Thạc Sĩ Cân bằng tải trong truyền dữ liệu nhiều kết nối

GIỚI THIỆU
1.1 Hiện trạng
Ngày nay, các doanh nghiệp thường thuê ít nhất hai đường truyền internet từ ít nhất hai ISP để có thể dự phòng lẫn nhau. Sau khi có nhiều đường truyền internet rồi thì doanh nghiệp lại phải nghĩ cách để sử dụng tối ưu cả hai đường trên. Nếu như chọn giải pháp một đường chính, đường còn lại làm dự phòng thì đường truyền chính của công ty có thể bị nghẽn vào giờ cao điểm trong khi đường dự phòng lại đang không có lưu lượng. Trong trường hợp này, doanh nghiệp buộc phải chi thêm tiền để thuê thêm băng thông từ nhà cung cấp. Giải pháp này xem ra lãng phí về kinh tế và kém hiệu quả về kỹ thuật. Có một giải pháp khác, mà hiện nay các doanh nghiệp thường sử dụng để có thể khắc phục được các hạn chế ở trường hợp vừa trình bày đó là: xây dựng hệ thống cân bằng tải.

1.2 Nhu cầu và xu hướng cân bằng tải
Cân bằng tải đã giúp doanh nghiệp sử dụng “đồng thời” các đường truyền internet mà họ đã thuê. Trước đây, tiện ích này đã làm thõa mãn được nhu cầu doanh nghiệp. Nhưng hiện tại thì chưa, bởi theo quy luật phát triển thì nhu cầu, đòi hỏi của con người sẽ luôn tăng theo thời gian. Cái họ cần là cơ chế cân bằng tải phải thông minh hơn nữa. Cụ thể là phải sử dụng “tối ưu” các đường truyền internet mà họ đã thuê (không phải chỉ là sử dụng “đồng thời” như trước đây).

1.3 Mục tiêu nghiên cứu
1.3.1 Xây dựng một giải thuật cân bằng tải mới và hiệu quả.
Ý tưởng chính của giải thuật: Với mỗi dest IP, hệ thống cân bằng tải sẽ chọn hướng truyền gói tin dựa vào độ ưu tiên từ cao nhất xuống thấp nhất như sau:
 Tỉ lệ rớt gói thấp nhất & Băng thông còn trống
 Độ trễ thấp nhất & Băng thông còn trống
 Biến thiên độ trễ thấp nhất & Băng thông còn trống
 Băng thông còn trống nhiều nhất
 Default-route
1.3.2 Xây dựng phần mềm dựa vào giải thuật đã đề xuất
Mục tiêu:
 Để công ty đang làm việc, tức công ty cổ phần NetNam (chuyên cung cấp dịch vụ internet) có thể sử dụng trong việc tư vấn/bán dịch vụ cân bằng tải cho các khách hàng có nhu cầu.
 Để tất cả mọi người trên thế giới có thể sử dụng và cải tiến (Nếu công ty đang làm cho phép công bố rộng rãi)
1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng:
 Lập trình mạng với Java
 Định tuyến trên linux
Phạm vi:
 Xây dựng chương trình bằng ngôn ngữ Java
 Hệ điều hành là linux (CentOS)
 Hệ thống có khả năng cân bằng tải dựa vào 5 tiêu chí: tỉ lệ rớt gói, độ trễ, biến thiên độ trễ, băng thông.
1.5 Bố cục luận văn
 Chương 1: Giới thiệu
 Chương 2: Xây dựng giải thuật cân bằng tải
 Chương 3: Xây dựng phần mềm cân bằng tải dựa vào giải thuật đề xuất
 Chương 4: Kết quả test trong môi trường thử nghiệm và thực tế

MỤC LỤC
MỤC LỤC i
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT iii
DANH MỤC BẢNG iv
Chương 1 GIỚI THIỆU 1
1.1 Hiện trạng 1
1.2 Nhu cầu và xu hướng cân bằng tải 2
1.3 Mục tiêu nghiên cứu 3
1.3.1 Xây dựng một giải thuật cân bằng tải mới và hiệu quả. 3
1.3.2 Xây dựng phần mềm dựa vào giải thuật đã đề xuất 4
1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4
1.5 Bố cục luận văn 5
Chương 2 XÂY DỰNG GIẢI THUẬT CÂN BẰNG TẢI 6
2.1 Khái niệm 6
2.2 Phân loại 9
2.3 Chức năng của cân bằng tải kết nối (link load-balancer) 10
2.4 Giải thuật và mô hình 11
2.4.1 Xoay vòng (round-robin) 11
2.4.2 Xoay vòng theo trọng số (Weighted round-robin ) 13
2.4.3 Độ ưu tiên (Priority) 15
2.4.4 Tràn băng thông (overflow) 17
2.4.5 Băng thông sử dụng thấp nhất (Least used) 19
2.4.6 Băng thông sử dụng thấp nhất theo trọng số (Weighted least used) 21
2.4.6 Số kết nối thấp nhất (Least connection) 23
2.4.7 Số kết nối thấp nhất theo trọng số (Weighted least connection) 25
2.4.8 Độ trễ thấp nhất (“Lowest latency” hay “Fastest repsonse time”) 27
2.4.8 Cố định hướng truyền dữ liệu (Enforced) 29
2.5 Giải thuật đề xuất 30
2.5.1 Đặt vấn đề 30
2.5.2 Ví dụ so sánh giữa giải thuật đã biết và giải thuật đề xuất 31
2.5.3 Nguyên lý hoạt động của giải thuật mới – “Best QoS” 33
2.5.4 Đánh giá giải thuật “Best QoS” 34
Chương 3 XÂY DỰNG PHẦN MỀM CÂN BẰNG TẢI DỰA VÀO GIẢI THUẬT ĐỀ XUẤT 35
3.1 Ý tưởng chương trình 35
3.2 Nội dung chương trình 36
3.2.1 Class Main 37
3.2.2 Class Routing 39
3.2.3 Class Loadbalancer 44
3.2.4 Class DatabaseUpdate 51
3.3 Đánh giá chương trình 57
Chương 4 KẾT QUẢ TEST TRONG MÔI TRƯỜNG THỬ NGHIỆM VÀ THỰC TẾ 58
4.1 Mô hình test 58
4.1.1 Mô hình lab ảo VMWare 58
4.1.2 Mô hình lab thực tế tại công ty đang làm việc 59
4.2 Các bước cài đặt, triển khai 60
4.3 Kịch bản test 60
4.3.1 Kịch bản 1: Test khả năng chọn hướng có Best QoS 60
4.3.2 Kịch bản 2: Test khả năng tự thay đổi hướng truyền dữ liệu khi Best QoS thay đổi hoặc băng thông sắp nghẽn 63
TỔNG KẾT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 65
1. Kết quả đạt được 65
2. Vấn đề tồn đọng 65
3. Hướng phát triển 65
TÀI LIỆU THAM KHẢO 66