Sự ra đời của SDN (Software-Defined Networking) đã cách mạng hóa cách thức hoạt động của các trung tâm dữ liệu, tạo ra sự linh hoạt, khả năng mở rộng và nâng cao khả năng kiểm soát. Trong bài viết này hãy cùng HHN TECH tìm hiểu SDN là gì? Cách thức hoạt động và ứng dụng của SDN nhé.
1. SDN (Software-Defined Networking) là gì?
Software-Defined Networking (SDN) hay Mạng định nghĩa bằng phần mềm là một kiến trúc mạng mới, mang đến một cách tiếp cận hoàn toàn khác so với các mạng truyền thống. Thay vì cấu hình từng thiết bị mạng riêng lẻ, SDN tập trung vào việc điều khiển toàn bộ mạng thông qua một phần mềm trung tâm gọi là controller. Điều này cho phép các nhà quản trị mạng có cái nhìn tổng quan và khả năng điều khiển mạng một cách linh hoạt, nhanh chóng hơn.
Trong mạng truyền thống, các thiết bị mạng như router (bộ định tuyến) và switch (bộ chuyển mạch) đều tích hợp cả lớp điều khiển (Mặt phẳng điều khiển hay Control Plane) và lớp dữ liệu (Mặt phẳng dữ liệu hay Data Plane) vào một thiết bị phần cứng duy nhất. Kiến trúc kết hợp chặt chẽ này hạn chế tính linh hoạt và khả năng mở rộng của mạng, khiến việc thích ứng với các yêu cầu kinh doanh và mô hình lưu lượng thay đổi gặp nhiều khó khăn.
SDN tách lớp điều khiển, xác định cách các gói dữ liệu được chuyển tiếp qua mạng khỏi lớp dữ liệu hay mặt phẳng chuyển tiếp các gói. Bằng cách tập trung mặt phẳng điều khiển trong bộ điều khiển dựa trên phần mềm, SDN cho phép các quản trị viên lập trình hành vi mạng theo thời gian thực mà không cần phải định cấu hình từng thiết bị riêng lẻ theo cách thủ công. Cách kiểm soát tập trung này cho phép tự động hóa và linh hoạt hơn trong việc quản lý tài nguyên mạng.
2. Kiến trúc của SDN
Kiến trúc SDN (Software-Defined Networking) bao gồm 3 lớp chính: lớp ứng dụng, lớp điều khiển và lớp cơ sở hạ tầng. Mỗi lớp có một vai trò cụ thể và tương tác với các lớp khác để quản lý và kiểm soát mạng.
Lớp cơ sở hạ tầng: Lớp cơ sở hạ tầng là lớp dưới cùng trong kiến trúc của SDN, còn được gọi là mặt phẳng dữ liệu (data plane). Lớp này bao gồm các thiết bị mạng vật lý và ảo như bộ chuyển mạch, bộ định tuyến và tường lửa có nhiệm vụ chuyển tiếp lưu lượng mạng dựa trên các hướng dẫn nhận được từ mặt phẳng điều khiển (control plane).
Lớp điều khiển: Đây là lớp giữa của kiến trúc SDN, còn được gọi là mặt phẳng điều khiển. Lớp này bao gồm một bộ điều khiển tập trung giao tiếp với các thiết bị lớp cơ sở hạ tầng và chịu trách nhiệm quản lý và cấu hình mạng.
Bộ điều khiển tương tác với các thiết bị trong lớp cơ sở hạ tầng bằng các giao thức như OpenFlow để lập trình hành vi chuyển tiếp của bộ chuyển mạch và bộ định tuyến. Bộ điều khiển sử dụng các rule và policy để đưa ra quyết định về cách chuyển tiếp lưu lượng dựa trên các yếu tố như cấu trúc mạng, mẫu lưu lượng và yêu cầu về chất lượng dịch vụ.
Lớp ứng dụng: Lớp ứng dụng là lớp trên cùng của kiến trúc SDN và chịu trách nhiệm cung cấp các dịch vụ mạng và ứng dụng cho người dùng cuối. Lớp này bao gồm nhiều ứng dụng mạng tương tác với lớp điều khiển để quản lý mạng.
3. Cách thức hoạt động của SDN (Software-Defined Networking)
SDN (Mạng điều khiển bằng phần mềm) hoạt động bằng cách tách lớp điều khiển (control plane) khỏi lớp dữ liệu (data plane), chuyển tiếp lưu lượng đến đích đã chọn. Bộ điều khiển SDN, một ứng dụng phần mềm tập trung, quản lý và điều phối mạng bằng cách giao tiếp với các thiết bị mạng bằng các giao thức.
Bộ điều khiển nhận các hướng dẫn từ các ứng dụng mạng và dịch các hướng dẫn này thành các cấu hình cụ thể cho các thiết bị mạng. Cách kiểm soát tập trung này cho phép quản lý mạng tự động, cho phép định tuyến lưu lượng hiệu quả, cải thiện việc sử dụng tài nguyên và triển khai các Network Policy dễ dàng hơn.
4. Phân loại SDN
Tùy thuộc vào cách lớp điều khiển được kết nối với các thiết bị SDN, mạng SDN có thể được chia thành 4 loại khác nhau:
Open SDN: Quản trị viên có thể sử dụng giao thức như OpenFlow để kiểm soát hành vi của các bộ chuyển mạch ảo và vật lý ở cấp độ mặt phẳng dữ liệu.
SDN qua API: Thay vì sử dụng giao thức mở, API hay giao diện lập trình ứng dụng kiểm soát cách dữ liệu di chuyển qua mạng trên từng thiết bị.
SDN Overlay Model: SDN này chạy mạng ảo trên cơ sở hạ tầng phần cứng hiện có, tạo đường hầm động đến các trung tâm dữ liệu tại chỗ và từ xa khác nhau. Mạng ảo phân bổ băng thông trên nhiều kênh khác nhau và gán thiết bị cho từng kênh, không ảnh hưởng đến mạng vật lý.
Hybrid SDN: Mô hình này kết hợp SDN với các giao thức mạng truyền thống trong một môi trường để hỗ trợ các chức năng khác nhau trên mạng. Các giao thức mạng tiêu chuẩn tiếp tục định hướng một số lưu lượng, SDN chịu trách nhiệm về các lưu lượng khác.
5. Ưu và nhược điểm của SDN
5.1. Ưu điểm
So với kiến trúc mạng truyền thống, SDN có nhiều ưu điểm hơn, trong đó phải kể đến như:
Kiểm soát mạng tập trung: Ưu điểm nổi bật nhất của SDN là tập trung quyền kiểm soát mạng trong một bộ điều khiển duy nhất, giúp quản lý và cấu hình mạng dễ dàng hơn. Điều này cho phép quản trị viên xác định và thực thi các chính sách mạng theo cách chi tiết hơn, mang lại bảo mật, hiệu suất và độ tin cậy của mạng tốt hơn.
Mạng có thể lập trình: Trong môi trường SDN, các thiết bị mạng có thể lập trình và có thể được cấu hình lại ngay lập tức để đáp ứng các yêu cầu thay đổi của mạng. Điều này cho phép admin nhanh chóng điều chỉnh mạng theo các mẫu và nhu cầu lưu lượng thay đổi, mang lại hiệu suất và hiệu quả mạng tốt hơn.
Tiết kiệm chi phí: Với SDN, admin có thể sử dụng phần cứng thông dụng để xây dựng mạng, giúp giảm chi phí các phần cứng mạng độc quyền. Ngoài ra, việc tập trung kiểm soát mạng có thể giảm nhu cầu quản lý mạng thủ công, giúp tiết kiệm chi phí lao động và bảo trì.
Cải thiện bảo mật mạng: Kiểm soát mạng tập trung trong SDN giúp phát hiện và đối phó với các mối đe dọa bảo mật dễ dàng hơn. Việc sử dụng các policy và rule cho phép quản trị viên triển khai các biện pháp kiểm soát bảo mật chi tiết có thể giảm thiểu rủi ro bảo mật.
Khả năng mở rộng: SDN giúp mở rộng mạng dễ dàng hơn để đáp ứng nhu cầu lưu lượng thay đổi. Với khả năng kiểm soát mạng theo chương trình, admin có thể nhanh chóng điều chỉnh mạng để xử lý nhiều lưu lượng hơn mà không cần can thiệp theo cách thủ công.
Đơn giản hóa cách quản lý mạng: SDN có thể đơn giản hóa việc quản lý mạng bằng cách trừu tượng hóa phần cứng mạng cơ bản và trình bày chế độ xem logic của mạng cho quản trị viên. Điều này giúp quản lý và khắc phục sự cố mạng dễ dàng hơn, mang lại thời gian hoạt động và độ tin cậy của mạng tốt hơn.
Nhìn chung, SDN cung cấp phương pháp tiếp cận linh hoạt hơn, có thể lập trình và tập trung hơn đối với mạng. Điều này giúp tiết kiệm chi phí đáng kể, tăng cường bảo mật mạng và cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của mạng.
5.2. Nhược điểm
Phức tạp: Software-Defined Networking liên quan đến tập hợp các công nghệ tinh vi hơn và đòi hỏi các kỹ năng chuyên biệt để quản lý. So với mạng truyền thống, SDN phức tạp hơn nhiều.
Phụ thuộc vào bộ điều khiển: Bộ điều khiển tập trung là thành phần quan trọng của SDN, và nếu chẳng may bộ điều khiển bị lỗi dẫn đến toàn bộ mạng có thể ngừng hoạt động. Điều này có nghĩa là các tổ chức, doanh nghiệp cần đảm bảo bộ điều khiển có tính khả dụng cao và nên có kế hoạch sao lưu và khôi phục trong trường hợp xấu có thể xảy ra.
Khóa nhà cung cấp: Các giải pháp SDN của các nhà cung cấp khác nhau có thể không tương thích với nhau. Do đó, các tổ chức có thể bị hạn chế khả năng chuyển sang nhà cung cấp khác hoặc tích hợp các giải pháp mới vào mạng hiện tại của họ.
Bảo mật: Mặc dù giúp tăng cường bảo mật mạng, nhưng SDN cũng có thể gây ra các rủi ro bảo mật mới. Chẳng hạn, khả năng lập trình của mạng có thể giúp tội phạm mạng dễ dàng thao túng lưu lượng truy cập hơn.
Hiệu suất: Việc kiểm soát tập trung mạng trong SDN có thể gây ra độ trễ, có thể ảnh hưởng đến hiệu suất mạng trong một số tình huống nhất định.
6. Sự khác biệt giữa SDN và mạng truyền thống
Về mặt cơ sở hạ tầng, mạng truyền thống dựa vào các thiết lập tập trung vào phần cứng, tích hợp chặt chẽ các mặt phẳng điều khiển và dữ liệu trong các thiết bị. Ngược lại, SDN dựa trên phần mềm, tách mặt phẳng điều khiển khỏi mặt phẳng dữ liệu, giúp tăng cường đáng kể tính linh hoạt. Sự khác biệt này cho phép SDN cung cấp cơ sở hạ tầng có khả năng thích ứng và lập trình tốt hơn so với các cấu hình cứng nhắc của mạng truyền thống.
Về mặt bảo mật, mạng truyền thống triển khai các biện pháp bảo mật phân mảnh trên từng thiết bị, trong khi SDN tập trung quản lý bảo mật thông qua bộ điều khiển. Phương pháp tiếp cận tập trung này trong SDN cho phép triển khai bảo mật trên toàn mạng gắn kết và phản hồi tốt hơn, mang lại khả năng thích ứng và phối hợp tốt hơn để chống lại các mối đe dọa so với các biện pháp bảo mật phi tập trung của mạng truyền thống.
7. Ứng dụng của SDN
SDN (Software-Defined Networking) cung cấp giải pháp tiếp cận linh hoạt, có thể lập trình và tập trung vào quản lý mạng có thể được ứng dụng cho nhiều lĩnh vực và ngành khác nhau.
Trong quá trình tối ưu hóa trung tâm dữ liệu, ảo hóa mạng và quản lý mạng tự động của SDN giúp tăng tính linh hoạt và giảm khả năng xảy ra lỗi.
Trong NFV (network function virtualization), SDN có thể thay thế các thiết bị mạng truyền thống (như tường lửa và bộ cân bằng tải) bằng phần mềm chạy trên phần cứng thông dụng, giúp giảm chi phí và tăng tính linh hoạt. Ngoài ra, SDN cũng cho phép tạo chuỗi dịch vụ trong đó dữ liệu chảy qua một loạt VNF, cung cấp đường dẫn tùy chỉnh cho các gói dữ liệu.
Công nghệ SDN có thể được sử dụng để tối ưu hóa và quản lý mạng diện rộng (WAN – Wide Area Network), cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của các kết nối mạng đường dài. Điều này đặc biệt hữu ích cho các doanh nghiệp có nhiều chi nhánh.
Trong điện toán đám mây và tích hợp đa đám mây, SDN cho phép tích hợp và quản lý liền mạch các môi trường đa đám mây. Điều này cho phép các tổ chức sử dụng hiệu quả tài nguyên từ nhiều nhà cung cấp đám mây cũng như cung cấp các giải pháp mạng có khả năng mở rộng có thể phát triển theo nhu cầu của các ứng dụng đám mây.
Trong mạng IoT (Internet vạn vật), Software-Defined Networking xử lý các yêu cầu về khả năng mở rộng lớn, cung cấp cấu hình mạng động khi thêm thiết bị mới. Ngoài ra, khả năng kiểm soát tập trung của SDN cho phép các chính sách bảo mật nhất quán trên tất cả các thiết bị IoT, giảm thiểu rủi ro liên quan đến các điểm cuối không an toàn.
Trong mạng 5G, SDN cho phép tạo các phân đoạn mạng ảo, mỗi phân đoạn được tối ưu hóa cho các loại dịch vụ khác nhau (ví dụ: độ trễ thấp cho xe tự hành, thông lượng cao cho phát trực tuyến video).
Bài viết trên đây HHN TECH vừa chia sẻ cho bạn thông tin để hiểu rõ hơn SDN (Software-Defined Networking) là gì? Cách thức hoạt động cũng như ứng dụng của SDN. Hy vọng rằng các thông tin trên đây sẽ hữu ích với bạn!