三、基于SDN和OpenFlow的网络实验教学平台建设方案

　　3.1校园环境SDN的组网方式

　　校园环境中的SDN有不同的规模及组网方式，选择哪种取决于其在科研和教学活动中的目标定位，可以将其分为园区模式、实验室模式和单机模式。园区模式基于校园网主干和硬件OpenFlow网络设备，用户可利用SDN和OpenFlow提供的网络虚拟化及逻辑隔离能力，在不影响校园网承载的正常业务的情况下，进行大规模的创新网络项目研究和试验，从而能够在真实网络流量背景下，对新型网络协议、新型网络业务等研究项目展开测试、评估和部署。实验室模式的OpenFlow交换机可利用多网卡服务器实现，具体有两种途径：一种是在服务器上安装NetFPGA板卡和OpenFlow软件;另一种直接在服务器上安装OpenvSwitch软件，实现OpenFlow软交换机。创新型研发工作可采用前者，教学实验平台可以采用后者。单机模式的实验平台利用虚拟机技术和SDN仿真软件搭建。Mininet是斯坦福大学Ethane研究团队开发的SDN/OpenFlow网络仿真工具。不同于传统的网络模拟软件，Mininet还是一个快捷的原型系统开发工具，它集成了OpenvSwitch软件交换机，能运行实际网络协议栈和原汁原味的代码。在Mininet仿真平台上可以进行网络新功能的开发测试，然后再迁移到实际的目标网络上。Mininet仿真的虚拟网络还可以与实际网络连通。实验室模式和单机模式的SDN环境都可以作为教学实验平台的构建方案，前者更接近真实网络，但是组网需要更多计算机(每一个主机或交换机节点都需要一台物理主机)，而Mininet能够在一台个人计算机上仿真整个OpenFlow网络，网络的扩展性及其拓扑设计的灵活性更好，因而更适合课程教学实验应用。

　　3.2基于Mininet的单机实验环境构建方案

　　Mininet是基于Linux内核虚拟化技术开发的轻量级网络虚拟化平台，它提供了仿真SDN网络的所有构件：OpenFlow交换机、SDN控制器、虚拟主机节点。Mininet虚拟机镜像中还预装了常用的协议分析工具Wireshark，能够在独立的图形化界面中分析网络协议流量，可作为搭建网络实验环境的一个一体化解决方案。给出了Mininet单机环境的构成。由于每台主机都能构成一个独立和完备的网络实验平台，完全可以按照通用PC机房的模式建设网络实验室，其在容量和扩展性上的优势显而易见。实际上，部分学生的个人计算机已经安装了虚拟机系统，搭建个人Mininet实验环境可谓简便易行，作为集中实验环节的补充，不仅能够解决实验设备和实验课时不足的问题，还能进一步开展课外自主实验与创新探索活动。

　　四、Mininet单机环境中的网络实验

　　由于采用了虚拟机技术，教学时能够在Mininet平台使用流行操作系统的网络测试命令和协议分析工具，对仿真网络进行测试，还可以通过图形化交互窗口进行管理，保证了传统的网络实验内容在Mininet环境中的无缝衔接，这是Mininet优于传统网络仿真软件(如NS2、OpenNet)的地方。Mininet提供预定义的网络拓扑结构(最小化拓扑、树型、星型等)，支持用户编写脚本自定义网络拓扑，还能通过API开发新型网络功能。因此，在该平台上安排教学实验有很大的设计空间，给出了综合性与设计性实验的参考实例。通过所示的综合性实验，学生既能观察交换机外部行为，又能深入学习内部工作原理及算法实现;设计性实验有助于提高学生的实践动手能力，建立对网络对象的系统级认知。从实例中看到，验证性实验细节均能够利用常用网络测试命令和协议分析工具完成。使用Mininet实验环境需要掌握虚拟机技术和多种自由软件安装配置，综合性实验需要学习Mininet的常用命令，设计性实验需要学生掌握Python脚本语言的编程，实施中需要增加实验环境维护和实验过程指导的工作量，具体的实验教学计划可以根据专业定位、学时限定和培养目标来规划。

　　五、结语

　　SDN框架和虚拟化技术是网络领域的重要发展方向，在此基础上搭建的Mininet实验环境是一个独立和完备的一体化网络实验平台，能够解决目前实验教学存在的诸多问题。参考实验实例说明了该平台对传统网络实验的兼容性以及灵活规划综合性与设计性实验的潜力。以此为基础进一步完善实验改革方案，能够为学生开拓更大的自主学习与实践探索的空间，使课程教学与网络技术发展接轨，充分发挥计算机网络课程实验教学在创新人才培养过程中应有的支撑作用。