Những thách thức của phân bổ tài nguyên trong mạngảo hóa

 Vấn đề cơ bản trong thuyết minh của mạng ảo VNS là phân bổ tối ưu các nguồn tài nguyên được cung cấp bởi một mạng lưới IP Internet Protocol- giao thức Internet vật lý..  Một cuộc khảo

Tóm tắt

 Ảo hóa hứa hẹn sẽ khắc phục những điểm yếu của Internet hiện tại và hoạt động như một ngọn đuốc mang công nghệ cho phép sáng tạo các kiến trúc mạng

 Vấn đề cơ bản trong thuyết minh của mạng ảo (VNS) là phân bổ tối ưu các nguồn tài nguyên được cung cấp bởi một mạng lưới IP (Internet Protocol- giao thức Internet) vật lý.

 Heuristics ( phương pháp giải quyết vấn đề bằng cách đánh giá kinh nghiệm,

và tìm giải pháp qua thử nghiệm và tìm ra khuyết điểm).

 Một số những kỹ thuật chính phân bổ tài nguyên trong VNs Mô hình cấp độ hệ thống đã được sử dụng để hiểu rõ hơn quá trình phân bổ tài nguyên.

 Kỹ thuật phân bổ tài nguyên trong một số thử nghiệm phổ biến.

 Một cuộc khảo sát ngắn gọn về những kỹ thuật mới nhất cho phân bổ tài

nguyên trong VNS, đề xuất một hàm mục tiêu mới cho lập bản đồ của VNS, hệ thống cấp mô tả / phân tích các vấn đề phân bổ tài nguyên và xác định một số nghiên cứu thách thức quan trọng.

I Giới thiệu

diện vật lý của một bộ định tuyến duy nhất bằng cách sử dụng bộ định tuyến ảo dư giao thức của Cisco

được chia sẻ các nguồn tài nguyên được cung cấp bởi một mạng lưới

IP, như Internet, thường được gọi là Substrate Network (SN- Mạng nền) Những VNS này có thể được xây dựng thông qua việc triển khai các

thiết bị định tuyến và các liên kết ảo.

có thể là một hỗ trợ cho đa nguyên, ảo hóa như là một thuộc tính kiến trúc của Internet, cho phép nhúng liên tục các công nghệ tiên tiến trong Internet.

nền với đầy đủ CPU, ổ đĩa và khả năng phần cứng khác cũng như liên kết bề mặt với băng thông phụ tùng đủ, trong khi giảm thiểu việc sử

II Nguyên tắc thuyết minh của

4

II Nguyên tắc thuyết minh

của VNs.

Một số điều kiện cơ bản cho chính sách thúc đẩy hệ thống quản lý tài nguyên cho

VNs

 Hệ thống phải cho phép người dùng đăng ký tài nguyên hoàn toàn qua mạng, cho một hoạt động có thể đoán trước được và đáng tin cậy

 Hệ thống phải cung cấp đủ sự riêng biệt, để tránh cho người dùng khỏi sự can thiệp theo mỗi khu khác nhau

 Hệ thống phải nhận cơ chế điều khiển sao cho chỉ một số giới hạn yêu cầu là xếp vào hàng cho các dịch vụ tiếp nhận và vì vậy tránh

sự tắc nghẽn

6

III Mô tả vấn đề.

một đồ thị G= { V,E,C,C } với V là một bộ các nút (đỉnh), E là một bộ các mối liên kết (cạnh) cùng với C và C như là các ràng buộc liên quan với các nút và các liên kết Cho các nút ràng buộc bao gồm khả năng tính toán CPU, vị trí vật lý và tối đa số có thể thuyết minh của máy ảo.

nguyên ảo sẵn có lấy từ SN Dịch vụ yêu cầu sẽ mang lại một VN thứ

có thể được biểu diễn bởi đồ thị G (i) = {V(i), E (i), Cn , Cl } Toàn bộ quá trình có thể bị phân huỷ thành hai mức vấn đề [14] [15]: nút nhiệm

vụ được giao f n (i) : {V v (i), C v } → (V ′ , Rn ) và liên kết nhiệm vụ

Rl như nút và liên kết phân bố tài nguyên cho yêu cầu của VN.

III Mô tả vấn đề.

8

A Chức năng khách quan cho

 Giá trị trung bình dài hạn của tổng giá trị của độ rộng dải tần và yêu cầu CPU với mọi nút và liên kết ảo Phương pháp này của tổng số giá trị sử dụng dựa vào chức năng khách quan và cũng là sự lựa chọn tĩnh về thông số giá trị cho cách dùng CPU

A Chức năng khách quan

cho bản vẽ của VNs.

 Khả năng ứng phó liên kết chặt chẽ, có thể đề xuất bằng vịêc cộng thêm một nhân tố chi phí trong mô tả chức năng trong và cho vùng riêng/ sử dụng thêm phần trong SN

 Khả năng ứng phó cấu trúc liên kết cũng có thể được cung cấp

bằng cách dự trữ một đường dẫn của mạng nền cho mối liên hệ

quan trọng trong một cấu trúc liên kết VN

 Vấn đề của sự gắn vào VN là NP-hard , như vậy một bộ các

phương pháp giải quyết vấn đề theo suy đoán khác nhau sẽ cần đối với mỗi loại thuyết minh VN

10

B Nhiệm vụ nút VN như một

vấn đề NP-hard.

độ rộng băng tần, là NP-hard và giống với vấn đề phân chia đa luồng

mạnh của thuật toán quay lui, mô phỏng và thuật toán xấp xỉ, phân chia nhỏ hoặc vấn đề đa luồng

suy đoán thông minh, và không có khả năng nâng cấp giải pháp cho một số lượng lớn các nút

năng nâng cấp giải pháp cho vấn đề nút nhiệm vụ trong VNs vẫn còn khó nắm bắt

IV Phương pháp phổ biến cho sự phân bố tài nguyên trong mạng ảo.

 Phương pháp cho nhiệm vụ cung cấp tài nguyên trong VNs có thể được phân loại như sau : tĩnh và động, trái lại

 Phương pháp cũ không cho phép mọi thay đổi trong phân chia tài nguyên trong suốt thời gian sống của VNs, và phương pháp sau cùng cho phép dẫn tới thay đổi mang tính thích nghi phân bố tài nguyên dựa theo yêu cầu hiện thời và việc thực hiện của VN

 VNs đã yêu cầu có thể có thay đổi cấu trúc liên kết và điều khiển nạp cơ cấu sẽ được triển khai bởi nhà cung cấp VNs

 Phân chia động của tài nguyên trong VNs sẽ yêu cầu một sự kiểm tra định lượng liên tục của VN cũng như cập nhật động của nút nền

và khả năng liên kết

IV Phương pháp phổ biến cho sự phân bố tài nguyên trong mạng ảo

A Phương pháp tĩnh

 1 Thuật toán cơ bản :

• Thuật toán đường đi ngắn nhất , được dùng để đánh giá về các đường đi có giá trị khác nhau trong SN Nó dựa trên một hàm khoảng cách, cái vốn được định rõ như tổng của hàm thuận nghịch của độ rộng băng tần sẵn có trên các đường khác

nhau.

• Sau đó, sau khi tính toán khoảng cách tối thiểu cho tất cả các đường dẫn, nút tiềm năng được tính toán, đã được định nghĩa như là một tỷ lệ của tổng các khoảng cách tối thiểu của tất cả các liên kết bề mặt trong một cụm và nút bắt buộc tối đa.

• Bước tiếp theo bao gồm xác định khả năng của tất cả các nút trong một cụm, lập bản đồ giữa các nút nền và các nút VN được thực hiện trong một cách mà các nút

ảo với tiềm năng cao hơn được kết nối với các nút nền với mức cao hơn nguồn tài nguyên sẵn có.

• Bước cuối cùng liên quan đến việc kết nối của các nút SN lựa chọn theo cấu trúc liên kết VN, thuật toán khoảng cách ngắn nhất đã được sử dụng Nó cũng đã

được chỉ ra rằng các thuật toán phân công cơ bản trở thành không hiệu quả cho vịêc chia mỏng cấu trúc liên kết của VNs.

14

A Phương pháp tĩnh

2 Hạn chế lưu lượng dựa vào thuật toán:

• Phương pháp hiệu quả về chi phí cho việc thiết kế VNs,

mặc dù cách này có thể không mang lại hiệu quả tốt nhất

cho NP – bản chất của vấn đề.

• Kích thước không gian tìm kiếm được giảm thiểu bằng

cách hạn chế những topo mạng VN như các mạng xương

sống hình sao

• Trong những topo đó, một số nút được thiết kế như xương

sống trong khi một số nút khác được gọi là nút truy nhập

• Các nút xương sống hình thành trung tâm của ngôi sao,

các nút truy nhập được kết nối Các nút xương sống có

thể được kết nối một cách tùy ý nhưng chúng bị hạn chế

vì phải hình thành đồ thị đầy đủ thành vòng tròn hoặc hình

sao

Phương pháp lặp để phân chia tài nguyên trong VNs

Phương pháp lặp để phân chia tài nguyên trong VNs

VN và được mô tả bởi lưu lượng vào ra từ nút truy cập

từ một nút truy cập đến nút khác

bên cạnh khu vực lân cận của một nút Kích thước liên kết đã được thực hiện bằng cách làm theo những hạn chế này.

một chương trình tập hợp số nguyên bậc hai.

sản phẩm của khoảng cách đường đi ngắn nhất và chia sẻ lưu lượng truy cập công bằng chức năng.

16

 Các sự kiện tái cấu hình tức là phân bổ lại tài nguyên tới VNs có thể liên quan đến sự thay đổi đáng kể trong nút và đường dẫn chuyển đổi trong SN Vì vậy, để xác định tái cấu hình trong VNs, thước đo chi phí đã được định nghĩa trong

B Phương pháp tiếp cận động.

 Điều quan trọng là nhận ra số lượng của tái cấu hình các thiết lập của VNs trên một cơ sở có thể bị hạn chế vì lý do sự ổn định và tính toán các chi phí Do đó, một quá trình tái cấu hình lựa chọn được thông qua, trong đó ưu tiên cho các bộ phận của VNs được tải ở mức độ cao Các thuật toán tái cấu hình được lựa chọn phụ thuộc vào:

• Đánh dấu định kỳ các nút ứng suất nhấn mạnh và các liên kết của tầng cơ sở

• Với mỗi tái cấu hình VNs và theo dõi hiệu suất

18

C Phương pháp tiếp cận pha tạp

 1) Hệ thống tự trị : Một cách tiếp cận kết hợp VNs và điện toán tự trị (Chúng giúp giải quyết sự phức tạp của các hệ thống lớn bằng cách

sử dụng công nghệ để quản lý công nghệ, với một số lượng tối

thiểu sự can thiệp của con người)

 Nó cung cấp các dịch vụ tự động và quản lý tài nguyên mạng trong DiffServ cho phép IP / MPLS dựa trên mạng lưới

 Các số liệu đánh giá hiệu suất bao gồm tỷ lệ đánh mất gói tin, chậm trễ, khủng hoảng và băng thông gần như bằng nhau

 Hai loại thành phần tự trị được định nghĩa là: Virtual Network

Resource Manager (VNRM) – Quản lý nguồn tài nguyên mạng ảo

và Resource Agents (RAs) – Đại lý tài nguyên

C Phương pháp tiếp cận pha tạp

• Một trong những kỹ thuật đầy hứa hẹn của phân bổ tài nguyên

trong môi trường mạng ảo hóa là lý thuyết điều khiển thích nghi

• Tuy nhiên, vẫn chưa có phương pháp tiếp cận hệ thống hoàn chỉnh tồn tại để thiết kế một mô hình phân bổ tài nguyên tối ưu cho VNs

• Vấn đề mở này phức tạp hơn do sự tồn tại của NP – độ cứng trong nút và chuyển giao liên kết

• Mặc dù sự phức tạp đó, một số thành phần thiết yếu của kỹ thuật điều khiển thích nghi dựa trên hệ thống phân chia nguồn tài nguyên

có thể được truy tìm và đã được mô tả trong hình sau

20

C Phương pháp tiếp cận pha tạp

Hệ thống vòng tròn khép kín

22

Hệ thống vòng tròn khép kín

 Trong thiết lập này, yêu cầu thuyết minh VNs đến trong thời gian thực, hiện nay, rất khó để tìm phân bổ đến cũng như khi không có nguồn cung cấp thương mại VNs tồn tại

 Các yêu cầu cho VNs được xếp hàng theo nhà cung cấp và sẽ

được sắp xếp vào một thời điểm thích hợp theo thỏa thuận cấp độ dịch vụ Trong các thiết lập như vậy, xếp hàng sẽ là một thành phần thiết yếu của các vòng lặp như chi phí tính toán cao có thể được kết hợp với mỗi yêu cầu VNs

 Một vài khả năng tồn tại cho việc thiết kế lịch trình thực hiện yêu

cầu VNs, chẳng hạn như: vòng robin, hàng cân bằng và xếp hàng

ưu tiên

Một cơ chế khác

 Một cơ chế khác, có tên là QoSMap, đã cố gắng kết hợp cả hai

QoS và khả năng phục hồi trong việc xây dựng VNs vượt qua SN

 Nó cung cấp khả năng phục hồi đường dẫn bằng cách xây dựng các tuyến thay thế 1 lớp phủ lên thông qua các nút trung gian

 Kết quả báo cáo được giới hạn trong phạm vi và QoSMap đc yêu cầu phải kiểm tra kỹ lưỡng

 Phương pháp tiếp cận đa luồng đã được áp dụng trong phẩn bổ tài nguyên trong VNs Nó nhằm vào mục đích kết nổi các phương pháp này tới hệ thống VNRM, cf

24

V Thực hiện quản lý tài nguyên.

toán mới được phát triển gần đây, chẳng hạn như: PlanetLap, Emulab, Cơ

sở hạ tầng mạng hóa ảo (Vini) và môi trường toàn cầu cho môi trường đổi mới mạng toàn cầu (GENI) Với nền tảng như vậy, nhằm cung cấp phân phối quy mô Internet và khả năng tiếp cận, yêu cầu một hệ thống quản lý tài nguyên hiệu quả, chia sẻ độc lập công bằng, có thể dự đoán và thích nghi các nguồn tài nguyên cộng đồng.

thống đã được phát triển gần đây bao gồm:

đã được mô hình hóa sau khi một thị trường ảo, nơi người dùng có thể chi

A PlanetLab và Vini.

dụng trong PlanetLab

bao gồm một dịch vụ truy vấn phân phối và tối ưu hóa

các nút, trả lại cho người sử dụng một cách thông thường.

là những thách thức lớn cho PlanetLap Nó sử dụng Sirius cho các dịch

vụ môi giới, CoStat để thu thập dữ liệu về tình trạng các nút lân cận mà sau đó được sử dụng bởi CoMon, PsEPR và SWORD thông tin tiến trình Ngoài ra, Stork triển khai nâng cấp và cấu hình dịch vụ/ thí nghiệm và PlanetFlow được sử dụng cho các dịch vụ kiểm toán đăng nhập thông tin

về dòng gói tin trong PlanetLap,

quản lý tài nguyên Kernel (CKRM) v3.0 và sửa đổi giới hạn tốc độ

Vservers CPU để thực hiện lập kế hoạch công bằng.

hoạt động kém hiệu quả do nhu cầu thực hiện các cơ sở hạ tầng chuyển tiếp trong chế độ người dùng tại PlanetLab Kernel.

B Emulab.

các chương trình đóng gói cho các nút và các liên kết

một ngưỡng an toàn và cũng là một cơ chế Kernal cơ bản phát hiện sử dụng tài nguyên trên những thang thời gian nhỏ đã được đề xuất

một phần cho Xen

VI Thách thức nghiên cứu.

 Bài toán đa luồng cho các cơ sở phân cách nhánh, phát sinh trong phân bổ tài nguyên trong VNs, cắt giảm nhỏ gần đúng với một số

đã tồn tại trong dữ liệu

 Một nghiên cứu so sánh về một vài lý thuyết xấp xỉ khác nhau về việc cắt giảm trong đồ thì sẽ hữu ích cho việc thiết kế các thuật toán phân bổ tài nguyên

 Nhằm mục đích đó, việc điều tra sâu về sự cân bằng hiện tại giữa thuật toán phức tạp, độ chính xác, tốc độ và thời gian sống tối đa cho yêu cầu xếp hàng cho giả thiết VNs

 Một thách thức khác trong việc nghiên cứu là thiết kế kỹ thuật lưu lượng thích ứng cho phẩn bổ tài nguyên trong VNs

 Phân bổ tài nguyên ban đầu để VNs có thể thực hiện được trên cơ

sở mạng lưới lưu thông lâu dài

28

VI Thách thức nghiên cứu.

thời gian ngắn hơn các biển thể lưu lượng Tuy nhiên, một số vấn đề

quan trọng là tần số của sự thích nghi trong các tài nguyên được phân bổ

ở VNs là khác nhau

sự cân bằng giữa các khía cạnh quan trọng, ví dụ như: tỷ suất lợi nhuận

ổn định, tối ưu, chi phí tín hiệu, hạn chế phần cứng và khả năng phục hồi các dịch vụ, hiệu suất hệ thống tổng thế

áp dụng các nguyên lý của lý thuyết điều khiểu thích nghi phản hồi

và/hoặc, lý thuyết game để tiếp tục quản lý băng thông và định tuyến tài nguyên để thay đổi điều kiện lưu lượng trong cạnh tranh VNs

chuyển ảo (Vroom), nhu cầu thiết kế của các kỹ thuật kiểm soát động

trong quản lý nguồn tài nguyên định tuyến của SN.

VI Thách thức nghiên cứu.

phát hiện và phẩn bổ được xác định trong như:

các công việc được cung cấp

là hỗ hợ ngay lập tức, xếp hàng đợi và phương thức dành riêng cho phục vụ yêu cầu tài nguyên

nguyên

rộng Internet, thử nghiệm VN là một nhiệm vụ đầy thách thức cho các nghiên cứu trong tương lai.

30

VII Kết Luận.

hiện tại

thể dự đoán rằng ảo hóa sẽ là một phần thiết yếu của hoạt động và thiết kế mạng trong tương lai

tạo nhiều VNs

hoặc động

cách chia thành hai vấn đề:phân chia nút và liên kết

nghiệm kiểm tra cơ sở hạ tầng, chẳng hạn như trong Emulab và GENI , cũng có thể rất hữu ích cho việc thiết kế các phương pháp phân bổ

Tài Liệu Tham Khảo.

 [1] Sylvia Ratnasamy, Andrey Ermolinskiy and Scott Shenker, Revisiting IP Multicast, ACM SIGCOMM Computer

Communication Review, Vol 36, Issue 4, pp 15-26, October 2006.

 [2] Jon Crowcroft, Steven Hand, Richard Mortier, Timothy Roscoe and Andrew Warfield, QoS’s Downfall: At

the bottom, or not at all !, Proc of the ACM SIGCOMM workshop on Revisiting IP QoS: What have we learned,

why do we care?, pp 109-114, 2003.

 [3] Craig Labovitz, The End is Near, but is IPv6?, Arbor Networks Security Blog, August 2008,

 [4] Jonathan S Turner and David E Taylor, Diversifying the Internet, Proc of IEEE Globecom’05, Vol 2, pp

755-760, 2005.

 [5] L Peterson, S Shenkar and J Turner, Overcoming the Internet Impasse

 [6] Gartner, Gartners Top 10 Strategic Technologies for 2009, http://blogs gartner.com/david

cearley/category/top-10/, October 2008 [7] Juniper Networks, Inc., Intelligent Logical Router Service, 2004, http:



 [9] Network World, Cisco opening up IOS, December 2007 http://www networkworld.com/news/2007/121207-

cisco-ios.html

 [10] Cisco, Virtual Router Redundancy Protocol, http://www.cisco.com/en/ US/docs/ios/12 0st/12

0st18/feature/guide/st vrrpx.html#wp1035071