SDN与非SDN的统一网络管理及其可拓实验思路

徐 慧

(湖北工业大学 计算机学院, 湖北 武汉 430068)

SDN与非SDN的统一网络管理及其可拓实验思路

徐 慧

(湖北工业大学 计算机学院, 湖北 武汉 430068)

通过研究SDN与非SDN的统一网络管理,探索其可拓实验思路。首先提出SDN网络管理的“管理者—代理”模型和用于统一网络管理的网关,尝试引入可拓学,依据其可拓创新方法体系,在现有实验平台的基础上,采用共轭分析方法,探索SDN与非SDN的统一网络管理的可拓实验思路,最终为推进学校的“721”梯级、分类、多元人才培养模式改革建立一定的实践基础。

SDN； 统一网络管理； 可拓实验； 共轭分析

我校于2008年开始网络工程专业的本科招生,并于2012年开始物联网工程专业的本科招生。目前,我校面向本科生正稳步推进“721”梯级、分类、多元人才培养模式改革。作为培养和提高网络工程专业与物联网工程专业本科生的实践动手能力的重要环节,网络管理实验在设计上需要考虑软件定义网络(software-defined networking,SDN)这一新型网络环境与非SDN网络共存的现状。本文旨在探讨SDN与非SDN的统一网络管理及其可拓实验思路。

1 软件定义网络SDN背景

SDN是一种控制层与基础设施层分离、实现可编程化控制的新型网络。实现SDN的一种主要技术是OpenFlow[1-2],而基于OpenFlow的体系结构可以帮助研究人员实践新的想法和测试创新应用等[3-5]。目前,推进SDN标准化的开放网络基金会(Open Networking Foundation,ONF)[6]对OpenFlow标准与规范进行维护和发展,并已吸引Google、Facebook、Microsoft、Cisco、Juniper等互联网巨头加入。

ONF发布的SDN体系结构第1版[7]将SDN的基本体系结构划分为基础设施层、控制层和应用层,其中,位于控制层的SDN控制器(SDN controller)是SDN的逻辑控制中心。图1给出基于OpenFlow的SDN基本体系结构。

图1 基于OpenFlow的SDN基本体系结构

如图1所示,在基于OpenFlow的SDN三层体系结构中,控制层一方面通过南向接口OpenFlow与基础设施层中的各种SDN设备(主要包括OpenFlow交换机等)进行交互,实现可编程化的控制,另一方面通过北向接口API与SDN应用服务交互,处理应用层的各种请求。

2 SDN与非SDN的统一网络管理研究

2.1 SDN网络管理的“管理者—代理”模型

提出SDN的一个主要目的在于提供方便灵活的网络管理功能。ONF在已有的NETCONF协议和YANG语言的基础之上,提出并维护和发展SDN网络管理的OpenFlow管理与配置协议OF-Config(截至目前,最新版本是1.2),而当前提供的OF-Config管理信息模型是与YANG语言兼容的[8]。

尽管OF-Config仍在不断成熟中,但鉴于OF-Config是基于NETCONF协议和YANG语言等现有网络管理标准规范,已有利用NETCONF协议和YANG语言的网络管理方案为SDN网络管理提供了可行性思路。引入SDN管理者和SDN代理到SDN网络管理体系结构中,其中SDN代理装配在SDN设备(如OpenFlow交换机等)中,SDN管理者和SDN代理之间应用OF-Config交互,在此基础上,SDN网络管理的“管理者-代理”模型如图2所示。

图2 SDN网络管理的“管理者—代理”模型

2.2 用于统一网络管理的网关

目前,SDN网络管理仍缺乏一种成熟的实现方案,SDN网络管理与非SDN网络管理将在未来的一段时间内共存,因此SDN与非SDN的统一网络管理就显得尤为重要了。

一方面,考虑到已有的非SDN管理者,例如简单网络管理协议(simple network management protocol,SNMP)管理者等,在SDN与非SDN的统一网络管理中,为了实现非SDN管理者与SDN代理的交互,提出“非SDN到SDN”网关,如图3所示。

图3 统一网络管理的“非SDN到SDN”网关

另一方面,在SDN和非SDN的统一网络管理中,为了融合非SDN网络管理,实现SDN管理者与非SDN代理(如SNMP代理等)的交互,提出“SDN到非SDN”网关,如图4所示。

图4 统一网络管理的“SDN到非SDN”网关

3 面向统一网络管理的可拓实验思路

对于非SDN网络管理,SNMP管理者—SNMP代理模型已广泛应用于计算机网络管理中。

考虑到SDN和非SDN的统一网络管理,如何利用现有基于SNMP的实验环境培养本科生的统一网络管理实践能力是一个矛盾问题。作为用形式化模型探讨事物拓展与变换的可能性以及开拓创新的规律与方法,并用于解决矛盾问题的新学科,可拓学的引入旨在解决有限的实验条件与统一网络管理的实践能力培养这一矛盾问题。

可拓学选题于1976年,1983年蔡文研究员在中国《科学探索学报》上发表了一篇开创性论文“可拓集合和不相容问题”[9],标志着这门新学科的诞生。作为由中国学者原始性创新研究创立的新学科,可拓学不仅得到我国著名科学家的高度评价,也得到美国诺贝尔奖获得者Simen教授的重视和支持,并已经走进了许多大学和研究机构,而且开始走出国门,在欧美地区引起了相关人员的关注[10]。

依据可拓创新方法体系[11-12],在现有实验平台的基础上,面向SDN和非SDN的统一网络管理设计实验时,考虑采用共轭分析方法,包括以下4组共轭对,以便于探索统一网络管理的可拓实验思路。

(1) 软部与硬部。在基于SNMP的网络管理中,其软部是各种管理工具软件,而其硬部则是实际的被管网络设备。因此,在面向SDN和非SDN的统一网络管理设计可拓实验时,考虑到新增的SDN设备(硬部),需要集成如图2至图4所示的SDN管理者、SDN代理以及各种网关软件作为其软部。

(2) 虚部与实部。现有实验平台使用的SNMP工具中,基于SNMP的网络管理的虚部(被管网络设备的管理能力)是通过实部——管理信息库(management information base,MIB)树反映出来的。类似地,在面向SDN和非SDN的统一网络管理设计可拓实验时,为了显示新增SDN设备的管理能力(虚部),需要在统一网络管理相关工具的实部载入相应的MIB树。

(3) 潜部与显部。现有实验平台使用的SNMP协议分析过滤器定义模块表明,基于SNMP的网络管理的显部是SNMP管理者与SNMP代理的交互,而其潜部是SNMP消息。因此,在面向SDN和非SDN的统一网络管理设计可拓实验时,为了实现如图2至图4所示的不同管理者与不同代理之间的交互(显部),需要分析其潜部,即所采用的网络管理协议报文。

(4) 负部与正部。在基于SNMP的网络管理中,其负部主要在于SNMP消息对测量网络的性能会有影响,从而影响到网络管理的真实结果,而其正部便是实现的各种网络管理功能。类似地,在面向SDN和非SDN的统一网络管理设计可拓实验时,为了实现其正部,即统一网络管理功能,则必须考虑所采用的协议报文对实际统一网络管理结果的影响(负部)。

简而言之,利用可拓创新方法体系的共轭分析方法,在现有实验平台的基础上,探索SDN与非SDN的统一网络管理的可拓实验思路,旨在培养和提高网络工程专业与物联网工程专业本科生的实践动手能力,积极推进我校的“721”梯级、分类、多元人才培养模式改革。

4 结束语

本文通过研究SDN与非SDN的统一网络管理,首先提出SDN网络管理的“管理者—代理”模型和用于统一网络管理的网关,并在此基础上,尝试将可拓学引入到SDN与非SDN的统一网络管理的实验设计中,依据可拓创新方法体系,在现有实验平台的基础上,采用共轭分析方法,探索其可拓实验思路,最终旨在培养和提高网络工程专业与物联网工程专业本科生的实践动手能力,为推进我校的“721”梯级、分类、多元人才培养模式改革建立一定的实践基础。

References)

[1] McKeown N, Shenker S, Anderson T, et al. OpenFlow: Enabling Innovation in Campus Networks[J].ACM SIGCOMM Computer Communication Review, 2008, 38(2): 69-74.

[2] 左青云,陈鸣,赵广松,等.基于OpenFlow的SDN技术研究[J].软件学报,2013,24(5):1078-1097.

[3] Lara A,Kolasani A, Ramamurthy B. Network Innovation using OpenFlow: A Survey[J].IEEE Communications Surveys & Tutorials,2014,16(1):493-512.

[4] Hasan S F. Software-Defined Networking[J].SpringerBriefs in Electrical and Computer Engineering,2014,11(2):19-32.

[5] Sandeep S, Khan R A, Alka A. Applicability of Software Defined Networking in Campus Network [C] // Proceedings of the 3rd International Conference on Frontiers of Intelligent Computing: Theory and Applications (FICTA). Advances in Intelligent Systems and Computing, 2015, 328:619-627.

[6] Open Networking Foundation. Open Networking Foundation Website [EB/OL].2015 Available: www.opennetworking.org.

[7] Open Networking Foundation. SDN Architecture [R]. Issue 1,2014.

[8] Open Networking Foundation.OpenFlow Management and Configuration Protocol (OF-Config)[EB/OL].2015 Available:www.opennetworking.org/working-groups/configuration-management.

[9] 蔡文.可拓集合和不相容问题[J].科学探索学报,1983(1):83-97.

[10] 钟义信.评“可拓学”[J].科学通报,2013, 58(13):1188-1189.

[11] 蔡文.创意的革命:今天你“可拓”了吗[M].北京:科学出版社,2010.

[12] 蔡文,杨春燕.可拓学的基础理论与方法体系[J].科学通报,2013, 58(13):1190-1199.

Study on integrated network management of SDN with non-SDN and its extension experiments

Xu Hui

(School of Computer Science, Hubei University of Technology, Wuhan 430068, China)

This paper first proposes the “Manager-Agent” model for SDN management and the gateways for the integrated network management. This paper then tries to introduce Extenics, and according to the framework of innovation methods based on Extenics, adopts conjugate analysis to explore the thinking of extension experiments for integrated network management of SDN with non-SDN based on the existing experimental platforms. Finally, a practical basis is established to promote “721” stepping, classifying and multivariate reform of undergraduate training mode in Hubei University of Technology.

SDN; integrated network management; extension experiment; conjugate analysis

2015- 04- 07 修改日期：2015- 06- 30

国家自然科学基金应急管理项目(61440024)；湖北省高等学校省级教学改革研究项目(省2012273)；湖北工业大学博士科研启动基金计划项目(BSQD12029)；湖北省高等学校省级教学改革研究项目(省2013282)；湖北工业大学校级教学研究项目(校2013019)

徐慧(1983—),女,湖北武汉,博士,副教授,硕士生导师,研究方向为网络与服务管理.

TP393；G642.0

B

1002-4956(2015)12- 0194- 03