NH GIÁ HI U N NG M NG TRÊN I N TOÁN M MÂY OPENSTACK
Võ Nhân V a, Lê Minh Chíb, Nguy n Qu c Longa ngc*
aKhoa Công ngh Thông tin, i h ng, Vi t Nam
bS thông tin và Truy ng, Vi t Nam
cKhoa Công ngh Thông tin, i h c H i Phòng, H i Phòng, Vi t Nam
Nh n ngày 04 tháng 0 6
Ch nh s a ngày 19 tháng 0 Ch p nh 0
Tóm t t
ã b u ph bi n nh tính linh ho t, có kh r ng, d dàng kích ho t và cung c p các d ch v xây d ng tài nguyên mà khách hàng có th truy c p
theo yêu c u c a h . Ngoài ra d ch v tài nguyên
hi u qu gi i dùng v i nhau. OpenStack, m t n n t ã
ngu n m i m i, t p trung vào vi c cung c p m t d ch v (NaaS) s
d ng công ngh o hóa và OpenStack h a h n là m t n n t c
m r ng t trong các ng d ng c a doanh nghi p. T a bài báo là nghiên c u hi ng c a OpenStack tri n khai trên phiên b n Neutron. Các thông s v hi ng, v m t gói tin, th i gian tr gói tin s
giao th c UDP d a vào công c IPERF.
T khóa: ng; OpenStack.
1. GI I THI U CHUNG
t v nóng hi n nay và các nhà nghiên c ã ra nhi u ý t ng trong l n nay có r t nhi u công ngh c s d ng
t trong s
p m t s d ch v ture as a
Service), PaaS (Platform as a Service), DaaS (Data as a Service) và SaaS (Software as a
Service). Do nhu c u c n r t nhanh chóng, hi u qu t
ng nhu c i s d ng. Tuy nhiên, m t trong nh ng m i quan tâm quan tr ng nh t c t m t hi u su t m ng t t, n u không thì
* Tác gi liên h : Email: nhuongld@hus.edu.vn
không th t c m t h th ng m ng ch p trung phân a trên OpenStack.
1.1. i n toán ám mây
nh ngh à m t ki u máy tính m i trong
n l c có th c m r ng m t cách t c o hóa
cung c t d ch v ã và thành m t
xu h ng công ngh tr ng y u và nhi i r
s i hình dáng c a các quy trình và th ng c a công ngh thông tin. V i công
ngh i dùng s d ng m t lo t thi t b
máy tín n tho truy c ình, h th hay
các n n t ng phát tri n h th ng thông qua Internet b i các ng d c cung c p
b i các nhà cung c p d ch v m c a công ngh này là
ti t ki m chi phí, tính s n sàng cao và kh r ng d dàng.
Rapid elasticity: nhà cung c p CC d dàng ch nh c i tài i dùng r t nhanh chóng. V c phép yêu c u m t tài nguyên “không gi i h n” và ch vi c chi tr theo ti n.
Broad network access: truy c p vào các tài nguyên máy tính d dàng thông network tiêu chu n.
Measured service m b o vi ng tiêu dùng c a khách hàng. Mô hình h n là “pay as you go”.
On-demand self-service: cho phép khách hàng tùy ch nh tài nguyên s d ng mà không c n ph i thông báo hay qua b t k s can thi p nào c a provider.
Resource pooling: các lo i tài nguyên v t lý và o c c chia s v i nhau và t ng c p cho các users.
Các mô hình tri n khai
Có 3 mô hình tri ng),
private (riêng), và hybrid (“lai” gi ng và riêng).
ng là mô hình p
p các d ch v ng d ng
ch v trên public cloud có th mi n phí ho c có phí [3].
ì các d ch v c cung c p n i b ng là các d ch
v kinh doanh, m n cung c p d ch v cho m i
ng sau firewall.
t h p cung c p các d ch v công c ng và riêng [3].
Ngoài ra còn có “community cloud” là a các nhà cung c p d ch v
Các mô hình d ch v : V mô hình cung c p d ch v có 3 lo i chính là IaaS – cung c p h t t server, PaaS – cung c p Plat t service, và
SaaS – cung c t service.
1.2. OpenStack
“S m ng c a OpenStack: Cung c p n n t ã ngu n m
ph bi c nhu c u c a b t k kích c
riêng, b gi n hóa vi c tri n khai và kh r ng cao”.[4]
m ng trên, OpenStack là m t h th ng qu u
khi ng l và m ng n m trong m t trung tâm d
li u. T t c các thao tác qu c th c thi thông qua m t b u khi n nh m cung c p cho qu n tr viên kh m soát h th
tác v i tài nguyên mà h c n thông qua giao di n web. Openstack hoàn toàn là ngu n
m , các thành ph n c c vi t trên Python - ngôn ng t cao nh
ki n trúc m c logic c a Openstack [5] (Hình 1):
Hình 1. Các thành ph n b n trong OpenStack
Dashboard (tên mã Horizon): Cung c p giao di u khi i d ng
web, cho i các d ch v c
kh i t o m t máy a ch IP, thi t l p ki m soát truy c p…
Compute (tên mã Nova): Cung c p vi c xây d ng và qu n lý các máy o Networking (tên mã Neutron): Cung c p k t n i m ng gi a các máy o, gi a máy o và Internet.
Object Storage (tên mã swift): Cung c p d ch v file.
Block Storage (tên mã Cinder): Cung c p thành ph d phòng cho
các máy ng,...
Identity (tên mã Keystone): Cung c p d ch v ch ng th c và y quy n cho các d ch v khác trong OpenStack.
Image (tên mã glance): Cung c p các file ch a h u hành dành cho các máy o.
Metering/Monitoring (tên mã Ceilometer): Qu n lý và th ng kê các thông s i trong quá trình ho ng.
Orchestration (tên mã Heat): Cung c p kh ng t ng các
d ch v u ph i các ho ng
Database Service (tên mã trove): Cung c p kh r ng và tin c y
c a ch a Service cho c hai công c d li u
ng.
1.3. K t n i m ng trong OpenStack
OpenStack Networking cung c p m qu n lý k t n i nh k t n i trong h t ng cloud. Nó h tr nhi u công ngh m
k t n i vào h t ng cloud. Chúng ta s tìm hi u v mô hình tri n khai ph n Network, và m t s d ch v n c a network cung c p cho h t ng cloud. Neutron bao g m các tài nguyên tr ng là Network, Subnet, Port.
Network: qu n lý cô l p m ng Layer 2, gi ng VLAN trong m ng v t lý.
Subnet a ch c phân c p và c u hình cho h th ng.
Port: m t port s c gán v i m t thi t b o trong h t ng.
i dùng có th t o ra mô hình m ng riêng c a mình, b ng cách t o ra
ng d n cho các d ch v c nó
có th gán thi t b c bi t là Neutron cho phép t o ra m ng riêng (Private network) và gán cho các tenant, m t tenant có th có nhi u private network và các private network có th trùng nhau cho m i tenant. Các d ch v c a Neutron cung c p bao g m:
T o ra m t topology riêng cho h th ng c a riêng mình. Ví d o ra h th ng webserver nhi u t backup ho c cân b ng t i.
Cung c p s linh ho t trong qu n tr h t ng m ng, cho phép tùy ch nh h t ng cao.
Cung c p API m r ng, cho phép phát tri n và tích h p Neutron vào nhi u h th ng khác nhau.
Neutron h tr nhi u công ngh m t o ra nhi u ch
ngoài vi c chia VLAN, Subnet, còn có th làm switch o qua công ngh c a vSwitch, các ch Firewall, DHCP, VPN, Load balancing.
2. MÔ HÌNH TH C NGHI M
D ch v cung c p các máy o v i VCPU, RAM, kh
khác nhau. Trong OpenStack, các thành ph n m ng và chuy n m ch c c o hóa thông qua Neutron. Neutron – ph n m nh ngh
ch a m t h th ng m ng, t l n l p 3, t n router và
gán vào ho ng c a các instances. Vi c truy n thông c a các máy o trong OpenStack s không gi c truy n d n trên các h th ng m ng vì các thành ph n c a m ng theo mô hình SDN (Software Define Network).
Trong OpenStack, vi c tri c h n theo 2 hình th c: s
d ng GRE tunnel ho c theo mô hình VLAN. GRE tunnel v linh ho t và d c u hình tuy nhiên hi u su t th p, mô hình VLAN có nhi m trong vi c tri n khai các h th ng l n tuy nhiên c òi h i s ng thi t b , các thi t k và c u hình cao ph c v cho m nghi m, mô hình GRE tunnel c s d h n ch vi c tri n khai ph c t i v i h t ng v t lý.
ình th nghi m s d ng GRE tunnel s c th c hi n trong 4 k ch b n nh m m iên c u hi u su t m ng v ng, th i gian tr và v m t gói tin UDP gi a các máy o.
ch b n th nghi - Cùng m ng cùng compute node, case 2 - Khác m ng cùng compute node, case 3- Cùng m ng khác compute node, case 4 - Khác m ng khác compute node. B i vì Network
c o hóa toàn b n
vi c thao tác và qu n tr n. V lý thuy t, ho ng c a h th ng network “ o hóa” này không khác gì so v i h th ng network v t lý. Trong OpenStack c ình thành nên các port i các k t n i v t lý gi a các thi t b , các router o i vi c phân chia các d i m ng v i nhau, các khái ni c
access control list, … c c th hi . Vì v ng c a
l p o hóa Network này thì c a trên các tiêu chí sau: - Xem xét vi c k t n i m ng trong h th ng network o t i các máy compute node - Xem xét vi c k t n i m ng trong h th ng network o gi a các máy compute node v i nhau. T k t qu
c th c hi n) m n vi c s d ng OpenStack Network trong th c t có b ình network v t lý thông th ng.
Hình 2. Mô hình tri n khai Mô hình tri n khai trên h th ng 3 máy ch , bao g m:
01 máy ch làm Controller và Network, ch y các d ch v qu n tr Controller c
d ch v liên quan khác.
02 máy ch t Neutron L2 Agent và n n t ng o hóa Hypervisor KVM cho vi c cung c c tính toán dành cho các máy ch o.
H th ng m ng c a mô hình tri n khai bao g m 4 m
Public và Floating IP (trong mô hình là VM Network): 10.196.205.0/24 Management network: 10.196.202.0/24
Storage network: 10.196.203.0/24. Trong mô hình tri n khai Storage network n m chung k t n i v t lý v i Management Network. Storage network không n m trong gi i h n nghiên c u c a bài báo.
Internal Network – network dành riêng cho các tenants: 192.168.111.0/24 và 192.168.112.0/24
Ngoài ra còn có 1 m ng PXE ph c v cho vi c qu n tr t t ng các máy ch trong h th ng.
Case 1. Mô hình th nghi m này s th c hi n nh m nghiên c
tr , t l m t gói tin UDP gi a hai máy o cùng node compute và cùng m ng.
Hình 3. Case 1 c th c hi n v i 2 máy t cùng m ng 192.168.111.0/24 và cùng node 18
Case 2. Mô hình th nghi m này s th c hi n nh m nghiên c ng,
th i gian tr và t l m t gói tin UDP gi a hai máy m
hai m ng khác nhau. Hai m ng khác nhau có th n m trên cùng m t router ho c hai router khác nhau.
Hình 4. Case 2 c th c hi n v i 2 máy
m ng v i nhau (192.168.111.9/24 và 192.168.112.103/24)
Case 3. Mô hình th nghi m này s th c hi n nh m nghiên c ng, th i gian tr và t l m t gói tin UDP gi a hai máy o có node compute khác nhau
t m ng v i nhau.
Hình 5. Case 3 c th c hi n v i 2 máy o cùng chung 1 m ng (192.168.111.0/24) 2 node khác nhau (node 17 và node 18)
Case 4. Mô hình th nghi m này s th c hi n nh m nghiên c ng, th i gian tr , t l m t gói tin UDP gi a hai máy o có node compute khác nhau và khác m ng v i nhau.
Hình 6. Case 4 c th c hi n v i 2 máy o khác m ng (192.168.112.103 và 192.168.111.10) c
3. Á
D ch v network trong OpenStack chính là Neutron, và Neutron t o ra các môi ng chuy n m nh tuy n (router) thông qua các d ch v Neutron L2 Agent, Neutron L3 Agent. Các mô hình th nghi m v m c mô t trên do module Neutron trong OpenStack t o ra.
K t qu th nghi m t p trung vào vi c phân tích các tham s liên n vi c truy n nh n gói tin trong h th ng các máy o c a OpenStack, các thông s c phân tích bao g ng, t l m ng truy n, và th i gian tr c a gói tin.
3.1. Thông l ng TCP
Hình 7a cho th y giá tr c c thu th p m i 5s m t l n trong vòng 5 phút. T này cho ta th ng c a máy o trên cùng m t node compute a ch m ng thì dao ng xung quanh giá tr 890Mbps, trong khi các máy o
trên cùng m a ch m ng kho ng 500Mbps.
Hình 7a. Thông l ng h p
T Hình 7b ta có th th ng cho các máy o trên cùng m t node
a ch m u so v ng h p còn l u này
lý gi a ch m ng thì thông l ng c n ph c g i t i Router
do OpenStack t o ra.
Hình 7b. Thông l ng TCP trung bình trong 4 tr ng h p 3.2. Thông l ng và t l m t gói tin UDP
ng, th i gian tr và t l m c th c thi trong vòng 5 phút và d li u s c l nh k m i 5 giây 1 l n. Trong khi d li c l y m t mô hình thì các mô hình th nghiêm khác s b d ng l i.
T nh ng k t qu trong Hình 8 và Hình 9, có th nh n th y r ng khi 2 máy o t trên cùng node và cùng m ng, chúng th c hi n t i khi chúng các node và m ng h p khác. Vi ng cho th y các máy o trên cùng node, cùng m ng thì ng trung bình x p x 4.2% so v ng h p còn l i.
Hình 8. Thông l ng UDP trong 4 case
Hình 9. T l m t gói tin UDP trong 4 case
ng h ng t l m t gói tin thì các máy o cùng node ng ho c khác node và khác m ng thì có thông s i các máy o cùng node và cùng m c bi ng h p các máy
khác m ng cho chúng ta th y t l m t gói tin x p x 40% so v ng h t các máy o cùng node và cùng m ng.
3.3. Th i gian tr
ng h ng th i gian tr gói tin, ta nh n th y giá tr case 1 th p case 2 và giá tr case 3 th iá tr u này cho chúng ta k t lu n các máy a ch m ng có giá tr i các máy o có cùng a ch m ng. K t qu này là bình th ng vì khi máy o khác m ng nhau thì l ng
ngu n t i thông qua nhi u hop ng v i nhau.
Hình 10. Th i gian tr gói tin
Mô hình th nghi ng d a trên các con s lý t ng khi các thi t b c ng truy n không b ng b i các tham s ng bên ngoài. H th ng
các test cases c c xây d y. M m quan tr ng
c a vi c ki m t ng t ì v y
nên mô hình th nghi m c th c hi n. Trong th c t , các
nút m ng c s ch u m t t i nh nh do ng c ng
xung quanh, vì v y nên giá tr thu nh ng LAB s khác bi t so v i th c t và c n ph c ki m ch i v i t ng h p c th , ví d trong môi ng data center c a FTP, ho c data center c a VNPT, … Tuy nhiên bài báo ch gi i
h n trong n i dung m ng c ng th c
t . Vì th c hi ng LAB nên s ng máy ch y thì có th b o m cho vi c thu th p các thông s ki m tra và phân tích. Th c t h th ng s l
nhi u, có th n hàng và vi c th c hi n trên di n r m ngoài ph m vi c a bài báo.
4. K T LU N
ã ngu n m c bi t là OpenStack hi n nay là m t trong nh ng công ngh c l a ch tri n khai cho các công ty trên toàn th gi i.
ng d a trên các thông s ng UDP, th i gian tr , t l m t gói tin trên OpenStack. T t
lu m b o m t hi u su b hi n
ng th t c chai. Ngoài ra, k t qu c y r ng, v trí c a máy o c a ch m ng n hi u su t, c th các máy o cùng node và cùng m ng s cho hi t c ng h p còn l i b i vì ng truy n c a các máy o ng
Tuy nhiên, chúng tôi ch m i nghiên c u gói tin UDP trong mô hình nh , c n m r cho k t qu và k t lu n t i gian t i, chúng tôi s ng các thông s hi nhi u lo i gói tin (TCP, UDP) v i mô hình l n và nhi u
ng h cho k t qu tin c y cao.
TÀI LI U THAM KH O
[1] Borko Furht, Armando Escalante, Handbook of Cloud Computing, Springer, (2010).
[2] P., M. and T. Grance., The NIST Definition of Cloud Computing, (2011).
[3] Sabahi, F. Cloud computing security threats and responses in Communication Software and Networks (ICCSN), 2011 IEEE 3rd International Conference on.
(2011).
[4] Vo Nhan Van, Le Minh Chi, Nguyen Quoc Long, Nguyen Gia Nhu, and Dac- Nhuong Le, A Performance Analysis of OpenStack Open-source Solution for IaaS Cloud Computing, in proceeding of International Conference on Computer and Communication Technologies (IC3T 2015), Advances in Intelligent Systems and Computing Vol.380,pp.141-150 Springer. (2015)
[5] https://wiki.openstack.org/wiki/Main_Page
[6] http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Openstack-conceptual-arch-folsom.jpg
NETWORK VIRTUALIZATION PERFORMANCE ANALYSIS ON OPENSTACK CLOUD COMPUTING INFRASTRUCTURES
Vo Nhan Vana, Le Minh Chib, Nguyen Quoc Longa, Le Dac Nhuongc*
aThe Faculty of Information Technology, Duytan University, Danang, Vietnam
bDanang ICT Infrastructure Development Center, Danang, Vietnam
cThe Faculty of Information Technology, Haiphong University, Haiphong, Vietnam
*Corresponding author: nhuongld@hus.edu.vn
Article history Received: January 04th, 2016 Received in revised form: March 19th, 2016
Accepted: March 31st, 2016
Abstract
Cloud computing has become popular in IT technology because of its advantages that focus on flexible, scaling, resources and services which help customers easy to build their own on-demand IT system easily. Moreover, Cloud computing also can assist users to balance, share, and manage IT resources among customers to get better performance of compute and storage. OpenStack, a new open source cloud computing framework which was a built- in modular architecture and focused on IaaS. OpenStack also focuses on NaaS by using network virtualization technology with native opensource intergrated solution – openvswitch and supports other commercial solutions from vendors. OpenStack nowadays has been popularly in business. This paper does a research on network performance on OpenStack network module code named Neutron. The parameters in virtualization network of OpenStack related to network performance such as throughput, package loss, time and delay of data transmission are estimated through UDP protocol using IPERF benchmarking tool. Our research investigated the possible internal traffic flow patterns and evaluated network performance of each pattern on OpenStack cloud computing environment.
Keywords: Cloud computing; Network performance; Openstack.