SDN與非SDN的統一網絡管理及其可拓實驗思路

徐 慧

(湖北工業大學 計算機學院, 湖北 武漢 430068)

SDN與非SDN的統一網絡管理及其可拓實驗思路

徐 慧

(湖北工業大學 計算機學院, 湖北 武漢 430068)

通過研究SDN與非SDN的統一網絡管理,探索其可拓實驗思路。首先提出SDN網絡管理的“管理者—代理”模型和用于統一網絡管理的網關,嘗試引入可拓學,依據其可拓創新方法體系,在現有實驗平臺的基礎上,采用共軛分析方法,探索SDN與非SDN的統一網絡管理的可拓實驗思路,最終為推進學校的“721”梯級、分類、多元人才培養模式改革建立一定的實踐基礎。

SDN； 統一網絡管理； 可拓實驗； 共軛分析

我校于2008年開始網絡工程專業的本科招生,并于2012年開始物聯網工程專業的本科招生。目前,我校面向本科生正穩步推進“721”梯級、分類、多元人才培養模式改革。作為培養和提高網絡工程專業與物聯網工程專業本科生的實踐動手能力的重要環節,網絡管理實驗在設計上需要考慮軟件定義網絡(software-defined networking,SDN)這一新型網絡環境與非SDN網絡共存的現狀。本文旨在探討SDN與非SDN的統一網絡管理及其可拓實驗思路。

1 軟件定義網絡SDN背景

SDN是一種控制層與基礎設施層分離、實現可編程化控制的新型網絡。實現SDN的一種主要技術是OpenFlow[1-2],而基于OpenFlow的體系結構可以幫助研究人員實踐新的想法和測試創新應用等[3-5]。目前,推進SDN標準化的開放網絡基金會(Open Networking Foundation,ONF)[6]對OpenFlow標準與規范進行維護和發展,并已吸引Google、Facebook、Microsoft、Cisco、Juniper等互聯網巨頭加入。

ONF發布的SDN體系結構第1版[7]將SDN的基本體系結構劃分為基礎設施層、控制層和應用層,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基本體系結構。

圖1 基于OpenFlow的SDN基本體系結構

如圖1所示,在基于OpenFlow的SDN三層體系結構中,控制層一方面通過南向接口OpenFlow與基礎設施層中的各種SDN設備(主要包括OpenFlow交換機等)進行交互,實現可編程化的控制,另一方面通過北向接口API與SDN應用服務交互,處理應用層的各種請求。

2 SDN與非SDN的統一網絡管理研究

2.1 SDN網絡管理的“管理者—代理”模型

提出SDN的一個主要目的在于提供方便靈活的網絡管理功能。ONF在已有的NETCONF協議和YANG語言的基礎之上,提出并維護和發展SDN網絡管理的OpenFlow管理與配置協議OF-Config(截至目前,最新版本是1.2),而當前提供的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協議和YANG語言等現有網絡管理標準規范,已有利用NETCONF協議和YANG語言的網絡管理方案為SDN網絡管理提供了可行性思路。引入SDN管理者和SDN代理到SDN網絡管理體系結構中,其中SDN代理裝配在SDN設備(如OpenFlow交換機等)中,SDN管理者和SDN代理之間應用OF-Config交互,在此基礎上,SDN網絡管理的“管理者-代理”模型如圖2所示。

圖2 SDN網絡管理的“管理者—代理”模型

2.2 用于統一網絡管理的網關

目前,SDN網絡管理仍缺乏一種成熟的實現方案,SDN網絡管理與非SDN網絡管理將在未來的一段時間內共存,因此SDN與非SDN的統一網絡管理就顯得尤為重要了。

一方面,考慮到已有的非SDN管理者,例如簡單網絡管理協議(simple network management protocol,SNMP)管理者等,在SDN與非SDN的統一網絡管理中,為了實現非SDN管理者與SDN代理的交互,提出“非SDN到SDN”網關,如圖3所示。

圖3 統一網絡管理的“非SDN到SDN”網關

另一方面,在SDN和非SDN的統一網絡管理中,為了融合非SDN網絡管理,實現SDN管理者與非SDN代理(如SNMP代理等)的交互,提出“SDN到非SDN”網關,如圖4所示。

圖4 統一網絡管理的“SDN到非SDN”網關

3 面向統一網絡管理的可拓實驗思路

對于非SDN網絡管理,SNMP管理者—SNMP代理模型已廣泛應用于計算機網絡管理中。

考慮到SDN和非SDN的統一網絡管理,如何利用現有基于SNMP的實驗環境培養本科生的統一網絡管理實踐能力是一個矛盾問題。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新的規律與方法,并用于解決矛盾問題的新學科,可拓學的引入旨在解決有限的實驗條件與統一網絡管理的實踐能力培養這一矛盾問題。

可拓學選題于1976年,1983年蔡文研究員在中國《科學探索學報》上發表了一篇開創性論文“可拓集合和不相容問題”[9],標志著這門新學科的誕生。作為由中國學者原始性創新研究創立的新學科,可拓學不僅得到我國著名科學家的高度評價,也得到美國諾貝爾獎獲得者Simen教授的重視和支持,并已經走進了許多大學和研究機構,而且開始走出國門,在歐美地區引起了相關人員的關注[10]。

依據可拓創新方法體系[11-12],在現有實驗平臺的基礎上,面向SDN和非SDN的統一網絡管理設計實驗時,考慮采用共軛分析方法,包括以下4組共軛對,以便于探索統一網絡管理的可拓實驗思路。

(1) 軟部與硬部。在基于SNMP的網絡管理中,其軟部是各種管理工具軟件,而其硬部則是實際的被管網絡設備。因此,在面向SDN和非SDN的統一網絡管理設計可拓實驗時,考慮到新增的SDN設備(硬部),需要集成如圖2至圖4所示的SDN管理者、SDN代理以及各種網關軟件作為其軟部。

(2) 虛部與實部。現有實驗平臺使用的SNMP工具中,基于SNMP的網絡管理的虛部(被管網絡設備的管理能力)是通過實部——管理信息庫(management information base,MIB)樹反映出來的。類似地,在面向SDN和非SDN的統一網絡管理設計可拓實驗時,為了顯示新增SDN設備的管理能力(虛部),需要在統一網絡管理相關工具的實部載入相應的MIB樹。

(3) 潛部與顯部。現有實驗平臺使用的SNMP協議分析過濾器定義模塊表明,基于SNMP的網絡管理的顯部是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的統一網絡管理設計可拓實驗時,為了實現如圖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,即所采用的網絡管理協議報文。

(4) 負部與正部。在基于SNMP的網絡管理中,其負部主要在于SNMP消息對測量網絡的性能會有影響,從而影響到網絡管理的真實結果,而其正部便是實現的各種網絡管理功能。類似地,在面向SDN和非SDN的統一網絡管理設計可拓實驗時,為了實現其正部,即統一網絡管理功能,則必須考慮所采用的協議報文對實際統一網絡管理結果的影響(負部)。

簡而言之,利用可拓創新方法體系的共軛分析方法,在現有實驗平臺的基礎上,探索SDN與非SDN的統一網絡管理的可拓實驗思路,旨在培養和提高網絡工程專業與物聯網工程專業本科生的實踐動手能力,積極推進我校的“721”梯級、分類、多元人才培養模式改革。

4 結束語

本文通過研究SDN與非SDN的統一網絡管理,首先提出SDN網絡管理的“管理者—代理”模型和用于統一網絡管理的網關,并在此基礎上,嘗試將可拓學引入到SDN與非SDN的統一網絡管理的實驗設計中,依據可拓創新方法體系,在現有實驗平臺的基礎上,采用共軛分析方法,探索其可拓實驗思路,最終旨在培養和提高網絡工程專業與物聯網工程專業本科生的實踐動手能力,為推進我校的“721”梯級、分類、多元人才培養模式改革建立一定的實踐基礎。

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技術研究[J].軟件學報,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].科學探索學報,1983(1):83-97.

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

[11] 蔡文.創意的革命:今天你“可拓”了嗎[M].北京:科學出版社,2010.

[12] 蔡文,楊春燕.可拓學的基礎理論與方法體系[J].科學通報,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

國家自然科學基金應急管理項目(61440024)；湖北省高等學校省級教學改革研究項目(省2012273)；湖北工業大學博士科研啟動基金計劃項目(BSQD12029)；湖北省高等學校省級教學改革研究項目(省2013282)；湖北工業大學校級教學研究項目(校2013019)

徐慧(1983—),女,湖北武漢,博士,副教授,碩士生導師,研究方向為網絡與服務管理.

TP393；G642.0

B

1002-4956(2015)12- 0194- 03