第三章 實驗架構與實驗⽅方法
3.4 多路寬頻負載平衡器
5. Controller收到Client所提出的請求，記錄其申請的IP address，並將需求資料轉換為 防⽕火牆規則並套⽤用到交換機上，允許所申請之流量通⾏行(TCP:80)，並同時產⽣生報表 格式供網路管理⼈人員查詢。︒
6. 由Client對Server1直接送出封包流量，因已經通過認證，此時應可正常使⽤用相關服 務，並且設定idle time out時間。︒若在設定時間(實驗時設定為10分鐘)內無任何流量 通過，則關閉該服務，以確保防⽕火牆安全。︒
7. 待設定時間過後，再次透過Client對Server1送出封包流量。︒由於已過設定時間，此 時註冊規則已被註銷，因此無法順利存取到Server1，由此可驗證實驗成功。︒
利⽤用交換機上具有多個實體通訊埠的概念，建置可以⾃自由調整Multi-WAN、︑ Multi-LAN 之多路頻寬負載平衡器。︒並在負載平衡演算法的部分，利⽤用SDN特性，透過觀察網路 使⽤用狀況，並根據實際網路負載，動態改變路由，達到更⾼高的頻寬使⽤用率。︒實驗架構 如圖3.8所⽰示，各主機說明如下：
• H1：傳送端主機，為主要測量對象。︒利⽤用Iperf軟體向Server1送出UDP封包，測試狀 況分別由主機線路頻寬的10%-100%(在此實驗下為1Mbit/s-10Mbit/s)，觀察不同負載 下的負載平衡效能。︒
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• H2-H4：傳送端主機。︒由於在實際網路狀況下，不可能只有單⼀一主機使⽤用網路，為更 貼近真實狀況，我們設定三組實驗情況，分別為H2-H4向Server1傳送主機線路頻寬 10%、︑20%、︑30%(在此實驗下為1Mbit/s、︑2Mbit/s、︑3Mbit/s)的UDP封包，模擬實際網 路使⽤用狀況，藉以觀察不同負載下的負載平衡效能。︒
• Server1：接收端主機，負責接收封包，線路頻寬為50Mbit/s。︒
• S1-S4：交換機設備，所有線路頻寬設為10Mbit/s。︒
圖3.8 多路頻寬負載平衡實驗架構圖
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圖3.9 多路頻寬負載平衡實驗流程圖。︒
在負載平衡演算法⽅方⾯面，我們利⽤用SDN能收集交換機狀態的特性，觀察網路使⽤用 率。︒透過pox.openflow.libopenflow_01中的ofp_flow_stats_request及ofp_port_stats_request 兩個類別來收集交換機上所有資料流表項和所有實體傳送埠的使⽤用資訊。︒以 "每條連線 的頻寬(Megabits per second)＊觀察時間" 做為觀察基準。︒接著計算所有實體傳輸埠的使
⽤用狀況，根據每⼀一個傳輸埠傳送和接收的資料量計算網路使⽤用率。︒例如：假設頻寬為 10Mbps，觀察時間為5秒鐘，則得到基準值為10Mb＊5＝50Mb(Megabits)/
8=6.25MB(Megabytes)，傳輸埠的傳送資料量(TX)為4MB，接收資料量(RX)為1MB，則 可計算使⽤用率為(4+1)/6.25 = 80%。︒計算出使⽤用率之後則觀察是否超過警戒值，在本實 驗中設定為90%，若超出警戒值，則觀察替代線路是否有⾜足夠頻寬能使⽤用，若有⾜足夠 頻寬則將動態進⾏行調整。︒
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1送出主機頻寬之10%-100%UDP封包，每10%為⼀一個測量點，共計10個測量點，藉以 測試出在不同頻寬使⽤用狀況下，負載平衡演算法之效能影響。︒測量的基準值則將使⽤用"‧
平均頻寬使⽤用率"和"封包遺失率(packet loss rate)”為觀測對象，平均頻寬使⽤用率則為(實 際傳送頻寬/測試案例設計傳送頻寬)*100，越接近100%為越理想之狀態。︒實驗測試對 象總共分⼆二組，分別為傳統的round robin演算法和本論⽂文所提供之⽅方法(SDAF，
Software Defined Automaic Firewall)。︒
在此架構下，觀測時間的長短為影響效能的重⼤大因素，觀測區間過短可能導致⼤大 量的系統負擔，進⽽而影響整體效能︔；觀測區間過長又可能無法有效反應出實際網路狀 況。︒為計算出最佳的觀測區間，本論⽂文採⽤用模擬最佳化(Simulation Optimation)的概念，
實際進⾏行測量。︒測量的部分將透過H1送出90%的流量，H2-H4各送出30%的流量，使兩 條線路整體頻寬使⽤用率為90%，決策變數則為觀測區間的秒數，以1至10秒進⾏行測量。︒
測量結果如圖3.9所⽰示，顯⽰示在觀測時間設定為5秒時，可達到最⾼高頻寬使⽤用率，因此本
⽂文中實驗將觀測時間設為5秒鐘。︒
圖3.10 觀測時間實驗圖。︒
Bandwidth utilization(%)
70 77.5 85 92.5 100
Observation interval (sec)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10