..

..

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------TRẦN VĂN TIẾN

CÁC CƠ CHẾ CHO MẠNG HƯỚNG ĐẾN NỘI DUNG

Chuyên ngành : KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CHUYÊN NGÀNH: KĨ THUẬT TRUYỀN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
1. PGS TS. Nguyễn Hữu Thanh

Hà Nội – 2015


MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ ............................................................................................4
DANH MỤC BẢNG ..................................................................................................5
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT....................................................................................6
LỜI NÓI ĐẦU ...........................................................................................................8
CHƯƠNG 1

PHẦN MỞ ĐẦU ............................................................................9

1.1

Giới thiệu........................................................................................................9

1.2

Lịch sử nghiên cứu ......................................................................................10

1.3

Mục đích, đối tượng, phạm vi nghiên cứu ................................................10

1.4

Phương pháp nghiên cứu............................................................................10

1.5

Cấu trúc luận văn ........................................................................................10

CHƯƠNG 2

TỔNG QUAN VỀ MẠNG ICN..................................................12

2.1

Giới thiệu......................................................................................................12

2.2

Tổng quan mạng ICN .................................................................................14


2.3

Ưu điểm của ICN.........................................................................................14

2.4

Các vấn đề và thách thức trong ICN .........................................................16

2.5

Các dự án ICN trên thế giới .......................................................................17

2.6

Các thành phần chính của một ICN ..........................................................17

2.7

Tổng quan mạng CCN ................................................................................21
Trang 1


2.7.1

Giới thiệu mạng CCN ...............................................................................21

2.7.2

Ưu điểm của CCN .....................................................................................21


2.7.3

Kiến trúc tổng quan của CCN ...................................................................22

2.7.4

Ứng dụng thông minh trên cơ sở hạ tầng ảo ( SAVI) ...............................29

CHƯƠNG 3

HỆ THỐNG LƯU TRỮ ĐÁM MÂY SWIFT ..........................31

3.1

Giới thiệu tổng quan ...................................................................................31

3.2

Mơ hình lưu trữ của Swift ..........................................................................33

3.2.1

Account .....................................................................................................34

3.2.2

Container ...................................................................................................35

3.2.3


Object ........................................................................................................35

3.3

Mơ hình kiến trúc hệ thống ........................................................................36

3.3.1

Region .......................................................................................................37

3.3.2

Zone...........................................................................................................37

3.3.3

Node ..........................................................................................................37

3.3.4

Storage policies .........................................................................................38

3.3.5

Server Process ...........................................................................................39

3.4

Tính năng và ưu điểm của Swift ................................................................42


3.4.1

Khả năng mở rộng .....................................................................................42

3.4.2

Tính an tồn của dữ liệu ............................................................................42

3.4.3

Lưu trữ phân tán trên nhiều Zone (Multi-regional capability) ..................42

3.4.4

Cung cấp Performance và tính đồng thời cao ...........................................43

3.4.5

Lưu trữ linh hoạt .......................................................................................43

3.4.6

Không yêu cầu cao về phần cứng .............................................................43

3.4.7

Tiện lợi trong việc phát triển. ....................................................................44

3.4.8


Thân thiện với nhà khai thác .....................................................................45

Trang 2


CHƯƠNG 4

THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG SWIFT .......................................46

4.1

Mục đích thử nghiệm ..................................................................................46

4.2

Mơ hình hệ thống thử nghiệm ....................................................................46

4.3

Mơ tả hệ thống thử nghiệm ........................................................................49

4.4

Thiết bị phần cứng ......................................................................................51

4.5

Bài kiểm tra lỗi hệ thống ............................................................................54


4.5.1

Ổ Cứng lỗi .................................................................................................54

4.5.2

Storage Node Lỗi ......................................................................................59

4.6

Bài kiểm tra hiệu năng hệ thống ................................................................64

4.6.1

Dữ liệu Application ...................................................................................64

4.6.2

Dữ liệu Backup .........................................................................................66

4.6.3

Dữ liệu Media ( Photo, Audio, Video ) .....................................................69

4.6.4

Dữ liệu Mail& Log Archiver ....................................................................72

4.6.5


Dữ liệu Web Content ................................................................................73

4.6.6

Dữ liệu Data Sharing .................................................................................74

4.6.7

Đánh giá về hiệu năng hệ thống ................................................................76

4.7

Bài kiểm tra phát hiện nút cổ chai hệ thống .............................................77

4.7.1

Mô tả .........................................................................................................77

4.7.2

Kiểm tra tại phần tử Loadbalancer ............................................................78

4.7.3

Kiểm tra tại phần tử Proxy ........................................................................78

4.7.4

Kiểm tra tại phần tử Storage Node ............................................................82


4.7.5

Đánh giá về nút thắt cổ chai ......................................................................86

KẾT LUẬN ..............................................................................................................87
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................88
Trang 3


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hin
̀ h 2.1: Mơ hình đặt tên Naming ...........................................................................18
Hình 2.2: Mơ hình phân dải tên và định tuyến dữ liệu .............................................19
Hin
̀ h 2.3: Mơ hình Caching .......................................................................................20
Hin
̀ h 2.4: Cấu trúc chunk của CCN .........................................................................22
Hình 2.5: Mô hình nút CCN ......................................................................................26
Hiǹ h 2.6: Sơ đồ khối CCN chuyển tiếp lưu lượng ....................................................28
Hình 3.1: Truy nhập theo vị trí địa lý .......................................................................32
Hình 3.2: Mơ hình lưu trữ dữ liệu của hệ thống .......................................................34
Hin
̀ h 3.3: Mơ hình kiến trúc tổng quát của hệ thống ................................................36
Hình 3.4: Ví dụ về storage policies ...........................................................................39
Hin
̀ h 3.5: Sơ đồ hệ thống với server node thành phần ..............................................40
Hin
̀ h 4.1: Sơ đồ vật lý hệ thống Swift .......................................................................47
Hình 4.2: Sơ đồ vật lý hệ thống Swift triển khai tại phòng Lab ...............................48
Hin

̀ h 4.3: Trường hợp ổ cứng lỗi ..............................................................................55
Hình 4.4: Trường hợp server máy chủ lỗi .................................................................59
Hin
̀ h 4.5: Throughput trên eth0 proxy1 ....................................................................79
Hin
̀ h 4.6: Throughput eth1 proxy 1 ..........................................................................80
Hình 4.7: Tải CPU trên proxy 1 ...............................................................................81
Hin
̀ h 4.8: RAM và IO ổ cứng trên Proxy ..................................................................82
Hình 4.9: XFS node Cluster ......................................................................................83
Hin
̀ h 4.10: Throughtput bond0 Storage Node 4 ........................................................84
Hin
̀ h 4.11: Tải CPU trên storage Node 4 .................................................................85
Hình 4.12: RAM và IO trên Storage Node 4 ...........................................................86

Trang 4


DANH MỤC BẢNG
Bảng 4.1: Danh sách thiết bị phần cứng ...................................................................51
Bảng 4.2: Kết quả Test ổ cứng lỗi.............................................................................55
Bảng 4.3: Kết quả Test Server máy chủ lỗi ..............................................................60
Bảng 4.4: Dữ liệu Application Small ........................................................................65
Bảng 4.5: Dữ liệu Application Medium ....................................................................66
Bảng 4.6: Dữ liệu Backup Small...............................................................................67
Bảng 4.7: Dữ liệu Backup Medium ..........................................................................68
Bảng 4.8: Dữ liệu Backup Large...............................................................................69
Bảng 4.9: Dữ liệu Media Small.................................................................................70
Bảng 4.10: Dữ liệu Media Medium ..........................................................................71

Bảng 4.11: Dữ liệu Media Large...............................................................................72
Bảng 4.12: Dữ liệu Mail& Log Archiver ..................................................................73
Bảng 4.13: Dữ liệu Web Content ..............................................................................74
Bảng 4.14: Dữ liệu Data Sharing Small ....................................................................75
Bảng 4.15: Dữ liệu Data Sharing Medium................................................................76

Trang 5


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Kí hiệu
API
ASCII

Tên Tiếng Anh

Tên Tiếng Việt

Application Programming Interface

Hàm lập trình trình ứng dụng

American Standard Code for
Information Interchange

Bảng mã tiêu chuẩn quốc tế

CCN

Content Centric Network(ing)


Mạng hướng nội dung

CDN

Content Delivery Network

Mạng hướng nội dung

COntent Mediator architecture for

Mạng hướng nội dung

content-aware nETworks

commet

CONET

COntent NETworking project

Dự án conet

CPU

Central Processing Unit

Vi xử lý trung tâm

CS


Content Store

Lưu trữ nội dung

DHT

Distributed Hash Tables

Bảng phân phối Hash

DONA

Data-Oriented Network Architecture Dự án mạng nội dung Dona

DoS

Denial of Service

Tấn công từ chối dịch vụ

FIB

Forwarding Information Base

Bảng chuyển tiếp thông tin

GB

Gigabyte


Dung lượng lưu trữ GB

ixGbps

Gigabit per second

Tốc độ dữ liệu Gbps

COMET

GPGPU

General Purpose Graphic Processing
Units

Vi xử lý đồ họa

HPC

High Performance Computing

Máy tính hiệu năng cao

IaaS

Infrastructure-as-a-Service

Cơ sở hạ tầng ảo


ICN

Information Centric Networking

Mạng hướng nối dung ICN

IP

Internet Protocol

Giao thức mạng IP

LFU

Least Frequently Used

Tần suất sử dụng ít nhất

LRU

Least Recently Used

MB

Megabyte

Tần suất sử dụng thường
xuyên
Dung lượng lưu trữ MB
Trang 6



Kí hiệu

Tên Tiếng Anh

Tên Tiếng Việt

Mbps

Megabit per second

Tốc độ lư trữ Mbps

NDN

Named Data Network(ing)

Dự án đặt tên NDN

NetInf

Network of Information

Dự án mạng nội dung NetInf

OVS

Open vSwitch


P2P

Peer-to-Peer

PBR

Potential Based Routing

PIT

Pending Interest Table

Bảng chờ interest

Rx/Tx

Receive/Transmit

Truyền/ nhận tín nhiệu

SAIL

SAVI

Ảo hóa mạng sử dụng phần
mềm
Mạng ngang hàng P2P

Scalable and Adaptive Internet
Solutions

Smart Application on Virtual

Dự án ứng dụng thơng minh

Infrastructure

trên cơ sở hạ tầng ảo hóa
Hạ tầng thiết bị xây dựng

SDI

Software Defined Infrastructure

SDN

Software Defined Network(ing)

TCP

Transmission Control Protocol

UDP

User Datagram Protocol

VANET

Vehicular Ad-hoc Networks

Mạng Ad-hoc


VM

Virtual Machine

Máy ảo

VoCCN

Voice-over-CCN

Thoại trên nền mạng nội dung

VoIP

Voice-over-IP

Thoại trên nền IP

XML

Extensible Markup Language

Ngôn ngữ xml

bằng phần mềm
Hạ tầng mạng xây dựng bằng
phần mềm
Giao thức truyền tín hiệu tin
cậy qua internet

Giao thức truyền tín hiệu
khơng tin cậy qua internet

Trang 7


LỜI NÓI ĐẦU
Mạng Internet ngày nay ngày càng phát triển để truyền lưu lượng nội dung lớn.
Thông thường một nội dung lưu trữ ở một nơi nhưng được truyền đi truyền lại
nhiều lần, qua nhiều nơi, điều này dẫn đến sự lãng phí tài nguyên của mạng
Internet. Mạng hướng đến nội dung (Information-centric networks) là một hệ thống
được thiết kế trên nền mạng Internet hiện tại, cung cấp các cơ chế tối ưu để truyền
nội dung.
Bước đầu trong nghiên cứu em hiểu được các cơ chế của mạng và mô phỏng lại
hoạt động của mạng hướng đến nội dung phục vụ cho việc nghiên cứu sâu hơn
trong tương lai.
Do đề tài là một lĩnh vực mới, bản thân kiến thức cịn nhiều hạn chế nên đề tài khó
tránh khỏi nhiều thiếu sót,em mong nhận được sự góp ý và chỉ bảo của các thầy và
các bạn sinh viên để nội dung đề tài được hoàn thiện và phong phú hơn.
Khi thực hiện đề tài này, em xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong bộ môn Kỹ
thuật thông tin, Viện Điện tử-Viễn thông, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đặc
biệt là PGS TS. Nguyễn Hữu Thanh đã nhiệt tình giúp đỡ em trong quá trình xác
định, tìm hiểu và thực hiện đề tài.
Em xin chân thành cảm ơn!

Trang 8


Chương 1


PHẦN MỞ ĐẦU

1.1 Giới thiệu
Mạng Internet với các cơ chế định tuyến, đánh địa chỉ, DNS .v.v. được thiết kế tối
ưu để truyền dữ liệu ở lớp Internetworking. Tuy nhiên, các nghiên cứu cho thấy
phần lớn các thông tin đang được truyền trong mạng Internet đều là các dịch vụ với
các nội dung hướng đến người sử dụng (như web, video, ảnh, các loại nội dung số
khác). Thông thường một nội dung lưu trữ ở một nơi nhưng được truyền đi truyền
lại nhiều lần, qua nhiều nơi, điều này dẫn đến sự lãng phí tài nguyên của mạng
Internet. Mạng hướng đến nội dung (Information-centric networks) là một hệ thống
được thiết kế trên nền mạng Internet hiện tại, cung cấp các cơ chế tối ưu để truyền
nội dung.
Information Centric Networking (ICN), hay còn gọi là Named Data Networking
(NDN) hoặc Content Centric Networking (CCN), là kiến trúc Internet trong tương
lai trong đó các mơ hình truyền thơng được xây dựng xung quanh Naming (đặt tên
cho thơng tin) thay vì các máy chủ hoặc vị trí của các thơng tin. ICN thiết kế cho
việc định danh, khả năng bảo mật, an toàn thông tin, giữ nguyên được thông tin gốc
ban đầu.
Hiện tại ICN có rất nhiều vấn đề mở cần giải quyết: như giải quyết bài toán đặt tên
Naming cho dữ liệu, các vấn đề về phân dải tên và định tuyến dữ liệu, Các vấn đề
về bộ nhớ đệm Caching và các vấn đề về bảo mật trong mạng ICN.
Trong luận văn này sử dụng mơ hình điện tốn lưu trữ đám mây được xây dựng trên
nền của Internet hiện tại. Với mơ hình này đã giải quyết được vấn đề Naming và
Caching trong mạng ICN.

Trang 9


1.2 Lịch sử nghiên cứu
STT


Thời gian bắt đầu

Nội dung nghiên cứu

1

10/07/2014

Đọc và tìm hiểu tài liệu nghiên cứu

2

15/09/2014

3

04/08/2015

Thiết kế, thử nghiệm và đánh giá
hệ thống
Ghi kết quả và viết báo cáo luận
văn

1.3 Mục đích, đối tượng, phạm vi nghiên cứu
Tồn bộ quá trình nghiên cứu và tìm hiểu đi sâu vào tìm hiểu phần mềm OpenStack
Swift. Là phần mềm cho phép thiết lập ảo hóa lưu trữ dữ liệu. Swift là một phần
trong dự án lớn Openstack hướng đến xây dựng ảo hóa trên nền Internet hiện nay.
Phạm vi nghiên cứu bước đầu ở mức hiểu và xây dựng mô hình thử nghiệm của hệ
thống.Việc thiết lập mơi trường ảo hóa dữ liệu trên nền internet hiện nay giải quyết

được bài toán về truyền dữ liệu lưu lượng lớn qua mạng internet.

1.4 Phương pháp nghiên cứu
Tồn bộ q trình nghiên cứu chủ yếu là đọc và hiểu tài liệu về phần mềm, bước
đầu thiết lập được hệ thống thử nghiệm trong phòng Lab.

1.5 Cấu trúc luận văn
Trong khuân khổ luận văn em xin trình bày thành năm chương như sau:
Chương 2: Tổng quan về mạng ICN
Trong phần này ta sẽ có nhưng khái niệm cơ bản nhất về một hệ thống mạng ICN.
Kiến trúc cũng như những ưu điểm của hệ thống.
Chương 3: Hệ thống lưu trữ đám mây Swift
Swift là một hệ thống lưu trữ đám mây, với dữ liệu được phân tán nhiều nơi. Người
sử dụng sẽ truy nhập tới bản sao thay thế gần nhất. Tăng khả năng truy nhập của
Trang 10


người sử dụng. Trong phần này sẽ giới thiệu chi tiết kiến trúc của một hệ thống
Swift.
Chương 4: Thử nghiệm hệ thống Swift
Trong phần này ta xây dựng một hệ thống thử nghiệm thực tế, thực hiện các bài test
failover, bài test hiệu năng, hay bài test nút thắt cổ chai để đánh giá sự đáp ứng của
hệ thống khi xây dựng một mơ hình triển khai trong thực tế.

Trang 11


Chương 2

TỔNG QUAN VỀ MẠNG ICN


2.1 Giới thiệu
Trong vài thập kỷ qua, Internet đã trở thành một cơ sở hạ tầng thiết yếu của xã hội
hiện đại. Mặc dù thiết kế Internet đơn giản nhưng cũng đã tạo được thành công nhất
định. Hiện nay, do nhu cầu sử dụng lưu lượng mạng Internet ngày càng tăng cao, do
vậy người sử dụng phải đối mặt với nhiều thách thức mới. Ví dụ, một nghiên cứu
mới đây đã ước tính rằng có đến 98% lưu lượng hiện nay của Internet là bao gồm
các dữ liệu liên quan đến phân phối nội dung, mặc dù các thiết kế ban đầu của
Internet dựa trên một mơ hình truyền thơng point-to-point.
Sự sai lệch giữa mục tiêu chức năng và các kiến trúc cơ bản của Internet đã tạo ra
nhiều nỗ lực nghiên cứu. Một trong nhiều cách tiếp cận nhằm hiện thực hóa việc
phân phối nội dung quy mô lớn trên Internet hiện nay là thông qua mạng Peer-toPeer (P2P). Trong một mạng P2P, người sử dụng nội dung cho phép truy cập vào tài
nguyên của nhau chẳng hạn như khả năng tính tốn, lưu trữ, và băng thơng mạng
mà khơng địi hỏi điều khiển tập trung bởi các nhà cung cấp nội dung. Hợp tác giữa
các người sử dụng cho phép nội dung được phân phối không chỉ từ các nhà cung
cấp cho người sử dụng, mà còn giữa người sử dụng với nhau. Các kiến trúc P2P đã
phá tan rào cản giữa server và client trong mơ hình mạng client-server truyền thống,
và sở hữu nhiều ưu điểm như tính sẵn sàng khả năng mở rộng cao. Nghiên cứu gần
đây cũng đã chứng minh rằng thông qua sự hợp tác của các Peer, mọi người có thể
sử dụng các đa dạng nguồn tài nguyên cung cấp bởi mỗi Peer lớn hơn khả năng của
mỗi thành phần tham gia.
Một phương pháp khác là Mạng Phân phối Nội dung (CDN). CDN được thiết kế để
cung cấp dịch vụ chuyển phát nội dung đáng tin cậy và hiệu suất cao cho người sử
dụng nội dung. Có hai phương pháp tiếp cận để đạt được mục tiêu như: phương
pháp Overlay và Network. Trong phương pháp Overlay, nội dung được nhân đôi và
phân phối trên Internet tại nhiều máy chủ riêng biệt. Người dùng yêu cầu các dữ
liệu đang hướng đến các máy chủ thay thế gần nhất và nội dung được phục vụ chỉ đi
Trang 12



qua một phần của Internet. Thiết kế này tách riêng nội dung phân phối từ mạng lõi
cơ sở hạ tầng, cho phép triển khai trực tiếp trên cơ sở hạ tầng Internet hiện có. Các
mơ hình Overlay đã đạt được thành công thương mại của các công ty như Akamai,
Amazon CloudFront và CDNetworks. Trong phương pháp tiếp cận network, các
thiết bị như bộ định tuyến và chuyển mạch (router và switch) được tăng cường để
đưa ra quyết định chuyển tiếp ứng dụng cụ thể. Một ví dụ về phương pháp tiếp cận
Network là Internet Protocol (IP) Multicast.
Nhiều phương pháp được kết hợp tạo ra nhiều sự lựa chọn. Việc sử dụng các
phương pháp P2P trong CDN để cải thiện độ tin cậy và khả năng mở rộng; từ
Distributed Hash Tables (DHT) và kỹ thuật P2P đến mạng lưới phân phối nội dung
publish-subscribe (pub / sub) cho hiệu suất cao; tập trung vào bộ nhớ đệm của nội
dung và truy cập vào hệ thống publish-subscribe như là cách để CDN có hiệu suất
cao.
Tất cả các phương pháp mô tả ở trên tập trung vào thực hiện nâng cao hiệu suất
phân phối trên nền kiến trúc Internet hiện có. Một số phương pháp nêu trên đã khá
thành công trong kinh doanh và nghiên cứu, nhưng không ai trong số họ giải quyết
được những mâu thuẫn giữa việc phân phối nội dung và mơ hình truyền thống
point-to-point của Internet hiện tại. Bởi những hạn chế của kiến trúc Internet, các
nhà nghiên cứu trên thế giới đã đánh giá lại và tái thiết kế Internet ở mức độ thấp
hơn. Nhiều người đã đi đến thống nhất rằng trung tâm của Internet trong tương lai
cần phải được chuyển sang máy chủ (host) sang nội dung (Content), hình thành nền
tảng của Infomation Centric Networking. Infomation Centric Networking (ICN)
mơ tả việc chuyển đổi mơ hình từ việc đánh địa chỉ Host (Host Addressing) bằng
việc đánh địa chỉ Content (Content Naming). Việc truyền thông sẽ được dựa theo
tên của nội dung (Content Naming) thay vì địa chỉ IP của máy chủ (Host).
ICN được đề xuất như là một phương pháp tiếp cận nội dung hiệu quả trên
Internet. Vì mục tiêu cuối cùng của ICN là để phân phối dữ liệu nội dung cho các
người dùng quan tâm trên mạng một cách nhanh chóng và đáng tin cậy, đặc biệt

Trang 13



thông qua là một trong những thước đo quan trọng nhất trong các thông số kỹ thuật
của một hệ thống ICN.
Hiện nay có một khoảng cách rõ ràng giữa hai dòng nghiên cứu liên quan đến ICN
và kết quả thực hiện của nó: một mặt, các nhà nghiên cứu tập trung vào việc cải
thiện hiệu suất của Dự án ICN hiện tại, đề xuất cơ chế mới cho các thành phần cụ
thể của một hệ thống ICN. Kết quả nghiên cứu của họ được xem xét thơng qua việc
phân tích số liệu và mô phỏng. Mặt khác, các nhà nghiên cứu thực hiện xây dựng
testbeds dựa trên những nguyên mẫu ICN với chức năng xác định như mục tiêu
chính của họ.

2.2 Tổng quan mạng ICN
Information Centric Networking (ICN)1, hay còn gọi là Named Data Networking
(NDN) hoặc Content Centric Networking (CCN), là kiến trúc Internet trong tương
lai trong đó các mơ hình truyền thơng được xây dựng xung quanh Naming (đặt tên
cho thơng tin) thay vì các máy chủ hoặc vị trí của các thơng tin. ICN thiết kế cho
việc định danh, khả năng bảo mật, an tồn thơng tin, giữ nguyên được thông tin gốc
ban đầu.

2.3 Ưu điểm của ICN
ICN có nhiều lợi thế hơn các mạng Internet hiện nay do sự thay đổi trọng tâm từ các
host vào tên của thông tin (Naming). Một số trong những điểm chú ý nhất bao gồm:
Hiệu quả phân phối nội dung
Một tính năng chính của ICN là bộ nhớ đệm của nội dung tại các điểm mạng tùy
ý. Đây chính là đặc điểm của việc đặt tên của thông tin (Naming) trong đó mơ tả
chính bản thân nội dung thay vì đường dẫn URL tới các Host. So với các tính năng

1


Tham khảo sách: High Performance Content Centric Networking on Virtual Infrastructure

Trang 14


bộ nhớ đệm hiện có của một số mạng, các bộ nhớ đệm trong ICN được xây dựng
thành các mô hình truyền thơng, và cung cấp sự linh hoạt lớn hơn trong quản lý việc
lưu trữ nội dung. Bộ nhớ đệm của nội dung cho phép phổ biến nội dung hiệu quả
hơn bằng cách phục vụ người dùng với các bản sao gần nhất. Nghiên cứu đã chỉ ra
rằng Đề án ICN có thể cải thiện đáng kể tiện ích băng thông và mạng chậm trễ.
Bảo mật
Việc chuyển đổi mô hình từ các địa điểm máy chủ nội dung cũng đã đẩy mạnh
chiến lược bảo mật mới. Bởi vì nội dung có thể được lấy từ bất kỳ thực thể mạng,
bảo mật được thiết kế để tập trung vào các nội dung chính nó thay vì nơi đặt host và
cách các kênh thơng tin nó đã thu được. Khả năng bảo mật giống như chữ ký điện
tử mỗi gói dữ liệu được đề xuất triển khai. Đây vẫn còn là một lĩnh vực mới trong
nghiên cứu, ICN được cho là an toàn hơn và mạnh mẽ chống lại các mối đe dọa
trong Internet ngày nay, bao gồm giả dạng danh tính và tấn cơng từ chối dịch vụ
(DoS).
Khả năng thích nghi và tính di dộng
Bởi vì các gói dữ liệu trong mạng ICN có thể được lưu tạm thời tại bất kỳ vị trí
mạng nào, ICN có thể được sử dụng để cung cấp khả năng phục hồi các mạng khi
các kết nối hoặc các kênh vật lý bị mất tạm thời.Trong ICN, nếu một yêu cầu đối
với nội dung không thực hiện được do mất mạng tạm thời, các tổ chức phát hành có
thể gửi lại các yêu cầu khi kết nối trở lại. Tùy thuộc vào các thiết lập thời gian chờ
và chính sách bộ nhớ đệm, các nội dung được yêu cầu có thể được lấy ra tại bất kì
một thực thể mạng nào gần hơn nhiều so với các nguồn nội dung ban đầu. Điều này
cho phép một kết nối nhanh hơn và hiệu quả hơn sau khi mất điện xảy ra. Các tính
năng tương tự có thể được sử dụng để hỗ trợ các nút đòi hỏi sự đáp ứng nhanh. Khi
thay đổi điểm truy cập cho một nút mạng, việc kết nối có thể nhanh chóng được

thiết lập vì có thể lấy ra dễ dàng các thơng tin u cầu kết nối trước đó. Một ví dụ
về ứng dụng của ICN trong các mạng có tính mềm dẻo và tính di động cao là yêu
cầu Mạng Vehicular Ad-hoc (VANET).
Hỗ trợ cho các ứng dụng và dịch vụ
Trang 15


Với tất cả các đặc điểm trên, ICN được cho là tốt hơn so với Internet ngày nay. Nội
dung phân phối hiệu quả đảm bảo rằng ICN thực hiện tốt để phân phối nội dung và
thông tin multicast, bảo mật tốt cho phép ICN được sử dụng cho các dịch vụ địi hỏi
tính tồn vẹn dữ liệu cao, khả năng phục hồi và hỗ trợ cho tính di động cho phép
ICN là một lựa chọn khả thi cho Mạng Vehicular Ad-hoc (VANET) và nhiều hơn
nữa.

2.4 Các vấn đề và thách thức trong ICN
Dù cịn nhiều tiềm năng được nhìn thấy trong ICN, nhưng ta cũng đồng ý rằng các
chương trình ICN hiện tại có rất nhiều vấn đề mở cần giải quyết. Một số thách thức
đưa ra về phía Internet bao gồm:
Hỗ trợ cho ứng dụng Point-to-point
Mặc dù phần lớn các lưu lượng truy cập trên Internet ngày nay là để phân phối nội
dung, có rất nhiều ứng dụng mà vốn dĩ bản thân nó đã là point-to-point. Ví dụ trong
các giao dịch tài chính, tin nhắn, và dịch vụ Voice over IP (VoIP), việc trao đổi gói
tin chỉ các host tham gia, và khơng nên lưu trữ vì lý do an ninh. Các nhà nghiên cứu
có đã nhìn vào các mơ hình truyền thơng. Ngun mẫu như Voice-over-CCN
(VoCCN) được xây dựng để chứng minh khả năng của ICN trong việc hỗ trợ các
ứng dụng truyền thống như point-to-point, mặc dù vậy vẫn còn rất nhiều việc phải
làm liên quan đến hiệu năng và bảo mật.
Hiệu suất
Bởi vì Traffic của ICN được đặc trưng bởi 'Naming' nên linh hoạt hơn so với địa chỉ
cố định của máy chủ. Đánh địa chỉ của máy chủ có cơ chế phức tạp hơn là việc

phân giải tên (Naming), định tuyến dữ liệu, và Caching nội dung. Tất cả yếu tố trên
đều ảnh hưởng đến hiệu suất tổng thể của hệ thống bởi vì bất kỳ nút cổ chai nào
trong đường ống có thể làm chậm toàn bộ hệ thống. Ngoài ra, hiệu suất của ICN có
thể vượt xa khỏi khn khổ cơ bản bao gồm một loạt các số liệu như tiêu thụ điện
năng, hiệu quả băng thông, độ trễ, vv
Trang 16


Chất lượng dịch vụ
Chất lượng dịch vụ (QoS) là một thước đo liên quan chặt chẽ đến hiệu suất. QoS
mô tả cách ICN có thể đáp ứng các yêu cầu khác nhau từ các ứng dụng và dịch vụ
khác nhau cần thiết để hỗ trợ được tốt nhất. QoS cũng liên quan đến các vấn đề
khác như quản lý tài nguyên, độ tin cậy, và xác định độ ưu tiên.

2.5 Các dự án ICN trên thế giới
Bởi vì những lợi thế nêu trên, ICN được xem đầy hứa hẹn bởi các nhà nghiên cứu
trên khắp thế giới đối với thiết kế Internet trong tương lai. Nhiều dự án đã phát triển
mạnh mẽ dựa trên các khái niệm cơ bản của ICN. Một số trong những dự án có ảnh
hưởng nhất bao gồm:
•

Data-Oriented Network Architecture (DONA)

•

Content Centric Networking (CCN) nằm trong dự án Named Data Network
(NDN);

•


Publish-Subscribe Internet Routing Paradigm (PSIRP) và Publish-Subscribe
Internet Technology (PURSUIT)

•

Network of Information (NetInf) từ Architecture and Design for the Future
Internet (4WARD) và là một phần của dự án Scalable and Adaptive Internet
Solutions (SAIL);

•

Content Mediator architecture for content-aware nETworks (COMET) tài trợ bởi
EU Framework 7 Programme (FP7);

•

The CONVERGENCE project including the COntent NETworking (CONET).
Dự án cũng được tài trợ bởi FP7;

2.6 Các thành phần chính của một ICN
Mặc dù khái niệm ICN có rất nhiều nhánh nghiên cứu khác nhau nhưng ta có thể
phân loại thành 4 loại dự án như sau:
Đặt tên( Naming)
Đặt tên (Naming) mô tả định dạng của tên nội dung và cách chúng được kết hợp với
các mảnh nội dung mà được họ mô tả. Số liệu chính của một chương trình đặt tên
Trang 17


bao gồm: hệ thống phân cấp có cấu trúc, dễ đọc bởi con người, dựa trên các bộ ký
tự có sẵn, tính linh hoạt, và khả năng mở rộng. Căn cứ vào các cơng ước đặt tên, các

thuật tốn khác nhau được tạo ra nhằm tìm kiếm những cái tên có tính liên kết, tính
phân phối và khả năng xác nhận. Đặt tên (Naming) đó chính là nền tảng của ICN,
nó ảnh hưởng sâu sắc đến việc thiết kế và hiệu năng của các thành phần khác trong
hệ thống.

Hình 2.1: Mơ hình đặt tên Naming
Phân dải tên và định tuyến dữ liệu
Phân giải tên được hiểu là các thực thể mạng trong một ICN được đặt tên như thế
nào. Nó xác định cho bất kỳ các mảnh thông tin nào được đặt, dù thông tin ở gốc
của nguồn nội dung hay bất kỳ vị trí lưu trữ như thế nào. Nó cũng phải có khả năng
xử lý các thay đổi (xóa, bổ sung) của tên nội dung trong một ICN. Trong khi độ
phân giải tên thường hướng về nơi tìm thấy nội dung yêu cầu, định tuyến dữ lên

bị xóa sẽ được

node bị xóa sẽ

khi chưa có sự

replica

storage node

move vào

được move vào

thay đổi

khác bị


quaratium.

quaratium.

corupt

Object trên

Object trên

Storage Node

Storage Node

còn lại sẽ

còn lại sẽ

checksum, Nếu

checksum, Nếu

dữ liệu chuẩn, nó

dữ liệu chuẩn,

sẽ copy sang

nó sẽ copy sang


storage node bị

storage node bị

corupt. Cịn

corupt. Cịn

Storage Node có

Storage Node

object bị xóa sẽ

có object bị xóa

khơng phát hiện

sẽ khơng phát

được là đã bị xóa

hiện được là đã

OK

Vẫn download

bị xóa

6

Corrupt
data: khi 1

1 object bị

Khi đó replicas

Khi đó replicas

bị corrupt trên

bị corrupt trên

OK

Vẫn download
được object gốc

object bị đổi đổi tên sau đó một Storage node một Storage

khi chưa có sự

tên sau đó 1

1 object trên

sẽ được move


node sẽ được

thay đổi

object trên

storage node

vào thư mục

move vào thư

storage node khác bị

quaratium. 2 con

mục quaratium.

khác bị

storage node cịn

2 con storage

lại có các bản

node cịn lại có

replicas với tên


các bản replicas

khác nhau. Lúc

với tên khác

corrupt

corrupt

Trang 57


TestID Description

Steps

Verification

Expectation

đó tiến trình

nhau. Lúc đó

auditor sẽ xem

tiến trình

đây là 2 bản


auditor sẽ xem

replicas của hai

đây là 2 bản

Result

Notes

Object khác nhau replicas của hai
và được nhân

Object khác

bản ra 3 replicas

nhau và được

trên 3 Strorage

nhân bản ra 3

Node

replicas trên 3
Strorage Node

7


Data Lost

Đổi tên/xóa 1

Phát hiện ra thay

Phát hiện ra

trong 3 bản

đổi và thay thế

thay đổi và thay OK

phát hiện thay đổi.

replica

bằng bản mới

thế bằng bản

Dây là một bug

mới

chưa được fix của

NOT


Auditor không

Openstack swift.
Link tham khảo:
nsta
ck.org/en/question
/46906/swiftreplication-issue/
nc
hpad.net/swift/+b
ug/971914
nc
hpad.net/swift/+b
ug/1281561

Trang 58


4.5.2

Storage Node Lỗi

Bài test mô tả Storage Node trong hệ thống gặp vấn đề khi bị tách ra khỏi hệ
thống. Có rất nhiều tình huống xảy ra dẫn dến storage node bị fail. Có thể là Dây
mạng lỏng, đứt, Switch hoặc cổng trên Switch nối với strorage node chết, service
swift chết. Đôi khi do phần cứng của Storage node gặp vấn đề (RAM, CPU,
MAINBOARD, SUPPLY…), hay đơn giản là Storage node bị tắt đi để nâng cấp
hệ thống.
Sơ đồ mô tả như sau :


Layer 3 link

Router1

Switch Core1
(EX cloud sw)
192.168.99.1
ROOT
4118.b0:c6:9a:67:6a:80

Keystone controller

Router2

Switch Core2
(EX 4200 sw)
192.168.99.2
DR
9198.00:23:9c:1e:40:80

Port bổ sung:
Vlan 1006: ge1,4-7
Vlan 22: ge2-3,8-11
ge44
Access vlan 22

Access vlan 22

ge46


ge
9

Load balancer1

ge47
Trunk vlan 22+1006

Ge46
BLK

ge3
ge2
ge45

ge1

g42

Load balancer2

Access vlan 1006

Storage Node Fail

E4
BL 4
K

P23


Proxy1

P24

Switch access1
(SMC switch)

e4

3

Proxy2
118.107.67.253

Switch access2
(HP sw)

Storage 3
Storage 1

Interface 1Gb/s
Bonding interface
Vlan private/internal cluster
(vlan id : 1006)

Storage 4
Storage 2

Vlan Public

(vlan id : 22)
Trunk interface

Region 1
Storage 5

Storage Node Fail

Region 2

Hiǹ h 4.4: Trường hợp server máy chủ lỗi

Trang 59

STP inactive link


Bảng 4.3: Kết quả Test Server máy chủ lỗi
TestID Description Steps
1

Verification

Expectation

Result

Notes

OK


Ghi dữ liệu

1 Storage

Là trường

Ghi dữ liệu vào

Nó sẽ khơng

node fail

hợp tổng

3 storage node,

replicate bản

vào 3

trong khi

quan của

1 node fail. Nó

thay thế sang

storage


đang ghi dữ

các trường

sẽ tiếp tục ghi

storage node

node, 1 node

liệu

hợp cụ thể

vào 2 Storage

khác

fail. Nó sẽ

bên dưới (có node cịn lại đến

tiếp tục ghi

TestID là 2

khi hồn thành

vào 2


3 4) khi dữ

và sẽ replicate ra

Storage

liệu đang

bản thứ 3 khi

node còn lại

được ghi mà storage node fail

đến khi

storage node hoạt động trở lại

hồn thành

gặp vấn dề

.Nó sẽ khơng

và sẽ

replica bản thay

replicate ra


thế tam thời

bản thứ 3

sang storage

khi storage

node khác

node fail
hoạt động
trở lại. Nó
sẽ khơng
replica bản
thay thế
khác

2

Shutdown

Shutdown -h Với dữ liệu đang Với dữ liệu
now /reboot

được lưu trữ,

đang được lưu


tiến trình replica

trữ, tiến trình

sẽ khơng hoạt

replica sẽ

Trang 60

OK


TestID Description Steps

Verification

Expectation

động, Storage

khơng hoạt

chỉ có 2 bản

động, Storage

replica trên hệ

chỉ có 2 bản


thống, nó khơng

replica trên hệ

tự động tạo ra 1

thống, nó

bản thay thế

khơng tự động

Với dữ liệu mới,

tạo ra 1 bản

nó sẽ tạo ra 3

thay thế

bản replica, khi

Với dữ liệu

Storage node

mới, nó sẽ tạo

fail hoạt động


ra 3 bản

trở lại nó sẽ

replica, khi

được replicate

Storage node

Result

dữ liệu mới sang fail hoạt động
và xóa bản thứ 4

trở lại nó sẽ

trên Storage

được replicate

node backup.

dữ liệu mới
sang và xóa
bản thứ 4 trên
Storage node
backup.


3

Giật dây

Disable

- Đọc: sẽ lấy dữ

- Đọc: sẽ lấy

mạng

cổng mạng

liệu từ 2 bản

dữ liệu từ 2

bond0

replica còn lại

bản replica còn

- Ghi :

lại

Với dữ liệu đang - Ghi :
có, tiến trình


Với dữ liệu

replica sẽ khơng

đang có, tiến

Trang 61

OK

Notes


TestID Description Steps

Verification

Expectation

hoạt động,

trình replica sẽ

Object chỉ có 2

khơng hoạt

bản replica trên


động, Object

hệ thống, nó

chỉ có 2 bản

khơng tự động

replica trên hệ

Result

Notes

OK

Vì nếu tiến

tạo ra 1 bản thay thống, nó
thế.

khơng tự động

Với dữ liệu mới,

tạo ra 1 bản

nó sẽ tạo ra 3

thay thế.


bản replica, khi

Với dữ liệu

Storage node

mới, nó sẽ tạo

fail hoạt động

ra 3 bản

trở lại nó sẽ

replica, khi

được replicate

Storage node

dữ liệu mới sang fail hoạt động
và xóa bản thứ 4

trở lại nó sẽ

trên Storage

được replicate


node backup.

dữ liệu mới
sang và xóa
bản thứ 4 trên
Storage node
backup.

4

Service

swift-init all

Với dữ liệu đang Với dữ liệu

Stop

stop

có, tiến trình

đang có, tiến

hành

replica sẽ khơng

trình replica sẽ


replication

hoạt động,

khơng hoạt

thì dữ liệu

Object chỉ có 2

động, Object

cần đồng bộ

bản replica trên

chỉ có 2 bản

sẽ rất lớn

Trang 62


TestID Description Steps

Verification

Expectation

Result


Notes

hệ thống, nó

replica trên hệ

ảnh hưởng

khơng tự động

thống, nó

đến băng

tạo ra 1 bản thay khơng tự động

thơng, tải

thế.

tạo ra 1 bản

trên server.

Với dữ liệu

thay thế.

Storage


mới.nó sẽ tạo ra

Với dữ liệu

node ở trạng

3 bản replica,

mới, nó sẽ tạo

thái

khi Storage node ra 3 bản

unreponsibl

fail hoạt động

replica, khi

e đối với các

trở lại nó sẽ

Storage node

node cịn lại

được replicate


fail hoạt động

trong hệ

dữ liệu mới sang trở lại nó sẽ

thống. Từ

và xóa bản thứ 4

được replicate

đố hệ thống

trên Storage

dữ liệu mới

sẽ qui hoạch

node backup.

sang và xóa

lại để

bản thứ 4 trên

Storage


Storage node

node khác

backup.

lưu tạm một
replicas khi
upload dữ
liệu mới cho
đến khi
storage node
lỗi được
phục hồi trở
lại

Trang 63