SDN的技术及应用研究

目前,软件定义网络(Software Defined Network,简称SDN)已经成为当前研究的热点。SDN通过路由控制和数据转发相分离,改变了现有的网络架构,实现了网络和业务的可编程。本文从SDN产生背景和概念入手,归纳了SDN的关键技术和实现机制,并对SDN的应用及所面临的挑战进行了深入的分析和总结。     

基于OpenFlow的SDN专利技术分析

软件定义网络(SDN)作为一种新的网络架构,为打破传统的TCP/IP架构提供了可能,实现了控制平面与数据平面的解耦,可以满足未来互联网的需求。基于OpenFlow的SDN可以为新的网络应用与未来互联网技术的发展提供支持。基于此,从专利角度系统梳理基于OpenFlow的SDN技术的专利申请,对国内外专利申请量趋势、重要申请人分布及研究和发展重点进行可视化展示。     

基于OpenFlow的SDN状态防火墙

提出了一种基于OpenFlow的状态检测防火墙系统,该方案通过在SDN控制器和交换机中添加状态表和变换流表,并根据包的类型分别制定相应的状态转换规则,实现对SDN网络状态的监测。最后,在开源控制器Floodlight和Open vSwitch上实现了一个基于状态检测的防火墙系统,并对该防火墙的性能进行了评估,结果表明基于OpenFlow的SDN状态检测防火墙能够识别不同类型的包并实现现有SDN防火墙不能实现的基于状态的细粒度访问控制。     

基于SDN的OpenFlow交换机数据包流水线处理机制

目前,软件定义网络(Software Defined Networking,SDN)已成为网络研究与开发的重点,但相关的研究与开发工作还仅仅局限于园区网络和数据中心网络等。由于SDN控制层与数据层处理效率的限制,SDN面向互联网这样超大规模网络的研究还基本处于空白阶段。为了提升SDN的性能以使其适应大规模网络的特点,挖掘SDN数据层中并行加速处理的可能性,提出了将流水线技术应用到SDN数据层中交换机对数据包的转发过程。另外,结合SDN南向接口OpenFlow协议提供的交换机工作规范,设计了适用于OpenFlow交换机数据包转发的三级流水线处理机制。仿真实验说明,将流水线应用到SDN中能有效加快OpenFlow交换机的数据包转发速度。     

基于OpenFlow的SDN网络攻防方法综述

软件定义网络(Software Defined Network,SDN)的控制与转发分离、统一配置管理的特性使其网络部署的灵活性、网络管理的动态性以及网络传输的高效性均有大幅提升,但是其安全性方面的问题却比较突出。综述了基于OpenFlow的SDN在安全方面的研究现状,首先根据SDN的三层架构分析了其脆弱性,介绍SDN不同平面面临的安全威胁,并根据网络攻击的流程来介绍当前主要的攻击手段,包括目标网络探测、伪造欺骗实现网络接入以及拒绝服务攻击和信息窃取;其次,针对不同攻击环节,分别从探测阻断、系统加固、攻击防护3个方面对当前主要的防御手段进行论述;最后,从SDN潜在的攻击手段和可能的防御方法两方面来探讨未来SDN安全的研究趋势。     

基于虚拟化安全网络扩展的SDN安全架构

采用控制、转发分离架构的软件定义网络（SDN）为网络的可编程性与开放性提供极大便利,但也给网络的安全性带来诸多挑战。提出一种虚拟安全网络（Virtualized Security Networks）与数据层中间盒扩展相结合的SDN安全架构,给出该架构的实现要点,并以实验验证其架构实现。测试表明该架构较其他方式具有更好的性能与可扩展性,同时其更有利于传统网络环境下的安全保障机制面向SDN网络架构的过渡迁徙。     

基于SDN的高校计算机网络实验室设计

网络应用数量的迅猛增长,让新型网络创新架构SDN受到各界的广泛推崇。为了解决许多高校的计算机网络实验室还不支持SDN相关实验,对计算机相关专业学生在SDN的学习、应用和研究方面形成阻碍,不利于学生的系统学习和就业的问题,本文从SDN的理论建设出发,基于Open Flow标准,搭建基于SDN的计算机网络创新环境实验平台并设计了五种基本网络连接通信情况,为高校计算机网络实验室提供能够支持SDN相关实验的低成本可行性设计方案。     

基于OpenFlow的软件定义网络虚拟化方案

软件定义网络(SDN)可以将网络控制平面与数据平面分离开来,为网络虚拟化提供了良好的平台。为了解决SDN中多租户下的虚拟化,提出了一种基于OpenFlow的网络虚拟化方案。通过一个中间代理来转换并匹配物理MAC地址与虚拟MAC地址,以及物理流表项和虚拟流表项,以此实现流量空间的虚拟化。其中,根据实际数据包的惰性计算,使用前缀或通配符来精确匹配流表项。另外,为了保障物理OpenFlow网络上不同租户之间的隔离,将单个虚拟MAC-通配符流表项映射为多个具有精确MAC地址的物理流表项。实验结果表明,该方案成功的实现了网络虚拟化,且虚拟化开销较小,具有可行性。     

SDN网络技术及其安全性研究

文章概述了SDN及OpenFlow技术的起源与发展,分析了OpenFlow技术标准,深入阐述了SDN／OpenFlow技术的原理和现状,同时对未来的技术发展趋势做了预测和分析,并深入讨论和分析了在这种新的网络架构下如何实现网络安全保障及应用创新,提出了一种SDN安全策略架构模型,以保证安全策略决策和下发的一致性,同时提出了网络管理应用、安全管理应用、安全服务应用的新思路,并给出了一个SDN的安全应用范例。     

基于OpenFlow架构的域内源地址验证方法

源地址验证对网络安全、管理和计量都有重要意义.清华大学提出包括接入子网、域内和域间三个层次的源地址验证体系结构.其中域内用到一种基于集中计算路径的方法,但在传统网络环境限制下,其实现遇到很多问题.本文将利用软件定义网络对网络革新的便捷支持,基于OpenFlow网络对域内源地址验证方法进行重新设计与实现,并提出两种方案.一种是在已有路由表的基础上计算出域内任意两个子前缀间的路径并生成源地址前缀、目的地址前缀和入接口三元组作为过滤规则;另一种方案是重新设计新的路由算法,生成同时具有路由功能和验证源地址功能的四元组(源地址前缀、目的地址前缀、入接口和出接口)流表.并分别对两种方案做出对比,给出实验结果.     

软件定义网络(SDN)研究进展

网络抽象促使软件定义网络(software-defined networking,简称SDN)的产生.SDN将数据平面与控制平面解耦合,简化了网络管理.首先从SDN诞生发展的背景入手,梳理了SDN的体系结构,包括数据层、控制层和应用层,并按照SDN的层次结构深入阐述其关键技术,特别分析了一致性、可用性和容错性等特性.然后,论述了SDN在不同应用场景下的最新研究成果.最后,展望未来研究工作.     

一种基于OpenFlow的SDN访问控制策略实时冲突检测与解决方法

软件定义网络SDN(Software-Defined Networking)是由美国斯坦福大学Clean Slate研究组提出的一种新型网络创新架构,可通过软件编程的形式定义和控制网络,其控制平面和转发平面分离及开放性可编程的特点,为新型互联网体系结构研究提供了新的实验途径,也极大地推动了下一代互联网的发展.OpenFlow是SDN的主要协议,定义了SDN控制器与交换机之间的通信标准.目前,很多基于OpenFlow的SDN设备已经在实际中得到了部署.但是,基于OpenFlow的SDN却面临很多安全挑战.其中一个重要的挑战是如何建立一个安全可靠的SDN防火墙应用.由于OpenFlow协议的无状态性,现有的SDN防火墙可以被通过改写交换机中的流表项轻松绕过.针对这一安全威胁,作者提出了基于Flowpath的实时动态策略冲突检测与解决方法.通过获取实时的SDN网络状态,能够准确地检测防火墙策略的直接和间接违反,并且一旦发现冲突,可以基于Flowpath进行自动化和细粒度的冲突解决.最后,作者在开源控制器Floodlight上实现了一个安全增强的防火墙应用FlowVerifier,并基于Mininet对FlowVerifier的性能进行了评估.结果表明FlowVerifier能够检测和自动化地解决SDN网络中由于流表改写而引入的策略冲突及其带来的安全威胁.     

SDN环境下基于改进D-S理论的DDoS攻击检测

软件定义网络(software-defined networking, SDN)实现了控制层和转发层设备的分离, 但控制转发的解耦使得SDN网络中不同层次设备面临新型的DDoS攻击风险. 为了解决上述问题, 本文提出了一种SDN环境下基于改进D-S理论的DDoS攻击检测方法, 用于检测以SDN控制器和交换机为目标的DDoS攻击. 在改进的算法中, 本文使用离散因子和纯度因子衡量D-S证据源之间的冲突. 同时, 结合纯度因子和离散因子调整D-S证据理论的证据源, 调整后的证据源将通过Dempster规则融合得到DDoS攻击检测结果. 实验结果表明本文提出的方法具有较高的精度.     

SDN网络拓扑污染攻击防御机制研究

软件定义网络(software-defined networking, SDN)是一种新型的网络体系结构,SDN网络将传统网络的数据层和控制层进行分离,数据层由支持OpenFlow协议的交换机实现,控制层由控制器来实现.控制器维护全网拓扑信息,集中管理网络流的路由决策.现有研究表明,在控制器的拓扑服务管理中存在严重的漏洞,主要存在于主机发现服务和链路发现服务中,攻击者利用这类漏洞可以进行网络拓扑污染攻击.目前研究者们提出的拓扑污染防御方案存在设计漏洞,很容易被攻击者绕过.故提出一种轻量级的符合SDN场景的防御方案——SecTopo——实现拓扑污染防御.通过在Floodlight控制器上测试SecTopo表明,SecTopo不仅能有效防御攻击,而且仅引入的开销极小.     

SDN网络虚拟化中规则映射研究

软件定义网络（SDN）为网络虚拟化提供了新的解决方案,通过网络虚拟化技术可以将一套基础设施虚拟化为多个逻辑网络从而满足不同的网络需求.本文研究了SDN网络虚拟化时多个物理交换机虚拟为一个大虚拟交换机的过程中,虚拟网络规则与物理网络规则的映射问题.综合考虑链路负载、规则分布以及节点负载,提出了三段式规则映射优化算法.首先根据虚拟网络的规则请求生成组播源节点和目的节点集,采用MPH算法生成规则映射树;然后采用入节点最近原则,将虚拟网络规则请求的指令序列部署到规则映射树中的中间节点和叶子节点中;最后考虑节点负载,对规则部署进行微调,最终生成虚拟规则映射策略.通过仿真实验,与直接边缘节点部署相比,平均降低了网络节点规则总数量40%以上.     

面向协议无感知转发技术的SDN试验床

基于OpenFlow的软件定义网络(SDN)中的转发设备不便于支持新协议的转发,因此协议无感知转发(Protocol Oblivious Forwarding,POF)技术被提出.本文基于POF技术和OpenFlow控制器POX,设计并实现了一种支持POF技术的SDN控制器,POF控制器可以充分利用POF转发设备并且体现了SDN的可编程性.同时,我们基于POF控制器搭建了POF试验床,实验结果表明POF控制器能够有效地管理POF网络,并提供高效的控制功能.     

基于mininet的SDN架构仿真研究

软件定义网络(SDN)是一种新型网络创新架构,公开标准的OpenFlow技术是实现SDN架构最有效的技术之一。为进一步研究SDN架构的特性,为应用创新提供可定义的网络平台,在基于OpenFlow的mininet仿真软件的基础上,实现了SDN架构的仿真。文章总结了典型的SDN架构的特性,分析了基于OpenFlow技术的仿真原理和方法,基于Mininet仿真软件构造,验证了SDN架构的功能和基本工作流程,提出的仿真方法和搭建的平台可为SDN架构的研究提供有效的技术支撑。     

基于SDN的恶意域名防护系统的研究与实现

基于SDN（软件定义网络）新型网络架构,研究并实现了恶意域名防护系统。分析了恶意域名防护系统的各功能模块及工作流程。使用Mininet虚拟平台搭建系统网络环境,基于Floodlight控制器开发系统的恶意域名防护模块,通过OpenFlow协议抽象底层网络资源,并开放REST API给上层的恶意域名防护管理器应用。设计了三个循序渐进的实验场景以验证系统的有效性。实验结果表明,基于SDN的恶意域名防护系统能有效防范用户访问恶意域名网站。     

面向SDN/NFV环境的网络功能策略验证

SDN与NFV技术带来了网络管理的灵活性与便捷性,但SDN的动态转发策略可能导致网络功能策略失效,同时不同网络功能的策略可能互相影响,引起冲突问题.为了在基于SDN/NFV的云网络中对网络功能的策略进行验证,分析了网络功能与SDN设备之间、跨网络功能之间的策略冲突,建立了统一策略表达进行策略解析,设计策略验证方案、框架...     

软件定义网络研究综述

现有网络设备支持的协议体系庞大, 导致高度复杂, 不仅限制了IP网络的技术发展, 更无法满足当前云计算、大数据和服务器虚拟化等应用趋势。软件定义网络（SDN）作为一种最新网络架构, 对网络设备控制面、转发面和应用层功能进行重新定义抽象, 使得网络设备软件可编程, 有望改变上述局面。介绍了OpenFlow技术的产生背景、特点及发展现状, 分析了基于OpenFlow的SDN体系结构和平台设计的关键技术, 并探究了SDN技术在网络管理自动化、光网络传输与IP承载的统一控制、无线网络的平滑切换、网络虚拟化和QoS保证等方向的应用。