SDN與非SDN的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理及其可拓實(shí)驗(yàn)思路

徐 慧

(湖北工業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院, 湖北 武漢 430068)

SDN與非SDN的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理及其可拓實(shí)驗(yàn)思路

徐 慧

(湖北工業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院, 湖北 武漢 430068)

通過研究SDN與非SDN的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理,探索其可拓實(shí)驗(yàn)思路。首先提出SDN網(wǎng)絡(luò)管理的“管理者—代理”模型和用于統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理的網(wǎng)關(guān),嘗試引入可拓學(xué),依據(jù)其可拓創(chuàng)新方法體系,在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的基礎(chǔ)上,采用共軛分析方法,探索SDN與非SDN的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理的可拓實(shí)驗(yàn)思路,最終為推進(jìn)學(xué)校的“721”梯級(jí)、分類、多元人才培養(yǎng)模式改革建立一定的實(shí)踐基礎(chǔ)。

SDN； 統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理； 可拓實(shí)驗(yàn)； 共軛分析

我校于2008年開始網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的本科招生,并于2012年開始物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的本科招生。目前,我校面向本科生正穩(wěn)步推進(jìn)“721”梯級(jí)、分類、多元人才培養(yǎng)模式改革。作為培養(yǎng)和提高網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)與物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)本科生的實(shí)踐動(dòng)手能力的重要環(huán)節(jié),網(wǎng)絡(luò)管理實(shí)驗(yàn)在設(shè)計(jì)上需要考慮軟件定義網(wǎng)絡(luò)(software-defined networking,SDN)這一新型網(wǎng)絡(luò)環(huán)境與非SDN網(wǎng)絡(luò)共存的現(xiàn)狀。本文旨在探討SDN與非SDN的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理及其可拓實(shí)驗(yàn)思路。

1 軟件定義網(wǎng)絡(luò)SDN背景

SDN是一種控制層與基礎(chǔ)設(shè)施層分離、實(shí)現(xiàn)可編程化控制的新型網(wǎng)絡(luò)。實(shí)現(xiàn)SDN的一種主要技術(shù)是OpenFlow[1-2],而基于OpenFlow的體系結(jié)構(gòu)可以幫助研究人員實(shí)踐新的想法和測(cè)試創(chuàng)新應(yīng)用等[3-5]。目前,推進(jìn)SDN標(biāo)準(zhǔn)化的開放網(wǎng)絡(luò)基金會(huì)(Open Networking Foundation,ONF)[6]對(duì)OpenFlow標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范進(jìn)行維護(hù)和發(fā)展,并已吸引Google、Facebook、Microsoft、Cisco、Juniper等互聯(lián)網(wǎng)巨頭加入。

ONF發(fā)布的SDN體系結(jié)構(gòu)第1版[7]將SDN的基本體系結(jié)構(gòu)劃分為基礎(chǔ)設(shè)施層、控制層和應(yīng)用層,其中,位于控制層的SDN控制器(SDN controller)是SDN的邏輯控制中心。圖1給出基于OpenFlow的SDN基本體系結(jié)構(gòu)。

圖1 基于OpenFlow的SDN基本體系結(jié)構(gòu)

如圖1所示,在基于OpenFlow的SDN三層體系結(jié)構(gòu)中,控制層一方面通過南向接口OpenFlow與基礎(chǔ)設(shè)施層中的各種SDN設(shè)備(主要包括OpenFlow交換機(jī)等)進(jìn)行交互,實(shí)現(xiàn)可編程化的控制,另一方面通過北向接口API與SDN應(yīng)用服務(wù)交互,處理應(yīng)用層的各種請(qǐng)求。

2 SDN與非SDN的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理研究

2.1 SDN網(wǎng)絡(luò)管理的“管理者—代理”模型

提出SDN的一個(gè)主要目的在于提供方便靈活的網(wǎng)絡(luò)管理功能。ONF在已有的NETCONF協(xié)議和YANG語言的基礎(chǔ)之上,提出并維護(hù)和發(fā)展SDN網(wǎng)絡(luò)管理的OpenFlow管理與配置協(xié)議OF-Config(截至目前,最新版本是1.2),而當(dāng)前提供的OF-Config管理信息模型是與YANG語言兼容的[8]。

盡管OF-Config仍在不斷成熟中,但鑒于OF-Config是基于NETCONF協(xié)議和YANG語言等現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)管理標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,已有利用NETCONF協(xié)議和YANG語言的網(wǎng)絡(luò)管理方案為SDN網(wǎng)絡(luò)管理提供了可行性思路。引入SDN管理者和SDN代理到SDN網(wǎng)絡(luò)管理體系結(jié)構(gòu)中,其中SDN代理裝配在SDN設(shè)備(如OpenFlow交換機(jī)等)中,SDN管理者和SDN代理之間應(yīng)用OF-Config交互,在此基礎(chǔ)上,SDN網(wǎng)絡(luò)管理的“管理者-代理”模型如圖2所示。

圖2 SDN網(wǎng)絡(luò)管理的“管理者—代理”模型

2.2 用于統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理的網(wǎng)關(guān)

目前,SDN網(wǎng)絡(luò)管理仍缺乏一種成熟的實(shí)現(xiàn)方案,SDN網(wǎng)絡(luò)管理與非SDN網(wǎng)絡(luò)管理將在未來的一段時(shí)間內(nèi)共存,因此SDN與非SDN的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理就顯得尤為重要了。

一方面,考慮到已有的非SDN管理者,例如簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(simple network management protocol,SNMP)管理者等,在SDN與非SDN的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理中,為了實(shí)現(xiàn)非SDN管理者與SDN代理的交互,提出“非SDN到SDN”網(wǎng)關(guān),如圖3所示。

圖3 統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理的“非SDN到SDN”網(wǎng)關(guān)

另一方面,在SDN和非SDN的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理中,為了融合非SDN網(wǎng)絡(luò)管理,實(shí)現(xiàn)SDN管理者與非SDN代理(如SNMP代理等)的交互,提出“SDN到非SDN”網(wǎng)關(guān),如圖4所示。

圖4 統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理的“SDN到非SDN”網(wǎng)關(guān)

3 面向統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理的可拓實(shí)驗(yàn)思路

對(duì)于非SDN網(wǎng)絡(luò)管理,SNMP管理者—SNMP代理模型已廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理中。

考慮到SDN和非SDN的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理,如何利用現(xiàn)有基于SNMP的實(shí)驗(yàn)環(huán)境培養(yǎng)本科生的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理實(shí)踐能力是一個(gè)矛盾問題。作為用形式化模型探討事物拓展與變換的可能性以及開拓創(chuàng)新的規(guī)律與方法,并用于解決矛盾問題的新學(xué)科,可拓學(xué)的引入旨在解決有限的實(shí)驗(yàn)條件與統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理的實(shí)踐能力培養(yǎng)這一矛盾問題。

可拓學(xué)選題于1976年,1983年蔡文研究員在中國(guó)《科學(xué)探索學(xué)報(bào)》上發(fā)表了一篇開創(chuàng)性論文“可拓集合和不相容問題”[9],標(biāo)志著這門新學(xué)科的誕生。作為由中國(guó)學(xué)者原始性創(chuàng)新研究創(chuàng)立的新學(xué)科,可拓學(xué)不僅得到我國(guó)著名科學(xué)家的高度評(píng)價(jià),也得到美國(guó)諾貝爾獎(jiǎng)獲得者Simen教授的重視和支持,并已經(jīng)走進(jìn)了許多大學(xué)和研究機(jī)構(gòu),而且開始走出國(guó)門,在歐美地區(qū)引起了相關(guān)人員的關(guān)注[10]。

依據(jù)可拓創(chuàng)新方法體系[11-12],在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的基礎(chǔ)上,面向SDN和非SDN的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí),考慮采用共軛分析方法,包括以下4組共軛對(duì),以便于探索統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理的可拓實(shí)驗(yàn)思路。

(1) 軟部與硬部。在基于SNMP的網(wǎng)絡(luò)管理中,其軟部是各種管理工具軟件,而其硬部則是實(shí)際的被管網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。因此,在面向SDN和非SDN的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)計(jì)可拓實(shí)驗(yàn)時(shí),考慮到新增的SDN設(shè)備(硬部),需要集成如圖2至圖4所示的SDN管理者、SDN代理以及各種網(wǎng)關(guān)軟件作為其軟部。

(2) 虛部與實(shí)部。現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)平臺(tái)使用的SNMP工具中,基于SNMP的網(wǎng)絡(luò)管理的虛部(被管網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的管理能力)是通過實(shí)部——管理信息庫(kù)(management information base,MIB)樹反映出來的。類似地,在面向SDN和非SDN的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)計(jì)可拓實(shí)驗(yàn)時(shí),為了顯示新增SDN設(shè)備的管理能力(虛部),需要在統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理相關(guān)工具的實(shí)部載入相應(yīng)的MIB樹。

(3) 潛部與顯部?，F(xiàn)有實(shí)驗(yàn)平臺(tái)使用的SNMP協(xié)議分析過濾器定義模塊表明,基于SNMP的網(wǎng)絡(luò)管理的顯部是SNMP管理者與SNMP代理的交互,而其潛部是SNMP消息。因此,在面向SDN和非SDN的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)計(jì)可拓實(shí)驗(yàn)時(shí),為了實(shí)現(xiàn)如圖2至圖4所示的不同管理者與不同代理之間的交互(顯部),需要分析其潛部,即所采用的網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議報(bào)文。

(4) 負(fù)部與正部。在基于SNMP的網(wǎng)絡(luò)管理中,其負(fù)部主要在于SNMP消息對(duì)測(cè)量網(wǎng)絡(luò)的性能會(huì)有影響,從而影響到網(wǎng)絡(luò)管理的真實(shí)結(jié)果,而其正部便是實(shí)現(xiàn)的各種網(wǎng)絡(luò)管理功能。類似地,在面向SDN和非SDN的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)計(jì)可拓實(shí)驗(yàn)時(shí),為了實(shí)現(xiàn)其正部,即統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理功能,則必須考慮所采用的協(xié)議報(bào)文對(duì)實(shí)際統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理結(jié)果的影響(負(fù)部)。

簡(jiǎn)而言之,利用可拓創(chuàng)新方法體系的共軛分析方法,在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的基礎(chǔ)上,探索SDN與非SDN的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理的可拓實(shí)驗(yàn)思路,旨在培養(yǎng)和提高網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)與物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)本科生的實(shí)踐動(dòng)手能力,積極推進(jìn)我校的“721”梯級(jí)、分類、多元人才培養(yǎng)模式改革。

4 結(jié)束語

本文通過研究SDN與非SDN的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理,首先提出SDN網(wǎng)絡(luò)管理的“管理者—代理”模型和用于統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理的網(wǎng)關(guān),并在此基礎(chǔ)上,嘗試將可拓學(xué)引入到SDN與非SDN的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中,依據(jù)可拓創(chuàng)新方法體系,在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的基礎(chǔ)上,采用共軛分析方法,探索其可拓實(shí)驗(yàn)思路,最終旨在培養(yǎng)和提高網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)與物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)本科生的實(shí)踐動(dòng)手能力,為推進(jìn)我校的“721”梯級(jí)、分類、多元人才培養(yǎng)模式改革建立一定的實(shí)踐基礎(chǔ)。

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,陳鳴,趙廣松,等.基于OpenFlow的SDN技術(shù)研究[J].軟件學(xué)報(bào),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.可拓集合和不相容問題[J].科學(xué)探索學(xué)報(bào),1983(1):83-97.

[10] 鐘義信.評(píng)“可拓學(xué)”[J].科學(xué)通報(bào),2013, 58(13):1188-1189.

[11] 蔡文.創(chuàng)意的革命:今天你“可拓”了嗎[M].北京:科學(xué)出版社,2010.

[12] 蔡文,楊春燕.可拓學(xué)的基礎(chǔ)理論與方法體系[J].科學(xué)通報(bào),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

國(guó)家自然科學(xué)基金應(yīng)急管理項(xiàng)目(61440024)；湖北省高等學(xué)校省級(jí)教學(xué)改革研究項(xiàng)目(省2012273)；湖北工業(yè)大學(xué)博士科研啟動(dòng)基金計(jì)劃項(xiàng)目(BSQD12029)；湖北省高等學(xué)校省級(jí)教學(xué)改革研究項(xiàng)目(省2013282)；湖北工業(yè)大學(xué)校級(jí)教學(xué)研究項(xiàng)目(校2013019)

徐慧(1983—),女,湖北武漢,博士,副教授,碩士生導(dǎo)師,研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)與服務(wù)管理.

TP393；G642.0

B

1002-4956(2015)12- 0194- 03