Giải pháp điều khiển cung cấp tài nguyên cho hệ phân tán trong máy ảo dựa trên kỹ thuật mã mạng

B GI O D C V

IHC

O T O

N NG

***

NG H NG V

GI I PH P I U KHI N CUNG C P T I NGUY N
CHO H PH N T N TRONG M Y O
D A TR N K THU T M M NG

LU N N TI N S K THU T

N NG, 2020


B GI O D C V

IHC

O T O

N NG

***

NG H NG V

GI I PH P I U KHI N CUNG C P T I NGUY N
CHO H PH N T N TRONG M Y O
D A TR N K THU T M M NG
CHUY N NG NH: KHOA H C M Y T NH
M S : 62.48.01.01

LU N N TI N S K THU T

Ng i h ng d n khoa h c:
1. PGS.TS. L V n S n
2. PGS.TSKH. Nguy n Xu n Huy

N NG, 2020


L I CAM OAN
T i xin cam oan y l c ng tr nh nghi n c u do t i th c hi n d i s h ng d
n khoa h c c a PGS.TS. L V n S n v PGS.TSKH. Nguy n Xu n Huy. C c s
li u v k t qu tr nh b y trong lu n n l trung th c, ch a c c ng b b i b
t k t c gi n o hay b t k c ng tr nh n o kh c.
Nghi n c u sinh

ng H ng V

i


MCLC

L i cam oan
i
Mclc
ii
Danh m c c c k hi u
iv
Danh m c c c t vi t t t
vi
Danh m c b ng, bi u
viii
Danh m c h nh v
ix
M
U
1
Ch ng 1. T ng quan v cung c p t i nguy n
7
1.1 i u khi n cung c p t i nguy n...................................................................8
1.1.1.....................................................................C c kh i
ni m v v n c s c a t i nguy n........................................8
1.1.2.....................................................................Nguy n l
v gi i ph p i u khi n cung c p t i nguy n..............................9
1.1.3...................................................................B cung c
p t i nguy n.......................................................................................13
1.2 C c nghi n c u li n quan.............................................................................16
1.2.1...................................................................C
c nghi n c u li n quan n i u khi n cung c p t i nguy n
trong h ph n t n
16
1.2.2 C c nghi n c u li n quan n i u khi n cung c p t i nguy n

trong h th ng o h a.........................................................................35
1.3 M h nh v gi i ph p i u khi n cung c p t i nguy n trong h th ng
m y ch o.....................................................................................................56
1.3.1...................................................................Gi i thi u
b i to n................................................................................................57
1.3.2...................................................................M h nh t
ng qu t...................................................................................................62
1.3.3...................................................................Gi i ph p
k thu t...............................................................................................64
Ti u k t Ch ng 1.................................................................................................70
Ch ng 2. Gi i ph p i u khi n cung c p t i nguy n truy n th ng


trong h ph n t n
72
2.1 Gi i ph p song song h a thu t to n Lamport trong lo i tr t ng h
ph n t n................................................................................................72
2.1.1...................................................................Song song
h a trong thu t to n Lamport..................................................................72
2.1.2 p d ng song song h a thu t to n Lamport gi i quy t lo i
tr t ng h ph n t n................................................................77
2.1.3...................................................................Hi u n ng
th c thi song song h a thu t to n Lamport.....................................78
2.2 xu t thu t to n 4PCoDT i u khi n cung c p t i nguy n trong h
ph n t n tri n khai trong m y o.................................................................82
2.3 Tri n khai gi i ph p g n b trong h ph n t n.........................................86
2.3.1...................................................................C c ho t
ng h ph n t n..................................................................................88
2.3.2...................................................................Tri n khai
thu t to n 4PCoDT trong h ph n t n...........................................91

2.3.3...................................................................nh gi v
nh n x t c c thu t to n trong h ph n t n...................................93
Ti u k t Ch ng 2......................................................................................................95
Ch ng 3. K thu t m m ng t i u i u khi n cung c p t i nguy n
truy n th ng trong h ph n t n
96
3.1 Gi i ph p i u khi n t l ngu n v i m m ng.....................................96
3.1.1
C c r ng
bu c trong gi i ph p c b n c a k thu t m m ng .
96
3.1.2
X c nh c
c t l v t i u h a i u khi n t l v i th con .
98
3.2 Gi i ph p t i u truy n th ng multicast v i m m ng........................107
3.2.1..................................................................C c y u c
u v th ng l ng v x y d ng t p m ng...............................107
3.2.2..................................................................C c k thu
t x l d ng th ng tin.......................................................................111
3.2.3..................................................................X c nh t
l l u l ng trong c y multicast v i m m ng...........................123
3.3 xu t thu t to n x c nh m m ng tuy n t nh.......................................123
3.4nh gi v nh n x t gi i ph p k thu t m m ng cung c p t i nguy n
truy n th ng cho h ph n t n tri n khai trong h th ng o h a
132
Ti u k t Ch ng 3....................................................................................................133


K T LU N

DANH M C C C C NG TR NH C A T C GI
T i li u tham kh o

135
138
139


DANH M C C C K HI U
K hi u
suc [Si ]
pred [Si ]
Si yci

th i
YC
HS
ska

E
Si
Sij
G = (U, V)
U
V
T
tsS i

p
P

llp
S0
SU

tl
TL
DBi
Fi
⊕

F
xij
Mi
pd

d k,l
t p
d k,l
v
du(·)

Di n gi i ngh a
M y ch h ng x m b n ph i c a
M y ch h ng x m b n tr i c a
Y u c u t i nguy n d ng chung

Si

T p y u c u t i nguy n d ng chung

C ng t tr m S
S ki n a
D u c a s ki n
M y ch o th i
Li n k t gi a hai n t Si v Sj li n k trong h th ng
M ng m t d i d ng th G
T p c c n t Si
T p c c c nh Sij
T p c c n t trung gian
Tr ng s nguy n d ng v i m i Sij
M t phi n truy n th ng i p trong h th ng
T p c c phi n truy n th ng i p trong h th ng
L u l ng c a m t phi n p truy n trong m ng
N t ngu n
N t ch
T l l u l ng truy n th ng
T p t l l u l ng truy n th ng
C s d li u th i
Tr ng i u khi n th i c a th ng i p trong h ph n t n
Ph p to n XOR
Galois Field
X c su t li n k t i, j
Th ng i p th i
D ng th ng tin i v i ch d c a phi n
p D ng v t l c a phi n p
L u l ng unicast


K hi u

Di n gi i ngh a
x
Li n k t c a c a c y multicast
p
X
T p ch a c c li n k t c a c a c y multicast
p
Cx
C y ch a t p c c li n k t Vx ∈ V
MT
Ma tr n multicast
p
T (·)
H m ti n ch phi n p
L
Ph ng ph p Lagrangian
p
t v,x
Gi tr t c ngh n t i li n k t v i v i c y multicastx Cp
n
H(·)
H m ti n ch t nh l u l ng v gi tr t c ngh n
yt, bk
B c k ch th c v h ng d ng
thl(U)
Th ng l ng c c i c a m ng
g(U)
S l ng g i tin tr n th i gian
db(U)
Lo i k t n i v ng c a m ng

Vtp
T p c c li n k t li n th nh ph
n NM {S0, Sj} C p n t trong truy n th ng nh
m kn(U)
C c c nh k t n i gi a NM
Q(·)
H m ti n ch Q
cpS
Chi ph cho m i n v l u l ng tr n li n k t (i, j)
kcS
Kho ng c ch cho m i n v l u l ng tr n li n k t
(i, j) vO(Sy)
Bi u th cung ra (id, Sy, Sz)
vI(Sy)
Bi u th cung v o (id, Sx, Sy)
id
nh danh c a cung
h
C c c nh song song v1, ..., vh
Ct
T p c c c nh x l g n nh t trong m i ng d n
c nh r i r c h trong Pt
Bt
Ma tr n [h × h]
bi
Ngu n nguy n th y th i
start(v)
Bi u th c nh v b t u
−m→
Vct m haccb

v
i,j

i,j

−

−→
b ( v)

V c t m to n c c


DANH M C C C T VI T T T
TT
1
2
3

Vi t t t
2PC
3PC
4PCoDT

4
5

API
ARQ

D ng y
Two-Phase Commit Protocol
Three-Phase Commit Protocol
Four-phase Commit of
Distributed
Transaction
Application Programming Interface
Automatic Repeat reQuest

6
7

BV
CaaS

Communications as a Service

8
9
10
11
12

CNTT
CPU
DaaS
DB
DBaaS

Central Processing Unit

Data as a Service
Database
Database as a Service

13
14
15
16
17
18
19

DS
FIFO
HDD
IaaS
IP
LAN
ML

20
21
22
23
24
TT

NAT
NC
NFV

NIC
NV
Vi t t

Di n gi i ngh a
Giao th c giao d ch 2 pha
Giao th c giao d ch 3 pha
Giao d ch ph n t n b n pha
Giao di n l p tr nh ng d ng
Ph ng th c i u khi n l i
truy n d li u
Ng i b o v
Truy n th ng nh l m
t d ch v
C ng ngh th ng tin

B x l trung t m
D li u nh l m t d ch v
C s d li u
C s d li u nh l m
t
d ch v
Distributed System
H ph n t n
First In First Out
C ch v o tr c ra tr c
Hard Disk Drive
a c ng
Infrastructure as a Service
H t ng nh l m t d ch v

Internet Protocol
Giao th c Li n m ng
Local Area Network
M ng c c b
Maximum Likelihood
Ti u chu n d o n
Maximum
Likelihood
Network Address Translation
Bi n d ch a ch m ng
Network coding
M m ng
Network Functions Virtualization
o h a ch c n ng m ng
Network Interface Card
Card giao ti p m ng
Network Virtualization
o h a m ng
t D ng y
Di n gi i ngh a


25 ONF

Open Networking Foundation

T ch c Open Network
Foundation
26 OSI
Open Systems Interconnection M h nh tham chi u OSI

Reference Model
27 P2P
peer-to-peer
M ng ngang h ng
28 pps
packets per second
S g i trong m t gi y
29 RADS Resource Allocator in Distributed B cung c p t i nguy n ph n t
n
System
30 RAM
Random Access Memory
B nh cho ph p truy xu t
cghi ng u nhi n
31 RAS
Resource Allocation System
H th ng cung c p t i nguy n
32 SaaS
Software as a Service
Ph n m m nh l m t d ch v
33 SDI
Software Defined Infrastructure H t ng nh ngh a b ng ph
n
mm
34 SDN
Software Defined Networking
M ng i u khi n b ng ph n m
m
35 TCP
Transmission Control Protocol Giao th c i u khi n truy n v

n
36 TCP/IP Transmission Control Protocol/ Giao th c TCP/IP
Internet Protocol
37 VLAN Virtual Local Area Network
M ng c c b o
38 VM
Virtual Machine
My o
39 VMS
Vitual Machine Systems
H th ng m y o
40 VNIC
Virtual Network Interface Card Card giao di n m ng o
41 VPN
Virtual Private Network
M ng ri ng o
42 VT
V tr b i xe


DANH M C B NG, BI U
1.1 So s nh gi a h t p trung v h ph n t n............................................16
1.2 u v nh c i m c a h ph n t n................................................17
1.3 C c b c th c hi n thu t to n di chuy n tu n t......................................21
1.4Ho t ng di n ra tr n c c m y ch trong tr t t t ng ph n.................29
1.5 Hi u n ng c a thu t to n d a tr n quy n.................................................30
1.6 Ph n t ch, so s nh hi u n ng c a c c thu t to n lo i tr t ng h.......30
1.7 So s nh 2PC v 3PC.................................................................................34
1.8 G i network trong trung t m d li u c a Cloudsim..............................40
1.9So s nh chi ti t Cloud Server v M y ch v t l...............................................53

1.10.......................................Th ng i p ph t i trong h th ng
1.11................................S kh ng g n b gi a b n ng i b o v
1.12........................................M th m d c th quan s t
c
1.13..................................nh gi t ng qu t c c nh m gi i ph p
2.1 Ho t ng di n ra tr n c c m y ch trong tr t t t ng qu t ch t ch......78
2.2 So s nh hi u n ng c a thu t to n Lamport c i ti n trong lo i tr t ng
h ph n t n.....................................................................................82
2.3 N i dung c c tr ng i u khi n trong th ng i p.....................................84
2.4C c s ki n i v i n t trong m ph ng ph n t n................................90
2.5 So s nh giao th c 2 pha, 3 pha v 4 pha........................................................94
3.1 K t qu gi tr d a tr n song song h a thu t to n Ford Fulkerson......120
3.2 Th i gian th c thi c a m m ng v truy n multicast.........................130
3.3 K t qu th c thi t p v i 3 ph ng th c truy n...................................131

61
61
69
71


DANH M C H NH V
1.1 M h nh t ng quan k t n i trong h ph n t n [65]......................................11
1.2 Ki n tr c truy n th ng (a) v ki n tr c o h a (b) [9].............................15
1.3 T p c c lo i thu t to n truy n multicast [62]...............................................19
1.4 M h nh tu n t th ng i p [104].................................................................20
1.5 Nh n th i gian th ng i p kh ng theo tr t t.............................................26
1.6 Lo i tr t ng h nh d u [65]....................................................................27
1.7 S k t ch o c a c c ti n tr nh g y b t c [115]...............................................28
1.8 H nh ng giao th c 2 pha 2PC [99].................................................................32

1.9H nh ng giao th c 3 pha 3PC [99].................................................................33
1.10..........................................................................C c chi n l
c cung c p t i nguy n trong i n to n m m y [131].......................36
1.11 M h nh o h a m ng [125]........................................................................39
1.12..........................................................................C u tr c c
a SDN [49].....................................................................................................................41
1.13..........................................................................C u tr c c
a Floodlight.......................................................................................................42
1.14..........................................................................M i quan
h gi a B i u khi n Floodlight..................................................................43
1.15 H ph n t n c t ch c nh ph n m m trung gian. T ng ph n
m m trung gian tr i r ng tr n nhi u m y ch kh c nhau v m i
ng d ng
c cung c p c ng giao di n t ng t c [124]...............................................46
1.16..........................................................................B n th c
th c a h tin h c ph n t n [65]...................................................................48
1.17..........................................................................H th ng
o h a VMWare..................................................................................................52
1.18..........................................................................C u h nh
c a m t m y o th c thi h ph n t n.........................................................54
1.19..........................................................................H ph n t
n tri n khai tr n h th ng m y o...............................................................55
1.20..........................................................................S
t ng
qu t v h th ng gi m s t ph ng ti n c gi i ng b........................57
1.21..........................................................................K t n i
truy n th ng trong n c c a c c nh cung c p d ch v.........................58
1.22..........................................................................M ph ng
b i to n b i xe [65].....................................................................................60

1.23..........................................................................M h nh t
ng qu t cung c p t i nguy n trong h th ng m y o............................63
1.24..........................................................................M ng truy
n th ng ph n t n o........................................................................................65
1.25..........................................................................H th ng
m ng bi u di n d i d ng th................................................................65
1.26..........................................................................C ch th c
truy n unicast (a) v multicast (b)....................................................................68
1.27..........................................................................C ch th c
truy n multicast k t h p v i m m ng......................................................69
2.1 Tr t t t ng qu t c c th ng i p theo thu t to n Lamport sau khi c i
ti n so v i H nh 1.6....................................................................................................76
2.2 Cung c p t i nguy n ph n t n cho c p y u c u/ p ng...................77
2.3 M t c c ti n tr nh ho t ng trong mi n g ng.......................................80


2.4Th ng i p di chuy n theo v ng tr n o...................................................83
2.5 C u tr c th ng i p di chuy n theo v ng tr n o c a h ph n t n.....84
2.6 Thu t to n 4PCoDT m b o g n b trong h ph n t n.......................85
2.7 DSSim c th ng s t p...........................................................................................87
2.8 C c s ki n trong ch ng tr nh m ph ng DSSim..........................................88
2.9Giao di n th hi n k t qu th c thi t p tr n c ng c m ph ng DSSim 89
2.10.................C u tr c th ng i p trong h th ng m ph ng DSSim 91
2.11.............................Tr ng th i c c b ng d li u tr n c c m y ch 92
2.12..............................Ch ng tr nh th hi n thu t to n 4PCoDT 93
3.1 C y multicast...................................................................................99
3.2 M t g i tin
c chia th nh nhi u kh i v m h a............................105
3.3 Chia t l v truy n g i tin m t Server n Client......................106

3.4T p c c n t m ng ban u.................................................................112
3.5 Pha u trong thu t to n x a li n k t.................................................113
3.6 Thu t to n t i u c c b...................................................................116
3.7 K t qu thu t to n th m li n k t (a) v x a li n k t (b)......................117
3.8 S
song song h a thu t to n Ford Fulkerson..........................................121
3.9T nh to n lu ng c c i t ngu n n ch..............................................122
3.10 u i m c a m m ng trong c i ti n th ng l ng multicast t ngu n
n t p ch...................................................................................124
3.11........................................................M h nh m m ng 124
3.12..........................................Bi u th cung v o/ra c a n t Sy 125
3.13...........................T l truy n th ng v i 3 ph ng th c truy n 131


M

U

1. L do ch n t i
Theo c c t c gi Silberschatz, Galvin v Gagne [114] tr nh b y c c kh i ni m h
i u h nh, trong n u kh i ni m cung c p v chia s t i nguy n (ph n c
ng, ph n m m, d li u, truy n th ng) nh m m b o ho t ng th ng su t
cho c c ti n tr nh di n ra b n trong m y t nh. T i nguy n h u h n nh ng
nhu c u s d ng t i nguy n th v h n. N u c c t i nguy n kh ng
c gi m
s t, qu n l m t c ch h p l v c s ph n chia r r ng th s d n n t ng
tranh, b t c v thi u t i nguy n. Do , c c chi n l c cung c p t i nguy n
c nghi n c u v h nh th nh d a tr n c c y u t n y. C c h th ng cung c p t i
nguy n, ch ng tr nh qu n l v gi m s t c xem nh l m t ph n c a h i u
h nh m y t nh.

T c gi Peterson v Davie [102] tr nh b y m t m ng m y t nh bao g m c
c m y t nh, m y ch
c k t n i v i nhau nh m chia s t i nguy n th ng qua
c c thi t b truy n th ng. Trong m t m ng m y t nh, s l ng k nh truy n,
b ng th ng v l u l ng trong truy n th ng
c x t l m t trong s c c lo i
t i nguy n v
c quan t m nghi n c u nh c c lo i t i nguy n kh c.
i v i cung c p t i nguy n truy n th ng trong h t p trung, truy n th ng i
m
n i m (point-to-point)
c s d ng cho k t n i gi a c c m y ch v
unicast l
c tr ng cho lo i k t n i n y. Theo c c t c gi Kwok, Chan, Cheung [64],
Serge v c ng s [41], c c m y ch s d ng giao th c k t n i P2P (Peer-to-Peer)
v i nhau v trao i th ng i p theo t ng c p. Do , h n ch l kh n ng m
r ng khi h th ng
c tri n khai quy m l n.
T c gi Peterson v Davie [102] n u ra nh c i m c a h t p trung l x y ra
t c ngh n truy n th ng t i m y ch khi c qu nhi u thi t b u cu i y u c u chia
s t i nguy n truy n th ng d n n hi u n ng cung c p t i nguy n c a h th ng
gi m. Ngo i ra, nh ng nh c i m kh c c a h t p trung nh : s c h i u
h nh, ph n m m, ph n c ng, ng truy n,... c ng nh h ng n ho t
ng cung c p t i nguy n. B n c nh , vi c chia s t i nguy n d ng chung x y
ra b t c trong qu tr nh cung c p khi s l ng y u c u t i nguy n l n h n
so v i t i nguy n hi n c . C c nh c i m c a h t p trung
c c c nh
khoa h c, nh tri n khai h th ng quan t m nghi n c u, ph t tri n v x y d ng
h ph n t n (Distributed System).

1


H ph n t n p d ng c c gi i ph p v thu t to n kh c ph c c c nh c i
m c a h t p trung
c tr nh b y b i t c gi L [65], Tanenbaum [124],
Haddad v c ng s [41].
gi i quy t nh c i m trong truy n th ng, h ph
n t n thay th ph ng th c truy n unicast b ng ph ng th c truy n
multicast. Ch nh v s d ng ph ng th c truy n multicast n n vi c tri n
khai cung c p t i nguy n d ng chung trong h ph n t n ph c t p h n so v i
tri n khai trong h t p trung. C c c ng b c a t c gi L v c ng s tr nh b y
c c gi i ph p nh : m b o t nh g n b trong h ph n t n trong nghi n c u
[66, 68, 70] v x l song song ti n tr nh trong m i tr ng ph n t n trong
nghi n c u [67] nh m ph ng, tr nh b t c trong cung c p t i nguy n d ng chung.
Theo c c t c gi Cao v Singhal trong [10], Ensink v Adve trong [30] tr nh b
y cung c p t i nguy n d ng chung trong h ph n t n, c c th ng i p li n t c
truy n gi a c c m y ch v i nhau th c hi n nhi m v chung c g i l h p
l c (coordinator). B n c nh , t c gi Singhal [115] tr nh b y trong qu tr nh
h p l c, nhi u ti n tr nh c ng t ng tranh t i nguy n d ng chung d d n n b
t c trong cung c p t i nguy n. N u kh ng gi i quy t t t v n cung c p t i
nguy n d ng chung, m t t i nguy n c th c c p cho nhi u ti n tr nh kh c
nhau ho c kh ng cung c p cho ti n tr nh n o;
i u n y d n n thi u g n b v ph v ho t ng c a h ph n t n.
C c t c gi Carvalho v Roucairol [11], L [65], Nohamed v Michel [91],
Suzuki v Kasami [120] tr nh b y lo i tr l n nhau ph n t n hay c n g i l
lo i tr t ng h ph n t n (distributed mutual exclusion) nh m cho ph p ch c
m t ti n tr nh duy nh t
c th c thi trong mi n g ng (critical section) t i m
t th i i m i v i m t t i nguy n gi i quy t b t c. C c t c gi L [65],

Tanenbum v Steen [124] tr nh b y lo i tr t ng h ph n t n s d ng c ch
truy n th ng i p (message passing) x l c c ti n tr nh y u c u t i nguy n
d ng chung.
Trong c ch truy n th ng i p, c c t c gi Chiu v Hsiao [14], D fago v
c ng s [25], Kshemkalyani v Singhal [60, 61], Lamport [71], Raynal v c
ng s [105] c p n vi c x c nh tr t t c c ti n tr nh y u c u t i nguy n d
ng chung tr n c c m y ch
c ch tr ng b i truy n th ng c
tr d n
n tr t t c c ti n tr nh tr n c c m y ch kh c nhau. Khi c c ti n tr nh kh ng n
m tr n m t tr t t th ng nh t d n n c c x l tr n d li u s kh c nhau
v kh ng nh t qu n d li u gi a c c m y ch .
m b o tr t t tr n c c m y
ch , c c thu t to n Lamport [71], Ricart- Agrawala [107], Raymond [103],
Maekawa [83], Suzuki-Kasami [120], Naimi-Trehel [92]
c p d ng lo i tr t ng h trong ch ng tr nh i u khi n ph n t n tr
n c c m y ch . Ngo i ra, c c t c gi Ozsu v Valduriez [99] tr nh b y ch ng tr
nh ph n t n


ph i h p v i h qu n tr c s d li u ph n t n th ng qua giao d ch ph n t n ba
pha (3PC) nh m m b o t nh nh t qu n d li u.
C ch truy n th ng i p nh n b n c c th ng i p v truy n song song tr
n c c k nh tr n m y ch . C c t c gi Ho v c ng s [47], Li v c ng s [78], Li
[80] tr nh b y v v n th ng tin trong truy n th ng nhi u m y ch c
nh c i m l d th a khi truy n multicast c ng m t th ng i p n t p
ch. B n c nh , c c t c gi Kshemkalyani v Singhal [62] tr nh b y trong
qu tr nh h p l c x c nh gi tr ng h l gic
m b o tr t t c c ti n tr
nh tr n c c m y ch y u c u ph i ti p nh n y th ng i p ph n h i m i c ph

p v o mi n g ng. C c t c gi Kshemkalyani v Singhal [62] n u ra nh c i
m n u m t trong s m y ch b s c ho c th t l c g i tin truy n, nh v y c c
ti n tr nh ph i ch i d n n gi m hi u n ng c a h ph n t n. Ngo i ra, t c
gi Manoj [63] tr nh b y trong giao d ch 3PC c nh c i m l chi ph kh i ph
c l n n u m t trong c c giao d ch b th t b i, v n n y l m t ng ph c t p
trong h ph n t n.
V v y, Lu n n t p trung nghi n c u, x y d ng b cung c p t i nguy n
truy n th ng nh m t i u truy n th ng i p gi a c c m y ch v m b o t nh
g n b trong h ph n t n. Theo c c t c gi Chou v c ng s [17], Koetter v

Medard [57] tr nh b y
u i m c a k thu t m ng m h a hay m m ng (Network Coding) gi i quy t v n
tr ng l p g i tin t i t p ch. C c t c gi Ho v c ng s [47], Li v c ng s
[78], Xi v Yeh [137] tr nh b y u i m tri n khai thu t to n ph n t n d a tr n truy
n multicast v i m m ng. Do , gi i ph p nghi n c u c a Lu n n v i
u khi n l u l ng th ng tin v nh tuy n g i tin trong m ng d a tr n k
thu t m m ng nh m t i u trong qu tr nh truy n multicast.
C c t c gi Langberg v c ng s [73], Medard v Sprintson [85] tr nh b y
kh i ni m v m m ng l k thu t t i u lu ng d li u s (digital data) tr n
m ng. M m ng kh ng chuy n c c g i (packet) c a th ng i p qua m ng m
thay v o
l chuy n c c d u hi u s (digital evidence) c a m t ho c nhi
u th ng i p qua c c
ng truy n tr n m ng. T i n t ch, th ng i p c n nh n
c suy ra t d
u hi u s , k c tr ng h p m t v i g i c a th ng i p b th t l c tr n ng
truy n. Khi c c b t c a d u hi u s
n n t ch, th ng i p c n truy n s
c gi i m t ch nh n ch kh ng ph i l qu tr nh h p g i nh theo c ch th
ng th ng, ch nh v v y t c

truy n v nh n th ng i p s
c c i thi n m t c ch ng k .
M c ch c a Lu n n l x y d ng b cung c p t i nguy n nh m tr nh d
th a th ng tin, i u khi n t l ngu n v t i u truy n th ng
t
ct l
nh n cao t i t p ch v ph ng tr nh t c ngh n trong truy n th ng. C c t c gi
Chou v c ng


s [17], Szab v c ng s [122, 121] tr nh b y b cung c p t i nguy n c x
y d ng v tri n khai trong h th ng o h a nh m t ng t nh linh ho t v m m
d o trong c c h th ng i n to n m m y.
Theo Velte v c ng s [130] tr nh b y h th ng i n to n m m y s d
ng c c t i nguy n t nh to n ng, do chi n l c cung c p t i nguy n mang
t nh ch t ph c t p h n so v i cung c p t i nguy n trong h t p trung v ph n
t n. V v y, c c nghi n c u v cung c p, t i u t i nguy n truy n th ng ang l
m t trong nh ng th ch th c
i v i c c nh nghi n c u. Trong cung c p t i nguy n truy n th ng, c c t c gi
Chowdhury v Boutaba [18], Haider v c ng s [42] tr nh b y o h a m ng
ang l m t trong nh ng v n quan t m v th ch th c trong nghi n c u v tri n
khai.
C c t c gi Feamster v c ng s [34], Jain v Paul [51], Krigslund v c ng s [59],
Metzler v c ng s [87] tr nh b y kh i ni m m ng c i u khi n b ng ph n m
m (SDN - Software defined networking) l ph ng ph p ti p c n m i trong o h a m
ng. SDN l ki n tr c m ng trong i n to n m m y
c thi t k cho ph p
h th ng m ng tr n n linh ho t. SDN l ki n tr c cho ph p t ch ri ng ki m so t
lu ng m ng (control plane) v i lu ng d li u (data plane) d a tr n giao th c
lu ng m (Open Flow). SDN t ch nh tuy n v chuy n c c lu ng d li u ri

ng r v chuy n ki m so t lu ng sang th nh ph n m ng ri ng c t n g i l thi t
b ki m so t lu ng (Flow Controller). i u n y cho ph p lu ng c c g i d li u i
qua m ng
c ki m so t theo l p tr nh. Do , s k t h p m m ng trong
SDN khi cung c p t i nguy n truy n th ng cho h th ng m y o c th t i
u trong qu tr nh truy n v gi m t c ngh n. H ng nghi n c u c a Lu n n
nh m m c ch t i u truy n th ng trong m y o d a tr n k thu t m m ng
m b o cung c p t i nguy n truy n th ng v tr nh t c ngh n cho c c ng d
ng h ph n t n.

Tr n c s c c nghi n c u v tri n khai v cung c p t i nguy n cho h ph n t
n trong m y o v n c n nhi u y u t k thu t c n x y d ng v ph t tri n; gi i
ph p
i u khi n cung c p t i nguy n cho h ph n t n trong m y o d a tr n k
thu t m m ng l v n c n nghi n c u trong giai o n hi n nay.

2. M c ti u, i t ng v ph m vi nghi n c u
2.1.
M c ti u nghi n c u
M c ti u ch nh c a Lu n n nh m gi i quy t b i to n i u khi n cung c p

t i nguy n cho h ph n t n tri n khai trong h th ng o h a d a tr n k thu t m
m ng (network coding technique), m c ti u c th :

- Nghi n c u,

xu t gi i ph p, thu t to n i u khi n cung c p t i nguy n m


b o t nh g n b cho h ph n t n th ng qua c ch truy n th ng i p.

- Nghi n c u, xu t gi i ph p, thu t to n t i u v tr nh b t c trong
cung c p t i nguy n truy n th ng cho h ph n t n tri n khai trong m y
o d a tr n k thu t m m ng.
2.2.
i t ng v ph m vi nghi n c u
i n to n m m y l m i tr ng ho t ng cung c p d ch v bao g m c c
th nh ph n: ng i s d ng v c c thi t b u cu i, m i tr ng truy n th ng, b
i u khi n cung c p t i nguy n, d ch v m m y, h t ng v t l . M i th nh ph
n c ch c n ng, vai tr kh c nhau nh ng li n k t t o th nh m t th c th th ng
nh t kh ng th t ch r i. Lu n n t p trung nghi n c u, x y d ng gi i ph p
m b o cung c p t i nguy n d ng chung cho ng i s d ng trong h ph n t n
v t i u cung c p t i nguy n truy n th ng cho h ph n t n trong h th ng o h
a d a tr n k thu t m m ng.
3. Ph ng ph p nghi n c u
Lu n n c tri n khai v i c c ph ng ph p nghi n c u nh sau:
- Ph ng ph p l thuy t: t m ki m, thu th p t i li u, k t qu nghi n c u c c
c ng tr nh
c c ng b , c c t p ch , h i ngh , h i th o trong v
ngo i n c
a ra m h nh b i to n t ng qu t v h ng gi i quy t b i to n cho th nh
ph n trong nghi n c u.
- Ph ng ph p th c nghi m khoa h c: s d ng c c c ng c m ph ng
th c nghi m c c gi i ph p, thu t to n. D a tr n c c k t qu m ph ng
ph n t ch,
nh gi gi i ph p, thu t to n xu t.
4. ngh a khoa h c v th c ti n
Nh ng ng g p ch nh c a Lu n n v m t khoa h c v th c ti n nh sau:
- xu t song song h a thu t to n Lamport v thu t to n 4PCoDT c i ti
n qu tr nh trao i th ng i p, m b o t nh g n b d a tr n giao d ch
4 pha trong h th ng ph n t n.

- xu t hai thu t to n th m li n k t v x a li n k t nh m r t g n c y
multicast. C y multicast r t g n k t h p song song h a thu t to n FordFukerson t m l u l ng c c i trong truy n multicast. Gi i ph p truy n
th ng multicast k t h p v i m m ng tri n khai trong h th ng m y o
nh m ph ng tr nh t c ngh n, t i u cung c p t i nguy n truy n th ng
cho h ph n t n.


5. C u tr c Lu n n
C u tr c Lu n n nh m n u r c c ph n t ch, nh gi c c nghi n c u
c ng b v gi i quy t c c v n c n t n t i, h n ch d a tr n xu t c c gi i
thu t, thu t to n. Ngo i ph n m u, k t lu n v h ng ph t tri n, b c c c a
Lu n n c chia th nh ba ch ng:
- Ch ng 1 tr nh b y t ng quan v cung c p t i nguy n, c c nguy n l
v i u khi n trong cung c p t i nguy n. B n c nh , Ch ng 1 tr nh b
y c c nghi n c u li n quan n vi c i u khi n cung c p t i nguy n t
r t ra m h nh, b i to n t ng qu t cho Lu n n v i u khi n cung c p t
i nguy n cho h ph n t n tri n khai trong m y o d a tr n k thu t m m
ng.
- Ch ng 2 tr nh b y nghi n c u gi i ph p cung c p t i nguy n trong h
ph n t n. Ch ng 2 c p song song h a thu t to n Lamport nh m
nh d u v thi t l p tr t t t ng qu t c c ti n tr nh trong lo i tr t ng h . p
d ng song song h a thu t to n Lamport gi i quy t ti n tr nh duy nh t i
v o mi n g ng trong lo i tr t ng h ph n t n. K t qu gi i ph p c i ti
n trong Ch ng 2 nh m m b o t nh g n b trong h ph n t n th ng
qua thu t to n 4PCoDT.
- Ch ng 3 tr nh b y gi i ph p t i u cung c p t i nguy n truy n th ng
trong h ph n t n d a tr n k thu t m m ng. Gi i ph p n y tri n khai
trong h th ng
o h a nh m c c m c ch i u khi n t l ngu n v i th con
c

m h a. X y d ng gi i ph p i u khi n t l ngu n
c ph t tri n tr n
thu t to n i u khi n th ch nghi t l t ng ng. Hai thu t to n t o t p
l thu t to n th m li n k t v thu t to n x a li n k t trong vi c x y d ng
t p truy n multicast k t h p v i m m ng. Song song h a thu t to n
Ford-Fulkerson nh m t m lu ng c c i trong truy n multicast. Thu t to
n x c nh m m ng m b o t p ch nh n th ng tin kh ng b tr ng l p
v t c th ng l ng c c i.


Ch ng 1.
T NG QUAN V CUNG C P T I NGUY N
T i nguy n l m t trong nh ng th nh ph n c cung c p cho c c ti n tr nh
trong c c h th ng t nh to n. Nhu c u s d ng t i nguy n ng y c ng t ng d n
n c c thi t b CNTT (m y t nh, m y ch , thi t b truy n th ng,...) ph t tri n
ng y c ng a d ng v ph c t p. S ph t tri n c a t i nguy n k o theo vi c c i
ti n c c chi n l c nh m t i u v ph ng, tr nh b t c trong cung c p t i nguy
n.
H ph n t n
c quan t m nghi n c u v tri n khai gi i quy t c c h
n ch c a h t p trung. H ph n t n ho t ng d a v o c ch truy n th ng i
p
h p l c gi a c c m y ch v i nhau nh m cung c p t i nguy n d ng
chung. i u n y cho th y, m i tr ng truy n th ng ng vai tr quan tr ng
trong h ph n t n. M c d , kh c ph c c c c h n ch c a h t p trung nh
ng h ph n t n g p ph i nh c i m l chi ph cho t i nguy n v t l l n v gi
i ph p i u khi n cung c p t i nguy n ph c t p.
Cu c c ch m ng v cung c p t i nguy n t o n n m t s b c ph l s
h nh th nh l nh v c i n to n m m y. i n to n m m y t o ra m t s
thay i c b n trong ki n tr c m y t nh, ph t tri n ph n m m, c c c ng c v

trong c ch l u tr , s d ng, ph n t n t i nguy n. T nh linh ho t c a i n
to n m m y th hi n r th ng qua b cung c p t i nguy n theo y u c u. B
cung c p t i nguy n t o i u ki n thu n l i cho vi c s d ng c c t i nguy n
s n c c a h th ng, c c t i nguy n
c s d ng nh m t m y t nh g p o. C u h nh h p nh t c a i n to n m
m y cung c p m t m i tr ng
c c ng d ng th c hi n m t c ch c l p m
kh ng quan t m n b t k c u h nh c th n o.
Vi c cung c p t i nguy n l v n
ang
c quan t m nghi n c u v tri
n khai tr n c c h th ng n i chung, h th ng i n to n m m y n i ri ng.
V v y, m t t i nguy n trong pha h nh th nh l m t trong nh ng vi c c n
thi t x y d ng c c chi n l c i u khi n cung c p t i nguy n trong pha v n
h nh.
t
c m c ch t i u trong cung c p t i nguy n, t i nguy n c n
ph i
c i u khi n d a v o c c nguy n l v gi i ph p cho t ng lo i c th .


1.1. i u khi n cung c p t i nguy n

1.1.1. C c kh i ni m v v n

c s c a t i nguy n

Theo M c 1.1, Ph n 1 c a t c gi Abraham trong [114] tr nh b y kh i ni
m: T i nguy n m y t nh l s t p h p c c ngu n c s n nh ph n c ng, ph n
m m, t i li u, thi t b , c c d ch v h tr v ng i s d ng. Theo nghi n c u c

c t c gi Frank, Kahn v Kleinrock trong [36] tr nh b y kh i ni m: Chia s t
i nguy n hay c n g i l T i nguy n truy n th ng tham chi u n d ng d li u,
th ng tin v c c thi t b ph n c ng d d ng truy c p b i m y t nh t xa th ng
qua m ng c c b . Theo Tanenbaum v Steen [124], t i nguy n d ng chung
ng vai tr quan tr ng trong cung c p ng d ng ng i s d ng, trong h p
l c gi a c c m y ch l c n thi t
m b o t nh g n b . Theo Mell v
Grance trong [86] a ra nh ngh a: i n to n m m y l m h nh cho ph p
truy c p ph bi n, d d ng v theo y u c u n m t nh m t i nguy n
i n to n m m y nh m ng, m y ch , l u tr , ng d ng, d ch v ,...
c c u h nh v
c qu n l hi u qu trong cung c p, gi i ph ng t i nguy n m
t c ch nhanh ch ng. C c gi i ph p i n to n m m y cung c p t i nguy n
cho ng i s d ng v doanh nghi p c kh n ng kh c nhau l u tr v x l
d li u c a h trong c c trung t m d li u [39, 128, 131, 112, 33, 84, 100,
117, 139]. Gi i ph p i n to n m m y d a v o t i nguy n d ng chung
t c s g n b v i quy m l n, t ng t nh m t ti n ch qua m ng.
V v y, kh i ni m t ng qu t v t i nguy n c Lu n n kh i qu t h a nh
sau: T i nguy n l c c ngu n s n c (ph n c ng, ph n m m, d li u, b ng
th ng, thi t b v o/ra, d ch v ,...) cung c p cho m y t nh ho t ng v cung c
p ho t ng ng d ng cho ng i s d ng. Kh i ni m v cung c p t i nguy n c
a Lu n n c ph t bi u nh sau: Cung c p t i nguy n ng vai tr i u
ph i, i u khi n t i nguy n s n c nh m t i u cho nhi u m c ch kh c nhau
th ng qua c c gi i thu t, thu t to n v chi n l c cung c p.

Trong vi c cung c p t i nguy n, c n thi t ph i m t t i nguy n t
c
c c chi n l c
t
c m c ch trong cung c p t i nguy n. C c v n

c s v ph ng ph p ti p c n cung c p t i nguy n l : cung c p th c ng,
s d ng c c thu t to n cung c p t ng v k t h p c hai. Trong qu tr
nh cung c p, hi u n ng c a h th ng cung c p l t i nguy n ph i
cx l
t i u v tr nh t ng tranh.
Theo Haddad, Kordon v Petrucci [41], t i u t i nguy n d a tr n c c gi i thu
t, thu t to n nh m cho ph p t i nguy n
c cung c p m t c ch hi u qu nh
t
m b o hi u n ng c a h th ng t
c cao nh t c th . M c ch c a
t i u cung c p


t i nguy n trong h t p trung d a v o ba y u t : th c thi ti n tr nh nhanh nh
t c th , chi ph x l th p nh t v kh ng v t qu ngu n t i nguy n s n c
Trong cung c p t i nguy n, m t trong nh ng v n quan t m c a c c nh
nghi n c u v tri n khai ng d ng l t ng tranh (concurrency) t i nguy n . B
cung c p t i nguy n kh ng gi i quy t
c t ng tranh tri t d n n b t
c (deadlock) v thi u t i nguy n. Theo c c t c gi Tanenbaum, Steen [124],
Haddad, Kordon, Petrucci [41] v Kshemkalyani, Singhal [60], t ng tranh t
i nguy n l tr ng th i s l ng l n ti n tr nh xu t ph t t c c ng d ng c l
p mu n truy c p v o c c t i nguy n v i s l ng c h n hay truy c p v o th
ng tin d ng chung c ng m t l c. B n c nh , c c t c gi c ng n u v n b
t c hay c n g i l kh a t ng h (mutual) l s k t ch o l n nhau c a c c ti n
tr nh. B t c di n ra khi hai ti n tr nh ang s d ng hai t i nguy n l i ph t y
u c u v nhu c u s d ng t i nguy n m ti n tr nh kia c n ang s d ng. Thi
u t i nguy n l s ch i qu l u c a m t ti n tr nh m y u c u c a n tr n
m c kh ng th x c nh c.

Hai v n t i u t i nguy n, t ng tranh t i nguy n l nh ng th ch th c
trong cung c p t i nguy n. V v y, c n thi t ph i c s thi t l p tr t t ho c
ch
u ti n v ph ng n d ph ng i v i t i nguy n.
1.1.2. Nguy n l v gi i ph p i u khi n cung c p t i nguy n
Theo c c t c gi Tanenbaum, Steen [124], Haddad v c ng s [41] v
Kshemkalyani, Singhal [60], b cung c p t i nguy n l qu tr nh x l , t nh
to n
c cung c p t i a t i nguy n, tr nh tr ng h p t ng tranh, b t c.
n ng cao hi u n ng trong cung c p t i nguy n, c n ph i c s ph n t ch, m
t t i nguy n d a tr n c c nguy n l cung c p t i nguy n. Nguy n l cung
c p t i nguy n t p trung v o ba v n
c b n:
- Ph ng ph p: l a ra gi i ph p cung c p t i nguy n t i u cho c c ti n
tr nh y u c u t c c ng d ng v i chi ph t i thi u. Hi u n ng c a vi c cung
c p l t i nguy n c s d ng hi u qu nh t trong qu tr nh cung c p,
kh ng c tr ng th i t ng tranh v c c ti n tr nh c p ng t i nguy n c y
u c u.
- Quy tr nh: l c c b c th c hi n nh m thi t l p m c ti u i v i t i nguy n.
- Chi n l c cung c p t i nguy n: c c ch ng tr nh ng d ng ph i x l , t nh to n
t i nguy n th c hi n cung c p.
Nh v y, tr c khi tri n khai ng d ng th nh t thi t ph i m t chi ti t t i nguy
n trong pha thi t k x y d ng b i u khi n cung c p t i nguy n.


i v i cung c p t i nguy n d ng chung, nguy n l cung c p ph i ph ng
tr nh kh ng l m gi m hi u n ng ho t ng c a h do c c hi n t ng "s c"
l m t ng c c y u c u m kh ng c p ng c a m t s t i nguy n. Hai ch c n
ng c n thi t
m b o cung c p:

- Th nh t : ph n t n c c y u c u gi a c c t i nguy n t ng ng c kh n
ng th a m n, ch c n ng n y g i l ph n ph i t i. Trong h ph n t n, y
l i u ki n
tr nh t nh tr ng m
ccyucu i nl t
c th a m n tr n
m t m y ch b y, trong khi c c t i nguy n t ng ng l i r i r i tr n
c c m y ch kh c.
- Th hai: gi i h n s l ng c c y u c u
c ph p cho m t s t i nguy
n. Vi c gi i h n c th th c hi n b ng c ch h n ch (t nh hay ng) s l
ng c c ti n tr nh, s l ng c c giao d ch
c ch n s d ng to n b hay
t ng ph n t i nguy n, tr ng h p n y l i u khi n t i t ng qu t.
Hai ch c n ng n y l i u ki n c n i v i b i u khi n cung c p t i nguy n d
ng chung. B i u khi n cung c p t i nguy n d ng chung ph i t c c c y u c u
sau:
- Tu n th c c quy t c s d ng t i nguy n nh m tr nh x y ra t nh tr ng b
t c v thi u t i nguy n.
- Ph n b t i t ng i ng u gi a c c t i nguy n c ng lo i.
- Gi i h n nhu c u nh m duy tr h th ng ho t ng t m c hi u qu nh t nh.
Trong i n to n m m y, c c nghi n c u trong [128, 112, 33, 84, 100,
117] tr nh b y nguy n l cung c p t i nguy n th c hi n c c gi i ph p t i u c
c cung c p d ch v d a tr n nhu c u. B n c nh , cung c p t i nguy n v c
c thu t to n trong i n to n m m y s d ng cho c c y u c u v c u h nh kh
c nhau l r t kh
b o to n hi u n ng trong h th ng m m y. T m l i, b
i u khi n cung c p t i nguy n trong
i n to n m m y l p d ng c c thu t to n t i u qu tr nh cung c p i v
i t i nguy n v t l ho c o h a cho c c ng d ng nh m n ng cao hi u n ng

ho t ng c a
m m y.

Trong cung c p t i nguy n c a h t p trung ch x t k t n i gi a ng i s d
ng v c c m y ch theo truy n unicast nh ng trong cung c p t i nguy n c a
h ph n t n x t th m ph n truy n gi a c c m y ch v i nhau theo c ch truy n
multicast.
H nh 1.1 theo Ch ng II c a t c gi L [65] m t t p c c m y ch k t n i
qua m i tr ng truy n th ng trong cung c p t i nguy n d ng chung. Theo H
nh 1.1, n u


x t ho t ng m i m y ch m t c ch c l p, kh ng c s ph i h p chia s
t i nguy n d ng chung th y l h t p trung. N u x t c c m y ch h p l c chia
s t i nguy n d ng chung th y l h ph n t n. S h p l c c c m y ch l s
ph i h p gi a c c m y ch v i nhau cung c p t i nguy n d ng chung cho
ng i s d ng. Kh c bi t gi a h t p trung v ph n t n l c c c t nh nh : t
nh g n b , kh n ng ch u l i, s m r ng, c n b ng t i,... C c nghi n c u
trong [62, 105] tr nh b y v truy n th ng trong ph n t n c p n c ch truy n
multicast. S kh c bi t c ch truy n multicast l g i tin v o/ra trong m t m y
ch kh ng tu n th nguy n t c v l u l ng nh truy n unicast. Truy n
multicast l s k t h p c bi t t c c m y ch k t n i v i m y ch ph t th ng
tin truy n.

H nh 1.1: M h nh t ng quan k t n i trong h ph n t n [65]
Nghi n c u c a Lu n n tr nh b y c c c i m truy n multicast h u ch
cho vi c x y d ng chi n l c cung c p t i nguy n trong h th ng ph n t n nh
sau:
- D ch v ch u l i d a tr n b n sao (replication): d ch v b n sao bao g
m m t nh m c c m y ch k t n i th ng qua m i tr ng truy n th ng. Y

u c u m y ch l truy n th ng i p multicast cho t t c c c th nh vi n c a
nh m, c c th ng
i p n y th c thi m t ho t ng nh nhau. Khi m t s th nh vi n b l i,
m y kh ch truy c p t i nguy n v n c th c ph c v .
- D ch v chuy n k t n i (migration): th ng i p multicast c th
cs
d ng b i c c m y ch v m y kh ch x c nh v tr d ch v ng k t i nguy n