Дослідження програмно-конфігурованих мереж для управління туманними обчислювальними ресурсами
Автор: Борсук Руслан Вікторович
Кваліфікаційний рівень: магістр (ОНП)
Спеціальність: Телекомунікації та радіотехніка (освітньо-наукова програма)
Інститут: Інститут телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2023-2024 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Впровадження програмно-конфігурованих мереж (SDN) відкрило багато можливостей, особливо в середовищі хмарних обчислень. SDN дозволяє проводити динамічну адаптацію та переналаштування завдяки розподілу площини управління від пристрою пересилання, що контролюється централізованим контролером. Контролер SDN управляє мережевими потоками динамічно та індивідуально, маючи глобальний огляд усієї мережі. Ця динамічна керованість призвела до значних переваг у центрах обробки даних (ЦОД) хмар, де вимоги та використання змінюються динамічно за запитом. Відкритість програмованої та налаштовуваної логіки управління мережею в SDN також сприяла інноваціям в управлінні хмарними DCN, які можна легко розробляти та оцінювати на платформах з відкритим вихідним кодом. З прийняттям SDN в хмарах, інтегроване забезпечення ресурсами обчислювальних та мережевих ресурсів стало можливим і ефективним для управління обома ресурсами одночасно та динамічно. Однак величезний масштаб обчислювальних та мережевих ресурсів у хмарному центрі обробки даних робить спільне забезпечення ресурсами складним завданням. У цій роботі досліджено методології спільного забезпечення ресурсами для виділення достатніх ресурсів для продуктивності додатків та угоди про рівень обслуговування (SLA), при цьому враховуючи енергоефективність хмарного ЦОД. У розділі 1 описано передумови основних технологій, що дозволяють використовувати SDN у хмарних центрах обробки даних (ЦОД), та докладні цілі відповідно до досліджуваної проблеми. Основні технології включають програмно- конфігуровані мережі (SDN), які дозволяють логічно централізоване управління мережею, відокремлюючи площину управління (контролер) від площини пересилання (комутатори). Це спрощує управління мережею та дозволяє динамічно змінювати маршрутизацію пакетів. Контролер SDN управляє мережею з централізованого місця, надаючи глобальний огляд мережевої інфраструктури та можливість динамічного переналаштування мережевих потоків. Відкритість програмованої та налаштовуваної логіки управління мережею сприяє інноваціям у сфері управління хмарними мережами, дозволяючи розробляти та тестувати нові схеми управління на платформах з відкритим вихідним кодом.. У розділ 2 представлено концептуальні моделі та всебічний огляд літератури в області SDN-enabled хмарних обчислень для енергоефективності, продуктивності, віртуалізації та безпеки. Також описано найсучасніші архітектури SDN-хмар, інструменти симуляції та емпіричні платформи для оцінки продуктивності. Аналіз поточних досліджень допоміг знайти прогалини та визначити відкриті дослідницькі виклики, що прояснили напрямок цієї роботи. Визначено терміни та визначення у SDN-хмарних обчисленнях для уточнення неоднозначних термінів, запропонованих у різних роботах. У розділі 3 змодельовано компоненти SDN у хмарному ЦОД для абстрагування функціональності та поведінки контролера SDN та комутаторів. На основі цієї моделі запропоновано та реалізовано дискретно-подієву симуляційну систему у розширенні CloudSim, з додатковою можливістю управління комутаторами SDN за допомогою програмованої мережевої логіки абстрактованого контролера. Фізичні хости та комутатори змодельовані у поєднанні з віртуальними ресурсами, які можна надавати в абстрактованих фізичних ресурсах. Запити користувачів також абстраговані для зручності проведення відтворюваних експериментів. Для вимірювання мережевої пропускної здатності для порівняння використовувався інструмент Iperf у різних мережевих конфігураціях на середовищі Mininet. Система підтверджена через серію експериментів та порівняна з результатами практичної системи. У четвертому розділі пропонується стратегія динамічного об’єднання та перевантаження, яка спільно використовує можливості віртуалізації та SDN для оптимізації розміщення віртуальних машин і трафіку. При динамічній зміні робочого навантаження запропонована стратегія виділяє більш точну кількість ресурсів для ВМ і трафіку. Ця стратегія може збільшити перевантаження хосту та мережі, але при цьому забезпечує достатню кількість ресурсів для мінімізації порушень SLA. Підхід розраховує коефіцієнт розподілу ресурсів на основі історичних даних моніторингу з онлайн-аналізу використання хосту та мережі без будь-якого попереднього знання про робочі навантаження. Реалізований у симуляційному середовищі у великих масштабах, підхід продемонстрував ефективність у контексті робочих навантажень Вікіпедії. Підхід заощаджує споживання енергії в дата-центрі, зменшуючи при цьому кількість порушень SLA.