浅析软件定义网络的计算机网络实验教学

　　面对日新月异的计算机网络技术,网络课程实验教学环节必须不断的调整与更新。在近两年的实验教学中,出现了较多的问题。下面是小编搜集整理的相关内容的论文，欢迎大家阅读参考。

　　摘要：围绕网络新技术发展对人才培养的新需求，针对困扰计算机网络课程实验教学的一系列问题，探讨利用虚拟化技术和软件定义网络框架建设实验教学平台的方法，提出基于单机模式建立低成本、易扩展的一体化实验平台教改方案，给出参考实验实例，展示该平台对传统网络实验的兼容性和开展综合性与设计性实验的潜力。　　关键词：计算机网络课程;实验教学;软件定义网络;OpenFlow

　　一、背景

　　1.1近年来，虚拟化技术和云计算兴起，云数据中心、多租户网络等新的应用场景推动了传统网络设计与管理模式的进步，软件定义网络(SoftwareDefinedNetworking，SDN)及其重要技术OpenFlow作为创新网络架构，已成为学术界和工业界的关注热点，不少大学建立了SDN/OpenFlow试验网，开展网络领域的创新研究与探索。从2008年美国斯坦福大学NickMcKeown教授领导的Ethane团队(Cleanslate计划)首次提出OpenFlow协议原型[1]，到2012年ONF发布SDN白皮书[2]1-12，SDN及OpenFlow完成了从试验平台向业务网络部署的跨越，SDN/OpenFlow解决方案已在谷歌等云计算数据中心内部骨干网上发挥了令人瞩目的作用[3]，国内外主流网络厂商推出了多种SDN/OpenFlow交换机[4]，SDN和OpenFlow技术的发展给网络人才的专业需求注入了新的内容，也给计算机网络课程理论与实验教学的改革指出了新的研究方向。

　　1.2目前网络实验室建设更新周期普遍较短，无论是采用传统网络设备的实验平台，还是专用的课程教学实验系统，大多面临扩展和更新的要求，实验设备和实验学时不足，实验内容以验证性实验为主，缺乏设计性实验和综合性实验，实践环节薄弱。针对这些困扰实验教学的问题，已有不少实验教学改革的努力成果[5-7]。从目前的实验教学改革方案来看，多数仍依赖普通网络设备或传统网络仿真与协议分析软件，尚不足以完全解决上述问题。

　　1.3为了适应网络技术发展对人才培养的新需求，提升学生自主学习能力和实践动手能力，给计算机网络课程教学提供低成本、易扩展、一体化的实验平台，扩展和深化实验内容，有必要在网络实验教学改革中引入SDN架构和虚拟化技术。围绕SDN和OpenFlow有很多开放标准的开源项目，涵盖了多种SDN系统构件，包括OpenFlow软件交换机、SDN控制器、业务流程工具、网络虚拟化工具、仿真和测试工具等，丰富的开源资源为建立新型网络实验平台提供了实现的可能.

　　二、SDN体系的主要组成

　　2.1SDN的概念与原理体系架构

　　传统计算机网络的控制平面和数据转发平面是通过网络设备紧密耦合的，SDN的思想是将控制平面与数据转发平面分离，把网络协议的复杂性集中到控制平面，SDN控制软件通过开放标准的南向接口(如OpenFlow协议)控制数据平面，通过可编程的北向接口(开放的`API)为应用层业务定制所需的网络服务。SDN架构能够提供网络抽象层面上的集中控制能力和网络虚拟层面上的资源配置能力，使网络虚拟化与计算虚拟化、存储虚拟化联系一起，有力支持云计算服务的发展。

　　2.2SDN控制器

　　SDN控制器(SDN控制软件)的功能相当于SDN的网络操作系统，向下提供对数据转发设备的配置、控制和管理功能，向上为应用业务提供网络编程接口。SDN控制器在逻辑上是集中的，在物理上可以是分布式的。

　　2.3OpenFlow交换机

　　OpenFlow交换机是SDN数据平面的网络设备，它按照流表(flowtable)的设置进行转发。流表由控制器通过安全通道配置，决定OpenFlow交换机的转发行为。流表项包括跨多个网络协议层次的匹配字段和转发行为。OpenFlow交换机的协议工作层次可以根据组网需要进行配置，可实现二层交换机、路由器和其他高层协议及策略的转发功能。OpenFlow交换机有硬件形态和软件形态两种形式，硬件OpenFlow交换机适用于生产型网络的组建，软件交换机多用于搭建研究和测试平台。由于软件交换机成本低、配置灵活，对OpenFlow规范版本的更新及时，适合在高校的科研教学环境中使用。对于教学实验平台，建议采用可运行在虚拟机上的软件交换机OpenvSwitch。