基于SDN的校园级网络虚拟化实验平台
基于SDN的校园网络拓扑设计与实现
基于SDN的校园网络拓扑设计与实现随着信息技术的快速发展，校园网络已经成为现代教育机构不可或缺的重要基础设施。
传统的校园网络架构已经难以满足快速增长的网络流量需求、灵活的网络管理要求和多样化的应用需求。
因此，基于软件定义网络（SDN）的校园网络拓扑设计与实现成为了当前研究的热点之一。
在传统的校园网络架构中，网络设备之间的通信需要通过硬件交换机来实现，网络管理员需要手动配置每个网络设备的路由规则和策略。
这种基于硬件设备的网络架构存在着诸多问题，如网络配置繁琐、网络故障排查困难、网络管理不灵活等。
而SDN的核心思想是将网络控制平面和数据转发平面分离，通过集中控制器来对整个网络进行管理和配置，从而实现网络灵活性、可编程性和智能化管理。
主要包括网络拓扑设计、控制器选择、流表规则设计、网络虚拟化、安全策略等方面。
首先，网络拓扑设计是SDN网络建设的基础，需要根据实际网络需求和拓扑结构来设计合理的网络架构。
在校园网络中，一般会包括核心网络、汇聚网络和接入网络，每个网络层次都有不同的网络设备，如交换机、路由器、防火墙等。
通过合理的网络拓扑设计，可以提高网络性能、减少网络拥塞、提高网络可靠性。
其次，控制器的选择是SDN网络设计的关键。
目前主流的SDN控制器有OpenDaylight、ONOS、Floodlight等，每个控制器都有不同的特点和功能。
在选择控制器时需要考虑控制器的性能、可扩展性、稳定性和开发社区支持等因素。
同时，控制器的选择还需要考虑与现有网络设备的兼容性，以便实现平滑的网络迁移和升级。
流表规则设计是SDN网络中最核心的部分之一。
流表规则用于定义网络设备的数据转发策略，包括数据包的匹配规则、动作列表等。
通过合理的流表规则设计，可以实现网络数据包的快速转发和路由选择，降低网络延迟和丢包率。
同时，流表规则还可以实现网络的质量控制、流量监控和负载均衡等功能。
网络虚拟化是SDN网络中的重要技术之一，通过网络虚拟化可以实现网络资源的动态分配和管理。
SDN在高校网络的应用发展与探索
SDN在高校网络的应用发展与探索随着信息时代的快速发展，高校已经成为了必不可少的信息化平台。
高校网络的重要性不言而喻。
传统的高校网络结构，采用的是分层架构，由传输层、网络层、链路层和物理层等多层组成，数据通过交换机、路由器等硬件进行转发和处理。
但是在面对当今各种先进技术和服务的时候，传统的网络架构已经不能很好地满足大家的需求了。
SDN的出现为高校网络的应用开发和探索带来了新的机遇。
SDN（Software Defined Network）是一种新兴的网络架构，它具有可编程性、集中控制、开放性等特点。
SDN使得网络控制分离出来，控制部分被分离到SDN控制器上，数据分离到SDN交换机上。
SDN的出现解决了传统网络架构的瓶颈问题，为实现网络的自动化管理、灵活性高、安全性高提供了完美的解决方案。
SDN 在高校网络中的应用非常广泛。
现在，许多高校已经开始在自己的网络中部署 SDN 技术。
在高校中，SDN 可以应用于背景流量的优化控制、可编程的网络配置、虚拟网络的高效性、网络控制平面的分离以及组合网络框架等方面。
在高校网络中，SDN能够加速网络的流量，提高网络的工作效率。
具体来说，SDN 可以定义网络流量的最优路径，从而提高网络的总体速度。
在实际中， SDN 接管了网络的控制，并针对每一条数据流进行细致优化，使网络具有更高的有效性。
另外，高校网络的安全是网络管理中不可或缺的一部分。
SDN技术为高校网络安全和防御带来了重要的保障。
SDN 可以跟踪网络中的所有的数据，发现并隔离有问题的网站和源，保护高校网络的安全可靠性。
SDN 还有利于高校给网络配置方面提供更多程序逻辑和精细化的控制。
基于SDN的网络可以根据摆放在拓扑结构中的设备结点动态地进行网络规划认定，使得网络的开发具有更好的跨学科应用性，同时还增强了现有网络的高效性。
此外，SDN 还能够应用于高校网络中的虚拟网络范畴。
SDN 可以将具有不同目的的网络合成一幅组合网络，从而允许多种不同的网络系统和协议接口高效地结合在一个基本设施中。
基于SDN技术的虚拟数据中心网络故障定位技术研究与系统设计
基于SDN f娜勺臟i§^K、网络 ，銳f射娜开究与系统谢十高陆云江苏省通信管理局摘要：网络云化后给SDN (软件定义网络）虚拟化数据中心的网络故障定位带来诸多新的挑战，本文在 分析SDN技术及其在数据中心应用的基础上，探讨了虚拟数据中心运维故障定位技术，提出了网络故障定位技术的新思考和系统设计方案，实践证明能够显著提高网络故障定位效率，减少人力资源投人。
关键词：云化数据中心；软件定义网络；虚拟数据中心；故障定位；运维〇引言随着云计算技术的不断发展，无论是Openstack、Cloudstack等原生态开源云计算平台，还是VMWare Cloud等 非开源云平台，亦或是基于开源云平台开发的适应各种特定场 景需要的云平台，不断被应用到当前数据中心的建设方案中。
传统数据中心以设备为中心，存在将IT技术与业务分离看待、无弹性、不灵活等缺点，已经无法满足日益复杂的业务需要。
而云计算将整个IT体系架构从底层的基础设施、应用开发和 平台，到业务软件均作为一种服务，弹性按需交付。
云计算 的多租户（M uti tenancy)概念要求不同租户间网络隔离，形 成虚拟数据中心（VDC),极大地满足了数据中心运营商的 现实需要，VDC已成为当前数据中心的主要建设形式。
此外，与传统数据中心不同，通信服务正向着宽带化、融合化、智能化和云化的方向发展。
传统数据中心在架构上控 制与转发不分离，控制功能与转发功能集中在同一网络设备 中，整个网络是固定、不便于调整、无法集中控制的。
而软件 定义网络(SDN將控制与转发分离.控制功能集中到控制器上，网络设备瘦身为转发设备，这种架构正在驱动网络和信息服务 基础设施新一轮的变革。
数据中心集中网络管理的现实需要，更使得SDN技术在VDC建设中得以广泛使用。
因此，基于SDN技术的云平台虚拟数据中心方案逐渐成 为一种较为常见的数据中心建设方案。
新技术的不断涌人和 发展，特别是云架构的普遍使用，加上虚拟化对传统丨T和CT 的影响，给运维故障定位带来了新的挑战。
基于SDN/NFV的未来网络实验平台
Future network experiment platform based on
SDN/NFV
作者： 魏亮[1];李蓉[1];吴正东[1];张玉亮[1];程智炜[1];黄韬[2]
作者机构： [1]江苏省未来网络创新研究院,江苏南京211100 [2]北京邮电大学,北京100876出版物刊名： 电信科学
页码： 39-47页
年卷期： 2017年 第4期
主题词： 软件定义网络 网络功能虚拟化 虚拟网元 网络服务编排
摘要：依据SDN/NFV集中管控、动态、灵活、高效、可编排等特点,提出了基于SDN/NFV 技术的未来网络实验平台的构建方案。
该平台主要采用Open Stack和Open Daylight的开源架构,同时研发设计SDN跨域虚拟网络通信、虚拟网元管理以及网络服务编排三大关键技术,实现了底层异构资源的实时动态管理与开放共享。
同时,根据实验用户对网络资源的需求,灵活按需编排各种网络资源与SFC服务,为用户提供端到端的网络实验验证服务。
SDN技术在计算机网络实验教学中的应用——以MAC地址学习为例
学 习 ，根 本 无法 获得 这 方面 的知识 、也无 法掌 握 云计算 的 工作 原
理 与 工 作方 式 ，而 这些 知 识与 原 理恰 恰 是 学生 将 来走 向工作 岗
位必 不 可少 的 。
云 环 境 中 都 采 用 了复 杂 的 虚 拟 化 技 术 ，典 型 的应 用 如
ＶＭｗａｒｅ的 ＥＳＸｉ，开源 Ｘｅｎ与 ＫＶＭ，微软的 Ｈｙｐｅｒ－Ｖ等 ，传统 的
ｇｉｖｅｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｌａｔｆｏｒｍ ａｎｄ ｓｔｅｐｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ， ｓｔｕｄｅｎｔｓ ｃａｎ ｏｂｓｅｒｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ＭＡＣ
ｌｅａｒｎｉｎｇ ｍｏｒｅ ｉｎｔｕｉｔｉｖｅｌｙ，ａｎｄ ｍａｓｔｅｒ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｗｉｔｃｈ ｂｅｔｔｅｒ．
中，现代云服务提供商 ，如亚马逊 、阿里等，在数据中心构建时 ，
都 采 用 ＳＤＮ 作 为 辅 助 解 决 方 案 ，Ｇｏｏｇｌｅ早 在 ２０１２年 就 利 用
ＳＤＮ技术 来 提升 自己的 主干 网利用 率问。
图 １ ＳＤＮ网络 架构
ＳＤＮ 网络 架 构见 图 １，其 特 点是 数据 面 和 控制 面 的解 耦 合 ， ２ 交 换机 与 ＭＡＣ地址 学 习
ｏｆ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ａｂｓｔｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ＭＡＣ ｌｅａｒｎｉｎｇ，ｓｔｕｄｅｎｔｓ ｈａｖｅ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙ ｉｎ ｍａｓｔｅｒｉｎｇ ｉｔ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ＳＤＮ，
ａｕｔｈｏｒ ｄｅｓｉｇｎｓ ａ ＭＡＣ ｌｅａｒｎｉｎｇ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ｉｎ ｅｘｐｅｒ ｉｍｅｎｔ， ｓｗｉｔｃｈ ｉｓ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ＳＤＮ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｔｏ ｆｏｒｗａｒｄ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ， ａｎｄ
基于SDN的中小学校园网建设
新校园百家讲坛· 167 ·一、引言信息化建设已进入一个新的时期，网络规模更大、承担的任务更多、业务更加丰富，这些对传统的网络运维提出了更高的要求。
我区面临越来越多的老校园网改造和新校园网建设，如何在校园网建设中避免走以往的老路，建设起点过低、网络管理落后、难以适应新业务的需求，特别是对于全新的校园网建设，如何在一张白纸上画好蓝图，如何整合利用各种新的技术和手段来构建一个更加安全、可靠、高效、灵活的校园网成为一个新的课题。
软件定义网络（Software Defined Network ，SDN ），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，其核心技术OpenFlow 通过将网络设备控制面与数据面分离开来，从而实现了网络流量的灵活控制，为核心网络及应用的创新提供了良好的平台。
人大附中丰台学校校园网建设正是在这样的背景下展开的，该校校园网建设业务需求复杂、应用场景多样，不仅涵盖小学、中学部，按功能区还包含教学区、办公区、公共区、宿舍区。
业务需求包括办公教学需要的有线、无线、IP 电话、IPTV 、IP 广播、多媒体大屏、电子班牌、计算机教室等。
校园网建设不仅需要按时高质量交付以满足招生和教学管理的基本需要，同时需要体现一定的技术领先性。
我们在项目中引入SDN 理念，为网络硬件设备提供抽象虚拟化的能力，实现按需定义网络，将一个物理网络虚拟化成多个逻辑网络并与各个业务网络一一对应，使众多业务多网合一；同时利用VXLAN 技术将用户IP 与物理地址解耦，做到底层设备自动下发相同配置的情况下用户在任何位置IP 地址不变，访问权限不变，便于设备运维和用户审计。
二、传统校园网建设存在的问题校园网业务复杂场景多样，若按照传统网络方案进行部署会出现以下几方面问题。
1. 无法满足校园跨区域移动性需求目前，校园移动化特征增强，用户上网位置不确定性增加，校园跨区域移动性需求增加。
基于SDN的无线网络优化策略与技术
基于SDN的无线网络优化策略与技术在当今数字化的时代，无线网络已经成为人们生活和工作中不可或缺的一部分。
随着移动设备的普及和各种新兴应用的涌现，对无线网络的性能和质量提出了更高的要求。
传统的无线网络架构在应对不断增长的需求时逐渐显得力不从心，而软件定义网络（SDN）的出现为无线网络的优化带来了新的思路和方法。
SDN 是一种新型的网络架构，它将网络的控制平面和数据平面分离，通过集中式的控制器对网络进行统一管理和优化。
在无线网络中应用SDN 技术，可以有效地解决传统无线网络中存在的一些问题，如网络配置复杂、难以动态调整、服务质量保障不足等。
一、SDN 在无线网络优化中的优势1、集中化管理SDN 的集中式控制架构使得网络管理员能够从一个统一的视角来管理整个无线网络。
通过控制器，可以实时获取网络的状态信息，包括用户连接情况、流量分布、信号强度等，并根据这些信息进行全局的优化决策。
2、灵活性和可编程性利用 SDN 的可编程特性，无线网络可以根据不同的应用场景和需求快速调整网络策略。
例如，在举办大型活动时，可以临时增加网络带宽以满足密集用户的需求；在夜间低流量时段，可以自动调整网络资源分配以降低能耗。
3、优化流量调度SDN 能够根据网络中的流量状况，智能地选择最优的数据传输路径，从而减少拥塞，提高网络的传输效率。
同时，还可以对不同类型的流量进行区分和优先级排序，确保关键业务的服务质量。
4、简化网络配置传统无线网络的配置往往需要在多个设备上进行繁琐的操作，而SDN 可以通过控制器统一下发配置指令，大大简化了网络配置的过程，减少了人为错误的发生。
二、基于 SDN 的无线网络优化策略1、动态频谱管理频谱资源是无线网络的关键资源之一。
基于 SDN 的动态频谱管理技术可以实时监测频谱的使用情况，根据用户需求和干扰状况，动态地分配频谱资源，提高频谱利用率。
2、负载均衡通过 SDN 控制器实时监测网络中的负载分布，将用户流量引导到负载较轻的接入点，实现网络负载的均衡，避免部分区域出现网络拥塞，而其他区域资源闲置的情况。
基于软件定义网络的校园网络架构设计研究
基于软件定义网络的校园网络架构设计研究软件定义网络（SDN）是一种新兴的网络架构设计理念，它通过将网络控制面与数据面分离，实现对网络的集中式管理和编程控制。
在校园网络中，部署SDN架构可以提供更灵活、高效、可扩展的网络服务，为广大师生提供更好的网络体验。
本文将对基于软件定义网络的校园网络架构设计进行研究与探讨。
1. 引言随着信息技术的不断发展，校园网络面临着越来越多的挑战，如网络拓扑复杂、性能难以保证、安全性需求增加等。
传统的校园网络设计方式已经难以满足这些需求，因此需要寻找一种更先进的架构来解决这些问题。
软件定义网络的出现为解决这些问题提供了新的思路和可能性。
2. SDN的基本原理SDN通过将网络的控制面与数据面分离，对网络进行集中管理和控制。
控制器负责决策网络转发规则，并将这些规则下发到网络设备上进行实际的数据转发。
这种分离架构使得网络变得更加灵活可控，可以根据需求对网络流量进行调整，提高网络的性能和可用性。
3.校园网络架构设计在基于软件定义网络的校园网络架构设计中，需要考虑以下几个关键因素：3.1 高可用性与容错性校园网络是师生学习、科研、生活的重要基础设施，因此其稳定性和可用性是至关重要的。
在SDN架构设计中，可以通过引入多个控制器和网络设备的冗余部署来实现高可用性和容错性。
当一个控制器或设备出现故障时，系统可以自动切换到备份控制器或设备，保障网络的正常运行。
3.2 网络安全性校园网络中包含着大量涉及师生个人隐私和学术研究的数据，因此网络安全是一个重要的考虑因素。
SDN架构设计可以通过在控制器中集中管理网络安全策略和流量监测，实现对网络流量的精细控制和保护。
同时，网络设备的厂商可以提供更新的软件来修复安全漏洞，以确保网络的安全性。
3.3 灵活的网络流量调度SDN架构设计中，网络流量可以根据需求进行智能调度。
校园网络中不同用户和应用对网络的性能和带宽有不同的需求，SDN可以根据需求动态分配带宽，保证网络的公平性和高效性。
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QoS保障，即为高优先级的流分配链路上特定的带宽资源； 当虚拟机发生迁移时，将原来的QoS保障策略更随到新的宿主机上； 原来的QoS流表项实时删除，保持流表的一致性；
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实验3：基于SDN的安全控制
流量安全 监测平台
主机1 主机4
内部网络 主机2 路由器
主机3
OF交换机
主机5
SDN控制器
软件的方式智能检测多种DDos攻击安全类型； 对可能出现未知的安全问题的数据流智能重定向数据包； 对进行恶意攻击的数据流在在攻击发起的入口处进行防范
CNVP虚网控制逻辑隔离
1、CNVP通过流空间冲突检测避免流规则的模糊性； 2、通过下行信令整形，限制虚网流的逻辑和物理范围。
CNVP物理资源隔离
1、物理带宽隔离，保障各个虚网占用独立的带宽资源； 2、交换机流表资源隔离，保障各个虚网占用独立的流表空间资源； 3、CNVP计算资源隔离，保障各个虚网占用独立的CNVP计算资源
基础设施管理：为管理员用户提供设备、录入、 删除、编辑、性能监控、网络拓扑发现等功能
控制框架典型功能——自定义虚拟网络
自定义虚拟网络：用户可以根据实验环境的需要配置虚拟网络的拓 扑、DHCP服务器、自定义控制器等服务，创建虚拟机等
控制框架技术特点
SDN创新实验平台拥有完全的自主知识产权，具体的特点如下：
完备的科研项目管理功能特性 基于扁平化风格设计的极简操作界面 支持多用户安全接入且实验环境的隔离 成熟的KVM虚拟化技术 支持虚拟机创建时间小于10s 兼容开源和自研的网络虚拟化平台 支持一键生成网络实验环境 基于SFLOW的网络带宽监控更加实时精准
第一部分
SDN试验平台控制框架
第二部分
Local NVP
全局信息管理服 务器：虚拟网络映 射、流规则冲突监 测、全网拓扑监测；
本地虚拟化平台：底 层物理设备通信、拓扑 探测、上行信令整型。
Fig.1 NetKart architecture overview
CNVP Next--拓扑资源虚拟化
紧耦合虚拟拓扑定义 松耦合虚拟拓扑定义
•
•
第一部分
SDN试验平台控制框架
第二部分
SDN试验平台虚拟网络平台
第三部分
SDN试验平台创新应用
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基于实验平台已开展的创新实验
一期实验
软件定义的虚拟运营服务对比实验 基于SDN的PMIPv6无线切换实验 面向未来互联网的新型服务创新实验 多终端协同项目背景 新型网络架构CCN实验验证 基于WDM的量子保密通信实验 面向OpenFlow的智能光网络实验 网络管理与资源双向感知实验 基于OpenFlow的SVC多级编码传输实验 基于SDN的广播风暴对比实验
二期实验
广域网传输优化创新实验 视频点播业务 广播风暴虚网隔离对比实验 CCN网络新型Web应用平台研发与实验 基于IPv4/IPv6转换的IPTV直播实验 Mobile IP切换对比实验 多终端协同移动通信创新实验 基于光SDN的分级业务保障实验 3D裸眼演示实验 国家重大专项——新型移动承载网研发与 实验
Downstream classify Signal rewrite
Downstream classify Signal rewrite
Flowspace lookup Upstream classify Physwitch manager
Flowspace lookup Upstream classify Physwitch manager
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实验4：多租户场景
针对不同的网络、服务应用、内容、用户 划分租户网络
22
实验5：高效流媒体内容分发业务
• 核心目标： − 网络流量冗余传输问题日益严重 − SDN服务网络需要将ICN内容聚合能力融入系统功能
内容注册 业务识别
ICN
内容视图 缓存策略 内容路由 跨域调度
直播源注入
• 关键技术： 1）面向实时流的聚合
• 面向用户请求与网络状 态的灵活流管理，可动 态重构组播树 • 网络冗余流量优化，实 现全局负载均衡
2）面向非实时流聚合
• 在SDN中集成存储能力， 实现热门内容主动缓存 • 根据全局视图，智能路 由内容请求，实现内容 聚合
融合ICN的SDN服务网络示意图
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OF交换机2 OF交换机1 OF控制器1
OF控制器2 OF控制器3
CNVP
OF交换机3 OF交换机4
网络虚拟化平台CNVP功能架构
对外接口模块用 于提供其他平台 调用的接口； 虚拟是CNVP的 网络模块功能核 心，实现虚网管 理的功能；
物理网络模块提 供对网络基础设 施的管理； 协议栈模块提供 公共协议栈的解 析功能； 公共模块提供通 信日志和OS相关 的基础功能；
Flowspace lookup Upstream classify Physwitch manager
Mapping table
Embedding algorithm
Vswitch&topo manager
Vswitch&topo manager
Root NVP
根虚拟化平台：维 持虚拟交换机实例、 虚网拓扑以及物理-虚 拟资源映射表、下行 信令整型；
控制器
区域1
控制器 控制器
区域3 IP Network
区域2
可编程路由器 OF交换机
基于SDN试验平台逻辑架构
Capsulator MAC in IP Tunnel 虚拟化服务器 终端 OpenFlow网络 IP网络
SDN实验平台整体系统架构图
SDN实验平台设计方案
控制框架典型功能——基础设施管理
虚拟拓扑的定义 与物理拓扑完全 解耦，用户任意 自定义虚拟拓扑， 通过虚网映射算 法合理分配底层 物理资源
底层物理拓扑
CNVP在CCF中的集成部署
• CCF通过调用CNVP提 供的JSON RPC接口为 用户提供一套隔离的虚 拟网络环境，实现基础 网络设施的共享。 CCF调用CNVP的接口 主要包括物理交换机信 息获取、拓扑链接信息 获取、虚网创建、虚网 物理范围划分、虚网匹 配规则创建、虚网启停 、虚网删除等。 用户可以在划分的虚网 中进行自己的实验，虚 网之间的流量完全隔离 不受影响。
SDN试验平台虚拟网络平台
第三部分
SDN试验平台创新应用
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SDN实验平台网络虚拟化平台——CNVP
CNVP的设计目标是在同一 套网络基础设施平台上实现不 同网络拓扑实验的需求。实验 所需的网络结构要求可自定义， 而不是局限于物理基础设施网 络。 CNVP在物理基础设施网 络之上根据多个网络层次来定 义虚拟网络，管理并隔离虚网 的数据流量，从而实现对网络 基础设施的共享复用。
CNVP Next--层级式可扩展架构
Virtual network request 1 Bob ’s control ler Allen’s control ler John’s control ler Kel i’s control ler
Mapping table
Conflict detection Slice management Infrastructure manager
实验1：数据流量优化控制
DC1与DC6之间的大象流传输： 1. 首先控制器选择路径1386和 1346进行传输； 2. 随着对带宽的需求加大，控制 器选择路径：12386、12346、 12546； 3. 继续加大带宽需求，控制器选 择路径：1386、1346、13476；
实验2：基于SDN的服务质量策略跟随
基于SDN的校园级网络虚拟化实验平台
北京邮电大学
2014.05.21
第一部分
SDN试验平台控制框架
第二部分
SDN试验平台虚拟网络平台
第三部分
ห้องสมุดไป่ตู้
SDN试验平台创新应用
2
SDN实验平台的架构设想
实验者 实验者UI
拓扑 管理 虚网 划分 资源 分配
控制平面
OpenFlow Stack、SNMP等 多线程、I/O