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系統識別號 U0002-2107201710042600
DOI 10.6846/TKU.2017.00740
論文名稱(中文) 基於軟體定義網路之品質感知多服務類型路由方法
論文名稱(英文) An SDN-Based Quality Aware Routing Mechanism for Various Service
第三語言論文名稱
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中文) 電機工程學系碩士班
系所名稱(英文) Department of Electrical and Computer Engineering
外國學位學校名稱
外國學位學院名稱
外國學位研究所名稱
學年度 105
學期 2
出版年 106
研究生(中文) 陳柏瑋
研究生(英文) Po-Wei Chen
學號 605450013
學位類別 碩士
語言別 繁體中文
第二語言別
口試日期 2017-07-10
論文頁數 55頁
口試委員 指導教授 - 李維聰
委員 - 李維聰
委員 - 衛信文
委員 - 朱國志
關鍵字(中) SDN
多服務類型
路由演算法
關鍵字(英) SDN
various services
routing algorithm
第三語言關鍵字
學科別分類
中文摘要
近年來網際網路快速的成長和發展,越來越多的網路應用及服務也漸漸出現在日常生活中,隨著服務的發展,大家也開始注重服務的品質及體驗,於是Internet Engineering Task Force (IETF)提出了Quality of Service(QoS) 來完成品質保證,但QoS架構中提出的兩種服務品質保證方法IntServ、Diffserv受限於傳統網路的架構,都是基於傳統的hop-by-hop routing,無法對整體網路資源做有效率的利用,而且無法依據不同服務類型來滿足特定需求的頻寬、延遲和抖動。例如:根據經驗和研究,串流的要求主要有足夠的頻寬,較低的延遲,較低的抖動,幾乎不會遺失封包,才能讓整體串流順暢;而語音服務則是需要低延遲、低抖動、但不需要太大頻寬,若有dejitter buffer會讓整體服務較不受抖動影響,但是也會升高延遲,而延遲會在對話上造成困擾;線上遊戲服務需要低延遲、低抖動,但是實際需要的資料傳輸量並不大;而一般檔案傳輸只需要足夠的頻寬即可,只要延遲和抖動不是極端的狀態就不會有太大影響。
    而最近興起的SDN概念可以有效解決傳統架構的問題,OpenFlow協議下的SDN是一個擁有方便管理、高效率、可適應性、高動態性等優點的新網路架構,SDN將整體網路架構分成控制層和轉發層,switch只做轉發功用,剩下的控制全部交由controller處理,彼此之間透過OpenFlow協議溝通,經由這樣集中式的控制器管理,可以有效進行軟體控制,感知整體網路中交換器的連結狀態,進而提供良好的路由控制,選擇出網路拓樸中的最佳路徑來傳遞封包。而在許多的最短路徑演算法中,Dijkstra’s Shortest Path Algorithm被認為是一種簡單明瞭,又能求出最佳解的演算法,此演算法從某一節點出發,利用路徑不同的權重,建立起一個最短路徑樹,以此迅速計算出結果。
    因此,本篇論文綜合以上概念,建立一個機制,針對不同服務類型所注重的參數來計算路徑權重,並利用Dijkstra’s Shortest Path Algorithm計算結果,在有限資源的環境下,提供最符合各類服務品質需求的路由。
英文摘要
Best-effort delivery mechanism is no longer fulfilling the needs of growing internet requirements, Internet Engineering Task Force (IETF) therefore announced Quality of Service (QoS) to relieve the intense network. However, those two service insurance methods (IntServ, Diffserv) of QoS are still basing on conventional hop-by-hop routing, which requires massive facilities to fulfill rush hours, but mostly idling on off-peak time. Besides, those improvements cannot specifically match every kind of internet services by various conditions, such as bandwidth, delay and jitter. According to experiments, we know that Streaming services need sufficient bandwidth、low delay、low jitter and low loss rate; Voice services need low delay、low jitter,but Voice service does not need much bandwidth, if it has a dejitter buffer, it can reduce the jitter, but increase the delay; Gaming services need low delay and low jitter, but jitter is the most serious impact on the game experience; data transmission services just need sufficient bandwidth.
    The developing SDN is therefore presenting to solve this issue effectively. Under the OpenFlow standard, SDN is a novel networking structure, which is considering as highly efficient, adaptive, and easy to be altered and managed. SDN contains control layer and transmission layer, transmissions are handled by switch and the controller processes the rest of the control progresses, and OpenFlow standard is used for communications between controllers and network devices. Centralized controller management can therefore achieve an effective software control. Sensing the connecting status of switches further to provide efficient routing control i.e. transmitting packages by the best path in the network topology. Among various routing algorithms, Dijkstra’s Shortest Path Algorithm is considering as a simple but very efficient algorithm. This algorithm calculates routing weight from nodes to nodes to build best routing tree and to acquire the routing result quickly. 
    This work makes a combination of all those conditions and conceptions above, creates alternative routing mechanisms to process different networking services. And by Dijkstra’s Shortest Path Algorithm to calculate proper routing, this work would be therefore achieve the multi-services quality insurance control based on SDN.
第三語言摘要
論文目次
第一章	緒論	1
1.1	前言	1
1.2	動機與目的	2
1.3	論文章節架構	3
第二章	相關研究與背景資料	4
2.1	Software-Defined Networking (SDN)	4
2.1.1	SDN Controller架構	6
2.1.2	SDN Controller介紹-RYU	7
2.2	OpenFlow	8
2.2.1	OpenFlow 架構	8
2.2.1 	OpenFlow Switch介紹-Mininet	10
2.3	網路服務分類	11
2.3.1 	影音串流	11
2.3.2 	語音服務	11
2.3.3 	網路遊戲	12
2.3.4 	檔案傳輸	12
2.4 	服務品質 (Quality of Service ,QoS)	13
2.5 	路徑演算法	13
第三章	傳輸路徑選擇機制	15
3.1 	服務品質保證	15
3.2 	整體流程	18
第四章	模擬結果與效能分析	19
4.1 	模擬內容	19
4.2 	實驗I- 驗證單服務路徑選擇	20
4.2.1 	模擬環境與情境	20
4.2.2 	數據與分析	22
4.3 	實驗II-驗證單服務路徑選擇(隨機)	33
4.3.1 	模擬環境與情境	35
4.3.2 	數據與分析	37
4.4 	實驗III-驗證多服務路徑選擇	44
4.4.1 	模擬環境與情境	44
4.4.2 	數據與分析	45
第五章	結論與未來展望	50
參考文獻	51

圖2.1軟體定義網路架構	4
圖2.2傳統網路與SDN的架構差異比較	5
圖2.3 SDN 控制器架構	6
圖2.4 RYU應用程式開發模型	7
圖2.5 OpenFlow架構圖	9
圖2.6 Flow table 欄位	9
圖2.7最短路徑演算法範例	14
圖3.1機制流程圖	18
圖4.1實驗一模擬拓樸	20
圖4.2 OSPF-同時提供4個串流(1)-吞吐量	23
圖4.3 OSPF-同時提供4個串流(1)-遺失率	24
圖4.4 RSS-同時提供4個串流(1)-吞吐量	24
圖4.5 RSS-同時提供4個串流(1)-遺失率	25
圖4.6 OSPF-同時提供4個串流(2)-吞吐量	27
圖4.7 OSPF-同時提供4個串流(2)-遺失率	27
圖4.8 RSS-同時提供4個串流(2)-吞吐量	28
圖4.9 RSS-同時提供4個串流(2)-遺失率	28
圖4.10 OSPF-同時提供4個遊戲-抖動	30
圖4.11 RSS同時提供4個遊戲-抖動	31
圖4.12波松過程示意圖	33
圖4.13實驗二模擬拓樸	35
圖4.14 OSPF-同時提供4個串流(隨機)-吞吐量	38
圖4.15 OSPF-同時提供4個串流(隨機)-遺失率	38
圖4.16 RSS-同時提供4個串流(隨機)-吞吐量	39
圖4.17 RSS-同時提供4個串流(隨機)-遺失率	39
圖4.18 OSPF-同時提供4個遊戲(隨機)-抖動	41
圖4.19 RSS同時提供4個遊戲(隨機)-抖動	42
圖4.20實驗三模擬拓樸	44
圖4.21 OSPF同時提供4種類型服務-串流吞吐量	46
圖4.22 OSPF同時提供4種類型服務-串流遺失率	46
圖4.23 RSS同時提供4種類型服務-串流吞吐量	47
圖4.24 RSS同時提供4種類型服務-串流遺失率	47
圖4.25 OSPF同時提供4種類型服務-遊戲抖動	48
圖4.26 RSS同時提供4種類型服務-遊戲抖動	48

表3.1 本論文之服務品質參數	16
表4.1影音串流環境設定(1)	21
表4.2影音串流環境設定(2)	21
表4.3 語音服務環境設定	21
表4.4遊戲服務環境設定	22
表4.5檔案傳輸環境設定	22
表4.6同時提供4個串流(1)-比較	25
表4.7同時提供4個串流(2)-比較	29
表4.8同時提供4個語音-比較	29
表4.9同時提供4個遊戲-比較	31
表4.10同時提供四個檔案傳輸-比較	32
表4.11波松過程條件	34
表4.12影音串流(隨機)環境設定	35
表4.13 語音服務(隨機)環境設定	36
表4.14遊戲服務(隨機)環境設定	36
表4.15檔案傳輸(隨機)環境設定	36
表4.16同時提供4個串流(隨機)-比較	40
表4.17同時提供4個語音(隨機)-比較	40
表4.18同時提供4個遊戲(隨機)-比較	42
表4.19同時提供四個檔案傳輸(隨機)-比較	43
表4.20實驗三環境設定	45
表4.21 同時提供四個種類型服務-語音及遊戲比較	49
表4.22 同時提供四個種類型服務-檔案傳輸比較	49
參考文獻
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