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研究生:孫立明
研究生(外文):Li-Ming Sun
論文名稱:利用SDN改善現有校園中教學影片的傳輸
論文名稱(外文):Using SDN to Improve the Streaming of Teaching Videos in Existing Campus
指導教授:李維聰李維聰引用關係
口試委員:衛信文朱國志
口試日期:2017-07-10
學位類別:碩士
校院名稱:淡江大學
系所名稱:電機工程學系碩士班
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2017
畢業學年度:105
語文別:中文
論文頁數:52
中文關鍵詞:軟體定義網路負載平衡最短路徑
外文關鍵詞:SDNLoad Balanceshortest path
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由於科技的日新月異,使得影片的傳輸在我們的生活中更顯得十分的重要,在更多的人使用影片下,網路的頻寬往往會有爆量的傳輸,這樣的原因使得網路的管理在現今的網路中更加的重要與被重視。在傳統的網路當中,如果有很大的流量需求進入了網路當中,系統也只會選擇最短的路徑去傳輸,如果越來越多的人去使用網路,系統的業者只會增加線路的頻寬來應付這些使用者,其實再增加路線的頻寬當中,因為傳統網路會走最短路徑的特性,這樣會造成某幾條路徑的壅塞但其他路徑的過於空閒,這會造成業者的成本增加,SDN的出現就是可以解決這個問題,業者利用了軟體去定義網路,這樣就可以依照業者想要的需求去定義路由的走向,也可以節省成本,增加每條路線的使用率,間接地可以使更多的使用者來使用網路,也不會因為某條路線的壅塞而導致使用者的網路品質下降。
在未來淡江大學的串流課程只會不斷的去增加,所以我們針對這個原因,在現有的拓樸再進行改良,將傳統的網路概念改良成SDN架構的網路。在論文中會提到,我們假設影片的資訊會在圖書館讓學校中每個館進行傳輸,假設幾種情境來進行模擬,我們比較三種的方法,第一種我們使用傳統的網路,第二種我們使用負載平衡,是以交換方式的負載平衡,第三種則是我們所訂定的方法,會用比例的方式來讓他達到負載平衡,經過這三種的方法,最後我們會比較每條路在一個禮拜中一到六的三個時段分別為8-10、14-16、19-21三個時段的路徑使用量,然後根據他的圖表呈現出來的結果便可看出三種方法優缺點,可知道哪種方法最可以有效的利用每一條路徑,達到有效利用每條路徑這個目的。
As technology improves every day, it makes the video streaming become more and more important in our lives. More and more people who used to watch on-line streaming would cause the bandwidth of internet overloaded in transmission, so that we should pay more attention on the management of internet. In the traditional network, the system will choose the shortest path to transmit even though lots of packets are jammed in the network. The network provider will just increase the facilities to support higher bandwidth to the user when more and more people surf the internet. But this will still cause some of the lines are congested and the others are too idle because of the characteristic of traditional network. This will cause lots of money wasted from network provider. The SDN can solve this problem. The network provider can use software to define network, so that accordance with the needs of the industry to define the direction of routing, provider can also save costs and increase the use of each route.
In the future, the streaming curriculum will be increased in Tamkang University, for this reason, we use the present topology and change the traditional network into SDN architecture network. We will transmit packet from library to each school place and compare the results of three methods under different simulation scenarios. First of all, we use traditional network routing method know as OSPF, second, we use round-robin load balance method and the third is our method which uses proportional mechanism to achieve the load balance. We compare the results of three methods on three periods, one is 8:00-10:00, another is 14:00-16:00 and the other is 19:00-21:00. The result shows that using the third method can be more effective than using other two methods
目錄
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 SDN 與傳統架構比較 4
2.2 Software-Defined Networking (SDN) 6
2.2.1 SDN Controller架構 7
2.2.2 OpenFlow 9
2.2.2.1OpenFlow 架構 9
2.3 Estinet 11
2.4 Load balance 15
2.4.1 傳統網路的Load balance 16
(1) DNS輪詢 16
(2) Scheduling 演算法 16
2.4.2 Load Balance in SDN 16
第三章 影片傳輸的分析 18
3.1 網路流量分析與拓樸架構 18
3.2 第一個方法-最短路徑 22
3.3 第二個方法-交換式的分流法(輪詢) 23
3.4 第三個方法-比例式的分流法 26
第四章 模擬結果與效能分析 29
4.1 模擬內容 29
4.2 實驗分析-第一種模擬方法 33
4.2.1 模擬環境與情境 33
4.2.2 數據與分析 34
4.3 實驗分析-第二種模擬方法 35
4.3.1 模擬環境與情境 35
4.3.2 數據與分析 36
4.4 實驗分析-第三種模擬方法 37
4.4.1 模擬環境與情境 38
4.4.2 數據與分析 38
4.5 分析與討論 39
第五章 結論與未來展望 49
參考文獻 50

圖目錄

圖2.1 傳統網路架構與SDN網路架構差異 5
圖2.2 軟體定義網路架構 6
圖2.3 SDN Control 架構圖 8
圖2.4 OpenFlow 網路架構圖 10
圖2.5 模擬第一步驟[D]raw Topology ……………………………......13
圖2.6 模擬第二步驟[E]dit Property…………………………………...14
圖2.7 模擬的四個步驟[P]layback…………………………………….. 15
圖3.1 流量擷取圖……………………………………………………….19
圖3.2 原始淡江大學網路架構圖……………………………………….21
圖3.3 改良後淡江大學網路架構圖…………………………………….21
圖3.4 找最短路徑及其最短路徑樹(以a點為來源)………………….23
圖3.5 最短路徑分流圖……………………..…………………………..24
圖3.6 方法二之分流圖…………………..……………………………..25
圖3.7 簡易分流圖(沒有進入三個條件則比例分流)………………….27
圖3.8 簡易分流圖(有進入三個條件中第三個條件則比例分流)…….28
圖4.1 方法二、三之拓樸…….…………………………………………32
圖4.2 方法一之拓樸…………………………………………………….32
圖4.3 傳統的拓樸模擬圖 ……………………………………………...33
圖4.4 方法一的模擬數據比較圖……………………………………….34
圖4.5 SDN的拓樸模擬圖 ……………………………………………..36
圖4.6 方法二的模擬數據比較圖……………………………………….37
圖4.7 方法三的模擬數據比較圖……………………………………….39
圖4.8 星期一的比較圖………………………………..……………….40
圖4.9 星期二的比較圖……………………………..………………….41
圖4.10 星期三的比較圖 ….………………………..…………………..41
圖4.11 星期四的比較圖 ……………………………………………....42
圖4.12 星期五的比較圖…………………………………………………...42
圖4.13 星期六的比較圖 ………………………………………………….43
圖4.14 NO1平均最高路線7號之比較圖 ……………………………….44
圖4.15 NO2平均最高路線6號之比較圖 ……………………………….45
圖4.16 NO3平均最高路線8號之比較圖 ……………………………….45
圖4.17 NO1平均最低路線2號之比較圖 ……………………………….46
圖4.18 NO2平均最低路線2號之比較圖 ……………………………….46
圖4.19 NO3平均最低路線2號之比較圖 ……………………………….47




















表目錄
表2.1 Flow Table的欄位…………………………………………………11
表4.1 方法一到方法三之比較圖………………………………………….39
表4.2 一周的標準差列表………………………………………………….43
[1]https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%B4%9F%E8%BD%BD%E5%9D%87%E8%A1%A1
[2]Open Networking Foundation, “Software-Defined Networking:The New Norm for Networks”, April 2012
[3]N. McKeown, T. Anderson, H. Balakrishnan, G. Parulkar, L. Peterson, J. Rexford, S. Shenker, and J. Turner. “Openflow: enabling innovation in campusnetworks.”, ACM SIGCOMM, Volume 38 Issue 2, April 2008
[4]http://www.estinet.com/ns/?page_id=22754&lang=zh-hant
[5]雲端資料中心開放式與虛擬化網路環境的實踐— 軟體定義網路(http://www.ringline.com.tw/zh-tw/article_info.php?id=11)
[6]新一代網路架構SDN顛覆傳統網路的控制模式(http://www.ithome.com.tw/node/77353)
[7]廖俊傑,林盈達, “SDN 交換器與傳統交換器的架構與效能比較”,September 30, 2013
[8]軟體定義網路架構圖由Open Networking Foundation(https://www.opennetworking.org/sdn-resources/sdn-definition)
[9]Thomas D. Nadeau & Ken Gray, "SDN: Software Defined Networks", May 2015.
[10]Ryu Framework Build SDN Agilely(https://osrg.github.io/ryu/)
[11]韋地亞;Yahya,Widhi, 軟體定義網路負載平衡演算法效能比較; Performance Comparisons of Load Balancing Algorithms for Software Defined Networking, June 2015
(http://ir.lib.ncu.edu.tw/handle/987654321/65744)

[12]代克思托演算法 (Dijkstra''s algorithm)
http://nthucad.cs.nthu.edu.tw/~yyliu/personal/nou/04ds/dijkstra.html
[13]E. Dijkstra, “A note on two problems in connexion with graphs,” Numerische mathematik, vol. 1, no.1, 1959, pp. 269-271.
[14]支援OpenFlow協議Swich由Open Networking Foundation提供 (https://www.opennetworking.org/sdn-openflow-products?limitstart=0)
[15]Tsung-Feng Yu, Kuochen Wang, Yi-Huai Hsu, “Adaptive Routing for Video Streaming with QoS Support over SDN Networks”, 2015 International Conference on Information Networking (ICOIN),pp. 318 – 323, Jan. 2015
[16] Davide Adami, Stefano Giordano, Michele Pagano, Giuseppe Portaluri
Department of Information Engineering, University of Pisa, “A Novel SDN Controller for Traffic Recovery and load Balancing in Data Centers”, 2016 IEEE
[17] 雲端軟體定義網路之動態負載平衡法http://gebrc.nccu.edu.tw/jim/3S/papers/3-1.pdf
[18] Shie-Yuan Wang ∗ Hung-Wei Chiu ∗ and Chih-Liang Chou † ∗Department of Computer Science, National Chiao Tung University, Taiwan, “Comparisons of SDN OpenFlow Controllers over EstiNet: Ryu vs. NOX”, The International Symposium on Advances in Software Defined Networks, April 19-24, 2015, Barcelona, Spain
[19] Shie-Yuan Wang, National Chiao Tung University Chih-Liang Chou and Chun-Ming Yang, EstiNet Technologies, Inc, “EstiNet OpenFlow Network Simulator and Emulator”, IEEE Communications Magazine • September 2013
[20] Hailong Zhang1, Xiao Guo2, 1School of Information Engineering,
Communication University of China, Beijing 100024, China, Proceedings of CCIS2014,SDN-BASED LOAD BALANCING STRATEGY FOR
SERVER CLUSTER
[21] 負載均衡(維基百科)https: //zh.wikipedia.org/wiki/ %E8%B4%9F%E8%BD%BD%E5%9D%87%E8%A1%A1
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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