Quy Hoạch Đấu Nối Và Triển Khai Lắp Đặt Thiết Bị

CHƯƠNG 3: TRIỂN KHAI GIẢI PHÁP TỰ PHÁT TRIỂN

3.1. Mục tiêu triển khai

Qua 2 giai đoạn nghiên cứu, thử nghiệm SDN cho hạ tầng Cloud Data Center: Giai đoạn 1 nhằm tìm hiểu tính năng vai trò của SDN với sản phẩm SDN của Nokia (hệ thống Nuage) và Juniper (hệ thống Contrail); Giai đoạn 2 nhằm đánh giá tính năng, khả năng đáp ứng nhu cầu cho hệ thống Cloud Data Center của giải pháp SND mã nguồn mở Tungsten Fabric và OpenDaylight, nhóm dự án đã có góc nhìn khá toàn diện về giải pháp đối với mạng truyền tải trong Cloud Data Center và đi đến quyết định lựa chọn giải pháp mã nguồn mở Tungsten Fabric với những ưu điểm nổi trội và được cộng đồng hỗ trợ mạnh làm nền tảng để phát triển và triển khai thí điểm.

Mục tiêu giai đoạn này là đánh giá khả năng tích hợp SDN mã nguồn mở sử dụng nguồn Tungsten Fabric vào hệ thống Cloud Data Center; đánh giá các tính năng, mức độ hoàn thiện trong vận hành khai thác và khả năng hoạt động ổn định của hệ thống. Từ đó hoàn thiện sản phẩm và đưa vào triển khai ở quy mô lớn.

3.2. Phạm vi triển khai

Phạm vi triển khai là cụm Private Cloud cung cấp hạ tầng Cloud cho các đơn vị nội bộ Viettel chạy các ứng dụng ít quan trọng và các ứng dụng thử nghiệm. Cụm Cloud có quy mô: 81 Compute node, tổng số có 2552 CPU, 15 TB Ram, 244TB Storage, cung cấp hạ tầng cho khoảng 400 VM (máy ảo). Việc triển khai thí điểm SDN trên cụm Cloud này đảm bảo yêu cầu test tích hợp và vận hành trên hệ thống Cloud mang tải thật của Viettel đồng thời hạn chế ảnh hưởng trong trường hợp xảy ra sự cố không mong muốn.

3.3. Tổ chức triển khai

Quá trình triển khai được phân thành 4 giai đoạn:

- Khảo sát, quy hoạch đấu nối và lắp đặt bổ sung thiết bị.

- Cài đặt tích hợp SDN Controller.

- Đồng bộ tài nguyên.

- Cắt chuyển VM từ OpenStack sang hạ tầng SDN.

Ứng với mỗi giai đoạn sẽ có các yêu cầu đảm bảo cũng như các bước thực hiện sẽ được tác giả trình bày chi tiết trong từng phần sau:

3.3.1. Quy hoạch đấu nối và triển khai lắp đặt thiết bị

Sơ đồ lắp đặt thực hiện trên cụm Cloud có sẵn có quy mô triển khai như đã nêu tại mục trên (mục 3.2), để cung cấp tính năng VxLAN cho cụm Cloud, nhóm triển khai quay hoạch đấu nối và lắp đặt, tích hợp bổ sung 1 cặp Switch Leaf HP 5940 (Hình 3.1).

Hình 3.1 - Sơ đồ lắp đặt

Quy hoạch đấu nối chi tiết: Cụm Cloud, thiết bị hiện tại và thiết bị lắp đặt bổ sung (1 cặp Switch Leaf HP 5940) được quy hoạch vị trí lắp đặt và đấu nối chi tiết tại Bảng

3.2. Cụ thể như sau:

STT

Switch	Port	Switch	Port	Location
1	HLC9205CLO UD.CR01	XGigabitE thernet1/1/ 0/30	HLC9105IT.CLO UD.LEAF.01	Ten 1/0/48	SPHL07_RACK19
2	HLC9205CLO UD.CR02	XGigabitE thernet2/1/ 0/30	HLC9105IT.CLO UD.LEAF.01	Ten 2/0/48	SPHL07_RACK19
3	HLC9205CLO UD.CR01	XGigabitE thernet1/3/ 0/8	HLC9105IT.CLO UD.LEAF.02	Ten 1/0/47	SPHL07_RACK19
4	HLC9205CLO UD.CR02	XGigabitE thernet2/3/ 0/8	HLC9105IT.CLO UD.LEAF.02	Ten 2/0/47	SPHL07_RACK19
5	HLC9105IT.CL OUD.LEAF.01	M- GigabitEth ernet0/0/0	HLC102DCN.N3 K.AC05	Eth1/39

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 102 trang tài liệu này.

Bảng 3.1 - Quy hoạch đấu nối

3.3.2. Cài đặt, tích hợp SDN controller

3.3.2.1. Cài đặt, tích hợp SDN controller

Đối với các hạ tầng mới, việc cài đặt và tích hợp hệ thống SDN controller diễn ra song song trong quá trình cài đặt NFVI (Openstack, VMware...) Nhưng đối với Viettel, hệ thống Cloud đã tồn tại và đang vận hành. Để tích hợp SDN controller cần phải cắt chuyển các VM từ hạ tầng Cloud đơn thuần sang hạ tầng Cloud có cài đặt SDN controller (Hình 3.1).

Hình 3.2 - Mô hình cắt chuyển

Cụ thể như sau:

- Dồn dịch tài nguyên tạo ra các compute trống.

- Cài đặt SDN controller trên 1 compute trống riêng.

- Các compute trống còn lại cài đặt thành phần vRouter.

- Cắt chuyển VM từ hạ tầng cũ sang hạ tầng được quản lý bởi SDN controller.

3.3.2.2. Công cụ Skydive

Skydive là công cụ giám sát topology mã nguồn mở, công cụ này được nhóm dự án phát triển do nhu cầu giám sát hạ tầng Cloud Underlay và Overlay trên 1 giao diện duy nhất, với các tính năng chính như sau:

- Phát hiện và mô phỏng topo mạng chứa các thiết bị vật lý bao gồm các switch, máy chủ và các cổng mạng vật lý, cũng như các thiết bị ảo như các máy ảo, containers, các cổng mạng ảo và các liên kết vật lý cũng như các liên kết ảo giữa chúng.

- Giám sát trạng thái hoạt động của từng nút mạng, giám sát thông số lưu lượng thời gian thực đi qua từng liên kết mạng.

- Nhanh chóng phát hiện vị trí của các nút mạng dựa trên địa chỉ IP và đường đi (nếu có) giữa hai địa chỉ IP bất kỳ.

Công cụ Skydive được phát triển dựa trên sử dụng các ngôn ngữ Golang (phát triển thành phần Agents và Analyzers), ngôn ngữ TyperScript triển khai dưới dạng NGINX

web server (phát triển giao diện người dùng) và sử dụng cơ sở dữ liệu Elasticsearch (phát triển cơ sở dữ liệu đồ thị). Tất cả các dịch vụ nói trên đều được đóng gói trong các Docker containers và triển khai trên các máy chủ một cách tự động thông qua Ansible.

Skydive được thiết kế bao gồm bốn thành phần chính:

- Agents: Được triển khai trên các máy chủ vật lý, đảm nhiệm vai trò phát hiện và giám sát trạng thái của các thực thể hoạt động trên máy chủ, bao gồm các cổng mạng, các máy ảo và containers.

- Analyzers: Tổng hợp các thông tin phát hiện được bởi agent thành một đồ thị thống nhất thể hiện một cách tổng thể topo mạng. Analyzer còn thực hiện truy vấn thông tin từ những thực thể bên ngoài (các switch vật lý, các API giám sát v.v.) để làm giàu thông tin cho đồ thị.

- Cơ sở dữ liệu: Lưu trữ đồ thị dưới dạng các nút và liên kết cũng như metadata tương ứng cho từng nút và liên kết.

- Giao diện người dùng web: Trực quan hóa topo mạng trên một giao diện người dùng thống nhất.

Việc sử dụng Skydive khá đơn giản, người sử dụng chỉ cần mở giao diện web đăng nhập tài khoản, mật khẩu (truy nhập OpenStack trước đó), sau đó có thể xem các thông số trạng thái hoặc vào các nút mạng để mở rộng để quan sát các thành phần con.

3.3.3. Đồng bộ tài nguyên

Giai đoạn đồng bộ tài nguyên được thực hiện với mục đích đảm bảo các tài nguyên mạng bên OpenStack được đồng bộ sang Tungsten Fabric và thực hiện chạy dữ liệu một lần.

Khi chuyển dịch từ hạ tầng Cloud cũ sang hạ tầng Cloud sử dụng SDN controller, do trong thông tin của SDN controller là Tungsten Fabric chưa có các thông tin về network của hạ tầng Cloud cũ nên những tài nguyên liên quan đến server như network, subnet, port, security group cần được đồng bộ sang SDN controller. Quá trình đồng bộ phải đảm bảo triển khai được cho tất cả các server đang chạy trên cụm hạ tầng cloud thực nghiệm, bao gồm server Ubuntu, CentOS và Windows.

Để đảm bảo cắt chuyển một server thành công, cần đảm bảo những điều kiện các tài nguyên liên quan đến server như network, subnet, port, security group phải được đồng bộ sang Tungsten Fabric SDN controller.

Có 5 bước thực hiện đồng bộ tài nguyên được thực hiện lần lượt như sau:

 Bước 1: Login vào server và vào quyền root.

 Bước 2: Run container convert-script để convert các tài nguyên network.

 Bước 3: Chuyển đến thư mục tf-script và cập nhật code mới nhất

 Bước 4: Chỉnh sửa thông tin authentication

 Bước 5: Thực hiện convert các tài nguyên mạng từ OpenStack sang TF.

3.3.4. Triển khai cắt chuyển VM sang hạ tầng SDN

Quá trình cắt chuyển VM sang hạ tầng SDN được thực hiện qua 5 bước (Hình 3.2). Cụ thể như sau:

 Bước 1: Kiểm tra tình trạng hoạt động của VM, đơn vị quản lý vận hành VM.

 Bước 2: Chạy tool đồng bộ, trích suất thông tin từ OpenStack sang SDN controller.

 Bước 3: Thực hiện cắt chuyển VM sang hạ tầng SDN, sau khi cắt chuyển kiểm tra theo các Checklist.

 Bước 4: Liên hệ đơn vị đang quản lý VM, phối hợp kiểm tra hoạt động của VM sau khi cắt chuyển.

 Bước 5: Nếu các dịch vụ chạy trên VM hoạt động bình thường thì hoàn thành. Trong trường hợp xảy ra bất cứ lỗi hay hiệu năng không đạt sẽ thực hiện Roll Back lại hạ tầng cũ.

Hình 3.3 – Các bước cắt chuyển

3.4. Kết quả triển khai

3.4.1. Triển khai hệ thống

- Lắp đặt, cấu hình và tích hợp cặp Switch Leaf HP 5940 vào hạ tầng cụm vCloud hiện hữu, hệ thống phần cứng tương thích, hoạt động ổn định.

- Dồn dịch tài nguyên và cài đặt SDN controller trong cụm vCloud thành công, cài đặt Plugin trên OpenStack controller kết nối được 2 hệ thống OpenStack và SDN.

- Nhóm dự án đã phát triển được công cụ Skydive cho phép giám sát hạ tầng Cloud Underlay và Overlay trên 1 giao diện duy nhất.

3.4.2. Kiểm tra tính năng, test dịch vụ và đảm bảo điều kiện đổ tải

- Thực hiện được các testcase đánh giá tính năng của hệ thống SDN.

- Test khả năng Live migrate các máy ảo sang hạ tầng quản lý bởi SDN. Các VM hoạt động bình thường sau khi cắt chuyển.

- Phát triển công cụ Network Resource Synchronization Tool cho phép tự động đồng bộ tài nguyên sang SDN trước khi cắt chuyển máy ảo, công cụ cho phép migrate tài nguyên của 1 Network trong khoảng 5 phút thay vì 1 ngày theo cách làm thủ công.

- Xây dựng kịch bản cắt chuyển và Rollback khi có sự cố.

3.4.3. Tích hợp, đổ tải và đánh giá

- Tích hợp SDN controller vào Cloud của Viettel thành công.

- Cắt chuyển 80/80 máy ảo mang tải thật để đánh giá hoạt động của hệ thống và các máy ảo sau khi cắt chuyển.

- Sau khi triển khai, công cụ Skydive cho phép giám sát các kết nối của thiết bị Switch, Server, máy ảo trong cụm Cloud, giúp việc giám sát trở nên thuận tiện hơn (Hình 3.3).

Hình 3.4 - Giám sát bằng công cụ Skydive

Việc triển khai, tích hợp giải pháp SDN do đội dự án tự phát triển vào hạ tầng Cloud của Viettel không gây ảnh hưởng đến công tác vận hành và hoạt động của các VM đang chạy.

3.5. Đánh giá hệ thống sau khi tích hợp SDN Controller.

Kết quả đánh giá tính năng hệ thống trước và sau khi tích hợp SDN controller được tóm tắt qua Bảng 3.3, cụ thể như sau:

STT

Tiêu chí

Truyền thống

SDN controller

Đáp ứng các tính năng về quản lý, cấp phát tài nguyên trên Cloud

Có

STT

Tiêu chí	Truyền thống	SDN controller
2	Hỗ trợ VxLan	Hiệu năng thấp, sử dụng VLAN	Hiệu năng cao
3	Hỗ trợ quản lý Multi platform	Không hỗ trợ	Hỗ trợ nhiều Platform khác nhau (Openstack, Vmware, K8s..)
4	Quản lý các hạ tầng phân tán	Không hỗ trợ	Có
5	Thiết lập policy điều khiển chung	Không hỗ trợ	Có
6	Service function Chain	Không hỗ trợ	Hỗ trợ đối với cả VNF và PNF
7	Giám sát, tự động xây dựng Topology quản lý tập trung hạ tầng Overlay và Underlay	Không hỗ trợ	Có
8	Quản lý và cấu hình tự động thiết bị mạng của nhiều hãng	Không hỗ trợ	Có

Bảng 3.2 - Đánh giá hệ thống trước và sau khi tích hợp SDN

Hệ thống sau khi tích hợp SDN controller, hệ thống cho phép mở rộng tài nguyên vào hạ tầng Cloud đã tồn tại và có dịch vụ đang chạy. Bên cạnh khả năng mở rộng số lượng network có thể cung cấp lên đến 16 triệu, gấp 4.000 lần hạ tầng cũ, đáp ứng nhu cầu mở rộng mạng trong tương lai, hệ thống còn cho phép quản lý tập trung, đồng thời nhiều platform ảo hóa hạ tầng mạng khác nhau như OpenStack, K8S, VMware… Một tính năng quan trọng nổi bật đó là cho phép quản lý topology Overlay và Underlay trên cùng một giao diện. Ngoài ra, hệ thống còn có khả năng tự động tạo chuỗi dịch vụ tự động (SFC) giúp tự động cấu hình các node mạng vật lý và ảo hóa, giảm thời gian triển khai dịch vụ.

Tuy nhiên, trong quá trình triển khai hệ thống, giải pháp SDN mã nguồn mở của Tungsten Fabric (TF) vẫn còn một số hạn chế sau:

- Giải pháp chỉ hỗ trợ 4 nền tảng đang được sử dụng phổ biến hiện nay gồm: Openstack, K8s, VMware, Redhat Openshift, trong khi một số hãng đang cung cấp các VNF trên nền tảng ảo hóa tự phát triển như Nokia phát triển nền tảng CBIS cho vEPC hoặc Casa dùng Wind River cho vBRAS. Với các nền tảng ảo hóa này, thường không được cộng đồng mã nguồn mở hỗ trợ, phát triển nếu cần tích hợp với SDN.

- Các phiên bản mới từ TF thường yêu cầu nâng cấp OS, không tương thích ngược với OS cũ gây khó khăn nếu muốn bổ sung, nâng cấp các tính năng mới cho hệ thống, cũng như tốn kém thời gian trong quá trình thử nghiệm các phiên bản mới. Ngoài ra, các bản TF mới thường ra chậm hơn so với các cập nhật của OpenStack (~6 tháng/lần).

- Do sử dụng mã nguồn mở nên không tránh được các lỗi phát sinh trong quá trình vận hành khai thác cần nhiều thời gian để theo dõi, phát hiện kịp thời trong quá trình khai thác và hoàn thiện sản phẩm trước khi nhân rộng.

- Khi tích hợp với hạ tầng Cloud là hạ tầng cũ, thiết bị mạng chưa theo kiến trúc Spine/Leaf nên gặp nhiều vấn đề liên quan đến giao tiếp VLAN với VxLAN, MTU, NIC, Kennel. Nhóm triển khai đã phải nâng cấp hệ thống cũng như phải liên tục trao đổi, cập nhật từ cộng đồng mã nguồn mở và thường mất nhiều thời gian để khắc phục, xử lý.

3.6. Đánh giá tiềm năng ứng dụng

Với việc tích hợp SDN mã nguồn mở sử dụng nguồn TF vào hệ thống Cloud Data Center ngoài ưu điểm nổi bật về chức năng quản lý tài nguyên mạng lưới như đã phân tích tại mục 3.5, nó còn cho phép quản lý, khai thác hạ tầng phân tán, thiết lập chính sách điều khiển chung đối với tài nguyên trên Cloud. Với ưu điểm này, hạ tầng Cloud hiện tại có thể cung cấp giải pháp xử lý các bài toán mô phỏng cảnh báo lan truyền dịch bệnh trên đàn gia súc từ những nguồn dữ liệu không đồng nhất.

Hệ thống Cloud được tích hợp SDN mã nguồn mở với thế mạnh hiện có, có thể giải quyết được các bài toán mô phỏng sự lan truyền dịch bệnh để đưa ra các kết quả làm cơ sở phân tích, đánh giá và cảnh báo dịch bệnh.

Cụ thể, đối với mô hình kiến trúc tổng thể của hệ thống dịch vụ phân tích cảnh báo lan truyền dịch bệnh trên đàn gia súc (Hình 3.4), các kết quả nghiên cứu và thực

Hình 3.5- Sơ đồ kiến trúc tổng thể của hệ thống dịch vụ phân tích cảnh báo lan truyền dịch bệnh trên đàn gia súc

nghiệm của luận văn này có thể cung cấp giải pháp và tài nguyên để tổ chức điều phối các chương trình và công cụ mô hình hóa lan truyền bệnh dịch (khối III) với nhiệm vụ cấp phát một cách tối ưu tài nguyên tính toán phân tán và môi trường thực thi trên đám