TWI528755B - 軟體定義網路中用於延遲量測之網路控制器、延遲量測系統及延遲量測方法 - Google Patents

Description

軟體定義網路中用於延遲量測之網路控制器、延遲量測系統及延遲量測方法

本揭露係關於軟體定義網路中用於延遲量測之網路控制器、延遲量測系統及其方法。

於網路傳輸中，傳輸延遲是必然產生的現象，其也是網路運作效率重要的指標，當延遲嚴重時不僅讓封包傳遞變慢，同時也表示部分網路傳輸設備(例如：網路交換器或路由器)的運作已達瓶頸。由此可知，網路延遲對於網路業者而言是傳輸品質的重要議題，因為它牽涉到許多應用系統能否順暢的執行，例如使用VoIP網路電話時，嚴重的延遲會造成語音通話明顯遲滯，勢必無法流暢且清楚地進行溝通，解決方法之一是找出關鍵延遲。然而使用一般量測方法或工具，往往只能找到整個傳輸路徑的延遲，亦即改善措施只能執行整個路徑的切換，而無法依據各段網路狀態作較精確的局部切換或網路架構調整。

目前逐漸崛起的軟體定義網路(Software Defined Network，SDN)，它也是一種傳輸網路，傳輸延遲同樣也是一個重要課題。 目前使用於SDN的控制協定之一為OpenFlow，是由ONF(Open Networking Foundation)所提出，應用於網路控制器(Controller)與網路交換器(Switch)的通訊協定，藉由集中式的網路管控，讓強大的網路控制器得以指揮多個的網路交換器。於此協定中，也定義了許多與流量相關的統計資訊，包括封包數(Packets)、位元組數(Bytes)與資料流數(Flows)，但僅由該些資訊是無法推算出網路的延遲。此外，目前延遲量測技術主要分成兩種，一種為主動式量測，其係注入大量的探測封包至網路中，記錄並比較探測封包經過每個傳輸點(Hop)的時間，進而求得各段鏈接的延遲情況，然而此方法常需使用高精度的時間同步(Clock Sync.)，並且會耗用大量網路資源。另一種為被動式量測，其係於受測傳輸點之進出端直接量測傳送封包的延遲，然而此方法需要在龐大的資料流中，辨識受測封包，且同樣需高精度的時間同步，通常需要中央控管系統來控制時間同步與量測延遲，因而整體架構和封包比對較複雜且中央控管系統也會限制其量測範圍。

因此，如何在現有SDN控制協定下，找出一種可量測傳輸路徑中每一個鏈接延遲的方法，進而找出關鍵延遲，以作為後續改善措施的參考，實為本技術領域之人亟欲解決的技術課題。

本揭露係提出一種軟體定義網路中用於延遲量測之網路控制器，係包括：一初始模組、一頭端量測模組、一常態量測模組、一延遲計算模組。該初始模組係預先取得一受測路徑及該受測路徑上所有網路交換器，將一轉送項目(Flow Entry)傳送至該受測路徑中之一頭端網路交換器的一轉送表該頭端量測模組是用於量 測該頭端量測模組與頭端網路交換器間的一回應延遲時間，並發出一探測封包，該探測封包於該頭端網路交換器中依該轉送表之轉送項目進行傳送，以量測該探測封包來回該頭端網路交換器的一第一來回時間。該常態量測模組是用於量測該探測封包由該頭端網路交換器至次一網路交換器間的一第一傳遞延遲時間，以及該探測封包來回該次一網路交換器的一第二來回時間，而該延遲計算模組是用於以該回應延遲時間和該第一來回時間以計算出該頭端網路交換器之一傳輸點延遲時間，且以該回應延遲時間、該第一傳遞延遲時間以及該第二來回時間以計算出一第一總結點延遲時間，其中，透過該常態量測模組量測兩個網路交換器間的傳遞延遲時間以及該探測封包來回網路控制器的回應延遲時間，以提供該延遲計算模組計算出兩個網路交換器之間的總結點延遲時間。

本揭露另提出一種軟體定義網路中延遲量測方法，係包括：令一網路控制器傳送一控制訊息至一頭端網路交換器，以於該頭端網路交換器之一轉送表中新增一轉送項目；令該網路控制器傳送一探測封包至該頭端網路交換器，該頭端網路交換器依據該轉送表之轉送項目將該探測封包傳送至該網路控制器和一次一網路交換器，其中，該網路控制器記錄該網路控制器與該頭端網路交換器的一回應延遲時間以及該探測封包於該網路控制器和該頭端網路交換器間的一第一來回時間，以由該第一來回時間和該回應延遲時間計算出一傳輸點延遲時間；該次一網路交換器接收該探測封包後傳送一路由詢問訊息至該網路控制器，該網路控制器傳送該探測封包至該次一網路交換器以通知該次一網路交換器將該 探測封包傳送至該網路控制器和一再次一網路交換器；以及該網路控制器記錄該探測封包由該頭端網路交換器至該次一網路交換器的一第一傳遞延遲時間以及該探測封包於該網路控制器與該次一網路交換器間的一第二來回時間，以由該回應延遲時間、該第一傳遞延遲時間以及該第二來回時間計算出一第一總結點延遲時間，並且依循上述量測與計算方式，以得到之後連續兩個網路交換器間的總結點延遲時間。

本揭露還提出一種軟體定義網路中延遲量測系統，係包括：一網路控制器、一頭端網路交換器以及一次一網路交換器。該網路控制器是用於量測受測路徑及發送一探測封包，以記錄該網路控制器與各網路交換器間的一回應延遲時間、該探測封包來回該各網路交換器的來回時間以及該各網路交換器中兩個網路交換器間的一第一傳遞延遲時間。該頭端網路交換器是用於在接收該探測封包後，依據該頭端網路交換器之一轉送表所預定之轉送項目，將該探測封包回傳至該網路控制器以及傳送到該受測路徑上之一次一網路交換器，而接收該探測封包之該次一網路交換器，是用於接收該探測封包後，發出一路由詢問訊息至該網路控制器以得到該探測封包之傳送目的地，該傳送目的地包括回傳至該網路控制器以及傳送至一再次一網路交換器，其中，該網路控制器係以該回應延遲時間以及該探測封包於該網路控制器和該頭端網路交換器間的一第一來回時間以計算出一傳輸點延遲時間，並且以該回應延遲時間、該第一傳遞延遲時間以及該探測封包於該網路控制器與該次一網路交換器間的一第二來回時間，以計算出一第一總結點延遲時間，之後，並依循上述量測與計算方式，以得 到之後兩個連續網路交換器間的總結點延遲時間。

1‧‧‧網路控制器

2‧‧‧網路控制器

21‧‧‧初始模組

22‧‧‧頭端量測模組

23‧‧‧常態量測模組

24‧‧‧延遲計算模組

31‧‧‧頭端網路交換器

32‧‧‧次一網路交換器

33、S1~S4‧‧‧網路交換器

100、200‧‧‧設備

S301至S304‧‧‧步驟

第1圖係為本揭露之軟體定義網路中網路控制器其OpenFlow運作原理與相關延遲之示意圖；第2圖係為本揭露之軟體定義網路中用於延遲量測之網路控制器的示意圖；第3圖係為本揭露之軟體定義網路中延遲量測方法的流程圖；第4A圖係為本揭露之軟體定義網路中延遲量測系統進行頭端延遲量測的示意圖；第4B圖係為本揭露之軟體定義網路中延遲量測系統進行常態延遲量測的示意圖；以及第4C圖係為本揭露之軟體定義網路中延遲量測系統對於延遲時間之計算的示意圖。

以下藉由特定的具體實施形態說明本揭露之技術內容，熟悉此技術之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本揭露之優點與功效。然本揭露亦可藉由其他不同的具體實施形態加以施行或應用。

參閱第1圖，其係說明本揭露之軟體定義網路中網路控制器其OpenFlow運作原理與相關延遲之示意圖。首先，本揭露所提出之網路延遲量測機制是在軟體定義網路(SDN)環境下進行，且沿用SDN本身具有的一個OpenFlow的控制協定，以一個探測封包來逐一量測出傳輸路徑上每一鏈接的延遲，進而找出關鍵延遲 點。本揭露僅是借用OpenFlow運作機制來進行，因而先簡單說明OpenFlow之基本運作。

如圖所示，首先OpenFlow要能傳輸資料是需建立一條傳輸路徑，例如圖中的設備100至設備200，在同一流量(Flow)中的第一個封包自設備100發出後，首次進到網路中的網路交換器時，網路交換器一開始不知道如何轉送該封包，其利用OpenFlow的轉送詢問的指令(例如Packet_In)以詢問網路控制器1如何傳送，網路控制器1收到詢問訊息後，可經過廣播(Flooding)、尋找與路徑運算後，得知欲傳送目的地，再利用轉送指揮的命令(例如Packet_out)來指揮該網路交換器要往自身的某一埠(port)轉送出去，且於此網路交換器之轉送表(Flow Table)中新增此轉送項目(Flow Entry)，之後，常態性的資料傳送僅需要依轉送表的指示，即可該網路交換器自己決定轉送對象，而無需再詢問網路控制器。

以第1圖為例，一個流量將經過四個網路交換器，流量中的封包經過每一個網路交換器(S1-S4)皆會因需檢測封包表頭、運算、轉送而會有所延遲，該延遲可稱之為傳輸點延遲(Hop Delay)，而兩個網路交換器之間的傳遞所產生之延遲可稱之為傳遞延遲(Propagation Delay)，將相鄰的兩個延遲加總則稱為總結點延遲(Total Nodal Delay)，因而於此範例中，四個網路交換器就會有一個傳輸點延遲與三個總結點延遲。而本揭露目的即轉變OpenFlow運作的一些控制訊息，以求出各鏈接的延遲。

參閱第2圖，其係本揭露之軟體定義網路中用於延遲量測之網路控制器的示意圖。如圖所示，軟體定義網路(SDN)中用於 延遲量測之網路控制器2可進行網路流量延遲的量測，其利用一個探測封包，透過量測和計算該探測封包於網路控制器2與頭端網路交換器31、次一網路交換器32及之後可能多個的網路交換器33間的傳遞時間，以取得各鏈接中因檢測封包、運算、轉送所產生之傳輸點延遲以及兩網路交換器間傳送之傳遞延遲，如此將可針對有延遲的網路鏈接作進一步調整。

如該圖所示，網路控制器2主要包括初始模組21、頭端量測模組22、常態量測模組23以及延遲計算模組24。

初始模組21是用於預先取得受測路徑及此受測路徑上所有網路交換器，之後，可將關於探測封包如何傳遞之轉送項目傳送至所有網路交換器中之頭端網路交換器31(探測封包第一個遇到的網路交換器)，轉送項目可存於受測路徑中頭端網路交換器31的轉送表中，此一轉送項目將會告知頭端網路交換器如何轉送探測封包，而轉送項目內容包括將探測封包回傳至頭端量測模組22以及傳送至次一網路交換器32，亦即將探測封包回傳網路控制器以及傳遞至下一個網路交換器的意思。

頭端量測模組22是用於量測網路控制器2與頭端網路交換器31之間的回應延遲時間，其中，回應延遲時間是指由頭端量測模組22發送回應要求至頭端網路交換器31後，再由頭端網路交換器31立即發送回應結果至頭端量測模組22所耗費的時間，換言之，即以回應封包之往返來測得網路控制器2與該頭端網路交換器31的回應延遲時間，之後可發出探測封包啟動延遲量測。

頭端量測模組22發出探測封包至頭端網路交換器31後，頭端網路交換器31依轉送表新增之轉送項目進行傳送，頭端量測模 組22藉由送收探測封包給頭端網路交換器31而獲得第一來回時間，其中包括頭端網路交換器31處理該探測封包的時間。

常態量測模組23是用於量測探測封包由該頭端網路交換器至次一網路交換器32間的第一傳遞延遲時間，以及該探測封包離開網路控制器2經過次一網路交換器32處理後回到網路控制器2的第二來回時間，更具體來說，該第二來回時間是指常態量測模組23發出該探測封包後，直到常態量測模組23接收自次一網路交換器32所回傳之該探測封包所耗費的時間，其中包括次一網路交換器32處理該探測封包的時間。

延遲計算模組24是用於以頭端量測模組22所量測到之回應延遲時間和第一來回時間以計算出該頭端網路交換器之傳輸點延遲時間，即於頭端網路交換器31中檢測封包表頭、運算、轉送所產生的傳輸點延遲，亦即透過將第一來回時間減去頭端網路交換器回應延遲時間。延遲計算模組24還以頭端量測模組22所量測到之回應延遲時間、該頭端網路交換器至該次一網路交換器間之第一傳遞延遲時間以及第二來回時間以計算出第一總結點延遲時間，即兩個網路交換器(頭端網路交換器31和次一網路交換器32)間的傳遞延遲加上頭端網路交換器31和次一網路交換器32與網路控制器2間的傳輸點延遲時間經計算後產生之總結點延遲。

如上所述，利用習知延遲量測機制是無法直接得到兩網路交換器間的延遲，因此可利用上述機制，將兩網路交換器之間的傳遞延遲以及前、後一網路交換器的傳輸點延遲，藉此計算出兩個網路交換器間的總延遲。再者，由於每兩個網路交換器之間的延 遲並不會一樣，因此，透過上述記算機制，可得到每兩個網路交換器間的延遲，亦即各鏈接之總結點延遲。

參閱第3圖，其係本揭露之軟體定義網路中延遲量測方法的流程圖。如圖所示，於步驟S301中，係令網路控制器傳送控制訊息至頭端網路交換器，以於該頭端網路交換器之轉送表中新增轉送項目。具體來說，網路控制器先提供頭端網路交換器對於探測封包的傳遞方式，亦即由網路控制器傳送轉送項目到受測路徑中的頭端網路交換器之轉送表中儲存，之後，探測封包到達頭端網路交換器則依循轉送項目進行傳遞，如前面實施例所述，轉送項目是包括回傳該探測封包至網路控制器以及傳送該探測封包至下一個網路交換器。接著至步驟S302。

於步驟S302中，係令網路控制器傳送探測封包至該頭端網路交換器，該頭端網路交換器依據該轉送表之轉送項目將該探測封包傳送至該網路控制器和次一網路交換器，其中，該網路控制器記錄該網路控制器與該頭端網路交換器的回應延遲時間以及該探測封包於該網路控制器和該頭端網路交換器間的第一來回時間，以由該第一來回時間和該回應延遲時間計算出該頭端網路交換器之傳輸點延遲時間。具體來說，回應延遲時間是以回應封包之往返來測得網路控制器與該頭端網路交換器的回應時間，之後可發出探測封包啟動延遲量測，即該探測封包依轉送項目進行傳送以計算探測封包來回頭端網路交換器的第一來回時間，最後，由第一來回時間和回應延遲時間可計算出鏈接延遲時間。此步驟主要是計算傳輸點延遲時間，由網路控制器傳送的探測封包送到頭端網路交換器後，頭端網路交換器會依據轉送項目將探測封包傳送 至網路控制器和次一網路交換器，此時，網路控制器會記錄網路控制器與頭端網路交換器的回應延遲時間以及探測封包於網路控制器和頭端網路交換器間的第一來回時間，並將第一來回時間減去回應延遲時間以得到傳輸點延遲時間。接著至步驟S303。

於步驟S303中，係該次一網路交換器接收該探測封包後傳送路由詢問訊息至該網路控制器，該網路控制器傳送該探測封包至該次一網路交換器以通知該次一網路交換器將該探測封包傳送至該網路控制器和再次一網路交換器。此步驟是說明當次一網路交換器收到探測封包的處理方式，由於次一網路交換器也是第一次遇到探測封包，因而會傳送路由詢問訊息至網路控制器以得到該探測封包如何傳送，於此所採用的是告知次一網路交換器將該測試封包傳遞至再次一網路交換器並同時回傳網路控制器。

需說明者，相較於頭端網路交換器，次一網路交換器之轉送表並沒有將路由內容，亦即轉送項目，儲存於其轉送表中，如此也是要呈現真實狀態下封包的傳遞過程，如此量測結果會更接近一般封包的處理。接著至步驟S304。

於步驟S304中，係該網路控制器記錄該探測封包由該頭端網路交換器至該次一網路交換器的第一傳遞延遲時間以及該探測封包於該網路控制器與該次一網路交換器間的第二來回時間，以由該頭端網路交換器之回應延遲時間、該頭端網路交換器至該次一網路交換器的第一傳遞延遲時間以及該探測封包於該網路控制器與該次一網路交換器間的第二來回時間計算出第一總結點延遲時間。具體來說，探測封包由網路控制器發送至次一網路交換器會有一個傳遞延遲時間，而探測封包在網路控制器與次一網路交換 器間的傳遞處理時間可視為第二來回時間，當然其中包括網路交換器處理封包的時間，最後，可依據該回應延遲時間、該第一傳遞延遲時間以及第二來回時間以計算出第一總結點延遲時間，而所謂的第一總結點延遲時間即是頭端與次一網路交換器之間的總節點延遲。

具體來說，可由第一傳遞延遲時間加上一半的回應延遲時間並減去一半的第二來回時間得到上述的第一總結點延遲時間。

再者，上述僅說明對於頭端網路交換器和次一網路交換器間的延遲計算，因此，在依循上述量測與計算方式下，透過量測網路控制器和各網路交換器間的回應延遲時間以及各網路交換器間傳遞延遲時間，經計算後可得到之後兩個網路交換器間的總結點延遲時間。

由上述之於軟體定義網路中延遲量測方法可建構出在SDN中一個可量測各鏈接延遲狀態的延遲量測系統，此軟體定義網路中延遲量測系統可包括網路控制器、頭端網路交換器以及次一網路交換器，於此搭配第2圖一併說明。

網路控制器2是用於量測受測路徑之延遲，藉由發送探測封包，經各個網路交換器31至33之轉送，此不僅往下一個網路交換器傳送，同時也需回送一份給網路控制器2。網路控制器2依據每次探測封包於各該網路交換器31至33間的傳遞延遲時間，以及探測封包自網路控制器2發出後到網路交換器31至33處理探測封包後回覆網路控制器2的來回時間，即可計算出各網路交換器間的延遲。網路控制器2記錄網路控制器與各網路交換器間的回應延遲時間、該探測封包來回該各網路交換器的來回時間以 及兩個網路交換器間的傳遞延遲時間，具體而言，回應延遲時間係指網路控制器2發送回應要求至頭端網路交換器31後，再由頭端網路交換器31立即發送回應結果至網路控制器2所耗費的時間，而來回時間是指探測封包由網路控制器傳送至網路交換器後，經網路交換器內部處理後又回到網路控制器的時間，因而兩者相減可得到一個傳輸點延遲時間。再者，該探測封包也會依據指示傳送至次一個網路交換器，因而探測封包由一網路交換器至下一網路交換器所需時間即為傳遞延遲時間。透過上述量測與計算，將可推得封包於網路交換器、網路控制器等設備的延遲狀態。

頭端網路交換器31是用於在接收該探測封包後，依據該頭端網路交換器31之轉送表所預定之轉送項目，將該探測封包回傳至該網路控制器2以及傳送到該受測路徑上頭端網路交換器31之後的次一個網路交換器(於本實施例中為次一網路交換器32)。詳言之，由於頭端網路交換器31是探測封包第一個遇到的交換器，但因在其轉送表中已事先存放預定的轉送項目，將可使探測封包回傳至網路控制器2及次一網路交換器32。頭端網路交換器31是特別需被網路控制器預先設定轉送表，用於在接收探測封包後，依據轉送表所預先載明的目的地(轉送項目)。

次一網路交換器32是用於接收來自該頭端網路交換器31所傳送之該探測封包，並發出路由詢問訊息至該網路控制器2以得到該探測封包之傳送目的地，該傳送目的地包括回傳至該網路控制器2以及傳送至再次一網路交換器(於本實施例中為網路交換器33)。詳言之，可由次一網路交換器32與頭端網路交換器31間的傳輸狀態，以及兩個網路交換器31、32與網路控制器2之來 回時間，以計算出兩個網路交換器之間的延遲情況。

由上可知，網路控制器可依據回應延遲時間以及探測封包於網路控制器和頭端網路交換器間的第一來回時間，以計算出頭端網路交換器之傳輸點延遲時間，此傳輸點延遲時間即為檢測封包表頭、運算、轉送所產生的延遲。

此外，網路控制器還可依據頭端網路交換器31之回應延遲時間、該頭端網路交換器至該次一網路交換器間之第一傳遞延遲時間以及探測封包於網路控制器2與次一網路交換器32間的第二來回時間，以計算出第一總結點延遲時間，而該第一總結點延遲時間即是兩個網路交換器之間的傳遞延遲與前述頭端網路交換器31和次一網路交換器32中的傳輸點延遲時間經計算後所產生者。

因此，透過上述量測和計算方式，即可得到兩個網路交換器間的延遲情況，如此將有助於後續對於延遲提出解決方案。

參閱第4A至第4C圖，係以具體實施例說明本揭露之軟體定義網路中延遲量測系統於頭端延遲量測、常態延遲量測及對於延遲時間之計算的示意圖。

如第4A圖所示，係說明頭端延遲量測及其前置設定。首先，需由操作者指定欲量測延遲的流量(flow)為那一個，此流量是指已有資料在其上傳送者，如圖上設備100與設備200間的封包傳輸，對於運作中的流量，網路控制器1便會知道此流量所經過的所有網路交換器的網路位址(IP和Mac address)，此外，網路交換器可經詢問網路交換器並作運算以得到此流量的平均封包長度，如此可決定出探測封包的長度。

由圖所示，量測的初始準備是由網路控制器1指示頭端網路 交換器S1如何轉送探測封包，亦即傳送控制訊息(例如使用Flow_Modify)，要求頭端網路交換器S1新增一個轉送項目，其內容是指示頭端網路交換器S1收到探測封包後目的地有兩個，除了回傳至網路控制器1外，還同時將此探測封包傳送給下一個網路交換器，例如網路交換器S2，此與習知OpenFlow僅有一個目的地是不同的，更具理來說，第4A圖下方即表示頭端網路交換器S1的轉送表，00-00-00-00-00-CC是指網路控制器1的網路位址，且於收到來自此網路位址的封包時，其目的地包括埠(轉送表中的port)為網路控制器1(轉送表中的CONTROLLER)和下一個網路交換器(轉送表中的next sw)的目的地。

接著開始頭端延遲量測，是由網路控制器1先測試其與頭端網路交換器S1之間的來回情況，藉以求得回應延遲時間，藉由回應要求(例如透過ECHO_Request)的發送與回應結果(例如透過ECHO_Reply)的立即回覆，即可得到得回應延遲時間，該得回應延遲時間可為T1-T0。接著，於時間點T2時，網路控制器1發送探測封包給頭端網路交換器S1，一般狀況下，頭端網路交換器S1收到控制訊息(例如透過PACKET_OUT)即會轉送其所帶的實際封包，不過此時的控制內容卻是要求網路交換器S1先查轉送表再依轉送表指示轉送，網路交換器S1會查到先前網路控制器1在此新增的轉送項目，即同時要將此探測封包傳送給次一個網路交換器S2和網路控制器1，當網路控制器1收到頭端網路交換器S1送來的探測封包時，定義此時間點為T3，即可計算出頭端網路交換器S1的傳輸點延遲時間(hop delay)d_h1=T3-T2-(T1-T0)，此傳輸點延遲時間即探測封包在頭端網路交換器S1中被處理所耗費 的時間。

如第4B圖所示，係說明延遲量測系統所進行之常態延遲量測。探測封包從頭端網路交換器S1被送至網路交換器S2，網路交換器S2收到時會送出詢問訊息(例如透過PACKET_IN)去詢問網路控制器1如何轉送，此時定義時間點為T4，網路控制器1回覆控制訊息(例如透過PACKET_OUT)給網路交換器S2，此時定義時間點為T5，其內容依然是帶有探測封包，亦即指示網路交換器S2目的地有兩個，即要同時轉送給網路控制器1與下一個網路交換器，例如網路交換器S3，而且為了讓網路控制器1每次收到探測封包時皆會發詢問訊息去詢問網路控制器1，因而網路控制器1都不會要求網路交換器S2以後的網路交換器新增關於處理探測封包的轉送項目，此舉可讓網路交換器每次收到探測封包時都得去詢問網路控制器，同時也可免去因測試而新增網路交換器內多餘的轉送項目，故此舉可讓封包傳送過程更符合實際情況。當網路交換器S2再次回傳探測封包給網路控制器1時，此時定義時間點為T6，則可得到頭端網路交換器S1至網路交換器S2之間的第一總結點延遲時間(total nodal delay)d_n1=(T4-T3)+(T1-T0)/2-(T6-T5)/2，該第一總結點延遲時間係指即兩個網路交換器(例如網路交換器S1和次一網路交換器S2)間的傳遞延遲加上網路交換器S1和次一網路交換器S2與網路控制器1間的傳輸點延遲時間經計算後產生之總結點延遲。

如第4C圖所示，係說明延遲量測系統對於延遲時間之計算。由前述內容可知，本實施例是用於量測出網路交換器於常態運作下的延遲表現，因此，不會將網路控制器與網路交換器間所傳送 的控制訊息延遲，納入延遲計算中，因為每一段延遲時間的計算皆會補上每一段量測早先已開始而少算的時間，例如d_n2的(T6-T5)/2，並且可扣除該段早已結束而多算的時間，例如d_n2的(T9-T8)/2，如此的計算結果即是單純的總結點延遲時間。

如該圖所示，可以得到下列數學式：d_h1=T3-T2-(T1-T0)

d_n1=(T4-T3)+(T1-T0)/2-(T6-T5)/2

d_n2=(T7-T6)+(T6-T5)/2-(T9-T8)/2

d_n3=(T10-T9)+(T9-T8)/2-(T12-T11)/2

因此，第二個之後的網路交換器S3、S4...等，對於常態延遲時間計算方式相同，於此將不再說明。我們可歸納d_n2以後的量測結果為：

綜上所述，本揭露提出一種軟體定義網路中用於延遲量測之網路控制器、延遲量測系統及延遲量測方法，提供在SDN環境下，不改變原有OpenFlow的傳送機制和網路控制器和網路交換器等設備，僅是轉變使用OpenFlow的運作時機，即可透過發送一次探測封包來執行一傳輸路徑上每一段鏈結的延遲量測，藉此找出關鍵延遲點，相較於現有主動式和被動式量測方法，本揭露無需耗用大量網路資源且不會大幅改變現有網路架構，確實有助於SDN控制系統執行選擇路徑時的參考，同時也可提供網路管理者量調整網路架構的依據。

上述實施形態僅例示性說明本揭露之原理及其功效，而非用 於限制本揭露。任何熟習此項技術之人士均可在不違背本揭露之精神及範疇下，對上述實施形態進行修飾與改變。因此，本揭露之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。

2‧‧‧SDN中用於延遲量測之網路控制器

21‧‧‧初始模組

22‧‧‧頭端量測模組

23‧‧‧常態量測模組

24‧‧‧延遲計算模組

31‧‧‧頭端網路交換器

32‧‧‧次一網路交換器

33‧‧‧網路交換器

Claims (9)

1. 一種軟體定義網路中用於延遲量測之網路控制器，係包括：一初始模組，係預先取得一受測路徑及該受測路徑上所有的網路交換器，將一轉送項目傳送至該受測路徑中之一頭端網路交換器的一轉送表；一頭端量測模組，其用於量測該頭端量測模組與該頭端網路交換器間的一回應延遲時間，並且發出一探測封包，該探測封包於該頭端網路交換器中依據該轉送表之轉送項目進行傳送，以量測該探測封包來回該頭端網路交換器的一第一來回時間；常態量測模組，係用於量測該探測封包由該頭端網路交換器至次一網路交換器間的一第一傳遞延遲時間，以及該探測封包來回該次一網路交換器的一第二來回時間；以及延遲計算模組，係用於以該回應延遲時間和該第一來回時間以計算出該頭端網路交換器之一傳輸點延遲時間，且以該第一傳遞延遲時間加上一半的該回應延遲時間並減去一半的該第二來回時間以計算出一第一總結點延遲時間，其中，透過該常態量測模組量測兩個網路交換器間的傳遞延遲時間以及該探測封包來回各網路控制器的回應延遲時間，以提供該延遲計算模組計算出兩個網路交換器之間的總結點延遲時間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之軟體定義網路中用於延遲量測之網路控制器，其中，該回應延遲時間係指該頭端量測模組發送回應要求至該頭端網路交換器後，直到該頭端網路交換器立 即發送回應結果至該頭端量測模組所耗費的時間。
3. 如申請專利範圍第1項所述之軟體定義網路中用於延遲量測之網路控制器，其中，該轉送項目係記載將該探測封包回傳至該頭端量測模組以及傳送至該次一網路交換器。
4. 如申請專利範圍第1項所述之軟體定義網路中用於延遲量測之網路控制器，其中，該第一來回時間係指該頭端量測模組發出該探測封包後至收到自該頭端網路交換器回傳之該探測封包所耗費的時間。
5. 如申請專利範圍第1項所述之軟體定義網路中用於延遲量測之網路控制器，其中，該第二來回時間係指該常態量測模組發出該探測封包後至該常態量測模組接收自該次一網路交換器回傳之該探測封包所耗費的時間。
6. 一種軟體定義網路中延遲量測方法，係包括：令一網路控制器傳送一控制訊息至一頭端網路交換器，以於該頭端網路交換器之一轉送表中新增一轉送項目；令該網路控制器傳送一探測封包至該頭端網路交換器，該頭端網路交換器依據該轉送表之轉送項目將該探測封包傳送至該網路控制器和一次一網路交換器，其中，該網路控制器記錄該網路控制器與該頭端網路交換器的一回應延遲時間以及該探測封包於該網路控制器和該頭端網路交換器間的一第一來回時間，以由該第一來回時間和該回應延遲時間計算出一傳輸點延遲時間；該次一網路交換器接收該探測封包後傳送一路由詢問訊息至該網路控制器，該網路控制器傳送該探測封包至該次一網 路交換器以通知該次一網路交換器將該探測封包傳送至該網路控制器和一再次一網路交換器；以及該網路控制器記錄該探測封包由該頭端網路交換器至該次一網路交換器的一第一傳遞延遲時間以及該探測封包於該網路控制器與該次一網路交換器間的一第二來回時間，以由該第一傳遞延遲時間加上一半的該回應延遲時間並減去一半的該第二來回時間計算出一第一總結點延遲時間，且依循上述量測與計算方式，以得到之後連續兩個網路交換器間的總結點延遲時間。
7. 如申請專利範圍第6項所述之軟體定義網路中延遲量測方法，其中，該傳輸點延遲時間係由該第一來回時間減去該回應延遲時間所得到者。
8. 一種軟體定義網路中延遲量測系統，係包括：一網路控制器，係用於量測一受測路徑及發送一探測封包，以記錄該網路控制器與各網路交換器間的一回應延遲時間、該探測封包來回該各網路交換器的來回時間以及該各網路交換器中兩個網路交換器間的一第一傳遞延遲時間；一頭端網路交換器，係用於在接收該探測封包後，依據該頭端網路交換器之一轉送表所預定之轉送項目，將該探測封包回傳至該網路控制器以及傳送到該受測路徑上之一次一網路交換器；以及接收該探測封包之該次一網路交換器，係於接收該探測封包後，發出路由一詢問訊息至該網路控制器以得到該探測封包之傳送目的地，該傳送目的地包括回傳至該網路控制器以及傳 送至一再次一網路交換器；其中，該網路控制器係以該回應延遲時間以及該探測封包於該網路控制器和該頭端網路交換器間的一第一來回時間以計算出傳一輸點延遲時間，並且以該第一傳遞延遲時間加上一半的該回應延遲時間並減去一半的該探測封包於該網路控制器與該次一網路交換器間的一第二來回時間，以計算出一第一總結點延遲時間，之後，並依循上述量測與計算方式，以得到之後兩個連續網路交換器間的總結點延遲時間。
9. 如申請專利範圍第8項所述之軟體定義網路中延遲量測系統，其中，該回應延遲時間係指該網路控制器發送回應要求至該頭端網路交換器後，直到該頭端網路交換器立即發送回應結果至該網路控制器所耗費的時間。