thức định tuyến khi sử dụng CCoA

– Khác với định tuyến trên, CoA được coi là giao diện của

MN nên nó gọi là CoA đồng vị (CCoA)

– MN đăng ký CoA trực tiếp với HA để tạo ràng buộc

– HA có thể tạo đường hầm gửi gói tin tới MN

a Đăng ký thông qua FA:

Khi đăng ký thông qua FA thì thủ tục đăng ký yêu cầu 4 bản tin

Hình 2 8 - Đăng ký thông qua FA

b Đăng ký trực tiếp với HA:

Khi đăng ký trực tiếp với HA thì thủ tục đăng ký yêu cầu 2 bản tin

Hình 2 9 - Đăng ký trực tiếp với HA

Yêu cầu đăng ký

Yêu cầu đăng ký

Trả lời đăng ký Trả lời đăng ký

2.2.3 Các vấn đề của Mobile IP và cách giải quyết:

2.2.3.1 Tối ưu định tuyến: “Định tuyến tam giác”

Nếu để ý sẽ dễ nhận thấy một khuyết điểm của IP di động là khi bạn đang ở mạng khách thì thông tin trước khi gửi đến MN phải gửi thông qua HA, rồi từ HA lại chuyển tiếp đến MN Riêng MN thì vì biết rõ địa chỉ của CN, nên nó có thể hoặc gửi trực tiếp đến CN hoặc gửi thông qua HA Nếu thông tin cứ truyền qua HA, thì rõ ràng thời gian trễ sẽ lớn và quá trình định tuyến như thế là không hiệu quả Xem hình minh họa dưới đây

Hình 2 10– Định tuyến tam giác

Vấn đề này còn gọi là “định tuyến tam giác” Giải pháp: đối với những gói tin ban đầu, ngay khi MN thực hiện Mobile IP đăng ký với HA, thì nó sẽ được chuyển đến HA Sau đó, MN sẽ gửi một “cập nhật ràng buộc” tới thẳng CN “Ràng buộc” ở đây nghĩa là một ánh xạ liên kết từ địa chỉ thường trú của MN với địa chỉ CoA CN sẽ duy trì cái ràng buộc này, mỗi một truy nhập (entry) sẽ có một thời gian sống nhất định Nếu entry vẫn còn hợp lệ thì CN sẽ gửi gói tin trực tiếp đến

MN và MN cũng sẽ gửi trực tiếp đến CN Nếu entry bị hết hạn thì lúc

đó CN sẽ gửi đến HA, rồi từ HA sẽ chuyển đến MN như bình thường

Và lúc đó MN sẽ phải gửi lại cập nhật ràng buộc

Hình 2 11 - Tối ưu hóa định tuyến 2.2.3.2 Chuyển giao êm(Forwarding)

Khi một MN di chuyển từ một mạng tạm trú này sang một mạng tạm trú khác, tức sẽ chuyển từ FA-old (oFA) sang một FA-new (nFA) Trong lúc chuyển từ oFA sang nFA, gói tin sẽ vẫn tiếp tục được chuyển đến oFA Để giảm số gói bị mất do vấn đề này, oFA sẽ chuyển gói tin nó nhận được đến nFA Đấy chính là một cải tiến được gọi là chuyển giao êm (forwarding)

Để làm được điều đó, một khi MN kết nối xong với nFA, nó sẽ gửi địa chỉ mới của nó đến oFA, và oFA sẽ chuyển thông tin đến cho

nó Hoặc trước khi di chuyển, nó có thể báo với oFA địa chỉ mới mà

nó đến, rồi từ đó, oFA sẽ forward gói tin đến nFA Các gói tin này sẽ được chuyển đến MN một khi MN kết thúc kết nối với nFA

Hình 2 12 - Chuyển giao êm 2.2.3.3 Truyền hầm ngược:

Khi MN đang ở một mạng khách và gửi các gói tin cho CN thì MN phải sử dụng địa chỉ nhà của nó như là địa chỉ nguồn trong tiêu

đề IP Địa chỉ nhà này không thuộc về mạng con (subnet) của mạng khách (tiền tố mạng của địa chỉ nhà khác với tiền tố mạng của mạng khách)

Trong các mạng hiện nay đều được trang bị các bộ lọc đầu vào và đầu ra (có thể đó là các firewall) Firewall sẽ chặn các gói tin IP

có địa chỉ không hợp lệ vào mạng hay ra khỏi mạng Khi các gói tin tới firewall thì firewall sẽ kiểm tra xem địa chỉ IP nguồn có hợp lệ hay không Nếu liên kết mà gói tin đến đã được đăng ký như là tuyến mặc

định của địa chỉ nguồn trong tiêu đề IP thì gói tin đó sẽ được cho qua Ngược lại, firewall sẽ loại bỏ gói tin này, bởi vì khi đó địa chỉ IP là không hợp lệ Các firewall như vậy sẽ loại bỏ các gói tin của MN gửi cho CN do địa chỉ nhà của MN không thuộc về mạng con được trang bị firewall này

Để giải quyết vấn đề này, Mobile IP đưa ra phương thức truyền hầm ngược (reverse tunneling) Tuy nhiên phương thức truyền hầm ngược là không bắt buộc khi triển khai Mobile IP FA và HA thông báo cho MN biết nó có hỗ trợ truyền hầm ngược không thông qua bản tin quảng cáo tác nhân Tuy nhiên, MN cũng có thể yêu cầu truyền hầm ngược thông qua bản tin yêu cầu đăng ký Khi áp dụng truyền hầm ngược, một đường hầm hai hướng sẽ được thiết lập để có thể truyền các gói tin từ CoA tới HA

Hình 2.13 - Truyền hầm ngược 2.2.3.4 Router di động:

Xu hướng hiện nay là di động hóa khi đó tất cả các Router cũng có khả năng di chuyển Router di động sẽ thực hiện chức năng định tuyến cho một mạng di động (mạng gồm các host di chuyển cùng nhau, ví dụ mạng LAN trên máy bay, tàu hỏa…) và các node trong

mạng sẽ hoạt động giống như khi chúng đang kết nối tại một mạng cố

định

Hình 2 14 – Mạng di động

Trong mạng di động, các giao diện của Router di động sẽ

hoạt động giống như MN Các giao diện nói trên phải là các giao diện

vô tuyến: WLAN, GPRS, thông tin vệ tinh… Vì Router di động

(Mobile Router: MR) hoạt động như một MN khi di chuyển nên khi rời

khỏi mạng nhà, nó cũng phải thực hiện các thủ tục đăng ký giống như

MN và do đó nó cũng được cấp một CoA Khi sang một mạng khách,

MR sẽ được kết nối với Internet thông qua một FA FA này là một

Router được đặt trên mặt đất Ngoài ra, MR cũng có thể hoạt động như

một FA đối với các MN trong mạng di động Trong mục này chỉ xét

đến trường hợp MR hoạt động đơn thuần như là một Router mặc định

đối với các node cố định trong mạng di động