第二届全国高校软件定义网络（SDN）

注 意 : 这 份 试 卷 是 初 赛 题 的 练 习 题, 各 队 选 手 可 以 先 用 来 做 练 习, 正 式 题 目 将 在 后 续 公 布

第 二 届 全 国 高 校 软 件 定 义 网 络 (SDN) 应 用 创 新 开 发 大 赛 题 目 ( 练 习 题 ) 参 赛 说 明 : 本 次 大 赛 以 提 交 报 告 书 的 形 式 进 行 初 赛, 参 赛 队 伍 须 根 据 题 目 要 求 写 出 报 告 书 文 档, 在 初 赛 截 止 日 期 之 前 在 线 提 交 初 赛 基 本 要 求 : 初 赛 共 三 大 题, 基 础 题 (22 分 ), 提 高 题 (28 分 ), 设 计 题 (50 分 ), 满 分 100 分 基 础 题 和 提 高 题 的 总 得 分 在 60%( 即 24 分 ) 或 以 上 的, 方 可 获 得 参 赛 证 明, 并 获 得 设 计 题 的 评 分 资 格 以 三 大 题 的 总 分 计 算, 排 出 入 围 复 赛 的 名 单 参 赛 队 伍 在 线 提 交 时, 整 理 成 一 个 压 缩 包 ( 命 名 为 学 校 名 加 队 伍 联 系 负 责 人, 如 华 南 理 工 大 学 _ 刘 XX), 文 件 夹 里 要 提 供 一 个 list.txt 文 件, 内 容 是 所 提 交 的 文 件 名 列 表, 每 个 文 件 名 后 对 应 一 句 话 的 简 要 说 明 第 一 题 : 基 础 题 (22 分 ) 第 1 小 题 : 简 单 网 络 (10 分 )

图 1 网 络 拓 扑 示 意 图 网 络 环 境 要 求 : 要 求 搭 建 的 网 络 环 境 如 图 1 所 示 (controller 表 示 控 制 器,switch 表 示 交 换 机,host 表 示 主 机 ) 控 制 器 可 以 自 主 选 择, 例 如 各 种 开 源 的 控 制 器 (Floodlight Ryu Nox Beacon Trema OpenDaylight 等 ) 拓 扑 中 各 网 络 部 件 既 可 以 是 仿 真 环 境 实 现 ( 例 如 mininet, OpenvSwtich 等 ), 有 条 件 的 队 伍 也 可 以 通 过 物 理 设 备 实 现, 各 种 方 案 不 影 响 评 分 操 作 要 求 : 1. 先 使 Host1 可 以 ping 通 Host2,Host2 也 可 以 ping 通 Host1 2. 然 后 对 流 表 进 行 操 作, 使 Host1 不 能 ping 通 Host2,Host2 也 不 能 ping 通 Host1 实 验 报 告 要 求 : 1. 详 细 描 述 网 络 环 境 的 搭 建 思 路, 列 举 选 择 的 具 体 设 备 或 者 仿 真 软 件, 并 说 明 其 在 网 络 环 境 中 的 作 用 2. 给 出 实 现 操 作 要 求 的 具 体 步 骤, 以 说 明 文 字 和 截 图 展 示

第 2 小 题 : 访 问 限 制 (12 分 ) 图 2 网 络 拓 扑 示 意 图 网 络 环 境 要 求 : 设 有 一 台 PC 机 (Host1), 一 台 Web 服 务 器 (Server1) 提 供 简 单 的 静 态 网 页 访 问 服 务, 如 图 2 所 示 (PC 机 Web 服 务 器 交 换 机 可 以 选 择 物 理 设 备 或 者 虚 拟 设 备 实 现 ) 操 作 要 求 : 1. 先 使 得 PC 机 访 问 服 务 器 成 功 ( 即 看 到 服 务 器 的 网 页 ) 2. 限 制 该 PC 机 一 定 时 间 ( 比 如 一 分 钟 ) 内 再 次 访 问 服 务 器 实 验 报 告 要 求 : 1. 简 要 描 述 网 络 拓 扑, 给 出 拓 扑 图, 说 明 用 什 么 设 备 实 现 该 拓 扑 2. 给 出 操 作 步 骤 和 实 验 数 据, 验 证 是 否 达 到 要 求

第 二 题 : 提 高 题 (28 分 ) 第 1 小 题 : 代 理 访 问 (12 分 ) 图 3 网 络 拓 扑 示 意 图 网 络 环 境 要 求 : 设 有 两 台 PC 机 (Host1,Host2), 一 台 Web 服 务 器 (Server1) 提 供 简 单 的 静 态 网 页 访 问 服 务, 一 台 代 理 服 务 器 (Proxy1) 和 Web 服 务 器 提 供 同 样 的 服 务, 两 台 服 务 器 所 显 示 的 网 页 大 致 相 同, 但 要 有 显 著 差 别, 可 以 是 不 同 的 网 页 内 容 或 者 不 同 颜 色, 能 够 区 分 彼 此 即 可, 如 图 3 所 示 (PC 机 Web 服 务 器 代 理 服 务 器 交 换 机 可 以 选 择 物 理 设 备 或 者 虚 拟 设 备 实 现 ) 操 作 要 求 : 1.Web 服 务 器 是 Host1 和 Host2 都 可 以 访 问 的, 而 代 理 服 务 器 是 只 有 代 理 用 户 才 可 以 使 用 2 可 以 设 置 Host1 或 Host2 为 代 理 用 户, 可 以 直 接 从 代 理 服 务 器 访 问 到 网 页 实 验 报 告 要 求 : 1. 简 要 描 述 网 络 拓 扑, 给 出 拓 扑 图, 说 明 用 什 么 设 备 实 现 该 拓 扑 2. 给 出 操 作 步 骤 3. 给 出 实 验 数 据, 验 证 是 否 达 到 要 求

第 2 小 题 : 流 表 管 理 (16 分 ) 图 4 网 络 拓 扑 示 意 图 网 络 环 境 要 求 : 设 有 若 干 台 PC 机 (Host1,Host2), 若 干 台 交 换 机 (Switch1,Switch2), 如 图 4 所 示 ( 作 为 示 例 拓 扑, 实 际 拓 扑 可 自 由 选 择 ) (PC 机 交 换 机 可 以 选 择 物 理 设 备 或 者 虚 拟 设 备 实 现 ) 操 作 要 求 : 利 用 控 制 器 提 供 的 API( 例 如 REST API), 开 发 一 个 网 络 及 流 表 管 理 工 具 ( 客 户 端, 网 页 端 均 可 ) 管 理 工 具 可 以 显 示 网 络 拓 扑 结 构, 查 看 流 表, 增 加 流 表, 删 除 流 表 实 验 报 告 要 求 : 1. 简 要 描 述 网 络 拓 扑, 给 出 拓 扑 图, 说 明 用 什 么 设 备 实 现 该 拓 扑 2. 给 出 开 发 管 理 工 具 的 过 程, 以 及 代 码 3. 给 出 实 验 数 据, 验 证 是 否 达 到 要 求

第 三 题 : 设 计 题 (50 分 ) 提 供 8 种 SDN 应 用 方 案, 参 赛 队 伍 可 以 选 择 其 中 之 一 来 设 计 SDN 网 络, 也 可 以 自 主 命 题, 只 要 选 题 是 与 SDN 技 术 有 关 的 应 用, 具 有 创 新 性 即 可 要 求 : 按 照 课 程 设 计 报 告 的 形 式, 分 别 从 选 题 背 景 介 绍 ( 选 题 依 据, 对 本 领 域 的 意 义 ), 可 行 性 分 析, 设 计 方 案, 实 现 方 法, 实 验 结 果 与 分 析 这 几 个 方 面 详 述 ( 注 : 根 据 设 计 方 案 的 优 劣 和 实 现 的 程 度 评 分 ) 报 告 文 档 中 的 必 备 内 容 : 背 景 介 绍,, 设 计 方 案, 实 现 方 法, 实 验 结 果, 实 验 分 析 设 计 题 备 选 方 案 ( 八 选 一 ) 方 案 一 : 恶 意 网 站 防 护 背 景 : 互 联 网 中 存 在 恶 意 网 站, 严 重 威 胁 正 常 上 网, 例 如 :www.1cbc.com, 仿 冒 www.icbc.com, 如 果 访 问 可 能 被 套 取 网 银 密 码, 造 成 资 金 损 失, 如 何 有 效 进 行 恶 意 网 站 防 护 非 常 有 意 义 要 求 : 传 统 恶 意 网 站 防 护 一 般 采 用 在 PC 客 户 端 上 安 装 杀 毒 软 件 或 安 全 浏 览 器, 或 者 在 网 络 出 口 端 安 装 流 量 审 计 软 件, 客 户 端 安 装 软 件 可 能 不 是 所 有 用 户 都 会 安 装 或 使 用, 网 络 出 口 流 量 审 计 一 般 是 事 后 审 计, 可 能 用 户 已 经 造 成 了 损 失, 本 题 目 要 求 利 用 SDN 技 术 设 计 一 种 不 需 要 在 客 户 端 安 装 特 定 软 件, 且 能 够 事 前 防 护, 即 在 用 户 访 问 恶 意 网 站 前 进 行 阻 止, 防 止 用 户 数 据 传 输 到 恶 意 网 站 方 案 二 : 骨 干 网 / 广 域 网 流 量 工 程 背 景 : 数 据 中 心 之 间 大 量 流 量 通 过 骨 干 网 / 广 域 网 进 行 互 连, 由 于 通 信 数 据 的 不 确 定 性, 一 般 会 为 流 量 可 能 的 峰 值 做 为 最 高 带 宽 来 进 行 建 设, 这 就 带 来 平 时 带 宽 利 用 率 比 较 低 的 问 题, 为 了 保 证 数 据 中 心 之 间 传 输 数 据 的 业 务 不 受 影 响, 骨 干 网 / 广 域 网 带 宽 利 用 率 一 般 只 有 30% 左 右 分 析 其 原 因, 主 要 是 传 统 路 由 协 议 只 是 按 照 最 短 路 径 进 行 流 量 路 由 与 转 发, 当 最 短 路 径 流 量 已 经 满 负 荷 时 仍 然 将 新 的 流 量 导 入, 而 不 会 进 行 分 流 操 作, 所 以 会 导 致 过 载 的 链 路 无 法 正 常 服 务, 迫 使 用 户 不 得 不 进 行 网 络 改 造 与 升 级 要 求 : 对 骨 干 网 / 广 域 网 上 通 信 的 流 量 进 行 分 级 处 理, 高 优 先 级 流 量 走 最 短 路 径, 低 优 先 级 流 量 视 最 短 路 径 负 载 动 态 选 择 路 径, 当 负 载 没 有 超 过 阈 值 时 同 样 选 择 最 短 路 径, 当 负 载 超 过 阈 值 时 选 择 非 最 短 路 径 方 案 三 : 指 定 业 务 带 宽 保 障 背 景 : 数 据 中 心 提 供 多 种 业 务, 但 一 般 只 进 行 尽 力 而 为 的 转 发, 不 单 独 为 某 一 业 务 带 宽 提 供 额 外 的 保 障, 这 就 造 成 某 些 关 键 性 业 务 无 法 得 到 很 好 地 保 证 ( 如 视 频 业 务 ), 可 能 影 响 业 务 的 正 常 运 转 ( 视 频 不 流 畅 )

要 求 : 对 数 据 中 心 中 提 供 的 某 种 业 务 ( 如 视 频 业 务 ) 进 行 带 宽 预 留 与 保 障, 当 总 体 流 量 大 于 链 路 承 载 能 力 时, 优 先 保 证 指 定 业 务 的 带 宽 方 案 四 : 流 量 负 载 均 衡 调 度 背 景 : 数 据 中 心 在 用 户 访 问 量 超 过 单 台 服 务 器 服 务 能 力 时, 一 般 通 过 增 加 相 同 功 能 的 服 务 器 来 满 足 海 量 用 户 的 访 问 需 求, 在 这 种 场 景 下 如 何 将 大 量 用 户 的 访 问 流 量 分 担 到 不 同 的 服 务 器 上 成 为 决 定 整 体 业 务 服 务 质 量 的 重 要 指 标 目 前 业 界 一 般 采 用 商 用 的 负 载 均 衡 设 备 或 LVS 等 开 源 软 件 来 实 现 要 求 : 数 据 中 心 多 台 服 务 器 提 供 相 同 业 务, 通 过 SDN 网 络 对 访 问 该 业 务 的 流 量 进 行 负 载 均 衡, 保 证 每 台 提 供 该 业 务 的 服 务 器 ( 或 虚 拟 机 ) 的 负 载 大 致 相 同 ( 或 者 根 据 不 同 服 务 器 的 性 能 等 因 素 进 行 加 权 分 配 ) 方 案 五 :SDN 技 术 与 网 络 编 码 的 结 合 背 景 : 传 统 的 通 信 网 络 传 送 数 据 的 方 式 是 存 储 转 发, 即 除 了 数 据 的 发 送 节 点 和 接 收 节 点 以 外 的 节 点 只 负 责 路 由, 而 不 对 数 据 内 容 做 任 何 处 理, 中 间 节 点 扮 演 着 转 发 器 的 角 色 网 络 编 码 是 一 种 融 合 了 路 由 和 编 码 的 信 息 交 换 技 术, 它 的 核 心 思 想 是 在 网 络 中 的 各 个 节 点 上 对 各 条 信 道 上 收 到 的 信 息 进 行 线 性 或 者 非 线 性 的 处 理, 然 后 转 发 给 下 游 节 点, 中 间 节 点 扮 演 着 编 码 器 或 信 号 处 理 器 的 角 色 2012 年 8 月 Felicián Németh 等 人 首 次 尝 试 将 网 络 编 码 应 用 于 OpenFlow 网 络, 并 通 过 实 验 取 得 了 成 功, 证 实 了 在 OpenFlow 网 络 上 使 用 网 络 编 码 的 可 行 性 要 求 : 对 控 制 器 和 Openflow 交 换 机 进 行 修 改, 在 网 络 中 引 入 网 络 编 码 技 术, 增 加 结 点 对 数 据 的 编 码 运 算 功 能, 节 约 网 络 链 路 的 带 宽 资 源, 减 小 网 络 数 据 传 输 中 瓶 颈 链 路 的 影 响 方 案 六 : 集 群 化 控 制 的 协 同 工 作 背 景 : 控 制 器 负 责 对 整 个 网 络 的 集 中 化 控 制, 对 于 把 握 全 网 资 源 视 图, 改 善 网 络 资 源 交 付 质 量 具 有 非 常 重 要 的 作 用 但 控 制 器 能 力 的 集 中 化, 也 是 控 制 器 具 有 了 更 大 的 责 任, 一 旦 控 制 器 在 性 能 或 安 全 性 上 不 能 得 到 有 效 保 障, 随 之 而 来 的 就 是 整 个 SDN 网 络 的 服 务 能 力 降 级 以 及 全 网 瘫 痪 另 外 从 组 网 的 角 度 看, 单 一 的 控 制 器 也 无 法 应 对 跨 越 多 个 地 域 的 SDN 网 络 问 题 要 求 : 利 用 集 群 化 的 控 制 器, 避 免 单 一 控 制 器 造 成 的 单 点 失 效 问 题, 提 高 网 络 的 可 靠 性, 性 能 方 案 七 :SDN 技 术 与 ipv6 过 渡 的 结 合 背 景 : 随 着 互 联 网 的 迅 速 发 展,IP 地 址 的 需 求 爆 发 式 增 长,IPv4 面 临 着 的 地 址 匮 乏 的 问 题 应 对 IPv4 地 址 短 缺,IPv6 是 解 决 问 题 的 根 本 手 段 但 如 何 在 IPv4

地 址 枯 竭 前 完 成 从 IPv4 向 IPv6 的 平 滑 演 进, 是 很 多 企 业 和 运 营 商 十 分 关 心 的 问 题 IPv6 过 渡 期 较 为 复 杂, 包 含 用 户 逐 步 迁 移 设 备 支 持 更 替 地 址 池 的 规 划 管 理 支 撑 系 统 叠 代 改 造 等 要 求 : 采 用 SDN 架 构 提 供 统 一 的 过 渡 期 转 换 服 务 灵 活 处 理 用 户 IPv6 迁 移 回 收 并 管 理 IPv4 地 址 池 降 低 整 体 IPv6 过 渡 期 的 成 本, 更 便 捷 实 现 IPv6 过 渡 期 的 地 址 和 端 口 资 源 的 调 度 备 份 及 管 理 方 案 八 : 云 平 台 虚 拟 机 的 动 态 迁 移 背 景 : 云 计 算 通 过 将 物 理 资 源 抽 象 化, 逻 辑 上 形 成 一 个 可 见 可 操 作 的 资 源 池, 这 样 通 过 操 作 配 置 使 用 逻 辑 资 源 池 就 可 以 实 现 资 源 的 动 态 分 配 与 回 收 整 理 云 计 算 系 统 中 重 要 的 单 元 是 虚 拟 机, 它 是 计 算 资 源 的 基 本 单 元, 虚 拟 机 的 灵 活 性 决 定 了 云 计 算 系 统 的 灵 活 性 在 云 计 算 中, 能 否 对 虚 拟 机 进 行 合 理 的 调 度 关 系 到 整 个 云 计 算 平 台 的 性 能 和 稳 定 性 传 统 的 虚 拟 机 迁 移 技 术 由 于 受 到 IP 网 络 技 术 的 限 制, 特 别 是 IP 地 址 二 义 性 的 限 制, 使 得 传 统 的 虚 拟 机 迁 移 技 术 仅 支 持 二 层 网 络 内 部 的 迁 移, 或 者 目 前 流 行 的 大 二 层 网 络, 大 大 限 制 了 云 计 算 系 统 中 各 种 资 源 配 置 的 灵 活 性 要 求 : 基 于 SDN 技 术, 使 虚 拟 机 可 以 跨 网 络 动 态 迁 移, 迁 移 时 间 和 业 务 中 断 时 间 短