SDN技術(shù)下的無線網(wǎng)絡(luò)接入控制技術(shù)研究

陳井泉　王龍

【摘 要】在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，網(wǎng)絡(luò)用戶的數(shù)量也在不斷的增加，各種不同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用也不斷被發(fā)明，從而提高了數(shù)據(jù)的數(shù)量，對網(wǎng)絡(luò)提出了全新的要求。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)只能夠靜態(tài)運(yùn)行，不同協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中部署，使網(wǎng)絡(luò)的低效能、復(fù)雜性和封閉性逐漸顯露出來。在此背景下，出現(xiàn)了SDN技術(shù)，該技術(shù)能能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)控制層和轉(zhuǎn)發(fā)層進(jìn)行分離，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的集中控制，并且具有靈活的軟件編程接口，使網(wǎng)管人員能夠方便增加、刪除網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用及協(xié)議。基于此，本文將對SDN技術(shù)下的無線網(wǎng)絡(luò)接入控制技術(shù)進(jìn)行研究。

【關(guān)鍵詞】SDN技術(shù)；無線網(wǎng)絡(luò)；接入控制

SDN是軟件定義網(wǎng)絡(luò)，其分離的數(shù)據(jù)平面功能為轉(zhuǎn)發(fā)底層數(shù)據(jù)，控制層面功能為轉(zhuǎn)發(fā)決策數(shù)據(jù)，控制器實(shí)現(xiàn)北向接口（NBI， Northbound Interface）的開放，從而能夠在短時間內(nèi)部署全新的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，從而使控制器和SDN交換機(jī)能夠通過安全通道相互連接，并且根據(jù)OpenFlow協(xié)議規(guī)則實(shí)現(xiàn)交換機(jī)的管理及配置。本文就是根據(jù)控制層面的API接口實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)接入控制的訪問策略，將其在實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)中部署，通過實(shí)驗(yàn)對其的實(shí)用性及可行性進(jìn)行全面的驗(yàn)證。

1 SDN技術(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)接入框架

在無線網(wǎng)絡(luò)不斷發(fā)展的過程中，傳統(tǒng)無線接入點(diǎn)AP功能不斷復(fù)雜，基于控制器的AP架構(gòu)就誕生了，也可以將其稱作瘦AP。通過研究表示，瘦AP框架及SDN框架的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)層及控制層的架構(gòu)較為相似，都是通過集中控制實(shí)現(xiàn)底層網(wǎng)絡(luò)控制。瘦AP架構(gòu)的AC并不能夠?qū)λ械氖軦P都相互連接，對于相關(guān)的無線接入網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)控制管理的接入，并且還能夠分離傳統(tǒng)AP轉(zhuǎn)給你的無線接入控制功能，實(shí)現(xiàn)其的統(tǒng)一管理[1]。圖1為SDN技術(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)接入框架，此框架使用SDN三層模型，包括應(yīng)用層、中心控制層和基礎(chǔ)設(shè)施層。

（1）無線業(yè)務(wù)應(yīng)用（WBA）指的是無線網(wǎng)絡(luò)管理工作人員通過應(yīng)用的編寫，利用北向接口對控制層的無線網(wǎng)絡(luò)需求及表現(xiàn)進(jìn)行通知，之后通過控制層負(fù)責(zé)AP的部署，從而實(shí)現(xiàn)無線接入網(wǎng)絡(luò)的管理。管理的內(nèi)容主要包括控制層AP中無線資源的使用、接入認(rèn)證和負(fù)載均衡等。

（2）控制層中的SDN-AC是無線接入網(wǎng)絡(luò)控制中心的實(shí)體內(nèi)容，其主要目的就是實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層應(yīng)用需求的解析，并且將網(wǎng)絡(luò)需求發(fā)送到底層中。對于上層其主要功能為實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)抽象，比如底層網(wǎng)絡(luò)事件和狀態(tài)。

（3）基礎(chǔ)設(shè)備層通過多個SDN-AP構(gòu)成，其主要目的為實(shí)現(xiàn)無線報(bào)文的收發(fā)，從而對無線報(bào)文進(jìn)行解析，將控制報(bào)文進(jìn)行分析。如果要想STA接入過程較為順利，那么就要對數(shù)據(jù)報(bào)文進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。并且此層還要對上報(bào)告自身的狀態(tài)，從而使AC能夠?qū)ζ溥M(jìn)行控制。

2 SDN技術(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)接入控制研究

目前大部分的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都是通過轉(zhuǎn)發(fā)和認(rèn)證功能相互結(jié)合方式進(jìn)行工作，但在用戶規(guī)模不斷擴(kuò)大的過程中，網(wǎng)絡(luò)的性能也受到了管理開銷等方面的影響，而被廣泛應(yīng)用到個人無線網(wǎng)絡(luò)中的WPA和WEP加密認(rèn)證算法也存在諸多方面的漏洞，以及較為安全的WEB接入認(rèn)證的不快捷性和能夠自動認(rèn)證MAC接入認(rèn)證方式的第一次MAC地址獲取過程的復(fù)雜性，使得尋找高效且安全的網(wǎng)絡(luò)接入管理方式成為不可回避的問題。通過以上對SDN技術(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)接入框架的研究，使得我們對其有了初步的了解，接下來將對其的接入控制方法進(jìn)行具體的研究。

2.1 MAC地址的算法

因?yàn)镾DN技術(shù)較為靈活并且具有開放性，所以被廣泛應(yīng)用到無線接入網(wǎng)中。相關(guān)研究人員通過SDN架構(gòu)對Wi-Fi進(jìn)行管理，并且提出了軟件定義無線接入網(wǎng)架構(gòu)，從而通過控制器實(shí)現(xiàn)無線資源的控制。但是以上均沒有考慮網(wǎng)絡(luò)在使用過程中的安全性，下面將從安全防護(hù)為切入點(diǎn)，對SDN技術(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)接入控制進(jìn)行研究，以下為MAC地址的具體算法。

實(shí)現(xiàn)控制器與交換機(jī)之間的連接，就要使其兩者之間具有鏈路發(fā)現(xiàn)。通過控制器將具有LLDP數(shù)據(jù)包的消息發(fā)送到交換機(jī)中，其在收到消息之后對全部端口進(jìn)行發(fā)送，并且通過交換機(jī)反饋的信息得到交換機(jī)的信息。所以LLDP數(shù)據(jù)包為廣播包，其不使用控制器就能夠?qū)崿F(xiàn)是否需要轉(zhuǎn)發(fā)。利用鏈路表示，控制器能夠?qū)W習(xí)全局網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并且實(shí)現(xiàn)下發(fā)流表的管理和配置，對數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)進(jìn)行控制[2]。

2.2 認(rèn)證服務(wù)器的設(shè)計(jì)

認(rèn)證服務(wù)器的工作方式如圖2所示，其主要功能為實(shí)現(xiàn)src地址的接收，并且和白名單進(jìn)行對比，判斷用戶是否合法。之后對控制器實(shí)現(xiàn)返回結(jié)果的發(fā)送，使控制器具有針對性的流表。

2.3 SDN技術(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)開放接口設(shè)計(jì)

SDN架構(gòu)中的北向接口主要功能是實(shí)現(xiàn)對控制層及應(yīng)用層的連接，其能夠?qū)ι蠈颖憩F(xiàn)出底層基礎(chǔ)設(shè)備層的運(yùn)行形態(tài)，并且通過控制層將底層信息向應(yīng)用層進(jìn)行傳輸，從而便于應(yīng)用層對事件進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層中的功能。同時將應(yīng)用層的網(wǎng)絡(luò)需求向控制層進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)控制層信息的解析，最后對基礎(chǔ)設(shè)備層進(jìn)行傳輸，使底層網(wǎng)絡(luò)能夠滿足應(yīng)用層需求。圖3 是基于SDN技術(shù)設(shè)計(jì)的無線網(wǎng)絡(luò)開放接口框架，它將SDN架構(gòu)作為基礎(chǔ)，并滿足SDN架構(gòu)應(yīng)用層和控制層的需求，使應(yīng)用層通過控制層得到基礎(chǔ)設(shè)備層的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、時間參數(shù)并具有可變接口功能。

在此種框架中，應(yīng)用層APP能夠通過REST對自身需要的網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)進(jìn)行設(shè)置，之后對其進(jìn)行解析，將應(yīng)用層應(yīng)用請求進(jìn)行轉(zhuǎn)變，使其成為北向接口交互消息，之后傳遞到SDN中。系統(tǒng)在運(yùn)行過程中SDN能夠?qū)⑾到y(tǒng)運(yùn)行信息到數(shù)據(jù)庫中存儲，應(yīng)用層通過訪問數(shù)據(jù)庫得到無限接入網(wǎng)絡(luò)中的信息和事件，并且還能夠改變底層中的內(nèi)容。上層應(yīng)用改變底層網(wǎng)絡(luò)，之后處理應(yīng)用層，使其交互格式變?yōu)楸毕蚪涌冢髮π畔⑦M(jìn)行解析，最后在基礎(chǔ)設(shè)備層進(jìn)行應(yīng)用，使基礎(chǔ)設(shè)備層能夠滿足應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)需求[3]。

3 結(jié)束語

通過SDN技術(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)接入控制能夠在傳統(tǒng)加密方式中添加安全防護(hù)，并且只是在控制器中安裝一個應(yīng)用程序，不需要購買其他的專用設(shè)備，有效節(jié)約了成本。通過實(shí)驗(yàn)研究表示，白名單用戶認(rèn)證成功，并且能夠在短時間內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)流表，其他非法用戶產(chǎn)生丟棄流表，能夠有效避免外網(wǎng)的訪問，此方法具有一定的可靠性及安全性。

【參考文獻(xiàn)】

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[3]鄧康，張勝利，代明軍，等.基于SDN的無線網(wǎng)絡(luò)接入控制[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2016，42（2）：92-94.endprint