SDN在高校网络的应用发展与探索

杨锴

摘要：随着互联网发展的不断加速，传统的网络建设难以适应当前网络的发展。高校网络作为信息社会国家网络建设的先驱者和实践者，如何能提升自身网络的性能满足校园网络用户需求，如何解决自身所暴露出的问题。由于SDN技术已经有了长足的发展，并且可能成为今后网络架构的新的方向，对SDN技术应用于高校网络进行探讨，进一步完善高校网络建设。

关键词：高校网络；控制转发；SDN

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）35-0056-02

当今社会信息化得到飞速的发展，网络技术不断的进步，大数据深入到各行各业，云计算、物联网等新兴技术得到了充分的扩展和应用。作为国内信息技术创新的引领和实践的先驱者，各大高校的校园网络建设也得到了长足的发展。随着信息化终端的应用越来越多样化，对资源的需求幅度也趋于动态的浮动，这就要求校园核心网络能更迅速的反应，及时的分配资源。对于本身处于相对静态的校园网络而言，在新的需求下如何更方便的管理、回馈终端，已经成为高校网络管理人员越来越重要的课题。

1 高校网络的现状

校园网络不单单是一个网络的集成，从网络上通过核心交换机、汇聚交换机、接入交换机分配流量到各个终端。随着需求的增加，通过防火墙防护外部DDOS攻击、ARP攻击、防洪攻击等；通过认证管理系统对网络内用户进行实名认证；安装无线控制器对校内无线AP网络进行管理；通过堡垒机引流校外的攻击，减轻防火墙的负载压力，获取实验测试数据；安装VPN为校外师生提供访问学校内部网络的通道；安装邮件防火墙对邮件系统进行防护等等。在应用上配置了站群系统、办公系统、教务系统、学工系统、科研系统、财务系统等多项系统，将服务器进行虚拟化整合，涵盖各个系统。校园是一个小的社会体，校园网络也是一个网络综合体。

2 高校网络面临的问题

当前校园网络得到了快速的发展，在建设发展过程中也面临了一些问题。

2.1 网络性能

在校园网络中，学生基數比较大，在当前各种视频软件流行，导致在某些时间段产生大量的数据流量，对网络负载提出了很高的要求。而在校园建设过程中对网络设备服务器设备要进行不断更换和增加，对网络架构进行调整。会对网络性能产生影响，增加网络维护难度。

2.2 网络安全

当前网络安全问题已经提到了一个相当的高度，从国家层面就开始对网络安全高标准、严要求。对高校网络维护人员产生了很大的工作及责任压力。不仅要隔绝网络外部攻击，也要时刻对校园内部进行检查。及时对服务器安装补丁，对办公电脑进行安装杀毒软件，对师生群体进行网络安全演示与指导。而部分师生缺乏足够的网络安全意识，加之当前各式各样的病毒与攻击方式。办公电脑和公共机房经常会给病毒感染，导致师生不能正常的办公与学习。严重的会导致校园网络瘫痪和损害学校声誉。

2.3 信息共享

从各个高校网络的建立到现在，基本都已建设发展了数十年，高校的信息化建设也上了一个新的台阶，数字化校园建设也已深入到校园建设的各个方面。师生拿一张身份识别卡可以在整个校园内吃喝用度。但是相当一部分学校还没有对各个系统进行数据共享，学校的各个系统是独立存在的，学生进入各个系统要输入单独的用户名及密码。而学校之间更是信息孤岛，学生在外校基本得不到相关网络服务，这也背离了当前社会信息大融合的总体环境。

2.4 人员配备

随着信息化发展，校园网络硬件设备越来越多，所需要维护的内容越来越全，对网络维护人员要求越来越高，网络安全维护人员在大部分时间奔波于各个终端设备的安装与调试上。

2.5 IPv4向IPv6转化

目前，大部分高校网络均使用IPv4，由于互联网的发展，IP地址的需求越来越大，IPV6作为下一代互联网协议逐渐取代IPv4，由于IPV6本身所具有的简化报头格式、QoS功能、身份验证功能、安全机制及对移动设备的支持等能很好适应当前互联网的需求，由IPv6代替IPv4是趋势，但是需要时间与支持。

综上所述，当前各大高校网络处于一种静态的被动应对状态，很难适应发展越来越迅速的趋于动态变化的互联网要求。而对于大中型网络和数据中心，需要各种不同性质的网络设备，配置与管理也更为复杂，这就对网络维护人员提出了更高的要求。而SDN概念的兴起，由于其开放性及控制与转发分离的特性，为当前网络发展展示一种新的可能。

3 SDN技术的提出

2006年斯坦福大学的学生 Casado 领导了一个关于网络安全与管理的项目Ethane，目的在与设计一个集中式的控制器，定义网络设备中的各种安全策略，对网络进行安全控制，实现整个网络的管理。随后Mckeown教授于2009年正式提出SDN[1]（software defined networking，软件定义网络）概念。SDN将常用网络设备中的控制平面与数据平面相分离，用软件的方式使用控制器实现。分为三层结构：上层应用层、中层控制层、底层基础控制层[2]，通过北向接口连接控制层与应用层，通过南向接口连接控制层与基础控制层。OpenFlow是SDN中主要的协议[3]。也是其数据和控制平面中第一个通信标准，其第一个版本OpenFlow1.0于2010年发布。

由于SDN网络具备控制与转发分离、集中控制、开放API等基本特征。相对于传统的校园网络有很大的优势：

1） 控制与转发分离及软硬件解耦。软件与硬件相分离，软件实现控制功能，实现数据分类与精细化管理。硬件专注转发功能，可以降低硬件成本与人力培训成本，简化运维管理。

2） 开放的编程接口。能简化网络管理的方便性与加速网络架构的创新性，并促进网络的演变。

3） 集中控制与网络虚拟化。集中控制能提升网络的收敛速度，更全面的控制整个网络的各项资源。网络虚拟化底层硬件设备，可以更方便地进行硬件分配。

傳统的网络经过SDN技术改进优化后能降低网络建设成本、简化网络架构、开放网络接口使整个网络更趋于动态化。当然这样的特性也存在其网络安全问题。网络管理的集中性使得SDN控制器成为众矢之的，一旦控制器收到攻击，将造成不可估量的后果。由于本身并非成型成熟的技术，网络的开放性使得其漏洞、策略为攻击者熟知，可以有足够的信息定制攻击策略。

4 SDN技术实验环境设计

由于条件限制，使用软件来模拟一个SDN网络环境。

实验软件需求：VMware Workstation、Mininet镜像、OpenDayLight、Wireshark软件等。

用minine[4]t模拟交换机，虚拟出OpenFlow交换机及host节点。Mininet是一个轻量级软件定义网络和测试平台，支持openflow、openvswith等各种协议，能模拟交换机及网络主机，并提供开放API，方便多人协作开发。

用OpenDayLight[5]模拟控制器，ODL是一个基于SDN开源控制器项目，并得到了Linux基金会的支持。

使用OpenDayLight支持二层及三层转发，并能实现控制与承载分离，网络拓扑最优路径转发。

5 结论

互联网的不断发展，网络软件化、主动化、动态化的趋势将日益深入，而SDN技术由于其网络扩展的开放和灵活、网络创新的可扩展性、网络新业务的兼容性、网络硬件的可虚拟化等特性，将得到进一步的推进与发展，而传统校园网络也将进一步接纳诸如SDN一样的新兴技术，优化自身网络结构，提高自身网络效率，为网络用户提供更快更便捷的网络应用与服务。

参考文献：

[1] Lantz B，Heller B，Mc Keown N.A network in a laptop： rapid prototyping for software-defined networks. Proceedings of the 9th ACM SIGCOMM Workshop on Hot Topics in Networks，Monterey，CA，2010.

[2] 孔庆伟.基于SDN的高校校园网设计及应用研究[J].山东社会科学，2015（S2）：280-281.

[3] OpenFlow.OpenFlow configuration and management protocol OF-CONFIG 1.0. https：//www.opennetworking.org/images/stories/downloads/of-config/of-config1dot0-final.pdf，2012

[4] 李艳，郝志安，李宁.基于mininet的SDN架构仿真研究[J].计算机与网络，2014（5）：57-59.

[5] SDN社区.Opendaylight简介[EB/OL].http：//www.sdnlab.com/community/article/1.