Tối ưu hóa tài nguyên mạng trong kiến trúc mạng ảo xếp chồng trên mạng IP và mạng quang

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT1 A-DBA Adaptive Dynamic Bandwidth Allocation Cấp phát băng thông thích ứng dữ liệu 2 ATM Asynchronous Transfer 3 CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with Collis

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 PGS.TS NGUYỄN HỮU THANH

Hà Nội – Năm 2012

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng toàn bộ nội dung trong luận văn của tôi dưới dây không được sao chép y nguyên từ một bài luận văn của một tác giả khác

Tôi cũng xin cam đoan rằng mọi sự tham khảo, trích dẫn trong bài luận văn của tôi đều đã được ghi rõ nguồn trong mục Tài liệu tham khảo của luận văn

Nếu hội đồng phát hiện có những điều không đúng với những gì tôi đã cam đoan trên thì tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiêm

Hà Nội, ngày … tháng … năm 2012

Người thực hiện

Nguyễn Ngọc Hưng

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN……… 2

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 6

DANH MỤC HÌNH VẼ 9

MỞ ĐẦU 10

1 Lý do chọn đề tài: 10

2 Lịch sử nghiên cứu: 10

3 Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu: 11

4 Tóm tắt những luận điểm cơ bản 11

5 Phương pháp nghiên cứu 12

CÔNG NGHỆ ETHERNET 13

1.1 Giới thiệu chung 13

1.2 Tổng quan về Ethernet 13

1.3 Các phần tử của mạng Ethernet 14

1.4 Kiến trúc mô hình mạng Ethernet 14

1.5 Quan hệ vật lý giữa IEEE802.3 và mô hình tham chiếu OSI 16

1.6 Lớp con MAC Ethernet 18

1.6.1 Dạng khung cơ bản của Ethernet 18

1.6.2 Sự truyền khung dữ liệu 20

1.6.2.1 Truyền đơn công phương thức truy nhập CSMA/CD 20

1.6.2.2 Truyền song công-một cách tiếp cận để hiệu quả mạng cao hơn 21

1.7 Lớp vật lý Ethernet 22

1.8 Quan hệ giữa lớp vật lý Ethernet và mô hình tham chiếu OSI 22

1.9 Kết luận 24

CHƯƠNG 2 25

CÁC GIAO THỨC MẠNG IP VÀ 25

SỰ PHÁT TRIỂN DUNG LƯỢNG HIỆN NAY 25

2.1 Giao thức IP: 25

2.2 Giao thức Internet version 4 (IPv4): 26

2.3 Giao thức Internet version 6 (IPv6): 28

2.4 Sự phát triển của lưu lượng: 30

2.5 Xu hướng phát triển hiện nay: 31

CHƯƠNG 3 32

ẢO HÓA MẠNG 32

3.1 Khái niệm ảo hóa mạng: 32

3.2 Những thách thức và cơ hội phát triển của ảo hóa mạng: 33

3.3 Các khái niệm tương tự như ảo hóa mạng lưới: 34

3.3.1 Mạng cục bộ ảo VLAN: 35

3.3.2 Mạng riêng ảo VPN: 35

3.3.3 Mạng có thể lập trình và tích cực: 37

3.3.4 Mạng che phủ (Overlay network): 38

3.4 Môi trường và kiến trúc của ảo hóa mạng: 38

3.4.1 Môi trường ảo hóa mạng (NVE): 39

3.4.1.1 Kiến trúc tổng quan 42

3.4.1.2 Nguyên lý kiến trúc 43

3.4.2 Các mục tiêu thiết kế: 44

3.4.3 Hoạt động: 47

3.5 Phân phối tài nguyên và khả năng tồn tại trong môi trường ảo hóa 49

3.5.1 Nhà cung cấp cơ sở hạ tầng: 50

3.5.2 Nhà cung cấp dịch vụ: 50

3.5.3 Người dùng cuối: 51

3.5.4 Broker: 51

3.5.5 Cấu trúc vật lý: 51

3.5.6 Cấu trúc ảo: 51

3.5.7 Nút ảo: 52

3.5.8 Đường kết nối ảo: 52

3.5.9 Đệ quy: 52

CHƯƠNG 4 53

ẢO HÓA MẠNG LƯỚI TỐC ĐỘ CAO MẠNG BĂNG THÔNG RẤT LỚN, CHUYỂN MẠCH QUANG 53

4.1 Khái niệm ảo hóa mạng lưới: 53

4.2 Kiến trúc ảo hóa mạng lưới: 53

4.3 Phân bổ tài nguyên: 55

4.3.1 Cấu trúc mạng ảo: 55

4.3.2 Cấu hình tại VNT: 57

4.3.3 Căn cứ (Merits): 58

CHƯƠNG 5 60

ẢO HÓA MẠNG QUANG 60

5.1 Khái niệm ảo hóa mạng quang: 60

5.2 Các khó khăn khi thực hiện ảo hóa mạng quang: 61

5.3 Phương pháp ảo hóa mạng quang: 61

5.3.1 Phương pháp ảo hóa OXC và ROADM: 61

5.3.2 Phương pháp ảo hóa chuyển mạch bước sóng phụ: 64

5.3.3 Phương pháp ảo hóa liên kết: 64

5.4 OOFD một kỹ thuật quan trọng cho phép ảo hóa mạng quang trong tương lai: 66

5.5 Giải pháp kiến trúc mới cho phép bởi ảo hóa mạng quang: 69

CHƯƠNG 6 71

KHẢO SÁT TRỂ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP

PHÂN PHỐI BĂNG THÔNG TRONG MẠNG TRUY CẬP CÁP QUANG THỤ ĐỘNG ETHERNET - PON 71

6.1 Khái niệm mạng truy cập cáp quang thụ động E-PON : 71

6.2 Nguyên lý hoạt động : 71

6.3 Mô hình của E-PON: 73

6.4 Thuật toán Interleaved Polling: 75

6.5 Kế hoạch phân bổ băng thông (cửa sổ truyền cực đại): 79

6.6 Các thành phần của trễ gói: 81

6.7 Cấp phát băng thông cố định: 82

6.8 Cấp phát băng thông cân đối: 83

6.9 Sự cấp phát băng thông theo quyền ưu tiên: 84

6.10 SLA aware p-DBA: 85

6.11 SLA aware Adaptive DBA 87

KẾT LUẬN 89

TÀI LIỆU THAM KHẢO 90

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

1 A-DBA Adaptive Dynamic

Bandwidth Allocation

Cấp phát băng thông thích ứng dữ liệu

2 ATM Asynchronous Transfer

3 CSMA/CD Carrier Sense Multiple

Access with Collision Detect

Đa truy nhập cảm nhận sóng mang có phát hiện xung đột

4 DA Destination Address Địa chỉ đích

5 DCE Data Communication

Equipment Thiết bị giao dịch dữ liệu

6 DTE Data Terminal Equipment Thiết bị dữ liệu đầu cuối

7 DSL Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số

8 EMS Element Management

9 EPON Ethernet Passive Optical

Network

Mạng quang thụ động Ethernet

10 FCS Frame Check Sequence Kiểm tra khung tuần tự

11 FR Frame Relay Công nghệ Frame Relay

12 FSAN Full Service Access Network Mạng truy cập dịch vụ đầy

đủ

13 FTTB Fiber To The Building Sợi quang đến tòa nhà

14 FTTC Fiber To The Curb Sợi quang đến cụm thuê bao

15 FTTH Fiber To The Home Sợi quang đến tận nhà thuê

17 ID Indentify Destination Chỉ định địa chỉ đích

18 IP Internet Protocol Giao thức Internet

19 ISDN Integrated Services Digital

Network Mạng tích hợp dịch vụ số

Stt Từ viết tắt Nguyên nghĩa tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt

20 ITU International

Telecommunication Union Liên hiệp viễn thông quốc tế

21 LAN Local Area Network Mạng cục bộ

22 LLC Logical Link Control Điều khiển kết nối logic

23 MAN Metropolitan Area Network Mạng khu vực thủ đô

24 MAC Media Access Control Lớp điều khiển truy nhập

27 MPCP MultiPoint Control Protocol Giao thức điều khiển đa điểm

28 MPtP MultiPoint to Point Mô hình điểm đa điểm

29 NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau

30 NIC Network Interface Card Card giao tiếp mạng

31 OLT Optical Line Terminal Kết cuối đường truyền quang

32 ONU Optical Network Unit Đơn vị mạng quang

33 PC Personal Computer Máy vi tính

34 PCS Physical Coding Sublayer Lớp con mã hóa vật lý

35 PDH Plesiochoronous Digital

Hierarchy Phân cấp số cận đồng bộ

36 PMA Physical Medium

Attachment Lớp con thuộc lớp vật lý

37 PON Passive Optical Network Mạng quang thụ động

38 POTS Plain Old Telephony System Hệ thống điện thoại kiểu cũ

40 PtP Point to Point Mô hình điểm-điểm

Stt Từ viết tắt Nguyên nghĩa tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt

41 PtPE Point-to-Point Emulation

42 PtMP Point-to-Multi-Point Mô hình điểm đa điểm

43 QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

Cấp phát băng thông động theo mức dịch vụ cam kết

49 SBA Static Bandwidth Allocation cấp phát băng thông cố định

50 SP-DBA Strict Priority Dynamic

Bandwidth Allocation

Cấp phát băng thông động theo chế độ ưu tiên

51 SLA Service Level Agreement Cam kết mức độ dịch vụ

52 SME Shared Medium Emulation

53 SONET Synchoronous Optical

54 TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thời gian

55 WAN Wide Area Network Mạng truy nhập diện rộng

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Mô hình kết nối điểm - điểm 14

Hình 1.2: Mô hình kết nối Bus đồng trục 15

Hình 1.3: Mô hình kết nối sao 15

Hình 1.4: Quan hệ vật lý của Ethernet với mô hình tham chiếu 16

Hình 1.5: Lớp vật lý và lớp MAC tương thích với các yêu cầu cho 17

truyền thông dữ liệu cơ sở 17

Hình 1.7: Khuôn dạng truyền dữ liệu song công 21

Hình 1.8: Mô hình tham chiếu lớp vật lý Ethernet 23

Hình 2.1: Cấu trúc của IPv4 datagram 26

Hình 2.2: Cấu trúc của IPv6 datagram 29

Hình 3.1: Kiến trúc ảo hóa mạng 33

Hình 3.2: Mạng ảo mô hình kinh doanh 39

Hình 3.3: Hệ thống các vai trò 41

Hình 3.4: Kiến trúc mạng ảo tổng quan 43

Hình 4.1: Kiến trúc ảo hóa mạng 54

Hình 4.2: Thuật toán VNT 56

Hình 4.3: Mất kết nối 58

Hình 5.1: Quang nút ảo hóa 62

Phía trên: phân vùng 62

Phía dưới: tập hợp 62

Hình 5.2: Ảo hóa liên kết quang học 65

Phía trên: phân vùng 65

Phía dưới: tập hợp 65

Hình 5.3: Ảo hóa mạng quang sử dụng kỹ thuật OOFDM 68

Hình 5.4: Kiến trúc mạng quang học sử dụng ảo hóa 69

Hình 6.1: Lưu lượng hướng xuống trong E-PON 72

Hình 6.2: Lưu lượng hướng lên trong E-PON 72

Hình 6.3: Mô hình mạng truy cập E-PON 73

Hình 6.4: Sự phát lưu lượng trong ONU 75

Hình 6.5: Các bước của thuật toán Inter Interleaved Polling 77

Hình 6.6: Các thành phần của trể gói 81

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài:

Thế kỷ 21 là thế kỷ của công nghệ thông tin, sự bùng nổ của các loại hình dịch vụ thông tin, đặc biệt là sự phát triển nhanh chóng của dịch vụ và ứng dụng Internet có băng thông lớn, tốc độ cao ngày càng tăng Điều này khiến tài nguyên của các nhà cung cấp dịch vụ Internet đứng trước nguy cơ không đáp ứng kịp Song song với việc phát triển các công nghệ truyền dẫn mới, việc sử dụng hiệu quả các nguồn tài nguyên sẵn có thông qua phương án tối ưu hóa tài nguyên mạng đang là vấn đề được tập trung nhiều nghiên cứu

Nhiều tiêu chuẩn tối ưu hóa cho hệ thống mạng thông tin đã được đề xuất, trong đó mô hình xếp chồng và mô hình ngang hàng đã được ITU chấp thuận và đã được đưa vào hoạt động Xuất phát từ ý tưởng muốn tìm hiểu mô hình xếp chồng

em đã thực hiện luận văn: “Tối ưu hóa tài nguyên mạng trong các kiến trúc mạng ảo hóa xếp chồng trên mạng IP và mạng quang”

Trong đề tài này, chúng ta sẽ cố gắng chỉ ra: những hiểu biết cơ bản về mạng

ảo hóa, những vấn đề và yêu cầu gặp phải khi tối ưu hóa tài nguyên trong các kiến trúc mạng ảo xếp chồng trên mạng IP và mạng quang để từ đó chọn lựa được mô hình phù hợp

2 Lịch sử nghiên cứu:

Những nghiên cứu về tối ưu hóa tài nguyên mạng được bắt đầu từ khoảng thập niên 1980 Nhưng những đề tài nghiên cứu về tài nguyên mạng trong cách kiến trúc mạng ảo xếp chồng mới chỉ xuất hiện trong hơn một thập kỷ gần đây

Khi lý thuyết về tối ưu hóa tài nguyên mạng trong các kiến trúc mạng ảo xếp chồng trở nên phổ biến thì đã có rất nhiều các cuộc hội thảo cũng như nghiên cứu

được tổ chức xung quanh vấn đề tối ưu hóa Một vài diễn đàn lớn đưa ra những kết quả nghiên cứu về đồng đẳng như:

IEEE International Conference on Peer-to-Peer Computing [3],

IEEE P2P 2011: 11th IEEE International Conferenceon Peer-to-Peer Computing [4],

IEEE P2P 2012, 12th International Conference in Peer-to-Peer Computing [5],

Vì vậy, có thể nói rằng: tối ưu hóa tài nguyên mạng trong các kiến trúc mạng

ảo xếp chồng trên mạng IP và mạng quang vẫn đang trong quá trình nghiên cứu, tìm hiểu

3 Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu:

Luận văn này nhằm đưa ra lý do tại sao có khái niệm ảo hóa mạng, các thách thức và cơ hội phát triển của ảo hóa mạng Từ đó làm rõ khái niệm ảo hóa mạng là

gì và thực hiện ra sao để phân biệt với các khái niệm tương tự như ảo hóa mạng (ví dụ: mạng cục bộ ảo VLAN, mạng riêng ảo VPN, mạng có thể lập trình và tích cực, mạng che phủ…), các phương pháp ảo hóa mạng quang hiện tại và trong tương lai

để có cơ sở xây dựng giải pháp kiến trúc mới cho phép ảo hóa bởi mạng quang

4 Tóm tắt những luận điểm cơ bản

Luận văn chỉ là những tìm hiểu, đề xuất nhỏ cũng là một trong các lý luận, căn cứ trong quá trình phát triển tối ưu tài nguyên mạng ảo hóa

5 Phương pháp nghiên cứu

Do bản thân và điều kiện nghiên cứu còn nhiều hạn chế nên nghiên cứu chỉ chủ yếu dựa trên lý thuyết và đưa ra các phương pháp ảo hóa mạng tối ưu hóa tài nguyên mạng ảo xếp chồng trên mạng IP và mạng quang

CHƯƠNG 1 CÔNG NGHỆ ETHERNET 1.1 Giới thiệu chung

Nói một cách khác, Ethernet là một lựa chọn hợp lý cho mạng truy nhập IP được tối ưu hoá dữ liệu Kỹ thuật QoS được chấp nhận mới đã làm cho mạng Ethernet có khả năng cung cấp thoại, data và video Kỹ thuật này bao gồm mô hình truyền dẫn song công và sự ưu tiên (P802.1p) Ethernet là công nghệ với chi phí thấp, phổ biến và phù hợp với nhiều thiết bị cũ khác nhau

1.2 Tổng quan về Ethernet

Thuật ngữ Ethernet được quy vào họ sản phẩm của mạng LAN thuộc chuẩn 802.3 và được định nghĩa như là một giao thức CSMA/CD (Carrier Sence Multiple Access/Collision Detect) Hiện tại có 4 tốc độ dữ liệu được định nghĩa cho hoạt động trên cáp sợi quang:

• Dễ hiểu, dễ thực hiện, dễ quản lý và bảo dưỡng

• Cho phép triển khai mạng với chi phí thấp

• Cung cấp nhiều mô hình linh hoạt cho việc cài đặt mạng

• Bảo đảm kết nối thành công và hoạt động theo tiêu chuẩn của sản phẩm, bất chấp nhà chế tạo

Hình 1.1: Mô hình kết nối điểm - điểm

• DCE (Data Communication Equipment): là các thiết bị mạng trung gian có nhiệm vụ nhận và chuyển tiếp các khung dữ liệu thông qua mạng DCE có thể là các thiết bị Standalone như là bộ lặp, bộ chuyển mạch hay các thiết bị giao tiếp truyền thông như là Card giao tiếp

• Các thiết bị mạng trung gian Standalone được xem như là một node trung gian hoặc DCE Card giao tiếp mạng được xem như là một NIC (Network Interface Card)

1.4 Kiến trúc mô hình mạng Ethernet

Mạng LAN có nhiều mô hình kiến trúc khác nhau, nhưng bất chấp sự rắc rối

và kích cở của nó, tất cả đều kết hợp từ ba kiến trúc kết nối cơ bản:

Kiến trúc đơn giản nhất là kết nối điểm-điểm (hình 1.1) Chỉ 2 đơn vị mạng được kết nối với nhau và kết nối này có thể là DTE với DTE, DTE với DCE, DCE với DCE Dây cáp trong kết nối điểm điểm được gọi là network link Chiều dài cho phép lớn nhất của cáp phụ thuộc vào kiểu cáp và phương thức truyền được sử dụng

Mạng Ethernet cơ sở được thực hiện với kiến trúc bus cáp đồng trục (hình

1.2) Chiều dài của Segment (đoạn) được giới hạn ở 500m và có thể kết nối 100

Hình 1.2: Mô hình kết nối Bus đồng trục

Hình 1 3: Mô hình kết nối sao

trạm vào một Segment Từng Segment có thể kết nối với các trạm lặp, miễn là nhiều đường không tồn tại giữa hai trạm bất kỳ trên mạng và số lượng DTE không vượt quá giá trị qui định

Mặc dầu những mạng mới không được kết nối trong cấu hình bus nhưng một vài mạng bus cũ vẫn tồn tại và vẫn được sử dụng hữu ích

Từ đầu thập niên 90, cấu hình mạng được lựa chọn là mô hình kết nối sao (hình 1.3) Đơn vị mạng trung tâm là bộ lặp đa cổng (còn gọi là Hub) hoặc là một chuyển mạch mạng Tất cả kết nối trong mạng sao là kết nối điểm điểm được thực

hiện với cáp sợi quang

Hình 1.4: Quan hệ vật lý của Ethernet với mô hình tham chiếu

1.5 Quan hệ vật lý giữa IEEE802.3 và mô hình tham chiếu OSI

Hình 1.4 mô tả các lớp vật lý của IEEE802.3 và quan hệ của nó với mô hình tham chiếu OSI Với giao thức IEEE802, lớp liên kết dữ liệu trong OSI được chia thành hai lớp con IEEE802: lớp con MAC (Media Access Control) và lớp con MAC-Client Lớp vật lý IEEE802.3 tương đương với lớp vật lý OSI

Lớp con MAC-Client có thể là một trong các lớp con sau:

• Là lớp con LLC (Logical Link Control) nếu đầu cuối là một DTE Lớp con này cung cấp giao tiếp giữa Ethernet MAC và lớp trên trong ngăn giao thức của trạm đầu cuối Lớp con LLC được định nghĩa trong chuẩn IEEE802.2

• Là thực thể cầu nối (Bridge Entity) nếu đầu cuối là DCE Thực tế cầu nối cung cấp giao tiếp LAN to LAN giữa các mạng LAN sử dụng cùng giao thức (ví dụ Ethernet to Ethernet) và cũng cung cấp giữa các giao thức khác nhau (ví dụ Ethernet với Token Ring) Thực thể cầu nối được định trong chuẩn IEEE802.1

• Bởi vì đặc điểm kỹ thuật của LLC và thực thể cầu nối là chung cho tất

cả các giao thức LAN IEEE802, tính tương thích của mạng là cơ sở của các giao

thức mạng đặc biệt Hình 1.5 minh hoạ các yêu cầu tương thích khác nhau được lợi dụng bởi lớp vật lý và lớp MAC trong truyền thông dữ liệu cơ sỏ trên kết nối Ethernet.

MAC Client MAC Client

PHY

link

Link media, signal encoding

Transmission rate

Hình 1.5: Lớp vật lý và lớp MAC tương thích với các yêu cầu cho

truyền thông dữ liệu cơ sở

MII: media independent interface

MDI: media dependent interface

Lớp MAC điều khiển sự truy nhập của một node đến phương tiện truyền thông của mạng và đặc biệt là đến các giao thức riêng biệt Tất cả lớp MAC phải cóthiết lập cơ bản về các yêu cầu vật lý, bất chấp liệu có phải chúng bao gồm một hay nhiều giao thức mở rộng được lựa chọn định nghĩa Chỉ những nhu cầu cho truyền

802.3 MAC Physical medium

Physical medium dependent layers MDI

thông cơ sở (truyền thông không có nhu cầu lựa chọn giao thức mở rộng) giữa hai node mạng thì cả hai lớp MAC phải hổ trợ cùng tốc độ truyền

Lớp vật lý 802.3 qui định rõ tốc độ truyền dữ liệu, mã hoá tín hiệu, và kiểu kết nối phương tiện giữa hai node Ví dụ, Gigabit Ethernet định nghĩa hoạt động trên cáp xoắn đôi hoặc cáp sợi quang, nhưng tuỳ theo mỗi thủ tục mã hoá tín hiệu hoặc từng kiểu cáp riêng biệt mà yêu cầu một sợi thi hành lớp vật lý khác nhau

1.6 Lớp con MAC Ethernet

Lớp con MAC có hai chức năng chính:

• Đóng gói dữ liệu kể cả đóng khung trước khi truyền, phân tích và dò lỗi trong suốt và sau khi nhận khung

• Điều khiển truy nhập phương tiện bao gồm khởi tạo một sự truyền

khung và phục hồi lại sự truyền bị hỏng

1.6.1 Dạng khung cơ bản của Ethernet

Chuẩn 802.3 định nghĩa dạng khung dữ liệu cơ bản được yêu cầu cho tất cả

sự thi hành của MAC, cộng thêm một vài khuôn dạng để chọn bổ sung mà được sử dụng để mở rộng giao thức Dạng khung dữ liệu cơ sở gồm có 7 trường:

7 1 6 6 4 46 – 1500 4

PRE: preamble(tiêu đề)

SFD: start of frame delimiter ( bắt đầu một khung )

DA: destination address ( địa chỉ đích )

Data : dữ liệu

FCS: frame check sequence ( bit kiểm tra khung )

• PRE (Preamble): gồm có 7 byte PRE là các mức logic 0 và 1 xen kẻ nhau để báo cho trạm nhận khung dữ liệu đang đến và cung cấp phương tiện để đồng bộ mức thu nhận khung của lớp vật lý bên nhận với luồng bit đến

• DA (Destination Address): trường DA xác định trạm sẽ nhận khung Một bit ngoài cùng bên trái chỉ định có phải là địa chỉ của một địa chỉ cá nhân ( chỉ định bởi 0) hoặc của một nhóm địa chỉ (chỉ định bởi 1) Bit thứ hai kể từ bên trái chỉ định có phải DA là điều hành toàn bộ (globally administered) được chỉ định mứt 0 hoặc điều hành nội bộ (chỉ định mứt 1), 46 bit còn lại là một nhóm các trạm hoặc tất

• Data: Là sự nối tiếp của n byte giá trị bất kỳ với n ≤ 1500 Nếu chiều dài của trường dữ liệu nhỏ hơn 46, trường dữ liệu phải được mở rộng bằng cách thêm một filler thích hợp để mang trường dữ liệu dài 46 byte

• FCS(Frame Check Sequence): 4 byte: trường này chứa một giá trị 32 bit kiểm tra độ dư vòng được tạo bởi lớp MAC bên gửi và được tính toán lại ở lớp MAC bên thu để kiểm tra độ hư hại của khung FCS được phát trên các trường DA,SA, Length/Type và Data

1.6.2 Sự truyền khung dữ liệu

Bất cứ lúc nào, một trạm MAC đầu cuối nhận một yêu cầu truyền khung kèm theo địa chỉ và thông tin dữ liệu từ lớp con LLC, lớp MAC bắt đầu truyền một cách tuần tự bằng cách truyền thông tin LLC vào bộ đệm khung lớp MAC

• Việc định ranh giới mào đầu khung được chèn vào trường PRE và SOF

• Địa chỉ nguồn và đích được chèn vào trường địa chỉ

• Số byte dữ liệu LLC được tính và chèn vào trường Length/Type

• Số byte dữ liệu LLC được chèn vào trường dữ liệu Nếu lượng byte

dữ liệu LLC nhỏ hơn 46 thì phải đệm thêm để trường dữ liệu dài 46byte

• Một giá trị FCS được phát trên trường DA, SA, Length/Type, data và được gán vào phần sau của trường dữ liệu

Sau khi khung được tập hợp, quá trình phát khung phụ thuộc vào lớp MAC hoạt động ở chế độ đơn công hay song công

Chuẩn IEEE 802.3 hiện tịa yêu cầu tất cả các lớp MAC Etherhet hỗ trợ hoạt động ở chế độ đơn công, trong chế độ này lớp MAC có thể truyền và nhận khung nhưng không thể thực hiện cả hai Ở chế độ hoạt động song công cho phép lớp MAC có thể đồng thời truyền và nhận khung

1.6.2.1 Truyền đơn công phương thức truy nhập CSMA/CD

Giao thức CSMA/CD được bắt đầu phát triển như là một phương thức để hai hoặc nhiều trạm có thể chia sẽ chung một phương tiện trong một môi trường không chuyển mạch khi giao thức không yêu cầu xử lý tập trung, truy nhập Token hoặc ấn định khe thời gian để cho biết khi nào một trạm sẽ được phép truyền Mỗi Ethernet MAC tự quyết định khi nó sẽ được phép gửi khung dữ liệu

Hình 1.7: Khuôn dạng truyền dữ liệu song công

• Carrier sense: mỗi trạm liên tục lắng nghe lưu lượng trên cáp để xác định khi nào khoảng trống giữa các khung truyền xãy ra

• Multiple Access: các trạm có thể bắt đầu truyền bất cứ lúc nào nó dò thấy mạng rỗi

• Collision detect: nếu hai hoặc nhiều trạm trong cùng mạng CSMA/CD bắt đầu truyền cùng một lúc, thì các luồng bit này sẽ bị xung đột xãy ra trước khi nó hoàn thành việc gửi dữ liệu Nó phải ngưng truyền ngay khi phát hiện xung đột và phải đợi đến một khoảng thời gian ngẫu nhiên rồi sẽ thử truyền lại

1.6.2.2 Truyền song công-một cách tiếp cận để hiệu quả mạng cao hơn

Sự hoạt động song công là một khả năng lựa chọn MAC cho phép truyền đồng thời theo hai hướng tông qua kết nối điểm điểm Truyền song công về mặt chức năng là đơn giản hơn truyền đơn công bởi vì nó không tranh chấp phương tiện truyền thông, không xung đột, không phải truyền lại và không caan fbit mở rộng trong các khung ngắn Kết quả là không những chỉ có nhiều thời gian cho việc truyền tải dữ liệu mà còn gấp đôi hiệu quả băng thông vì mỗi đường có thể hổ trợ tốc độ cao nhất và truyền đồng thời theo hai hướng Quá trình truyền thường bắt đầu ngay khi khung sẵn sàng để gửi Chỉ có một giới hạn là phải có một khoảng trống IFG(InterFrame Gap) giữa các khung liên tiếp (hình 1.7) và mỗi khung phải phù hợp với dạng khung Ethernet chuẩn

1.7 Lớp vật lý Ethernet

Các thiết bị Ethernet chỉ được sử dụng ở dưới của lớp 2 trong ngăn giao thức OSI, thiết bị điển hình được sử dụng như Card giao tiếp mạng (NIC) Các NIC khác nhau được xác định dựa trên thuộc tính lớp vật lý

Việc đặt tên qui ước là một sự sâu chuỗi của ba thuật ngữ xác định tốc độ truyền, phương pháp truyền và phương tiện mã hoá tín hiệu Ví dụ:

• 10 Base-T = 10 Mbps, băng thông cơ sở, trên 2 cáp xoắn đôi

• 100 Base-T2 = 100 Mbps, băng thông cơ sở, trên 2 cáp xoắn đôi

• 100 Base-T4 = 100 Mbps, băng thông cơ sở, trên 4 cáp xoắn đôi

• 1000 Base-LX = 1000 Mbps, bước sóng dài trên cáp sợi quang

1.8 Quan hệ giữa lớp vật lý Ethernet và mô hình tham chiếu OSI

Mặc dầu mô hình vật lý cụ thể của lớp vật lý có thể thay đổi từ phiên bản này sang phiên bản khác nhưng tất cả Ethernet NIC nói chung đều tương thích với mô hình được minh hoạ trong hình 1.8

Hình 1.8: Mô hình tham chiếu lớp vật lý Ethernet

Lớp vật lý đối với từng tốc độ truyền được phân thành các lớp con độc lập với kiểu phương tiện truyền thông riêng biệt và lớp con theo kiểu phương tiện truyền thông hay mã hoá tín hiệu

• Lớp con Reconciliation (hoà giải ) và MII (Media Independent Interface) cung cấp kết nối logic giữa lớp con MAC và tập hợp khác nhau của lớp phụ thuộc phương tiện MII và GMII được định nghĩa với các đường dẫn dữ liệu thu và phát riêng biệt ở tốc độ dữ liệu là 10 Mbps (độ rộng là 1 bit), với tốc độ 100Mbps (độ rộng là 4 bit), với tốc độ là 1000 Mbps(độ rộng là 8 bit) Giao tiếp độc lập phương tiện (MII) và lớp con Reconciliation có chung từng tốc độ truyền của nó

và được cấu hình cho hoạt động song công

• Lớp con mã hoá vật lý phụ thuộc phương tiện(PCS): cung cấp logic cho mã hoá, ghép kênh và đồng bộ của luồng dữ liệu đi cũng như sựu liên kết mã tách kênh và giải mã cho dữ liệu đến

• Lớp con PMA(Physical Medium Attachment): chứa tín hiệu thu và phát cũng như phục hồi đồng hồ cho luồng dữ liệu thu

• MDI (Medium Dependent Interface): là bộ kết nối cáp giữa tín hiệu thu nhận và đường truyền

• Auto-negotiation Sublayer cho phép NIC ở mỗi đầu cuối đường truyền trao đổi thông tin về khả năng riêng có của nó, sau đó thương lượng và chọn lựa mô hình hoạt động thuận lợi nhất mà cả hai mô hình đều có thể hổ trợ Auto-negotiation là một tuỳ chọn trong Ethernet trước đây và được uỷ thác phiên bản sau

Phụ thuộc vào kiểu mã hoá tín hiệu được sử dụng và cấu hình đường truyền như thế nào mà PCS và PMA có thể hoặc không thể hổ trợ hoạt động song công

1.9 Kết luận

Với mô hình linh hoạt, kiến trúc đơn giản đặc biệt là chi phí thấp, Ethernet

đã vượt qua ATM và trở thành công nghệ phổ biến hiện nay Ethernet được chuẩn hoá theo chuẩn IEEE802.3 với các tốc độ hoạt động đa dạngvà tương tích với mô hình bảy lớp là điều kiện thuận lợi để ứng dụng vào mạng truy cập Ngoài ra, Ethernet còn tương thích với nhiều loại thiết bị khác nhau nên trở thành một sự lựa chọn lý tưởng cho mạng truy nhập để truyền tải lưu lượng IP và hỗ trợ hiệu quả lưu lượng đa phương tiện

CHƯƠNG 2 CÁC GIAO THỨC MẠNG IP VÀ

SỰ PHÁT TRIỂN DUNG LƯỢNG HIỆN NAY 2.1 Giao thức IP:

Giao thức mạng IP được thiết kế để liên kết các mạng máy tính sử dụng phương pháp truyền và nhận dữ liệu dưới dạng gói Giao thức IP cho phép truyền các gói dữ liệu từ host nguồn đến host đích có địa chỉ cố định Đơn vị dữ liệu được trao đổi là các datagram Các chức năng chính được thực hiện ở lớp IP là:

• Addressing (đánh địa chỉ): tất cả các host trong mỗi mạng và trong liên mạng đều được cung cấp một địa chỉ IP duy nhất Theo giao thức IP version 4 mỗi địa chỉ IP gồm 32 bits và được chia làm năm lớp từ A đến E Các lớp A, B, C được

sử dụng để định danh các host trên các mạng Lớp A được sử dụng cho các mạng có

số host cực lớn, lớp C được sử dụng cho các mạng có ít host Lớp D được sử dụng cho quá trình truyền đa điểm còn lớp E dùng để dự phòng

• Routing (tìm đường): khi cần truyền dữ liệu qua một số mạng khác nhau chức năng tìm đường là cần thiết Nó giúp lựa chọn đường đi tối ưu nhất cho các datagram Nếu các datagram được truyền giữa các host trong một mạng nó sẽ được truyền trực tiếp Nếu hai host cần liên lạc không nằm trong một mạng, bảng định tuyến sẽ được sử dụng Các môđun IP sẽ xem xét địa chỉ cần gửi với các địa chỉ có trong bảng định tuyến Trong trường hợp tìm thấy nó sẽ gửi các datagram theo đường đã lựa chọn Nếu không nó sẽ gửi các datagram theo đường đi mặc định Để

có được một số lựa chọn tối ưu các router được kết nối với nhau và chúng thường xuyên trao đổi và cập nhật các thông tin trong bảng định tuyến Ngoài ra, các router còn được hỗ trợ bởi các giao thức như Boder Gateway Protocol (BGP), Routing Information Protocol (RIP), hay Open Shortest Path First (OSPF)

• Multicasting (truyền đa điểm): hiện nay có ba cách truyền các IP datagram đang được sử dụng Thứ nhất là cách truyền một điểm đích (unicast) nghĩa là các datagram được truyền từ một host nguồn tới chỉ một host đích Cách thứ hai là

0 7 8 15 16 31

truyền thông quảng bá (broadcast) nghĩa là các datagram được gửi từ một host đến tất cả các host còn lại trên mạng Khi muốn truyền các datagram đến một số host nhất định trong mạng cách đó gọi là truyền đa điểm

Ngoài các chức năng trên các môđun IP còn cung cấp khả năng phân chia và tập hợp các datagram khi cần thiết truyền qua các mạng yêu cầu datagram kích thước nhỏ Các datagram được xử lý một cách độc lập với nhau không liên quan gì

về mặt vật lý và lôgic

2.2 Giao thức Internet version 4 (IPv4):

Cấu trúc của IPv4 header được thể hiện như sau:

VER IHL Type of service Total Lenghth

Identification Flag Fragment offset Time to live Protocol Header checksum

Source Address Destination Address Option + Padding Data [max:65535 bytes]

Hình 2.1 : Cấu trúc của IPv4 datagram

+ VER (4 bits): chỉ rõ version của IP hiện tại đang cài đặt

+ IHL (4 bits): chỉ rõ độ dài phần mào đầu (header) của datagram đơn vị tính theo từ (1 từ = 32 bits) Độ dài tối thiểu là 5 từ

+ Type of service (8 bits): cung cấp các tham số chỉ dịch vụ sử dụng khi truyền gói qua một mạng đặc biệt nào đó Rất nhiều mạng cung cấp các dịch vụ về

độ ưu tiên lưu thông đặc biệt khi mạng đang bị quá tải Việc lựa chọn đảm bảo đường truyền đạt 3 tiêu chuẩn là thời gian trễ thấp, độ tin cậy cao và đảm bảo độ thông suốt cho các datagram được truyền Các tham số về dịch vụ có dạng cụ thể như sau:

* Precedence (3 bits): chỉ thị quyền ưu tiên gửi datagram:

* Thoughput (1 bit): chỉ thị thông lượng yêu cầu

T=0: thông lượng bình thường

T=1: thông lượng cao

* Reliability (1 bit): chỉ thị độ tin cậy

R=0: độ tin cậy bình thường

R=1: độ tin cậy cao

+ Total Length (16 bits): chỉ thị toàn bộ datagram kể cả phần mào đầu Giá trị tối đa là 65535 bytes Thông thường các host chỉ có thể xử lý gói có chiều dài tối

đa là 576 bytes gồm 512 bytes dữ liệu và 64 bytes header Các host chỉ có thể gửi các datagram có độ dài lớn hơn 576 bytes khi biết trước là host đích có khả năng xử

lý các gói này

+ Identification (16 bits): cùng với các tham số khác (như Source Address và Destination Address) để định danh duy nhất cho một datagram trong khoảng thời gian nó vẫn còn trên mạng

+ Flag (3 bits): chỉ thị sự phân đoạn (fragment) của các datagram:

bit 0: không sử dụng và luôn lấy giá trị 0

bit 1 (DF): DF=0: có phân đoạn

DF=1: không phân đoạn

bit 2 (MF): MF=0: fragment cuối cùng

MF=1: không phải fragment cuối cùng

+ Fragment offset (13 bits): chỉ rõ vị trí của đoạn (fragment) ở trong datagram tính theo đơn vị 64 bits

+ Time to live (8 bits): quy định thời gian tồn tại tính bằng giây của datagram trong liên mạng tránh tình trạng một datagram đi vòng quanh trên mạng Thời gian này được quy định bởi trạm gửi và được giảm đi thường là 1 đơn vị sau khi đi qua mỗi router

+ Protocol (8 bits): chỉ rõ giao thức tầng kế tiếp sẽ nhận vùng dữ liệu ở trạm đích (hiện tại thường là TCP hay UDP được cài đặt trên IP) Nếu giá trị của trường protocol là 6 (theo hệ thập phân) thì giao thức ở tầng kế tiếp sẽ là giao thức TCP Còn nếu giá trị của trường protocol là 17 thì giao thức tầng kế tiếp sẽ là UDP

+ Header checksum (16 bits): mã kiểm soát lỗi 16 bits theo phương pháp CRC chỉ cho phần mào đầu

+ Source Address (32 bits): địa chỉ của trạm nguồn

+ Destination Address (32 bits): địa chỉ của trạm đích

+ Option (độ dài thay đổi): khai báo các lựa chọn cho người sử dụng yêu cầu + Padding (độ dài thay đổi): vùng đệm để đảm bảo cho phần mào đầu luôn kết thúc ở một mốc 32 bits

+ Data (độ dài thay đổi): vùng dữ liệu có độ dài là bội số của 8 bits và tối đa

là 65535 bytes

2.3 Giao thức Internet version 6 (IPv6):

Trong IPv4 trường địa chỉ IP được cung cấp 32 bits và theo lý thuyết thì nó

có thể cung cấp đủ số lượng địa chỉ IP Nhưng do sự phát triển nhanh chóng của Internet, dung lượng địa chỉ IP đã trở nên không đủ mà nguyên nhân chủ yếu là do các phân lớp và cách thức tìm địa chỉ tìm địa chỉ trong các lớp Ngoài ra do sự phát triển của Internet bảng định tuyến của các router không ngừng lớn lên và khả năng routing (tìm đường) đã bộc lộ nhiều hạn chế Yêu cầu nâng cao chất lượng dịch vụ

• Phạm vi của multicast routing được nâng lên Giao thức IPv6 hỗ trợ một cách thức truyền mới gọi là "anycasting" Cách thức truyền này được sử dụng để gửi các datagram đến bất cứ một ai đó trong một nhóm những người thân

• Các header của IPv6 được đơn giản hóa hơn so với IPv4 Điều đó cho phép

xử lý các gói tin nhanh hơn Ngoài ra, IPv6 còn cung cấp một số header phụ cho phép giao thức IPv6 có thể sử dụng được một cách mềm dẻo, điều này hoàn toàn trái với IPv4

Cấu trúc của IPv6 datagram được thể hiện như sau:

Versio

Payload length Next header Hop limit

Source Address Destination Address Data [max:65535 bytes]

Hình 2.2: Cấu trúc của IPv6 datagram

+ Version (4 bits): chỉ rõ version của IP đang cài đặt Đối với IPv6 thì giá trị của trường version là 6

+ Traffic class (8 bits): là chỉ số xác định mức độ ưu tiên

+ Flow label (20 bits): gọi là nhãn của luồng dữ liệu, được sử dụng để xác định các gói dữ liệu được ưu tiên trên đường truyền nếu có xảy ra tranh chấp Thường được sử dụng cho các dịch vụ đòi hỏi chất lượng cao hay các ứng dụng thời gian thực

+ Payload length (16bits): chỉ rõ độ dài dữ liệu không tính phần mào đầu Vì trường payload length có độ dài là 16 bits nên phần dữ liệu chỉ có thể có độ dài tối

đa là 65535 bytes

+ Next header (8 bits): chỉ rõ kiểu của header kế tiếp sau header của IPv6 Trong trường hợp đơn giản nhất đó là header của giao thức lớp trên Đôi khi nó có thể là một trong các header phụ của IPv6 Ví dụ một số header phụ được định nghĩa là: fragmentaion, security, authentication, source routing

+ Hop limit (8 bits): giống như trường Time to live ở IPv4 header quy định thời gian tồn tại của các datagram trên mạng

+ Source Address (128 bits): chỉ rõ địa chỉ của trạm nguồn

+ Destination Address (128 bits): chỉ rõ địa chỉ của trạm đích

+ Data (độ dài thay đổi): phần dữ liệu có độ dài là bội số của 8 bits và tối đa

là 65535 bytes

2.4 Sự phát triển của lưu lượng:

Lưu lượng dữ liệu ngày càng tăng với một tốc độ chưa từng thấy Có thể chứng minh được tốc độ tăng lưu lượng dữ liệu trên 100% mỗi năm từ những năm

1990 Có một thời kỳ mà sự kết hợp giữa các nhà máy kỹ thuật và kinh tế đã làm cho tốc độ tăng lên rất cao ví dụ năm 1995, 1996 mỗi năm tăng 1000% Xu hướng online và họ sẽ sẵn sàng online để trải qua nhiều thời gian và sử dụng những ứng dụng đòi hỏi băng thông lớn Việc nghiên cứu thị trường cho thấy, sau khi nâng cấp lên băng rộng người dùng đã online nhiều hơn 35% so với trước Lưu lượng thoại cũng tăng nhưng tốc độ chậm hơn 8% mỗi năm Theo như hầu hết các nhà phân tích thì lưu lượng dữ liệu đã vượt trội lưu lương thoại Nhiều dịch vụ và ứng dụng sẽ trở thành hiện thực khi mà băng thông mỗi người dùng được tăng lên Cả DSL( Digital

Subscriber Line) và cáp modem đều không thể theo kịp nhu cầu Cả hai công nghệ này đều là những kiến trúc truyền thông được xây dựng hàng đầu hiện nay nhưng không tối ưu hoá cho lưu lượng dữ liệu Trong mạng cáp Modem, chỉ một vài kênh

RF được chỉ định cho dữ liệu trong khi phần lớn băng thông dành cho video tương

tự Mạng cáp đồng DSL không thể phù hợp với tốc độ dữ liệu ở khoảng cách yêu cầu do méo và nhiễu xuyên tâm tín hiệu Hầu hết các nhà hoạt động mạng đều nhận thức rõ rằng sự cần thiết của một giải pháp tối ưu hóa tài nguyên mạng

2.5 Xu hướng phát triển hiện nay:

Trong những năm gần đây, mạng đường trục ( mạng xương sống: backbone)

đã có một sự phát triển vượt bậc, tuy nhiên mạng truy cập ít có sự thay đổi Sự phát triển kinh khủng của lưu lượng Internet càng làm trầm trọng thêm sự chậm trễ của

dung lượng mạng truy cập Đó chính là vấn đề “nút cổ chai” giữa mạng truy nhập

và mạng đường trục Giải pháp băng rộng được triển khai phổ biến hiện nay là DSL, mạng cáp Modem và mạng FTTH

Mặc dù nó đã có sự cải thiện đáng kể so với đường dây dial-up 56Kbps, tuy nhiên nó không thể cung cấp đủ băng thông cho các dịch vụ như video, trò chơi tương tác hay hội nghị truyền hình Một vấn đề đặt ra là cần có giải pháp tối ưu hóa tài nguyên mạng

CHƯƠNG 3

ẢO HÓA MẠNG 3.1 Khái niệm ảo hóa mạng:

Internet đã thành công trong mô hình hóa cách chúng ta truy cập và trao đổi thông tin trong thế giới hiện đại Trong suốt ba thập kỷ qua, các kiến trúc Internet

đã chứng minh giá trị của nó bằng cách hỗ trợ vô số các ứng dụng phân tán và rất nhiều các công nghệ mạng mà nó đang chạy Tuy nhiên, sự phổ biến của nó đã trở thành trở ngại lớn nhất đối với tăng trưởng hơn nữa của nó Do tính chất nhiều nhà cung cấp, thông qua một kiến trúc mới hoặc sửa đổi, bổ sung hiện có đòi hỏi phải có

sự đồng thuận giữa các bên liên quan cạnh tranh Kết quả là, thay đổi kiến trúc Internet đã trở thành hạn chế để cập nhật đơn giản gia tăng và triển khai các công nghệ mạng mới đã trở nên ngày càng khó khăn

Để chống lại sự cứng nhắc này một lần và cho tất cả, ảo hóa mạng đã được

đề xuất như một thuộc tính đa dạng của mô hình liên mạng trong tương lai Mặc dù

kiến trúc chủ nghĩa thuần túy xem ảo hóa mạng như một phương tiện để đánh giá

kiến trúc mới, cách tiếp cận đa nguyên xem xét ảo hóa như là một thuộc tính cơ bản của kiến trúc chính nó Bằng cách cho phép nhiều kiến trúc mạng không đồng nhất

để hoạt động chung trên một chất nền vật lý chia sẻ, ảo hóa mạng lưới cung cấp sự linh hoạt, thúc đẩy sự đa dạng, và hứa hẹn an ninh và tăng cường quản lý Họ tin rằng mạng ảo hóa có thể tiêu diệt cái gọi là ossifying forces của Internet hiện nay có thay đổi giới hạn để cập nhật gia tăng, và do đó kích thích sự đổi mới

Để giới thiệu tính linh hoạt, tách các chức năng là một nguyên tắc nổi tiếng các tài liệu tính toán Cách tiếp cận tương tự đã được đưa ra cho việc ảo hóa mạng Trong trường hợp này, vai trò của nhà cung cấp dịch vụ Internet truyền thống đã được chia thành hai thực thể độc lập: các nhà cung cấp cơ sở hạ tầng - những người

quản lý cơ sở hạ tầng vật lý và các nhà cung cấp dịch vụ - những người tạo ra các

mạng ảo bằng cách tập hợp các nguồn lực từ nhiều nhà cung cấp cơ sở hạ tầng và cung cấp dịch vụ đầu cuối

Hình 3.1 mô tả ba mạng ảo không đồng nhất có thể trên hai lĩnh vực cơ sở hạ

tầng nhà cung cấp khác nhau Chủ sở hữu của một mạng ảo, tức là, một nhà cung

cấp dịch vụ, tự do thực hiện các dịch vụ đầu cuối bằng cách chọn các định dạng gói tin tùy chỉnh, định tuyến giao thức, cơ chế chuyển tiếp, và các giao thức quản lý và

kiểm soát khác.Người dùng cuối có thể lựa chọn vào bất kỳ mạng ảo nào, hoặc

thậm chí nhiều cùng một lúc.Ví dụ, người sử dụng cuối cùng trong hình 3.1 được kết nối với hai mạng ảo khác nhau

Hình 3.1: Kiến trúc ảo hóa mạng

3.2 Những thách thức và cơ hội phát triển của ảo hóa mạng:

Trong khi ảo hóa mạng hứa hẹn tính linh hoạt mở rộng và gia tăng tính không đồng nhất, một số thách thức kỹ thuật được gọi là instantiation (thuyết minh),

hoạt động và quản lý môi trường này phải được xử lý đầu tiên thực hiện những cam kết Ví dụ của các vấn đề liên quan đến instantiation bao gồm giao diện, tín hiệu, bootstrapping (sự khởi động) và nhúng các mạng ảo trên cơ sở hạ tầng vật lý chia

sẻ Mặt khác, thực hiện của các bộ định tuyến ảo và các liên kết ảo cũng như lập kế hoạch nguồn tài nguyên trong các nguồn tài nguyên ảo cùng tồn tại là một vài trong

số những thách thức liên quan đến nhiều hoạt động Cuối cùng, lỗi xử lý, quản lý di động, mạng ảo cấu hình và giám sát là một số ví dụ về các vấn đề quản lý trong môi trường ảo hóa mạng

Trong luận văn trình bày khảo sát toàn diện của ảo hóa mạng lưới, ảo hóa mạng quang và nghiên cứu liên quan Luận văn đặt ảo hóa mạng lưới, ảo hóa mạng quang ở một góc độ lịch sử, trình bày một cái nhìn tổng quan phân loại các dự án trước đó và đang liên quan đến ảo hóa mạng, và quan trọng nhất, luận văn trình bày một điều tra phức tạp của các thách thức và cơ hội mở trong lĩnh vực này nghiên cứu với mục tiêu đến lợi ích chung rộng giữa các nhà nghiên cứu mạng

3.3 Các khái niệm tương tự như ảo hóa mạng lưới:

Khái niệm về mạng lưới logic cùng tồn tại nhiều trong các tài liệu mạng xuất hiện nhiều lần trong quá khứ trong năng lực khác nhau Chúng có thể được phân loại thành bốn loại chính: mạng nội bộ ảo (VLAN), mạng riêng ảo (VPN), mạng lưới hoạt động và lập trình, và mạng che phủ (Overlay networks)

VLAN là một nhóm các máy chủ một cách hợp lý nối mạng với một tên miền phát sóng duy nhất cung cấp semblance của một mạng LAN vật lý bất chấp kết nối vật lý

VPN, mặt khác, là một VLAN trung kế là một mạng lưới ảo chuyên biệt kết nối nhiều trang web phân phối thông qua các đường hầm qua mạng chia sẻ hoặc công cộng

Một mạng che phủ là một hình thức của ảo hóa mạng thường được thực hiện trong lớp ứng dụng, mặc dù triển khai thực hiện khác nhau ở mức thấp hơn của ngăn xếp mạng tồn tại Nó đã được sử dụng rộng rãi như một công cụ yếu kém nhưng hiệu quả để triển khai tính năng mới và sửa lỗi trong Internet

Cuối cùng, mạng lưới hoạt động và lập trình là một khái niệm cho phép tuỳ biến của các phần tử mạng thông qua lập trình dựa trên yêu cầu của các nhà cung cấp dịch vụ

Mục tiêu của phần này là cung cấp một cái nhìn tổng quan cũng như quan điểm lịch sử của ảo hóa mạng cho một sự hiểu biết tốt hơn của luận án này

3.3.1 Mạng cục bộ ảo VLAN:

Một mạng nội bộ ảo (VLAN) là một nhóm các máy chủ một cách hợp lý nối mạng với một tên miền phát sóng duy nhất bất kể kết nối vật lý của họ Tất cả các khung hình trong một VLAN mang VLAN ID trong header MAC, VLAN cho phép thiết bị chuyển mạch sử dụng cả các điểm đến địa chỉ MAC và VLAN ID để chuyển tiếp khung VLAN dựa trên logic thay vì kết nối vật lý, quản trị mạng, quản lý, và cấu hình lại các VLAN đơn giản hơn so với các đối tác vật lý của họ Ngoài ra, VLAN cung cấp mức độ tin tưởng, an ninh, và cô lập

3.3.2 Mạng riêng ảo VPN:

Một mạng riêng ảo (VPN) là một mạng lưới chuyên dụng kết nối nhiều trang web bằng cách sử dụng đường hầm riêng và được bảo đảm trên các mạng truyền thông chia sẻ hoặc công cộng như Internet Trong hầu hết trường hợp, các VPN kết nối về mặt địa lý phân phối các trang web của một doanh nghiệp công ty duy nhất Mỗi VPN có chứa một hoặc nhiều cạnh khách hàng (CE) thiết bị được gắn vào một hoặc nhiều nhà cung cấp (PE) định tuyến cạnh Thông thường VPN được quản lý và cấp quyền bởi một nhà cung cấp dịch vụ VPN (SP), và nó được biết đến như nhà

cung cấp cấp quyền VPN (PPVPN) Dựa trên giao thức được sử dụng trong mặt phẳng dữ liệu VPN, công nghệ PPVPN có thể được phân loại thành ba loại lớn

• Layer 3 PPVPN:

Layer 3 VPN (L3VPN), được đặc trưng bởi việc sử dụng của Layer 3 giao thức trục VPN là để mang dữ liệu giữa CES phân phối Có hai loại L3VPNs: Trong phương pháp VPN dựa trên CE, mạng SP là hoàn toàn không biết sự tồn tại của một VPN CE thiết bị tạo, quản lý, và xé bỏ các đường hầm giữa họ Tunneling yêu cầu

an toàn các giao thức (ví dụ như IPSec [67])

+ Giao thức khách, là các dữ liệu ban đầu trong các mạng của khách hàng Tên người gửi CE thiết bị đóng gói các gói dữ liệu hành khách và tuyến đường chúng vào mạng lưới vận chuyển, khi các gói dữ liệu đóng gói đến cuối đường hầm, tức là, các thiết bị nhận CE, họ được trích xuất và các gói tin thực tế được tiêm vào mạng lưới thu Mặt khác, tất cả các tiểu bang dựa trên PE L3VPNs được duy trì trong các thiết bị PE, và một thiết bị kết nối CE có thể cư xử như thể nó đã được kết nối với một mạng riêng

• Layer 2 VPN

Layer 2 VPN (L2VPNs), vận chuyển Layer 2 (thường là Ethernet) khung hình giữa các trang web tham gia Ưu điểm là nó là bất khả tri về các giao thức cao hơn mức độ và hậu quả, linh hoạt hơn so với L3VPN Mặt khác, không có nền tảng kiểm soát để quản lý reachability qua VPN

Có hai loại cơ bản khác nhau của dịch vụ Layer 2 VPN là một dịch vụ nhà cung cấp có thể cung cấp cho một khách hàng: Virtual Private Wire Service (VPWS) và tư nhân Dịch vụ mạng LAN ảo (VPLS) VPWS là một dịch vụ VPN cung cấp dịch vụ điểm-điểm 1 L2 VPLS là một điểm - điểm L2 dịch vụ mà giả lập mạng LAN dịch vụ trên một mạng WAN Ngoài ra còn có các khả năng của một dịch vụ giống LAN - only - IP (IPLS), mà là tương tự như VPLS trừ CE thiết bị máy chủ hoặc bộ định tuyến thay vì các thiết bị chuyển mạch và chỉ có các gói tin

IP được thực hiện (hoặc IPv4 hoặc IPv6)

• Layer 1 VPN

Layer 1 VPN (L1VPN), khuôn khổ nổi lên trong những năm gần đây từ sự cần thiết phải mở rộng các khái niệm VPN chuyển mạch gói L2/L3 đến nâng cao lĩnh vực chuyển mạch Nó cung cấp một trục đa dịch vụ mà khách hàng có thể cung cấp các dịch vụ riêng của họ, có trọng tải có thể là bất kỳ lớp nào (ví dụ, ATM, IP

và TDM) Điều này đảm bảo rằng mỗi của mạng dịch vụ có không gian địa chỉ độc lập, lớp độc lập 1 tài nguyên quan điểm, chính sách riêng biệt, và cô lập hoàn toàn

từ VPN khác L1VPN có thể có hai loại: ảo dây tư nhân (VPWS) và dịch vụ đường dây riêng ảo (VPLS) VPWS dịch vụ điểm-điểm, trong khi VPLS có thể là điểm-đa điểm

3.3.3 Mạng có thể lập trình và tích cực:

Nghiên cứu các mạng tích cực và lập trình đã được thúc đẩy bởi sự cần thiết

để tạo, triển khai và quản lý các dịch vụ mới trên đáp ứng nhu cầu của người sử dụng Tuy nhiên, những ý tưởng không bao giờ được vật chất để triển khai thực do

lo ngại về tính khả thi kỹ thuật và khả năng phát triển kinh tế cũng như thiếu thiện chí từ các nhà khai thác mạng

3.3.4 Mạng che phủ (Overlay network):

Một mạng che phủ là một mạng lưới hợp lý được xây dựng trên cùng của một hoặc nhiều mạng vật lý hiện có Bản thân mạng internet bắt đầu như là một lớp phủ trên cùng của các mạng viễn thông Lớp phủ trong Internet hiện tại thường được thực hiện trong lớp ứng dụng, tuy nhiên, việc triển khai khác nhau ở mức thấp hơn của ngăn xếp mạng tồn tại

Lớp phủ không yêu cầu, cũng không gây ra bất kỳ thay đổi các mạng cơ bản Kết quả là, các lớp phủ từ lâu đã được sử dụng như là phương tiện tương đối dễ dàng và không tốn kém để triển khai tính năng mới và sửa lỗi trong Internet.Một trong nhiều thiết kế ứng dụng lớp phủ lớp đã được đề xuất trong những năm gần đây để giải quyết các vấn đề đa dạng, bao gồm: bảo đảm thực hiện và sẵn sàng Internet định tuyến, cho phép multi casting cung cấp QoS đảm bảo bảo vệ từ các cuộc tấn công từ chối dịch vụ, và cho phân phối nội dung ,chia sẻ tập tin và ngay cả trong hệ thống lưu trữ Lớp phủ cũng đã được sử dụng như testbeds để thiết kế và đánh giá kiến trúc mới

3.4 Môi trường và kiến trúc của ảo hóa mạng:

Không giống như Internet IP hiện có, một môi trường mạng ảo hóa là một bộ sưu tập của nhiều kiến trúc mạng không đồng nhất từ các nhà cung cấp dịch vụ mạng khác nhau Mỗi nhà cung cấp dịch vụ cho thuê tài nguyên từ một hoặc nhiều nhà cung cấp cơ sở hạ tầng để tạo ra các mạng ảo và triển khai các giao thức tùy chỉnh để cung cấp dịch vụ đầu cuối cho người sử dụng cuối cùng Bằng cách tách các nhà cung cấp dịch vụ từ các nhà cung cấp cơ sở hạ tầng, mạng ảo hóa giới thiệu nhiều tính linh hoạt tìm kiếm cho các nhà nghiên cứu Từ một quan điểm thương mại, tách này amortizes cao, chi phí cố định của việc duy trì một sự hiện diện vật lý bằng cách chia sẻ chi phí vốn và hoạt động qua nhiều nhà cung cấp cơ sở hạ tầng

Tuy nhiên, một số thách thức về kỹ thuật của sự thuyết minh, hoạt động, quản lý, và tương tác phải được giải quyết để nhận ra một môi trường như vậy Hầu hết các nghiên cứu hiện có hoạt động liên quan đến ảo hóa mạng lưới tốt nhất có thể được mô tả như là nỗ lực để sửa chữa một số vấn đề tồn tại, hơn là thúc đẩy ý thức

và tập trung để xây dựng một môi trường mạng ảo hóa đầy đủ Phần này trình bày một loạt các vấn đề mở và cơ hội duy nhất, cả lý thuyết và thực tế, tới các nhà nghiên cứu làm việc trong lĩnh vực này

3.4.1 Môi trường ảo hóa mạng (NVE):

Sự khác biệt chính giữa những thành phần trong mô hình ảo hóa mạng (hình 3.2) và mô hình truyền thống là sự hiện diện của hai vai trò khác nhau: các nhà cung cấp cơ sở hạ tầng và các nhà cung cấp dịch vụ, như trái ngược với vai trò duy nhất của nhà cung cấp dịch vụ Internet Cần lưu ý rằng vai trò kinh doanh không nhất thiết phải ánh xạ một-một thực thể kinh doanh khác biệt (tức là, bất kỳ thực thể kinh

doanh có thể giả định nhiều vai trò)

Hình 3.2: Mạng ảo mô hình kinh doanh

Nhà cung cấp cơ sở hạ tầng (InP): họ triển khai và quản lý thực tế các nguồn tài nguyên mạng phía dưới trong môi trường ảo hóa mạng Họ phụ trách các hoạt động và duy trì cơ sở hạ tầng vật lý và cung cấp nguồn tài nguyên của họ thông qua các giao diện có thể lập trình được tới các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau Các nhà cung cấp cơ sở hạ tầng phân biệt thông qua chất lượng của tài nguyên mà họ cung cấp, tự do họ ủy quyền cho khách hàng của họ (tức là nhà cung cấp dịch vụ), và các công cụ mà họ cung cấp để khai thác rằng tự do

Nhiều InP liên kết và cộng tác dựa trên thỏa thuận kết nối InP (IIA), để tạo ra

cơ sở hạ tầng vật lý đầu cuối Họ cung cấp các kết nối tới các nhà cung cấp dịch vụ thông qua các công nghệ mạng khác nhau như cáp quang, vệ tinh…được gọi là nhà cung cấp thiết bị Mặt khác, các nhà cung cấp cơ sở hạ tầng kết nối các thiết bị tiền

đề khách hàng (CPE) với mạng lõi là các nhà cung cấp truy cập

Cung cấp dịch vụ (SP): Các nhà cung cấp dịch vụ cho thuê tài nguyên từ nhiều nhà cung cấp thiết bị để tạo ra các mạng ảo và triển khai các giao thức tùy chỉnh, nếu cần thiết, bằng cách lập trình các tài nguyên mạng được phân bổ để cung cấp dịch vụ đầu cuối cho người dùng cuối Mối quan hệ giữa các nhà cung cấp dịch

vụ và nhà cung cấp cơ sở hạ tầng được quy định bởi thỏa thuận cung cấp mạng (NPAS)

SP có thể đã nhìn chăm chú mối quan hệ giữa họ trên cơ sở Thoả thuận kết nối SP (SIA) Một SP cũng có thể tạo ra các mạng con ảo bằng cách phân vùng tài nguyên của nó Sau đó nó có thể thuê các mạng con khác SPs, hầu như vai trò của một nhà cung cấp cơ sở hạ tầng tạo ra một hệ thống các vai trò (hình 3.3)