ارائه یک معماری جدید مجازی­سازی شبکه مراکزداده همراه با تضمین کیفیت خدمات ارائه دهنده : آزاده قادری استاد راهنما: دکتر کیارش میزانیان استاد مشاور: دکتر فضل الله ادیب نیا اساتید داور : دکتر مهدی آقاصرام دکتر قاسم میرجلیلی اسفند 1392

فهرست مطالب مقدمه تعریف برخی مفاهیم کلیدی انواع توپولوژی‌های فیزیکی شبکه مراکز داده تفاوت مجازی‌سازی شبکه مراکز داده و مجازی‌سازی شبکه ISP رویکردهای مجازی سازی شبکه در مراکز داده معماری‌های پیشین پیاده‌سازی جهت‌گیری‌های تحقیقاتی آینده نتیجه‌گیری

جهت‌گیری‌های تحقیقاتی آینده نتیجه‌گیری پیاده‌سازی معماری‌های پیشین مفاهیم اولیه مجازی‌سازی شبکه مرکزداده مقدمه Yazd University ارائه یک معماری جدید مجازی­سازی شبکه مراکزداده همراه با تضمین کیفیت خدمات 3/27

تعریف برخی مفاهیم مجازی‌سازی شبکه مراکز داده جهت‌گیری‌های تحقیقاتی آینده نتیجه‌گیری پیاده‌سازی معماری‌های پیشین مفاهیم اولیه مجازی‌سازی شبکه مرکزداده مقدمه تعریف برخی مفاهیم مجازی‌سازی شبکه مراکز داده مرکز داده مرکزی متشکل از سرورها دستگاه­های ذخیره­سازی تجهیزات شبکه سیستم­های توزیع برق سیستم­های خنک­کننده مجموعه­ای از منابع شبکه­ای مجازی: همانندگره­های مجازی و لینک مجازی زیرساخت­ ارتباطی مورد استفاده در یک مرکز داده برای اتصال بخش­های مختلف شبکه مرکز داده مرکز داده­ای که در آن برخی یا تمام سخت­افزارها مجازی شده است مجموعه­ای از منابع مجازی که از طریق لینک مجازی متصل است با توپولوژی شبکه تجهیزات مسیریابی/سوئیچینگ پروتکل­های مورد استفاده مرکز داده مجازی‌شده مرکز داده مجازی شبکه مجازی Yazd University ارائه یک معماری جدید مجازی­سازی شبکه مراکزداده همراه با تضمین کیفیت خدمات 4/27

انواع توپولوژی­های فیزیکی مرکز داده جهت‌گیری‌های تحقیقاتی آینده نتیجه‌گیری پیاده‌سازی معماری‌های پیشین مفاهیم اولیه مجازی‌سازی شبکه مرکزداده مقدمه انواع توپولوژی­های فیزیکی مرکز داده توپولوژی متعارف شبکه مراکزداده 3 ردیفه توپولوژی Fat-Tree توپولوژی BCube توپولوژی Clos معماری DCell Yazd University ارائه یک معماری جدید مجازی­سازی شبکه مراکزداده همراه با تضمین کیفیت خدمات 5/27

تفاوت‌های مجازی سازی شبکه‌های اینترنتی مجازی سازی شبکه مراکز داده جهت‌گیری‌های تحقیقاتی آینده نتیجه‌گیری پیاده‌سازی معماری‌های پیشین مفاهیم اولیه مجازی‌سازی شبکه مرکزداده مقدمه تفاوت‌های مجازی سازی شبکه‌های اینترنتی مجازی سازی شبکه مراکز داده منابع تعداد گره­ها توزیع­ گره‌ها توپولوژی­ها Yazd University ارائه یک معماری جدید مجازی­سازی شبکه مراکزداده همراه با تضمین کیفیت خدمات 6/27

رویکردهای مجازی سازی شبکه در مراکز داده ابزارهای مجازی‌سازی شبکه جهت‌گیری‌های تحقیقاتی آینده نتیجه‌گیری پیاده‌سازی معماری‌های پیشین مفاهیم اولیه مجازی‌سازی شبکه مرکزداده مقدمه تعادل بار IntServ DiffServ مجازی‌سازی لینک Traffic Profiling رویکردهای مجازی سازی شبکه در مراکز داده کنترل پذیرش ادغام دستگاه ابزارهای مجازی‌سازی شبکه نمونه­سازی دستگاهی اضافه کردن یک لایه شبکه‌های پوشش اصلاح یک لایه Yazd University ارائه یک معماری جدید مجازی­سازی شبکه مراکزداده همراه با تضمین کیفیت خدمات 7/27

کیفیت خدمات ارائه سرویس‌های متفاوت سرویسهای متمایز به جهت‌گیری‌های تحقیقاتی آینده نتیجه‌گیری پیاده‌سازی معماری‌های پیشین مفاهیم اولیه مجازی‌سازی شبکه مرکزداده مقدمه سرویسهای متمایز ارائه سرویس‌های متفاوت به برنامه­های کاربردی مختلف کیفیت خدمات اطمینان از کارایی مدیریت و رسیدگی به پهنای­باند، گم شدن بسته­ها، تاخیر و ... Yazd University ارائه یک معماری جدید مجازی­سازی شبکه مراکزداده همراه با تضمین کیفیت خدمات 8/27

معماری‌های پیشین Data Center Seawall (2011) Diverter (2009) ClouadNass جهت‌گیری‌های تحقیقاتی آینده نتیجه‌گیری پیاده‌سازی معماری‌های پیشین مفاهیم اولیه مجازی‌سازی شبکه مرکزداده مقدمه Data Center Seawall (2011) Diverter (2009) ClouadNass (2011) NetLord (2009) GateKeeper (2011) معماری‌های پیشین VICTOR (2009) Oktopus (2011) VL2 (2009) NetShare (2010) PortLand (2009) SecondNet (2010) SEC2 (2010) SPAIN (2010) Yazd University ارائه یک معماری جدید مجازی­سازی شبکه مراکزداده همراه با تضمین کیفیت خدمات 9/27

Core layer Aggregation layer Edge layer Server جهت‌گیری‌های تحقیقاتی آینده نتیجه‌گیری پیاده‌سازی معماری‌های پیشین مفاهیم اولیه مجازی‌سازی شبکه مرکزداده مقدمه Core layer Aggregation layer Edge layer Server Yazd University ارائه یک معماری جدید مجازی­سازی شبکه مراکزداده همراه با تضمین کیفیت خدمات 10/27

شبکه‌های با اولویت بالا جهت‌گیری‌های تحقیقاتی آینده نتیجه‌گیری پیاده‌سازی معماری‌های پیشین مفاهیم اولیه مجازی‌سازی شبکه مرکزداده مقدمه بازی‌های آنلاین تجارت آنلاین اطلاعات نظامی IPTV شبکه‌های با اولویت بالا شبکه‌های حساس به تاخیر شبکه‌های چندپخشی شبکه‌های حساس به امنیت زیرساخت مجازی زیرساخت فیزیکی زیرساخت مجازی زیرساخت مجازی Yazd University ارائه یک معماری جدید مجازی­سازی شبکه مراکزداده همراه با تضمین کیفیت خدمات 11/27

شبکه‌های مجازی زیرساخت فیزیکی جهت‌گیری‌های تحقیقاتی آینده نتیجه‌گیری پیاده‌سازی معماری‌های پیشین مفاهیم اولیه مجازی‌سازی شبکه مرکزداده مقدمه شبکه‌های مجازی زیرساخت فیزیکی Yazd University ارائه یک معماری جدید مجازی­سازی شبکه مراکزداده همراه با تضمین کیفیت خدمات 12/27

جهت‌گیری‌های تحقیقاتی آینده نتیجه‌گیری پیاده‌سازی معماری‌های پیشین مفاهیم اولیه مجازی‌سازی شبکه مرکزداده مقدمه Click یک معماری و نرم­افزار ماژولار برای ساخت مسیریاب­های قابل پیکربندی و انعطاف­پذیر FromDevice(eth0) Counter ToDevice(eth1) Yazd University ارائه یک معماری جدید مجازی­سازی شبکه مراکزداده همراه با تضمین کیفیت خدمات 13/27

کلیک جهت‌گیری‌های تحقیقاتی آینده نتیجه‌گیری پیاده‌سازی معماری‌های پیشین مفاهیم اولیه مجازی‌سازی شبکه مرکزداده مقدمه کلیک Yazd University ارائه یک معماری جدید مجازی­سازی شبکه مراکزداده همراه با تضمین کیفیت خدمات 14/27

تکنیک‌های صف‌بندی و زمات‌بندی بر اساس سرویس جهت‌گیری‌های تحقیقاتی آینده نتیجه‌گیری پیاده‌سازی معماری‌های پیشین مفاهیم اولیه مجازی‌سازی شبکه مرکزداده مقدمه R3 مدیریت صف بر اساس سرویس تکنیک‌های صف‌بندی و زمات‌بندی بر اساس سرویس پیام‌های مسیریابی کلاس بندی زمانبندی ‌بسته‌ها‎ VR1 پورت1 صف VR1 جدول مسیریابی VR1 پورت2 صف VR1 بافر VR1 صف خروجی 1 پورت3 صف VR1 VR2 پورت1 صف VR2 جدول مسیریابیVR صف خروجی 2 صف ورودی کلاس بندی بافر VR2 پورت2 صف VR2 پورت3 صف VR2 RM VR3 پورت1 صف VR3 صف خروجی 3 جدول مسیریابی VR3 پورت2 صف VR3 بافرVR3 پورت3 صف VR3 IP header IP payload Yazd University ارائه یک معماری جدید مجازی­سازی شبکه مراکزداده همراه با تضمین کیفیت خدمات 15/27

ی VR 1 VR 1 VR 1 VR 2 VR 2 VR 2 P P VR 1 VR 1 VR 1 VR 2 VR 2 VR 2 VR 1 جهت‌گیری‌های تحقیقاتی آینده نتیجه‌گیری پیاده‌سازی معماری‌های پیشین مفاهیم اولیه مجازی‌سازی شبکه مرکزداده مقدمه ی VR 1 VR 1 VR 1 کلاس‌بندی VR 2 VR 2 VR 2 P P فرستنده گیرنده برنامه کاربردی برچسب‌زنی VR 1 VR 1 VR 1 VR 2 VR 2 VR 2 روتر مجازی 1 (حساس بهDelay) روتر مجازی 2 (حساس به Loss) VR 1 لینک فیزیکی لینک مجازی(حساس بهDelay) لینک مجازی (حساس به Loss) VR 2 Yazd University ارائه یک معماری جدید مجازی­سازی شبکه مراکزداده همراه با تضمین کیفیت خدمات 16/27

در مجموع 10000 بسته ارسال می­شود. زمان­بند WRR جهت‌گیری‌های تحقیقاتی آینده نتیجه‌گیری پیاده‌سازی معماری‌های پیشین مفاهیم اولیه مجازی‌سازی شبکه مرکزداده مقدمه جزئیات نتایج آزمایشات بسته­های 64 بایتی نرخ: P/s1000 در مجموع 10000 بسته ارسال می­شود. زمان­بند WRR مدیریت پویای صف AdaptiveRED Yazd University ارائه یک معماری جدید مجازی­سازی شبکه مراکزداده همراه با تضمین کیفیت خدمات 17/27

جزئیات نتایج آزمایشات متوسط از دست دادن بسته متوسط تاخیر جهت‌گیری‌های تحقیقاتی آینده نتیجه‌گیری پیاده‌سازی معماری‌های پیشین مفاهیم اولیه مجازی‌سازی شبکه مرکزداده مقدمه جزئیات نتایج آزمایشات   متوسط از دست دادن بسته متوسط تاخیر درصد بهبود متوسط از دست دادن بسته نسبت به حالت معمولی میزان بهبود متوسط تاخیر نسبت به حالت معمولی بسته­های حساس به از دست دادن بسته 2.7% ms77.4 51.78% ms 29.1- بسته­های حساس به تاخیر 11.5% ms 20.3 87.5%- ms 28 Yazd University ارائه یک معماری جدید مجازی­سازی شبکه مراکزداده همراه با تضمین کیفیت خدمات 17/27

ابعاد کیفیت خدمات در شبکه مراکز داده جهت‌گیری‌های تحقیقاتی آینده نتیجه‌گیری پیاده‌سازی معماری‌های پیشین مفاهیم اولیه مجازی‌سازی شبکه مرکزداده مقدمه پشتیبانی از ابعاد مختلف کیفیت خدمات در معماری­های پیشنهادی معماری ابعاد کیفیت خدمات در شبکه مراکز داده دسترس پذیری از دست دادن بسته­ها تاخیر سودمندی تضمین پهنای باند   کارایی Oktopus - * SecondNet Gatekeeper + CloudNaaS معماری پیشنهادی ما + وابسته به پیاده­سازی * پشتیبانی - عدم­پشتیبانی Yazd University ارائه یک معماری جدید مجازی­سازی شبکه مراکزداده همراه با تضمین کیفیت خدمات 18/27

مزایای معماری پیشنهادی جهت‌گیری‌های تحقیقاتی آینده نتیجه‌گیری پیاده‌سازی معماری‌های پیشین مفاهیم اولیه مجازی‌سازی شبکه مرکزداده مقدمه عدم وابستگی به توپولوژی فیزیکی خاص افزایش قابلیت توسعه استقلال ترافیک‌های مختلف ایزوله­سازی استفاده از مزایای مسیریابی کیفیت خدمات آگاه صرفه­جویی در منابع و وقت مسیریابی کیفیت‌خدمات‌آگاه ساده مزایای معماری پیشنهادی افزونگی شبکه تحمل خطا مسیریابی متفاوت بسته ها مسیریابی چندمسیره تعادل بار استفاده بهینه از منابع مجازی­سازی مسیریاب­ها مجازی­سازی مسیریاب­ها سهولت توسعه و مقیاس­پذیری بالا Yazd University ارائه یک معماری جدید مجازی­سازی شبکه مراکزداده همراه با تضمین کیفیت خدمات 19/27

ترکیب معماری پیشنهادی و معماریGatekeeper جهت‌گیری‌های تحقیقاتی آینده نتیجه‌گیری پیاده‌سازی معماری‌های پیشین مفاهیم اولیه مجازی‌سازی شبکه مرکزداده مقدمه ترکیب معماری پیشنهادی و معماریGatekeeper Yazd University ارائه یک معماری جدید مجازی­سازی شبکه مراکزداده همراه با تضمین کیفیت خدمات ا20/27

ترکیب معماری پیشنهادی و معماریGatekeeper جهت‌گیری‌های تحقیقاتی آینده نتیجه‌گیری پیاده‌سازی معماری‌های پیشین مفاهیم اولیه مجازی‌سازی شبکه مرکزداده مقدمه ترکیب معماری پیشنهادی و معماریGatekeeper Yazd University ارائه یک معماری جدید مجازی­سازی شبکه مراکزداده همراه با تضمین کیفیت خدمات 21/27

دلایل انتخاب ایده معماری Gatekeeper جهت‌گیری‌های تحقیقاتی آینده نتیجه‌گیری پیاده‌سازی معماری‌های پیشین مفاهیم اولیه مجازی‌سازی شبکه مرکزداده مقدمه دلایل انتخاب ایده معماری Gatekeeper تضمین پهنای باند از سوی دریافت و ارسال عملکرد معماری Gatekeeper با معماری پیشنهادی ما تداخلی ندارد این معماری باعث شیفت گلوگاه از سطح مرکزی شبکه مرکز داده به لبه مراکز داده می­شود که این باعث تقسیم بارکاری برای پشتیبانی از انواع ابعاد کیفیت خدمات بین مرکز و لبه شبکه یک مرکز داده می­شود. وهمچنین معماری‌های دیگر نیز به توپولوژی فیزیکی وابسته است. Yazd University ارائه یک معماری جدید مجازی­سازی شبکه مراکزداده همراه با تضمین کیفیت خدمات 22/27

منابع M. Bari, R. Boutaba, R. Esteves, L. Granville, M. Podlesny, M. Rabbani, Q. Zhang, and F. Zhani, “Data center network virtualization: A survey”, Communications Surveys & Tutorials IEEE,vol 15, pp 909 - 928 , 2012. Theophilus Benso, Aditya Akella, and David A. Maltz, “Network Traffic Characteristics of Data Centers in the Wild” , in ACM SIGCOMM , pp 267-280, 2010. H. Ballani, P. Costa, T. Karagiannis, and A. Rowstron, “Towards Predictable Datacenter Networks,” in Proceedings ACM SIGCOMM, pp 242-253, August 2011. M. Chowdhury and R. Boutaba, “A Survey of Network Virtualization,” Computer Networks, vol. 54, no. 5, pp. 862–876, 2010. W. Zhao, D. Olshefski, and H. Schulzrinne. “Internet Quality of Service: An Overview” , Technical Report CUCS-003-00, Department of Computer Science, Columbia University, February 2000. H. J. Leen, M. S. Kim, J. W. Hong and G. H. Lee, ”QoS parameters to network performance metrics mapping for SLA monitoring”, KNOM Rev. 5 (2) ,2002.

منابع C. Guo, G. Lu, H. Wang, S. Yang, C. Kong, P. Sun, W. Wu, and Y. Zhang, “SecondNet: A Data Center Network Virtualization Architecture with Bandwidth Guarantees,” in Proceedings ACM CoNEXT, 2010. T. Benson, A. Akella, A. Shaikh, and S. Sahu, “CloudNaaS: A Cloud Networking Platform for Enterprise Applications,” in Proceedings ACM SOCC, June 2011. H. Rodrigues, J. R. Santos, Y. Turner, P. Soares, and D. Guedes, “Gatekeeper: Supporting Bandwidth Guarantees for Multi-tenant Datacenter Networks,” in Proceedings WIOV, June 2011. J. Mudigonda, P. Yalagandula, B. Stiekes, and Y. Pouffary, “NetLord: A Scalable Multi-Tenant Network Architecture for Virtualized Datacenters,” in Proceedings ACM SIGCOMM, vol. 41, pp. 62-73, 2011. A. Edwards, F. A, and A. Lain, “Diverter: A New Approach to Networking Within Virtualized Infrastructures,” in Proceedings ACM WREN, pp. 103-110 , 2009. J. Mudigonda, P. Yalagandula, M. Al-Fares, and J. Mogul, “SPAIN:COTS Data-Center Ethernet for Multipathing over Arbitrary Topologies,” in Proceedings ACM USENIX NSDI, April 2010.

منابع P. Rygielski, S. Kounev, “Network Virtualization for QoS-Aware Resource Management in Cloud Data Centers A Survey” ”, PIK — Praxis der Informationsverarbeitung und Kommunikation, 36(1),2013. Y. Zhang, C. Wang and Y. Gao, “A Virtualized Network Architecture for Improving QoS”, I.J. Information Engineering and Electronic Business, pp. 17-24, 2009. “The click madoular router project”, http://www.read.cs.ucla.edu/click/ , E. Guillen, A. María, E. P. Estupiñán “Performance Analysis over Software Router vs Hardware Router A Practical Approach”, Proceedings of the World Congress on Engineering and Computer Science WCECS, vol. 2, pp. 24-26, 2012. E. Kohler , “The Click Modular Router”, thises of Doctor , Philosophy Massachusetts Institute of Technology , February 2001. A. Greenberg, J. Hamilton, N. Jain, S. Kandula, C. Kim, P. Lahiri, D. Maltz, P. Patel, and S. Sengupta, “VL2: A Scalable and Flexible Data Center Network,” in Proceedings ACM SIGCOMM, vol. 39, pp. 51-62, August 2009. A. Shieh, S. Kandulaz, A. Greenberg, C. Kim, and B. Saha, “Sharing the Data Center Network,” in Proceedings USENIX NSDI, 2011.

با تشکر از توجه شما