Tìm kiếm tài liệu miễn phí

Mở rộng các chức năng giả lập hình trạng mạng trong Mininet

Bài viết Mở rộng các chức năng giả lập hình trạng mạng trong Mininet trình bày công nghệ Mạng điều khiển bằng phần mềm (Software Defined Networking) hứa hẹn mở ra một tương lai tươi sáng mới cho mạng IP. Hiện nay, có rất nhiều nghiên cứu đang được tiến hành. Tuy nhiên, chỉ có một số ít framework hỗ trợ sự giả lập và thực hiện để đánh giá kết quả nghiên cứu,... Mời các bạn cùng tham khảo.



Đánh giá tài liệu

0 Bạn chưa đánh giá, hãy đánh giá cho tài liệu này


  • 5 - Rất hữu ích 0

  • 4 - Tốt 0

  • 3 - Trung bình 0

  • 2 - Tạm chấp nhận 0

  • 1 - Không hữu ích 0

Mô tả

J. Sci. & Devel. 2015, Vol. 13, No. 6: 999-1007

Tạp chí Khoa học và Phát triển 2015, tập 13, số 6: 999-1007
www.vnua.edu.vn

MỞ RỘNG CÁC CHỨC NĂNG GIẢ LẬP HÌNH TRẠNG MẠNG TRONG MININET
Đào Như Ngọc1, Phạm Quang Dũng2*
1

Trường Khoa học và Kỹ thuật Máy tính, Đại học Chung - Ang, Hàn Quốc
2
Khoa Công nghệ Thông tin, Học viện Nông nghiệp Việt Nam
Email*: pqdung.hau1@gmail.com

Ngày gửi bài: 22.07.2015

Ngày chấp nhận: 03.09.2015
TÓM TẮT

Công nghệ Mạng điều khiển bằng phần mềm (Software Defined Networking) hứa hẹn mở ra một tương lai tươi
sáng mới cho mạng IP. Hiện nay, có rất nhiều nghiên cứu đang được tiến hành. Tuy nhiên, chỉ có một số ít
framework hỗ trợ sự giả lập và thực hiện để đánh giá kết quả nghiên cứu. Trong số đó, Mininet là một trong những
công cụ phổ biến nhất bởi tính mở, miễn phí và hỗ trợ đầy đủ giao thức Openflow phiên bản mới nhất. Mặc định,
Mininet giúp tạo một mạng SDN điển hình chạy độc lập cùng với các máy trạm yếu chỉ có các chức năng cơ bản.
Trong bài báo này, chúng tôi đóng góp những chức năng mở rộng của chức năng giả lập hình trạng mạng trong
Mininet dựa trên Virtualbox. Những chức năng được mở rộng bao gồm: hỗ trợ kết nối Internet, các máy trạm cài hệ
điều hành độc lập với Mininet, bộ điều khiển định tuyến chuẩn và log quá trình xử lý luồng dữ liệu tự động. Các chức
năng bổ sung này sẽ mang đến sự đơn giản và thuận tiện cho các hoạt động nghiên cứu và đào tạo về công nghệ
mạng SDN.
Từ khóa: Mạng điều khiển bằng phần mềm, Mininet, hình trạng mạng.

Function Expansion of Network Topology in Mininet
ABSTRACT
The Software Defined Networking technology promises a bright future to IP network. Many researches have
been being conducted. However, until now there are only a few frameworks supporting emulation and implementation
to verify the research. Mininet is one of the most popular tools because of the openness, cost effectiveness, and full
Openflow support. By default, Mininet helps to create a standalone typical SDN network along with lightweight clients.
In this paper, we explore the extended functions of network topology emulation in Mininet based on Virtualbox, such
as Internet connection, independent OS clients, standard routing controller, and automatic flow logging. Therefore, it
brings about an easier and convenient facility to research and training.
Keywords: Mininet, Openflow, SDN.

1. GIỚI THIỆU
Công nghệ thông tin và truyền thông đưa
loài người đến cuộc sống tiện nghi hơn và ngược
lại những yêu cầu của loài người thúc đẩy công
nghệ phát triển nhanh chóng. Để thỏa mãn
những yêu cầu cao về chất lượng dịch vụ, công
nghệ mạng phải có khả năng hỗ trợ một cơ sở hạ
tầng có tốc độ nhanh, an toàn, linh hoạt và kinh
tế. Cho đến nay, Mạng điều khiển bằng phần
mềm (SDN) cùng với giao thức Openflow được

cho là ứng cử viên sáng giá đảm bảo được các
yêu cầu này. Công nghệ SDN và giao thức
Openflow đã ảnh hưởng tới tất cả khía cạnh của
mạng IP: từ tầng truy cập đến tầng lõi, từ môi
trường hộ gia đình đến doanh nghiệp, từ khía
cạnh quản lý đến an toàn thông tin. Tuy nhiên,
công nghệ SDN hiện vẫn chưa hoàn chỉnh, còn
rất nhiều dự án đang tiếp tục được nghiên cứu.
Vì vậy, các công cụ đánh giá có vai trò rất quan
trọng đối với các nhà nghiên cứu để kiểm tra kết
quả trước khi công bố công trình của mình.

999

Mở rộng các chức năng giả lập hình trạng mạng trong Mininet

Một trong những công cụ phổ biến nhất là
Mininet. Đó là một chương trình giả lập có khả
năng tạo mạng SDN nhanh chóng. Mininet hỗ
trợ tất cả các tác vụ thực tế cần cho hoạt động
nghiên cứu, phát triển và học tập. Dựa trên
nhân Linux 2.2.26, nó sử dụng sự ảo hóa theo
tiến trình để cung cấp các tiến trình độc lập cho
các máy trạm, thiết bị chuyển mạch, bộ điều
khiển và các liên kết ảo. Mã thật có thể được
chạy mà không cần bất kỳ sự thay đổi nào.
Mininet hỗ trợ cài đặt dễ dàng toàn bộ thử
nghiệm mạng trong môi trường ảo hóa của các
công cụ như VMWare hay Virtualbox cho hệ
điều hành Mac/Windows/Linux. Tuy nhiên theo
mặc định, bộ thư viện minh họa của Mininet chỉ
có các tệp tính năng riêng rẽ. Vì vậy, rất khó cho
người không chuyên hiểu được và tùy chỉnh theo
yêu cầu. Mặt khác, các máy trạm yếu có thể
không đủ đáp ứng trong các trường hợp đòi hỏi
nhiều tính năng.
Ngoài ra, có hai công cụ đáng kể khác là
EstiNet và ns - 3. Estinet là một phần mềm
chuyên dụng giả lập và mô phỏng mạng SDN.
Nó cho phép người sử dụng không chỉ tạo các
hình trạng mạng bằng tính năng kéo thả dễ
dàng mà còn đánh giá hiệu năng mạng một cách
có hệ thống thông qua giao diện đồ họa. Tuy
nhiên, EstiNet là một sản phẩm thương mại và
hơn nữa là một ứng dụng không hoàn toàn cung
cấp mã nguồn mở, nên khó khăn trong mở rộng
các chức năng hoặc sửa mã nguồn. Ngược lại, ns
- 3 là một công cụ đã có uy tín trong cộng đồng
nghiên cứu một thời gian dài. Dựa trên kiến
trúc mô đun hóa, ns - 3 cung cấp mô đun
Openflow để mô phỏng mạng SDN bên cạnh các
công nghệ mạng khác. Thực tế tại thời điểm
hiện tại ns - 3 không được sử dụng rộng rãi vì
nó vẫn chỉ dừng lại hỗ trợ giao thức Openflow
phiên bản cũ 0.8.9 (phiên bản mới nhất là 1.3.4)
và rất khó trong việc lập trình mạng.
Trong bài báo này, chúng tôi xây dựng một
số chức năng mở rộng cho việc giả lập hình
trạng mạng trong Mininet như: hỗ trợ kết nối
Internet, các máy trạm cài hệ điều hành độc lập
với Mininet, bộ điều khiển định tuyến chuẩn và
lưu vết quá trình xử lý luồng dữ liệu tự động.

1000

Tất cả các tính năng được tích hợp chung trên
một kiến trúc mạng mô phỏng thống nhất. Mô
hình liên kết nối được dựa trên sự hỗ trợ của
Virtualbox. Do vậy, kiến trúc này cải thiện ưu
điểm và làm giảm những hạn chế của Mininet.

2. CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN
Với nhiều ưu điểm lớn, Mininet là công cụ
phổ biến nhất được sử dụng rộng rãi trong
nghiên cứu và đào tạo về công nghệ mạng SDN.
Để đáp ứng các mục đích khác nhau, Mininet
được tùy chỉnh tạo ra nhiều phiên bản phù hợp.
Wette et al. đã phát triển MaxiNet bằng cách
mở rộng Mininet để có thể cài đặt Mininet chạy
song song trên nhiều máy chủ vật lý MaxiNet có
thể giả lập các mạng trung tâm dữ liệu rất lớn
đòi hỏi băng thông cao và một lượng lớn các host
trong kịch bản giả lập. MaxiNet thích hợp với
các hoạt động nghiên cứu trong đánh giá hiệu
năng mạng trung tâm dữ liệu.
Với mục đích khác, OpenNet được giới thiệu
bởi Chan et al., là sự kết hợp giữa Mininet và ns
- 3 để giả lập mạng cục bộ không dây điều khiển
bằng phần mềm (SDWLAN). Hạn chế của
Mininet trong việc hỗ trợ kết nối không dây
được bù đắp khi kết hợp với tính năng mô phỏng
của ns - 3. Kết quả cung cấp một framework tốt
hơn để đánh giá nghiên cứu các giao thức và
công nghệ SDWLAN.
Với cách tiếp cận khác, Kim et al. đã triển
khai Openflow/SDN trên các bo mạch Raspberry
Pi để cung cấp bộ công cụ thực hành có hiệu
năng cao hơn với chi phí tiết kiệm. Raspberry Pi
là một máy tính mini hỗ trợ một số cổng kết nối
cơ bản trên một bo mạch nhỏ, sử dụng hệ điều
hành Raspbian (dựa trên Debian core). Tuy
nhiên, Raspberry Pi chỉ có tối đa 2 cổng kết nối
Ethernet, nó không thể chạy như một bộ chuyển
mạch nhiều cổng để thực hiện các chức năng của
thiết bị chuyển mạch trên thực tế. Vì vậy, bộ
công cụ này có hạn chế với một số trường hợp cụ
thể. Hơn nữa, sự ổn định và dễ dàng cài đặt
cũng cần được xem xét.
Trong nghiên cứu này, chúng tôi giới thiệu
một kiến trúc hợp nhất dựa trên Mininet và

Đào Như Ngọc, Phạm Quang Dũng

Virtualbox để hỗ trợ nhiều hơn các tính năng
giả lập hình trạng mạng. Ưu điểm của nó là có
thể dễ dàng cài đặt và thực hiện một hình trạng
kết nối đầy đủ trong một máy tính cá nhân cho
mục đích nghiên cứu và/hoặc học tập.

vSwitch như các cổng của nó. Dựa trên các kết
nối này, bộ chuyển mạch có thể giao tiếp với các
máy ảo khách cài hệ điều hành độc lập và có thể
truy cập Internet.

3. NHỮNG TÍNH NĂNG MỞ RỘNG

Từ cửa sổ dòng lệnh Mininet CLI, hình trạng
mạng đã sửa đổi có thể được thực hiện bởi lệnh:

Kiến trúc hợp nhất gồm một máy ảo
Mininet và một số máy ảo khách cài hệ điều
hành độc lập kết nối với nhau trên nền của
framework Virtualbox (Hình 1).
Trong máy ảo Mininet, chúng tôi tạo một
hình trạng chuẩn gồm bộ điều khiển, bộ chuyển
mạch và một số máy khách yếu (số lượng có thể
tùy chỉnh theo yêu cầu, từ 1 đến hơn 4000 máy).
Bộ
điều
khiển
được
triển
khai

RemoteController để sẵn sàng lắng nghe bộ điều
khiển POX đã được chúng tôi sửa đổi (sẽ được
mô tả ở phần sau).
c0 = net.addController(‘c0’, controller =
RemoteController)
Máy ảo Mininet dành riêng một card mạng
cho cấu hình Host - only Adapter với mục đích
quản trị. Phần còn lại được tích hợp vào Open

_intf = Intf(‘eth1’, node = s1)

$sudo python modified_topology.py
A. Kết nối Internet
Kết nối truy cập Internet được hỗ trợ bởi cấu
hình chức năng mạng NAT của Virtualbox.
Adapter đã cấu hình tích hợp trực tiếp vào Open
vSwitch, nó hoạt động như một gateway của mạng
SDN để liên lạc với bên ngoài. Card mạng NAT có
thể cung cấp một số ứng dụng hữu ích như các
dịch vụ DHCP, NAT và giao thức IPv6. Để xác
nhận các mạng NAT khả dụng, dùng lệnh:
$vboxmanage list natnetworks
Tất cả các máy khách nên thuộc cùng mạng
con (subnet) của adapter, các địa chỉ IP được cấu
hình tự động bởi dịch vụ DHCP trên máy chủ hoặc
được cấu hình thủ công. Mặc định thì lớp địa chỉ
IP được sử dụng là trong dải IP riêng.

Hình 1. Kiến trúc kết nối tổng thể dựa trên Virtualbox

1001

Mở rộng các chức năng giả lập hình trạng mạng trong Mininet

B. Các máy khách cài hệ điều hành
độc lập
Các máy ảo khách kết nối với Open vSwitch
thông qua card mạng của chúng. Các card mạng
tích hợp vào bộ chuyển mạch như các cổng. Mỗi
máy ảo khách đòi hỏi cấu hình card mạng riêng
tương ứng. Các lệnh cần thực hiện như sau:

Các gói tin ARP và echo được chuyển tiếp
không cần chính sách nào. Các gói tin TCP/IP
được theo dõi để tạo các luồng hợp lý trong các
bảng định tuyến. Lệnh “$sudo ovs - ofctl dump flows s1” hiển thị danh sách luồng của chuyển
mạch s1 trên cửa sổ lệnh CLI.

nic1

Giả sử có n máy khách kết nối vào mạng.
Ký hiệu số kết nối mà máy trạm i thiết lập tới
máy đích j là kij, trong đó i = {1, 2,…, n}.

$vboxmanage modifyvm Mininet - intnet1
“intnet01”

Số luồng định tuyến được tạo ra bởi bộ điều
khiển l3_learning được xác định là:

$vboxmanage modifyvm Mininet intnet

$vboxmanage
modifyvm
nicpromisc1 allow - all

Mininet

-

Vì các máy khách không phụ thuộc vào sự
cài đặt hình trạng SDN, chúng có thể được chạy
bất kỳ loại hệ điều hành đầy đủ tính năng nào
như Windows, Linux, hay thậm chí Mac hoặc
Android. Tính năng mở rộng giúp triển khai dễ
dàng một mô hình mạng SDN hoàn chỉnh gồm
các máy trạm, máy chủ web, máy chủ email,
máy chủ DHCP,…
C. Bộ điều khiển định tuyến chuẩn
Về cơ bản, các thiết bị lớp 3 định tuyến các gói
tin dựa trên địa chỉ IP nguồn và đích. File cấu hình
mặc định của bộ điều khiển l3_learning rất phức
tạp đối với người mới tìm hiểu vì nó không chỉ xét
các địa chỉ lớp 3 mà còn xét tất cả thông tin trong
phần tiêu đề (header) của gói tin đến. Vì vậy, chúng
tôi xây dựng lại một bộ điều khiển chuyển tiếp lớp
3, chạy như một bộ định tuyến chuẩn để tạo ra các
luồng xử lý dữ liệu tường minh hơn với Open
vSwitch (Hình 2).

= ∑



2

(1)

Vì bộ điều khiển định tuyến chuẩn không
quan tâm đến thông tin lớp 4, số luồng định
tuyến không phụ thuộc vào kij, do đó:
N2 = 2n(2)
Vì vậy, số luồng định tuyến có thể loại bỏ là:


= ∑



2(

− 1) luồng(3)

Hay
= ∑

phần trăm(4)


D. Lưu vết quá trình xử lý luồng dữ
liệu tự động
Một trong những chức năng hạn chế quan
trọng nhất của Mininet là đánh giá hiệu năng.
Mininet chỉ cung cấp một số lệnh để kiểm tra
trạng thái của bộ chuyển mạch và bộ điều khiển
một cách thủ công. Nó có thể có ích cho học tập
nhưng không đủ cho nghiên cứu vì các nhà
nghiên cứu muốn nhận thông tin một cách có hệ
thống và chính xác.

Hình 2. Đoạn mã ví dụ của bộ điều khiển định tuyến chuẩn

1002

Đào Như Ngọc, Phạm Quang Dũng

Trong kiến trúc đề xuất, chúng tôi phát
triển một chức năng lưu vết (logging) quá trình
xử lý luồng dữ liệu có thể xuất trạng thái chính
của các luồng định tuyến trong bộ chuyển mạch
và các yêu cầu luồng đến bộ điều khiển một cách
định kỳ. Các bản tin yêu cầu thống kê được gửi
tới bộ chuyển mạch sau mỗi khoảng thời gian
định trước.
body = of.ofp_aggregate_stats_request()
body = of.ofp_flow_stats_request()
Các hàm xử lý được lập trình để bắt các
thông điệp báo cáo thống kê. Dữ liệu thu thập
được xử lý để xuất thông tin hữu ích vào tệp tin
ghi vết.
def _handle_AggregateFlowStatsReceived(self,event)
def _handle_FlowStatsReceived(self,event)

4. CÀI ĐẶT
Chúng tôi cài đặt kiến trúc đề xuất dựa trên
Mininet 2.2.0 và framework Virtualbox 4.3.20.
Mô hình gồm một máy ảo khách cài Windows
XP SP2, một máy ảo khách Ubuntu Desktop
14.10 và hai host ảo h1 và h2. Dải IP là
10.0.10.1/24 với gateway mặc định 10.0.10.1
(Hình 3). Bộ điều khiển dùng chức năng định
tuyến chuẩn trên nền POX. Nó cũng xuất thông
tin luồng định tuyến vào tệp tin lưu vết một

cách tự động. Các lệnh sau được thực hiện để
khởi chạy:
$sudo python modified_topology.py
$sudo python pox.py standard_routing
Đầu tiên, chúng tôi đánh giá các chức năng
kết nối của máy khách yếu. Trong cửa sổ lệnh
Mininet, chúng tôi Ping từ h1 đến 10.0.10.10
(địa chỉ IP của máy cài Windows) và 8.8.8.8 (địa
chỉ IP của máy chủ DNS Google). Hình 4a mô tả
sự thành công khi truy cập LAN và Internet từ
h1. Vì độ trễ truyền tin, thời gian đáp ứng của
hai gói tin đầu tiên từ 8.8.8.8 là bằng nhau. Tuy
nhiên, chúng ta có thể thấy sự khác nhau rõ
ràng khi so sánh hai gói tin hồi đáp đầu tiên từ
địa chỉ nội bộ 10.0.10.10.
Tiếp theo, chúng tôi kiểm tra các chức năng
kết nối của máy khách Ubuntu. Hình 4b cho
thấy cửa sổ trình duyệt Firefox với trang chủ
IEEE và kết quả Ping thành công đến
10.0.10.15 (địa chỉ IP của máy ảo h2). Không có
hạn chế nào về khả năng liên kết nối. Máy
khách không chỉ truy cập Internet tự do trên
trình duyệt mà còn có thể thực hiện bất kỳ ứng
dụng nào theo yêu cầu. Ngược lại, các máy
khách yếu của Mininet chỉ cung cấp các chức
năng hạn chế cơ bản thậm chí khi nó được khởi
động trong chế độ đồ họa xterm GUI.

Hình 3. Mô hình cài đặt

1003

Tài liệu cùng danh mục Quản trị mạng

Cisco Systems - Enabling OSPF

Upon completing this lesson, you will be able to: Describe the features and operation of OSPF Use Cisco IOS commands to configure dynamic routing for a single area OSPF network, given a functioning router Use show and debug commands to identify anomalies in dynamic routing operation using OSPF, given an operational router


Giáo trình phân tích khả năng ứng dụng thuộc tính cài đặt cho exchange trong cấu hình POP3 p6

Tham khảo tài liệu 'giáo trình phân tích khả năng ứng dụng thuộc tính cài đặt cho exchange trong cấu hình pop3 p6', công nghệ thông tin, quản trị mạng phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả


Khắc phục sự cố các vấn đề kết nối trong mạng (Phần 3)

Trong phần trước của loạt bài này, chúng tôi đã giới thiệu cho các bạn cách phân biệt địa chỉ IP nào hệ thống của bạn đang sử dụng với tư cách là địa chỉ chính. Bước tiếp theo trong quá trình là thẩm định cấu hình địa chỉ IP có làm việc chính xác và không xuất hiện vấn đề nào đối với ngăn xếp giao thức TCP/IP hay không.


Giáo Trình Thiết Kế & Cài Đặt Mạng

Ngày nay, mạng máy tính đã trở thành một hạ tầng cơ sở quan trọng của tất cả các cơ quan xí nghiệp. Nó đã trở thành một kênh trao đổi thông tin không thể thiếu được trong thời đại công nghệ thông tin. Với xu thế giá thành ngày càng hạ của các thiết bị điện tử, kinh phí đầu tư


Part 37 - Exchange Server - Anti Spam

Nếu bạn là người thường xuyên trao đổi thông tin qua Email thì chắc chắn bạn không khỏi cảm thấy phiền toái khi nhận được hàng tá những Email quảng cáo không mong muốn, hơn nữa nguy cơ lừa đảo qua Email ngày càng phổ biến mà điển hình là gởi Email mạo danh như tôi đã làm trong bài SMTP. Do đó nếu hệ thống của bạn đã có sẵn Exchange thì tại sao ta không tận dụng công cụ Anti Spam để ngăn ngừa vấn nạn này. ...


Bài giảng Tổng quan về cài đặt và quản trị mạng: Chương 1 - Bùi Trọng Tùng

Bài giảng Tổng quan về cài đặt và quản trị mạng - Chương 1: Mở đầu giới thiệu chung về môn học, các kiến thức cơ sở, khái niệm về quy trình mạng, các vấn đề liên quan đến cài đặt và quản trị mạng,...Hy vọng đây là tài liệu tham khảo hữu ích cho bạn.


Lecture Business data communications: Chapter 10 - Behrouz A. Forouzan

Chapter 10 - Local area networks part 2: Wireless and Virtual LANs. After reading this chapter, the reader should be able to: Understand the different transmission techniques used in wireless LANs, understand the main characteristics of IEEE 802.11 wireless LANs, understand the applications of IEEE 802.11, understand the characteristics of 802.15 LANs and the Bluetooth technology that implements this standard.


Bài giảng mạng máy tính (Lê Minh) - Chương 3

Chuyển các segment từ máy tính gởi tới máy tính nhận - Các giao thức tầng mạng hoạt động trên cả máy tính gởi/nhận và các thiết bị mạng trung gian ( router). Máy tính gởi: nhận các segment từ tầng giao vận, đóng gói thành datagram - Máy tính nhận: chuyển các segment lên tầng giao vận - Router: kiểm tra và chuyển tiếp các datagram


The Illustrated Network- P72

The Illustrated Network- P72:In this chapter, you will learn about the protocol stack used on the global public Internet and how these protocols have been evolving in today’s world. We’ll review some key basic defi nitions and see the network used to illustrate all of the examples in this book, as well as the packet content, the role that hosts and routers play on the network, and how graphic user and command line interfaces (GUI and CLI, respectively) both are used to interact with devices.


the_handbook_of_ad_hoc_wireless_networks_2

Tham khảo tài liệu 'the_handbook_of_ad_hoc_wireless_networks_2', công nghệ thông tin, quản trị mạng phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả


Tài liệu mới download

Từ khóa được quan tâm

Có thể bạn quan tâm

Làm việc với địa chỉ IP
  • 18/05/2009
  • 40.649
  • 867
SOLID WORKS-COSMOS Works phần 5
  • 15/09/2011
  • 73.519
  • 311
Mạng máy tính và viễn thông
  • 15/12/2009
  • 12.723
  • 756
Congestion Avoidance
  • 28/08/2009
  • 91.258
  • 303

Bộ sưu tập

Danh mục tài liệu