Luận văn Thạc sĩ Công nghệ thông tin: Nghiên cứu triển khai và đánh giá hiệu năng của các giải pháp networking nâng cao cho hệ thống ảo hoá sử dụng OpenStack

Chia sẻ: Yi Yi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:84

Thêm vào BST

Báo xấu

54
lượt xem 11
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu chính của luận văn này là tìm ra năng lực kết nối vượt trội, để người tiêu dùng có thể sử dụng OpenStack trong phạm vi đầy đủ theo yêu cầu môi trường của họ, kiến thức thu được về khả năng kết nối mạng của Neutron được thực hiện bằng cách so sánh nó với các giải pháp có sẵn khác.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Công nghệ thông tin: Nghiên cứu triển khai và đánh giá hiệu năng của các giải pháp networking nâng cao cho hệ thống ảo hoá sử dụng OpenStack

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐÀM VĂN HẢI NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA CÁC GIẢI PHÁP NETWORKING NÂNG CAO CHO HỆ THỐNG ẢO HOÁ SỬ DỤNG OPENSTACK LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Hà Nội – 11/2019
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐÀM VĂN HẢI NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA CÁC GIẢI PHÁP NETWORKING NÂNG CAO CHO HỆ THỐNG ẢO HOÁ SỬ DỤNG OPENSTACK Quyết định số: 655/QĐ-CTSV Ngành: Mạng máy tính và Truyền thông dữ liệu Chuyên ngành: Mạng máy tính và Truyền thông dữ liệu Mã số: 8480102.01 Giảng viên hướng dẫn: TS. Hoàng Xuân Tùng LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Hà Nội – 11/2019
i MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................. i LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................... ii DANH MỤC HÌNH VẼ ................................................................................................ iii DANH MỤC BẢNG ..................................................................................................... iv CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU .............................................................................................1 1.1 Cloud Computing (Điện toán đám mây) ...............................................................1 1.1.1 Lịch sử Cloud Computing .............................................................................2 1.1.2 Các mô hình Cloud Computing ....................................................................3 1.2 Các mô hình triển khai Cloud Computing .............................................................5 Public Cloud .............................................................................................................5 Private Cloud ............................................................................................................6 Hybrid Cloud ............................................................................................................7 CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU OPENSTACK VÀ OPENVSWITCH ................................8 2.1 Giới thiệu OpenStack .............................................................................................8 2.1.1 Kiến trúc OpenStack .....................................................................................10 2.1.2 Các dịch vụ bổ sung ......................................................................................16 2.1.3 Các bản tin tích hợp và trao đổi ....................................................................17 2.1.4 KVM .............................................................................................................18 2.1.5 OpenStack Network: Neutron .......................................................................19 2.1.6 Network và multi-tenancy .............................................................................28 2.2 OpenvSwitch ........................................................................................................29 2.2.1 Motivation cho Open vSwitch ......................................................................30 2.2.2 OpenvSwitch .................................................................................................31 2.2.3 Các đặc điểm của OpenvSwitch....................................................................33 2.2.4 Software Defined Network (SDN) ................................................................34 2.2.5 SDN trong OpenStack ...................................................................................42 CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN VÀ TRIỂN KHAI OPENSTACK ..........44 3.1 Công cụ triển khai nhanh .....................................................................................44 3.2 Các mô hình triển khai OpenStack ......................................................................44 3.2.1 Cấu hình cơ sở hạ tầng cài đặt ......................................................................45 3.2.2 Máy ảo ...........................................................................................................45 3.2.3 Môi trường Single-Node ...............................................................................46 3.3 DevStack ..............................................................................................................46 3.3.1 Cấu hình Network .........................................................................................47 3.3.2 Network node ................................................................................................48 3.4 Cấu hình Neutron .................................................................................................52
ii 3.4.1 External network ...........................................................................................52 3.5 Giới thiệu các giải pháp Networking khác ..........................................................57 3.5.1 Calico ............................................................................................................58 CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ ..........................59 4.1 Thiết lập thử nghiệm ............................................................................................60 4.2 Thiết kế thử nghiệm .............................................................................................60 4.2.1 Mô hình 1: Cùng máy chủ cùng mạng ..........................................................60 4.2.2 Mô hình 2: Cùng máy chủ khác mạng ..........................................................60 4.2.3 Mô hình 3: Lưu lượng North-South với Floating IP .....................................60 4.2.4 Mô hình 4: Lưu lượng North-South không Floating IP ................................61 4.3 Nghiên cứu hiệu suất mạng sau thử nghiệm ........................................................61 CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG ĐI .................................................................62 5.1 Kết quả cho Network Traffic flow.......................................................................62 5.2 Kết quả cho Network Performance ......................................................................62 5.2.1 Thông lượng TCP trung bình ........................................................................62 5.2.2 Thông lượng UDP trung bình .......................................................................63 5.2.3 Độ trễ gói tin trung bình (Latency hoặc Packet delay) .................................64 5.2.4 Tổng số gói tin mất mát ................................................................................65 5.3 So sánh giữa các giải pháp khác ..........................................................................66 5.4 Kết luận và hướng đi............................................................................................67
i LỜI CẢM ƠN Trước tiên tôi xin dành lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến thầy giáo, TS Hoàng Xuân Tùng – người đã hướng dẫn, khuyến khích, chỉ bảo và tạo cho tôi những điều kiện tốt nhất từ khi bắt đầu cho tới khi hoàn thành công việc của mình. Tôi xin dành lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô giáo khoa Công nghệ thông tin, trường Đại học Công nghệ, ĐHQGHN đã tận tình đào tạo, cung cấp cho tôi những kiến thức vô cùng quý giá và đã tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu tại trường. Đồng thời tôi xin cảm ơn tất cả những người thân yêu trong gia đình tôi cùng toàn thể bạn bè những người đã luôn giúp đỡ, động viên tôi những khi vấp phải những khó khăn, bế tắc. Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp của tôi tại Công ty CP Công nghệ Tomochain Việt Nam đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi học tập và nghiên cứu chương trình thạc sĩ tại Đại học Công nghệ, ĐH QGHN.
ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng luận văn thạc sĩ công nghệ thông tin “Nghiên cứu triển khai và đánh giá hiệu năng của các giải pháp networking nâng cao cho hệ thống ảo hoá sử dụng OpenStack” là công trình nghiên cứu của riêng tôi, không sao chép lại của người khác. Trong toàn bộ nội dung của luận văn, những điều đã được trình bày hoặc là của chính cá nhân tôi hoặc là được tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu. Tất cả các nguồn tài liệu tham khảo đều có xuất xứ rõ ràng và hợp pháp. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định cho lời cam đoan này. Hà Nội, ngày 15 tháng 11 năm 2019
iii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Nhu cầu về Cloud Computing .................................................................................... 2 Hình 1.2: Cloud Computing Module ......................................................................................... 4 Hình 2.1: Kiến trúc thành phần OpenStack ............................................................................. 13 Hình 2.2: Kiến trúc Logical OpenStack ................................................................................... 14 Hình 2.3: OpenStack Services .................................................................................................. 16 Hình 2.4: Tổng quan kiến trúc Neutron .................................................................................... 21 Hình 2.5: Kiến trúc Plug-in ...................................................................................................... 22 Hình 2.6: OpenStack Neutron L3 Agents ................................................................................. 25 Hình 2.7: Tổng quan kiến trúc Open vSwitch .......................................................................... 32 Hình 2.8: Xử lý gói trong Open vSwitch.................................................................................. 33 Hình 2.9: Tổng quan kiến trúc SDN ......................................................................................... 35 Hình 2.10: Phương pháp tiếp cận Computing và Networking ................................................. 36 Hình 2.11: Mạng truyền thống vs mạng SDN .......................................................................... 37 Hình 2.12: Networking planes .................................................................................................. 39 Hình 2.13: Kiến trúc mạng đơn giản dựa trên SDN ................................................................. 41 Hình 3.1: Kiến trúc All-in-one Single-node ............................................................................. 48 Hình 3.2: Neutron Default Agents ............................................................................................ 49 Hình 3.3: Cấu hình Network với CLI ....................................................................................... 52 Hình 3.4: Network Dashboard .................................................................................................. 52 Hình 3.5: Virtual Routers ......................................................................................................... 53 Hình 3.6: Virtual Router cho Project1 ...................................................................................... 53 Hình 3.7: Namespaces .............................................................................................................. 53 Hình 3.8: Floating IP được gán cho instance ........................................................................... 56 Hình 3.9: Fixed IP được gán cho instance ................................................................................ 56 Hình 3.10: Security Group cho Project .................................................................................... 56 Hình 3.11: Mô hình đo kiểm .................................................................................................... 57 Hình 5.1: Thông lượng TCP trung bình cho các kịch bản........................................................ 63 Hình 5.2: Thông lượng trung bình UDP cho các kịch bản ....................................................... 64 Hình 5.3: Độ trễ gói tin trung bình cho các kịch bản. .............................................................. 65 Hình 5.4: Tổng số gói tin mất mát trong các kịch bản ............................................................. 65
iv DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Mã nguồn mở Cloud Computing [1] ........................................................................ 2 Bảng 2.1: OpenStack Release................................................................................................... 10
v Giới thiệu Công nghệ giống như một nấc thang không bao giờ kết thúc, bất cứ khi nào chúng ta nghĩ rằng chúng ta đang đạt đến đỉnh cao, một cái gì đó mới sẽ xuất hiện. Ngay khi ngành công nghệ thông tin nghĩ rằng nó có tất cả mọi thứ, thì ngay lập tức đã xuất hiện một công nghệ tiên tiến có tên là "Điện toán đám mây" (Cloud Computing), cung cấp câu trả lời tốt nhất cho tất cả các vấn đề về tài chính và kỹ thuật của các công ty lớn và nhỏ. Thông qua đó, các công ty đã có giải pháp thỏa đáng và phù hợp liên quan đến các vấn đề như đầu tư ban đầu cho cơ sở hạ tầng, sử dụng hết công suất tài nguyên, v.v. Ngay cả ở một công ty cấp trung, chi phí thiết lập cho cơ sở hạ tầng về phần mềm và phần cứng cần phải được cài đặt, bảo đảm và bảo trì thường xuyên là khá cao và trong trường hợp nếu các thành phần này là độc quyền thì chúng ta không bao giờ nên quên chi phí giấy phép và cập nhật để sử dụng chúng trong tương lai. Những yêu cầu này đã sinh ra khái niệm điện toán đám mây. Khi Internet đang mở rộng và mục tiêu chính là kết nối lẫn nhau là thông qua Internet. Các công ty đang truy cập, lưu trữ và quản lý máy tính/máy chủ từ xa, chia sẻ tài nguyên "Theo yêu cầu" (On-demand), có nghĩa là, việc cung cấp các thành phần - cả phần cứng và phần mềm, khi cần thiết, điện toán đám mây sẽ chia sẻ tài nguyên thêm nhiều hơn. Điều này đã góp phần thúc đẩy các công ty cung cấp dịch vụ điện toán đám mây như Amazon, Google, Microsoft, Rackspace và Justcloud để tạo thêm doanh thu [1]. Tính năng chính của điện toán đám mây là phân bổ tài nguyên theo yêu cầu, qua đó người dùng được tính phí dựa trên thời gian sử dụng và lượng tài nguyên họ sử dụng. Chẳng hạn, một công ty hoặc người dùng có thể được lập hóa đơn dựa trên thời lượng sử dụng tài nguyên. Hơn nữa, người tiêu dùng có được các dịch vụ hiệu suất cao cũng như các dịch vụ hoặc tài nguyên chi phí thấp thay vì xây dựng cơ sở hạ tầng chi phí cao của riêng họ [1]. Để hiểu thêm một cách rõ ràng và chính xác về OpenStack, nền tảng mã nguồn mở này được hỗ trợ bởi nhiều gã khổng lồ IT bao gồm Cisco, HP, IBM và Intel. Khi có sự gia tăng nổi bật và đáng kể về nhu cầu và sự phát triển của môi trường đám mây, nó dần trở lên vô cùng phức tạp. Mặc dù vậy, OpenStack là một liên doanh công nghiệp đầy triển vọng với nỗ lực chung của các lập trình viên và các chuyên gia điện toán phân tán trên toàn thế giới, nó sẽ tạo ra tiêu chuẩn mở cho cả đám mây mở và riêng tư. OpenStack được thành lập bởi NASA và Rackspace Hosting vào ngày 21 tháng 10 năm 2010; khoảng 9 năm trước, và nhanh chóng phát triển thành một nhóm kỹ sư toàn cầu làm việc cùng nhau trên cùng một tiêu chuẩn phù hợp với một dự án đám mây mã nguồn mở. OpenStack về cơ bản cấu thành ba thành phần hoạt động, được đặt tên là, OpenStack Compute, OpenStack Object Storage và OpenStack Image Service.
vi OpenStack cung cấp một sự sắp xếp liên quan tới các phân đoạn xây dựng và kiểm soát nền tảng đám mây, đăng ký và quan trị toàn bộ tài nguyên trong một trung tâm dữ liệu, thông qua một giao diện điều khiển (Hoziron) cho phép các khách hàng quản lý qua giao diện web. Luận văn này tập trung chính vào Neutron, một thành phần có nhiệm vụ cung cấp hiệu suất mạng trong OpenStack. Để hiểu được khả năng mở rộng và dự đoán về hiệu suất mạng của điện toán đám mây OpenStack, hiệu suất mạng sẽ được điều tra bằng các giải pháp và plugin khác nhau. Động lực và mục tiêu Điện toán đám mây đã trở thành một phần không thể tách dời của công nghệ và sự phát triển của việc cung cấp các dịch vụ và/hoặc các ứng dụng thông qua web. Nó có thể nhanh chóng cung cấp thông tin và dữ liệu từ bất cứ đâu trong bất cứ thời điểm nào. Mặc dù vậy, đôi khi vẫn xảy ra việc gián đoạn hay lỗi hệ thống có thể hiểu được vì một vài vấn đề đặc biệt. Do đó, cần phải nhớ rằng luôn luôn có một yêu cầu tiên quyết cho việc bảo trì nhỏ so với các lợi ích mà điện toán đám mây mang lại. [2] Tất cả những người dùng đều muốn sử dụng dịch vụ tốt nhất cho dù số tiền là lớn hay nhỏ, trong ngành CNTT cũng vậy, không quan trọng là doanh nghiệp lớn hay nhỏ, họ đều muốn chất lượng dịch vụ mà họ chi trả cần không có độ trễ, không mất gói và tốc độ nhanh. Mặc dù vậy, để cung cấp chất lượng dịch vụ tốt nhất cho các yêu cầu nêu trên, chúng ta phải tập trung nhiều hơn vào hiệu suất xử lý của tầng Network (Layer 3) hoặc tầng Data Link (Layer 2), cần nghiên cứu sâu về mạng biểu diễn nói chung. Ngoài ra, không thể quên rằng Ảo hóa là một phần thiết yếu của điện toán đám mây, Wikipedia cung cấp một định nghĩa rất phức tạp về ảo hóa "Trong điện toán, ảo hóa đề cập đến hành động tạo ra một phiên bản ảo (chứ không phải thực tế) của một thứ gì đó, bao gồm nền tảng phần cứng máy tính ảo, thiết bị lưu trữ và tài nguyên mạng máy tính." [3]. Đó là việc khai thác các thiết bị phần cứng đơn lẻ theo cách xây dựng, thông qua một máy chủ vật lý duy nhất, chia sẻ cùng một bộ xử lý vật lý, phần cứng, I/O có thể lưu trữ nhiều máy ảo, có rất nhiều công ty đang nhận được lợi ích từ nó, ví dụ như Xen Virtualization được sử dụng bởi nhà cung cấp đám mây nổi tiếng Amazon EC2. OpenStack chủ yếu có ba loại dịch vụ gồm dịch vụ điện toán, dịch vụ mạng và dịch vụ lưu trữ với tên gọi tương ứng là Nova, Neutron và Cinder. Các dịch vụ này cung cấp tài nguyên logic có thể được cung cấp theo yêu cầu của khách hàng đám mây bằng các lệnh HTTP, các tài nguyên logic này có thể là máy ảo (VM), mạng, router, switch và firewall, những tài nguyên này được thiết lập và triển khai các hệ thống sử dụng máy chủ, VMs, mạng và thiết bị lưu trữ.
vii Tuy nhiên, các tổ chức vẫn cần phải quản lý các tài nguyên này, do các tài nguyên logic được ánh xạ tới các tài nguyên vật lý chưa chúng, do đó chúng ta phải xứ lý quy trình tính toán và hiệu suất kết nối. Khi điện toán đám mây và OpenStack trở nên khó dự đoán hơn, quản lý tài nguyên sẽ yêu cầu ở mức độ phức tạp cao hơn. Điều này phù hợp đối với OpenStack vì mỗi dịch vụ đều tự chủ nhưng lại làm phức tạp thêm việc quản lý tập trung. Đối với các tổ chức lớn hơn và việc giảm bớt mở rộng cho lưu trữ và tính toán phân tán, việc lập kế hoạch tài nguyên biến thành một vấn đề quan trọng. Mục tiêu chính của luận án này là tìm ra năng lực kết nối vượt trội, để người tiêu dùng có thể sử dụng OpenStack trong phạm vi đầy đủ theo yêu cầu môi trường của họ, kiến thức thu được về khả năng kết nối mạng của Neutron được thực hiện bằng cách so sánh nó với các giải pháp có sẵn khác. Đặt vấn đề Điện toán đám mây là một chủ đề được nhắc đến nhiều trong các sự kiện công nghệ hiện nay. Đến thời điểm hiện tại, nhiều thiết bị vận hành điện toán đám mây đã tồn tại cho các hệ thống đám mây, một loạt trong số chúng là OpenStack, EC2, OpenNebula, CloudStack, v.v. Điện toán đám mây cung cấp nhiều dịch vụ, các dịch vụ đó gồm IaaS (Cơ sở hạ tầng như một dịch vụ), PaaS (Hệ thống như một dịch vụ) và SaaS (Phần mềm như một dịch vụ). Khi nhu cầu về điện toán đám mây đang tăng lên nhanh chóng, hiệu suất của nó cần phải đủ để đáp ứng nhu cầu của môi trường khách hàng, cho dù đó là đám mây riêng hay công cộng. Một trong những vấn đề quan trọng hàng đầu của điện toán đám mây là đạt được hiệu năng mạng mạnh mẽ hơn bằng cách cho phép thiết bị không có hiệu suất mạng tốt hoạt động như một thiết bị đám mây hiệu năng tổng thể cao. Nền tảng đám mây OpenStack nắm giữ thành phần Neutron, cho phép điều khiển mạng kỹ thuật số giúp các máy được tạo bằng nhiều cách khác nhau. Nó sử dụng một API bổ sung cho việc triển khai tham chiếu sử dụng các thầnh phần của Linux. Ngoài ra còn có các cách triển khai khác với các tính năng đặc biệt và sử dụng các công nghệ đặc biệt. Luận văn này tập trung chủ yếu vào việc phân tích triển khai các node mạng được cung cấp trong OpenStack và thực hiện so sánh giữa Neutron với OVN, OpenDaylight, Calico, Project Roamana và các project khác để tìm ra hiệu suất mạng có thể đạt được bằng các giải pháp khác. Các vấn đề được đưa ra trong luận văn này gồm: 1. Cho phép phân tích chi tiết về mạng của các giải pháp khác nhau trên nền tảng OpenStack.
viii 2. So sánh đánh giá về hiệu năng mạng của Neutron với các giải pháp khác trên OpenStack, kết hợp so sánh tính năng HA được cung cấp trên các giải pháp trong quá trình cài đặt.
1 CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU Trước khi đi vào thực tiễn, qua chương này tôi đã cố gắng cung cấp một số thông tin cơ bản về nội dung chính của luận văn này. Mặc dù, trọng tâm chính của luận văn này là về OpenStack, tuy nhiên, vì nó được sinh ra từ điện toán đám mây, do đó chúng ta cần phải bao quát tất cả các khía cạnh của điện toán đám mây, tuy nhiên, tôi đã cố gắng thực hiện nó một cách ngắn gọn. Sau đó, tôi tập trung nhiều hơn vào mô tả chi tiết về OpenStack bắt đầu từ lịch sử của nó và đi xuyên suốt tổng quan kiến trúc với các thành phần của nó. 1.1 Cloud Computing (Điện toán đám mây) Cloud computing [1] là một mô hình điện toán hiện đại cung cấp cơ sở hạ tầng CNTT và nó cần thiết cho các công ty CNTT, nơi tài nguyên điện toán phân tán được phục vụ với cơ chế dựa trên mạng. Khi việc sử dụng cloud computing tăng lên, nó đã giải quyết vấn đề lớn liên quan tới yêu cầu lưu trữ khổng lổ với khả năng hợp nhất các tài nguyên để quản lý tốt nhất. Cloud computing là một mô hình truy cập theo yêu cầu tới một nhóm tài nguyên điện toán dùng chung có thể được phân phối và phát hành bởi người dùng. Theo định nghĩa NIST (Viện Quốc gia về tiêu chuẩn và công nghệ Mỹ) về Cloud Computing của Peter Mell và Timothy Grance [4] một đám mây có 5 đặc điểm sau: On-demand self-service (Tự phục vụ nhu cầu): Người dùng có thể đơn phương cung cấp các khả năng về máy tính như server time và network storage khi cần tự động mà không cần yêu cầu tương tác của con người với mỗi nhà cung cấp dịch vụ. Broad network access ( Truy cập mạng rộng khắp) : Cho phép xử lý thông qua các công nghệ mạng và truy cập thông qua các nên tảng khác nhau (mobile phones, tablets, laptops, và workstations) Resource pooling (Hồ chứa tài nguyên): Các tài nguyên máy tính từ nhà cung cấp được gộp lại để phục vụ nhiều khách hàng bằng các sử dụng một mô hình multi- tenant, với các tài nguyên vật lý và ảo được gán động và phân bổ theo nhu cầu của người dùng. Rapid elasticity (Co giãn nhanh): Có thể cung cấp một cách linh hoạt, trong một số trường hợp tự động, để mở rộng và thu hẹp nhanh chóng tài nguyên tương ứng với nhu cầu của khách hàng, cung cấp thường sẽ không giới hạn và có thể được sử dụng với số lượng bất kỳ vào bất cứ khi nào. Measured service (Dịch vụ đo lường): Các hệ thống đám mây tự động kiểm soát và tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên bằng cách tận dụng khả năng đánh giá ở
2 một mức độ trừu tượng phù hợp với loại dịch vụ (ví dụ: lưu trữ, xử lý, băng thông và tài khoản người dùng đang hoạt động). Việc sử dụng tài nguyên có thể được theo dõi, kiểm soát và báo cáo, cung cấp sự minh bạch cho cả nhà cung cấp và người dùng dịch vụ sử dụng. Hình 1.1: Nhu cầu về Cloud Computing 1.1.1 Lịch sử Cloud Computing Điện toán đám mây lần đầu tiên xuất hiện vào năm 1996, khi đó các tham chiếu tới cụm từ "Cloud Computing" xuất hiện, khi đó được coi là một ý tưởng về máy tính tính toán mà một ngày nào đó sẽ được tổ chức thành các tiện ích công cộng [1], cho tới những năm 2000 Amazon chính thức nghiên cứu về nó, mặc dù vậy ban đầu Amazon chỉ sử các trung tâm dữ liệu nhỏ. Trong biểu đồ dưới đây thể hiện sự gia tăng của điện toán đám mấy có thể dễ dàng nhìn thấy từ những năm 2009 so với các phương pháp điện toán khác. Bảng thể hiện sự phát triển của Open Source Cloud Computing. Tên Năm Mô tả Phát triển Eucalyptus Đầu năm Nền tảng tương thích AWS API Nền tảng tương 2008 thích AWS API OpenNebula Đầu năm RESERVOIR Dự án do Uỷ ban Các đám mây riêng 2008 Châu Âu tài trợ và lai, và liên kết các đám mây CloudStack 5/2010 Bắt đầu tại cloud.com Các dịch vụ đám mây công cộng, riêng tư và lai OpenStack 2010 Phát triển bởi Rackspace và Các dịch vụ đám NASA mây công cộng, riêng tư và lai Bảng 1.1: Mã nguồn mở Cloud Computing [1]
3 1.1.2 Các mô hình Cloud Computing Người dùng luôn tìm kiếm sự thoải mái bất cứ khi nào họ mua bất cứ thứ gì, điều này được áp dụng cho các nhà cung cấp điện toán đám mây, yêu cầu họ phải đưa ra các dịch vụ dựa trên nhu cầu của khách hàng. Dựa trên nhu cầu này, có 3 loại mô hình điện toán đám mây theo yêu cầu của người dùng: Phần mềm là một Dịch vụ (SaaS), Nền tảng là một Dịch vụ (PaaS) và Cơ sở hạ tầng là một Dịch vụ (IaaS). Ba mô hình cho các dịch vụ điện toán đám mây trong kiến trúc hướng dịch vụ (SOA). Tổng quan ngắn gọn như sau: SaaS SaaS, viết tắt của Software-as-a-Service, là loại dịch vụ đám mây cơ bản nhất, SaaS cho phép người dùng sử dụng nhiều ứng dụng từ đám mây thay vì sử dụng các ứng dụng trên PC/Máy chủ của riêng họ. Các nhà cung cấp dịch vụ đám mây đôi khi sẽ cung cấp một số công cụ phát triển phần mềm để cho phép các ứng dụng được phát triển và sử dụng trong đám mây. Giao diện lập trình ứng dụng (API) mà người dùng sử dụng để truy cập và thực thi với phần mềm cho phép người dùng sử dụng theo gói trong khi không phải băn khoăn về cách thức hoặc nơi lưu giữ thông tin hoặc không gian lưu trữ tỷ lệ nào có thể truy cập được vì dịch vụ đám mây nhà cung cấp có thể quản lý điều này cho họ. Ví dụ về SaaS là các ứng dụng Google, Salesforce, Cisco WebEx, v.v. PaaS PaaS, viết tắt của Platform-as-a-Service, cung cấp nền tảng phát triển, PaaS hoạt động ở cấp độ thấp hơn SaaS. nó chịu trách nhiệm quản lý không gian lưu trữ, phân bổ băng thông và tài nguyên máy tính được cung cấp cho các ứng dụng. Nó lấy các tài nguyên cần thiết để chạy phần mềm và tự động mở rộng các tài nguyên này một khi cần thêm. Dịch vụ này giữ một tính chất quan trọng của đám mây được đề cập là tự cung cấp tài nguyên. Ví dụ về PaaS là hiện thân của Windows Azure, Heroku, Google App Engine, v.v.
4 Hình 1.2: Cloud Computing Module IaaS IaaS, viết tắt của Infrastructure-as-a-Service, cơ sở hạ tầng như một dịch vụ có thể là một lớp đám mây cho một bên thuê bất cứ nơi nào, nơi mà các nhà cung cấp điện toán đám mây dành riêng tài nguyên chỉ chia sẻ với người dùng với phí trả cho mỗi lần sử dụng. Điều này giảm thiểu đáng kể sự cần thiết cho đầu tư ban đầu lớn vào phần cứng máy tính như máy chủ, thiết bị mạng và sức mạnh xử lý. Chúng kết hợp cho phép mức độ chi phí và kế hoạch linh hoạt có chủ đích khác nhau, điều này không được áp dụng trong các trung tâm dữ liệu nội bộ, do tài nguyên máy tính có thể được thêm hoặc xóa nhanh hơn và hiệu quả hơn so với trong một trung tâm dữ liệu. IaaS và các dịch vụ liên quan đã cho phép các công ty khởi nghiệp và các doanh nghiệp chuyên về các năng lực cốt lõi của họ mà không cần quan tâm đến việc cung cấp và quản lý cơ sở hạ tầng. IaaS hoàn toàn trừu tượng hóa phần cứng và cho phép người dùng sử dụng cơ sở hạ tầng như một dịch vụ, trong khi không làm phiền điều gì liên quan đến sự phức tạp tiềm ẩn. Đám mây bao gồm một đề xuất giá hấp dẫn về mặt giá cả, tuy nhiên, ngoài ra, IaaS chỉ cung cấp bảo mật cơ bản (perimeter firewall, load balancing, v.v.) và đối với các ứng dụng trong đám mây muốn mức độ bảo mật cao hơn được cung cấp tại máy chủ. Ví dụ về IaaS là Amazon EC2, Google Compute Engine, v.v., OpenStack cũng có trong IaaS.
5 1.2 Các mô hình triển khai Cloud Computing Khi bạn nắm được những chi tiết cơ bản về điện toán đám mây, ví dụ đơn giản là cách thức phân phối các dịch vụ điện toán trên Internet, bạn sẽ nhận thấy rằng có rất nhiều cách khác nhau để triển khai cũng như khai thác tài nguyên đám mây. Các tùy chọn điện toán đám mây bao gồm Private Cloud (đám mây riêng), Public Cloud (đám mây công cộng), lai giữa hai loại trên (Hybrid Cloud) hoặc Community Cloud (đám mây cộng đồng). Cả bốn tùy chọn này đều cung cấp các lợi ích tương tự nhau, bao gồm chi phí hợp lý, hiệu suất cao, có độ tin cậy và quy mô lớn. Theo định nghĩa của NIST, 4 mô hình triển khai cho Cloud được mô tả, bao gồm: - Private Cloud: Cơ sở hạ tầng đám mây được cung cấp để sử dụng độc quyền bởi một tổ chức bao gồm nhiều người dùng (ví dụ: các đơn vị kinh doanh). Nó có thể được sở hữu, quản lý và vận hành bởi tổ chức, bên thứ ba hoặc một số kết hợp cả hai và nó có thể là tại chỗ (on-premise) hoặc nằm ngoài (off- premise). - Public Cloud: Đây là hạ tầng Cloud dùng cho TẤT CẢ MỌI NGƯỜI, không giới hạn đó là cá nhân hay doanh nghiệp. Public Cloud được dùng khá phổ biến và dễ dàng. - Community Cloud: Là hạ tầng Cloud được chia sẻ cho nhiều tổ chức hoặc người dùng có chung mục đích. Việc quản lý community Cloud có thể do một tổ chức hoặc bên thứ 3 thực hiện. - Hybrid Cloud: Là hạ tầng Cloud được kết hợp từ 3 mô hình Cloud nói trên. Ví dụ: Trong hệ thống Mirosoft Office 365, có thể có nhiều mailbox lưu trữ trong hệ thống của Microsoft datacenter, nhưng cũng có thể kết hợp với Exchange Server và các mailbox dùng riêng. Kết hợp lại, tạo nên 1 hệ thống lại – hybrid messaging system. Public Cloud Public Cloud được cung cấp như là một dịch vụ (as a service) thông qua môi trường Internet và cơ sở hạ tầng (máy chủ) hoặc ứng dụng của khách hàng được đặt tại trung tâm dữ liệu của nhà cung cấp điện toán đám mây. Khách hàng không thể thấy cũng như kiểm soát được vị trí các dịch vụ mình sử dụng. Các tài nguyên về hạ tầng được chia sẻ giữa nhiều khách hàng với nhau nhưng dữ liệu thì hoàn toàn tách biệt và chỉ có khách hàng mới có thể truy xuất được. Public Cloud có ưu điểm là cắt giảm chi phí triển khai ban đầu, giảm bớt độ phức tạp và thời gian triển khai ứng dụng. Microsoft Azure là ví dụ về một Public Cloud. Public Cloud thường được sử
6 dụng để cung cấp email, các ứng dụng văn phòng trực tuyến, lưu trữ và các môi trường để thử nghiệm và phát triển. Ưu điểm của Public Cloud: - Chi phí thấp: sử dụng Public Cloud giúp doanh nghiệp cắt giảm ngân sách cho công nghệ thông tin vì không phải đầu tư chi phí ban đầu cho các thiết bị phần cứng, các máy chủ đã được ảo hóa và cung cấp bởi các nhà cung cấp dịch vụ. Doanh nghiệp có thể tùy chọn các thông số cấu hình cần thiết và chỉ trả chi phí thực sử dụng. Doanh nghiệp cũng không cần phải thuê nhân viên IT để vận hành hệ thống; công việc này đã được các nhà cung cấp đám mây đảm trách. - Không cần bảo trì – Các dịch vụ đám mây được vận hành và bảo trì bởi nhà cung cấp, do đó doanh nghiệp không cần phải bận tâm về vấn đề này. Sử dụng Public Cloud đồng nghĩa với việc không phải sở hữu các thiết bị phần cứng, doanh nghiệp khởi tạo và quản lý dịch vụ bằng các công cụ phần mềm. - Khả năng mở rộng gần như không giới hạn, luôn sẵn sàng để đáp ứng mọi nhu cầu kinh doanh của bạn. - Độ tin cậy cao với một mạng lưới máy chủ khổng lồ. Private Cloud Private Cloud có đặc điểm là toàn bộ hạ tầng thiết bị được triển khai nội bộ với khách hàng và do đó các tài nguyên này chỉ có khách hàng mới có thể truy xuất được. Khách hàng có toàn quyền kiểm soát, vận hành và bảo trì hệ thống. Private Cloud bao gồm các tài nguyên máy tính được sử dụng độc quyền bởi một doanh nghiệp hoặc tổ chức nhất định. Private Cloud cũng có thể là một trung tâm lưu trữ dữ liệu tại chỗ của một tổ chức hoặc một nhà cung cấp dịch vụ bên thứ ba. Một Private Cloud có thể giúp tổ chức tự tùy chỉnh tài nguyên của mình để đáp ứng các yêu cầu cụ thể về công nghệ thông tin. Do đó, Private Cloud thường được sử dụng bởi các cơ quan chính phủ, các tổ chức tài chính, hay bất kỳ tổ chức có quy mô trung bình đến lớn nào khác có hoạt động kinh doanh quan trọng đang tìm kiếm một sự kiểm soát chặt chẽ hơn đối với môi trường dữ liệu của họ. Ưu điểm của Private Cloud: - Linh hoạt hơn: Các tổ chức có thể tùy chỉnh môi trường đám mây của mình để đáp ứng những nhu cầu kinh doanh cụ thể. - Bảo mật cao: Các thiết bị và dịch vụ được đặt tại chỗ nên chỉ có doanh nghiệp mới có thể truy xuất được dữ liệu. Điều này không đồng nghĩa với việc Public
7 Cloud không an toàn, mà là những Private Cloud khiến doanh nghiệp có “cảm giác” an toàn hơn. - Khả năng mở rộng: Private Cloud có khả năng mở rộng lớn và hiệu quả tương tư đám mây Public Cloud. Hybrid Cloud Hybrid Cloud là sự kết hợp giữa Private Cloud với các Public Cloud nhằm tận dụng những lợi thế của cả hai. Trong một Hybrid Cloud, dữ liệu và các ứng dụng có thể di chuyển giữa các Private Cloud và Public Cloud, từ đó mang lại tính linh hoạt cao hơn cũng như nhiều tùy chọn triển khai dữ liệu hơn. Ví dụ: bạn có thể sử dụng Public Cloud trong các trường hợp không quá chú trọng đến yếu tố bảo mật, chẳng hạn như email và Hybrid Cloud cho các hoạt động nhạy cảm, hoạt động kinh doanh quan trọng như báo cáo tài chính. Ngoài ra, có một dịch vụ hữu ích và rất đáng chú ý trong đám mây lai, đó là cloud bursting. Dịch vụ này cho phép chuyển dữ liệu hoặc các ứng dụng từ Private Cloud sang Public Cloud trong thời gian rỗi. Sau đó hệ thống có thể sử dụng các tài nguyên của Public Cloud để tiếp tục hoạt động bình thường. Ưu điểm của Hybrid Cloud: - Với mô hình Hybrid Cloud, các nhà hoạch định chính sách IT có nhiều khả năng hơn trong việc kiểm soát các thành phần trong đám mây so với việc sử dụng một nền tảng đám mây công cộng có sẵn. - Hybrid Cloud cũng tạo ra sự linh hoạt cần thiết, cho phép các công ty có nhiều lựa chọn hơn trong việc tìm giải pháp lưu trữ nhanh chóng, ổn định nhưng có chi phí thấp. - Lợi ích dễ thấy khác của Hybrid Cloud là giúp doanh nghiệp chỉ phải thanh toán cho thời gian điện toán tăng thêm vào những lúc thật sự cần thiết. Theo đó, đối với những doanh nghiệp có các thời điểm nhất định trong năm cần một khối lượng tính toán lớn (ví dụ như mùa thuế), họ có thể chuyển sang tận dụng Public Cloud trong hệ thống Hybrid Cloud. Nhờ vậy, họ sẽ tiết kiệm được rất nhiều chi phí so với việc đầu tư lớn vào một hệ thống Private Cloud nhưng chỉ được dùng vài lần trong năm. - Việc chuyển đổi dữ liệu sang Hybrid Cloud rất ít khi quá tải vì bạn có thể di chuyển dữ liệu dần dần, phân đoạn theo khối lượng công việc theo thời gian.
8 CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU OPENSTACK VÀ OPENVSWITCH 2.1 Giới thiệu OpenStack OpenStack là một nền tảng phần mềm tự do nguồn mở điện toán đám mây, chủ yếu triển khai cơ sở hạ tầng như một dịch vụ (Iaas). Công nghệ này bao gồm một nhóm các dự án liên quan đến nhau mà kiểm soát xử lý, lưu trữ và tài nguyên mạng thông qua một trung tâm dữ liệu - trong đó người sử dụng quản lý thông qua một bảng điều khiển dựa trên nền web, các công cụ dòng lệnh, hoặc thông qua một API RESTful. OpenStack.org phát hành nó theo các điều khoản của Giấy phép Apache. OpenStack bắt đầu vào năm 2010 như là một dự án chung của Rackspace Hosting và của NASA. Tính đến năm 2015 nó được quản lý bởi các OpenStack Foundation, một công ty phi lợi nhuận được thành lập vào tháng 9 năm 2012 để thúc đẩy phần mềm và cộng đồng OpenStack. Hơn 500 công ty đã tham gia dự án, bao gồm AppFormix, Arista Networks, AT&T, AMD, Avaya, Canonical, Cisco, Citrix, Comcast, Dell, Dreamhost, EMC, Ericsson, Fujitsu, Go Daddy, Google, Hewlett- Packard, Hitachi Data Systems, Huawei, IBM, Intel, Internap, Juniper Networks, Mellanox, Mirantis, NEC, NetApp, Nexenta, Oracle, PLUMgrid, Pure Storage, Qosmos, Red Hat, SolidFire, SUSE Linux, VMware, VMTurbo và Yahoo! Các cộng đồng OpenStack cộng tác với nhau trong vòng sáu tháng, dựa trên thời gian chu kỳ phát hành với các mốc phát triển thường xuyên. Trong giai đoạn lên kế hoạch của mỗi bản phát hành, cộng động đã tập hợp một Hội nghị thiết kế OpenStack để tạo điều kiện phát triển các phiên làm việc và kết hợp các kế hoạch đó lại. Bảng tiếp theo cho thấy tiến trình của OpenStack và các tùy chọn hoàn toàn khác nhau có trong mỗi bản phát hành. Release Release date Included Component code names name Austin 21-Oct-10 Nova, Swift Bexar 03-Feb-11 Nova, Glance, Swift Cactus 15-Apr-11 Nova, Glance, Swift Diablo 22-Sep-11 Nova, Glance, Swift Essex 05-Apr-12 Nova, Glance, Swift, Horizon, Keystone Folsom 27-Sep-12 Nova, Glance, Swift, Horizon, Keystone, Quantum, Cinder Grizzly 04-Apr-13 Nova, Glance, Swift, Horizon, Keystone, Quantum, Cinder