文章标题

   第一届全国高校软件定义网络(SDN)应用创新开发大赛题目

                               ·   -----by 温州大学 蒋暕青

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,满分100分。必答题的总得分在60%(即18分)或以上的,方可获得参赛证明,并获得算法题和设计题的评分资格。以三大题的总分计算,排出入围决赛的名单。
参赛队伍在线提交时,要提供一个list.txt文件,内容是所提交的文件名列表,每个文件名对应一句话的简要说明。同一参赛队伍可以多次提交,以最后一次提交的文件为准。
第一题:必答题(搭建SDN网络环境)——30分
必答题一共三小题,根据每小题的完成程度和报告质量来评分,主要考察以下三个方面:
1.能否成功搭建SDN网络环境(基于物理设备或者虚拟化技术都是允许的);
2.能否通过集中式的控制来控制整个网络(主要通过能否集中式的控制流表或者路由信息来评判);
3.能否给出详细的实验报告(包括方案描述、操作步骤以及实验结果,每小题一份报告)。

第1小题:简单网络(5分)
说明:由于对于SDN架构的理解在学界和业界并没有统一,为了方便参赛队员选择,对于初学者,大赛推荐OpenFlow作为南向接口来实现SDN环境,以下给出分别针对采用OpenFlow和采用其他接口的具体要求(分A、B两种情况)。

A. 针对采用OpenFlow作为南向接口的参赛队伍的要求:
参赛队伍首先需要搭建一个SDN架构的网络环境,初学者可以参照图1所示的一个最简单的拓扑结构,熟练的参赛队员可以自定义复杂一点的拓扑结构,两者并不影响评委评分。

B. 针对不是采用OpenFlow作为南向接口的参赛队伍的要求:
拓扑结构自定,所用设备、软件等自选,只要能够实现SDN架构的网络环境即可。

图1:简单的示例拓扑

1.搭建环境要求:图1中控制器可以自主选择,既可选择各种开源的控制器(例如:Floodlight、Ryu、Nox、Beacon、Trema、OpenDaylight等),也可选择由本次大赛设备提供商所提供的闭源控制器。拓扑中各网络部件既可以是仿真环境实现(例如mininet, OpenvSwtich),有条件的队伍也可以通过物理设备实现,两种方案不影响必答题的评分。
2.操作要求:对流表进行操作使得Host1和Host2能够互相ping通,然后再修改流表使得它们不能ping通。
3.报告书要求:报告书的主要内容需要包含以下几点:
(1)详细描述实验网络环境的搭建思路,给出搭建出来的结构拓扑图,列举选择的具体设备或者仿真软件、工具软件,并说明其在实验中的作用。
(2)给出实现2中操作要求的具体操作步骤,以截图或者文本方式展示,要求给出初始以及前后两次对流表操作后流表内容的截图。
(3)给出实验数据(界面截图、表格等都可)来说明实现了(2)中的要求。
说明:以上列举的为硬性要求,在报告书中必须给出。但报告书内容的组织可以灵活处理,自由发挥,不限于上述要求的内容。

第一小题:
这里写图片描述

建立拓扑:
sudo mn –topo single,3 –mac –switch ovsk –controller=remote,ip=192.168.43.128,port=6633
这里写图片描述

Pingall都能ping通

这里写图片描述

控制器web界面显示
这里写图片描述
现在修改流表让主机相互ping 不通

查看端口:ovs-vsctl show
这里写图片描述

先pingall
这里写图片描述

通了

来改流表:ovs-ofctl add-flow s1 priority=1,in_port=2,actions=drop
到port 2的流量全部drop

这里写图片描述

H1的端口port2 不能ping通H2 H3主机
这里写图片描述
这里写图片描述
成功!

第2小题:逻辑隔离(10分)
1. 背景:云平台服务器上的不同虚拟服务器,分属于不同的用户。用户远程登录自己的虚拟服务器之后,安全上不允许直接访问同一局域网的其他虚拟服务器。
2. 场景:设有一台PC机,两台服务器A、B与同一交换机直连,服务器A和B都提供远程桌面登录服务。(这里的PC机、服务器、交换机可以选择物理设备或者虚拟机实现)。
3. 目的:通过控制层对网络的控制,实现PC机可以分别登录服务器A和B,但是A和B之间相互访问不了(无论是在实际环境还是在仿真环境实现目的均可,不影响评分)。
4. 针对采用OpenFlow的参考示例:(具体方案可自由发挥)参考的网络拓扑如图2所示,通过对流表的修改与编辑,使得访问A、B的流能够被区分出来,如果是A访问B或者B访问A的流则自动丢弃,否则正常处理。
5. 报告书要求:
(1) 简要描述网络拓扑,给出拓扑图,若有前面小题中没有提及的设备、软件等构件,则在此详细说明。
(2) 给出操作步骤。
(3) 给出实验数据(界面截图、表格等都可),证明目的已经实现。

这里写图片描述
图2:参考示例网络拓扑

Mininet上搭建拓扑
如第一小题做A到B的drop
B到A的drop

第3小题:岗位轮换(15分)
1. 背景:虚拟服务器防入侵、防篡改攻击,让虚拟服务器轮流承担同一岗位的任务,轮换下去的虚拟机做快速系统还原。
2. 设有一台PC机,两台Web服务器A和B提供简单的静态网页访问服务,服务器A和B直连在同一交换机上。两台服务器所显示的网页有显著差别,可以是不同的网页内容或者不同颜色,能够区分彼此即可。(这里的PC机、Web服务器、交换机可以选择物理设备或者虚拟机实现)
3. 目的:当PC机不停的发出访问请求时,控制层能够控制网络自动交替轮流将访问请求转发到两个服务器上。
4. 报告书要求:
(1) 简要描述网络拓扑,给出拓扑图,若有前面小题中没有提及的设备、软件等构件,则在此详细说明。
(2) 给出操作步骤。
(3) 给出实验数据,证明目的已经实现。

用mininet的Python接口创建自定义拓扑

mn –custom /home/ubuntu/mininet/custom/topo-2sw-2host.py –topo mytopo –switch ovsk –controller=remote,ip=192.168.43.128,port=6633

H3 和H4都开httpserver
这里写图片描述
H1和H2去wget H3和H4的服务都成功了
这里写图片描述

这里写图片描述
轮转ping一个共有的10.0.0.100IP成功,其中10.0.0.3,10.0.0.4轮转响应
这里写图片描述

这里写图片描述

这里写图片描述

WWW服务轮转成功

第二题:算法题(SDN算法设计)——20分()
要求:写出如下路由算法程序,并且进一步将算法做成SDN控制器中的一个APP路由功能。给出程序代码以及加入SDN控制器中的具体步骤,并给出实验数据,证明目的已实现。

第1步:路由算法编程(8分)
下面为示例拓扑图,我们要用算法计算出id为1设备到id为7的设备和设备id为2到id为8设备的最优路线。

这里写图片描述

图3:组网拓扑

说明:此处拓扑图仅作为一个举例,路由算法程序应该能够处理各种拓扑情况,只要输入数据符合格式要求。程序应能够处理不同的Input.txt数据,并且可以处理带宽资源约束(input第一段最后属性)和路径需求(input第二段最后属性)。

  1. 输入:
    图3拓扑的输入文件为input.txt,本算法为双向线,来回只需输入一个即可
    Input.txt:
    leftnodeID,rightnodeID,bandwidth
    1,3,100
    1,4,100
    2,3,100
    2,4,100
    3,4,100
    3,5,100
    3,6,100
    4,5,100
    4,6,100
    5,6,100
    5,7,100
    5,8,100
    6,7,100
    6,8,100

;
srcNodeID,dstNodeID,bandwidth
1,7,90
1,8,90

其中leftnodeID为左节点(字段名固定),rightnodeID右节点(字段名固定),bandwidth带宽,srcNodeID源节点(字段名固定),dstNodeID目的节点(字段名固定),根据算法不同,字段名可以按需增加。

  1. 运算:
    C:\Users\xwx202247>算法.exe input.txt output.txt
  2. 输出:
    经算法计算后的计算结果输出文件output.txt
    Output.txt:
    1,3,6,7
    2,4,5,8

代码如下:

import java.io.*;
import java.util.*;
public class RouteDesign {
    final static int maxnum = 100;
    final static int minint = 0;
    final static int maxint = 999999;
    static int dist [] = new int [maxnum];   //当前路径中的最小带宽
    static int mprev[] = new int [maxnum];   //当前节点的前一跳节点
    static int c[][] = new int [maxnum][maxnum]; // 两个节点之间的带宽
    static int hop[] = new int [maxnum]; //当前节点到源节点的跳数

    public static void Dijkstra(int n,int v,int b,int dist[],int mprev[],int c[][]){
        boolean s[] = new boolean[maxnum];

        for(int i=1;i<=n;i++){
            dist[i] = c[v][i];                  //这个循环用来说明当前链路到源节点的带宽,寻找源节点可以到达的所有节点
            s[i]=false;
            if(dist[i]==minint)
                mprev[i] = 0;               //当前节点的前一跳节点为0
            else{
                mprev[i] = v;               //否则前一跳为源节点             
                hop[i]=1;                   //重置跳数
            }

        }
        dist[v] = maxint;                           
        s[v] = true;                                //源节点s[v]为true
        for(int i=2;i<=n;i++){
            int tmp = b;                        //tmp为所要求的带宽
            int u = v;                          //u为源节点
            for(int j=1;j<=n;j++){                      
                if(!s[j]&&dist[j]>=tmp){       //s[j]为0并且当前带宽大于要求带宽  
                    u=j;                   //源节点等于当前节点
                    tmp=dist[j];           //保证带宽不会减小
                }
            }
            s[u]=true;
            for(int j=1;j<=n;j++){
                int least = dist[u];           //least为u的带宽       
                if(c[u][j]//最得u到其他节点最小带宽值
                if((!s[j])&&(least>dist[j])){ //如果当前节点到源点的路径中的带宽过小,更新当前节点最小带宽及路径
                    hop[j]=hop[u]+1;
                    mprev[j]=u;
                    dist[j]=least;

                }
                else if(!s[j]&&(least == dist[j])){ //如果相等则比较跳数,跳数小者成为当前节点的路径
                    if(hop[j]>hop[u]+1){
                        hop[j]=hop[u]+1;
                        mprev[j]= u;
                        dist[j]=least;
                    }

                }

            }
        }
    }

        public static void searchPath(int mprev[],int v,int u,String output) throws FileNotFoundException{
            OutputStream out = new FileOutputStream(output,true);

            int que[] = new int[maxnum];
            int tot=1;
            que[tot]=u;
            tot++;
            int tmp = mprev[u];                //tmp为目的节点之前的节点
            while(tmp!=v){                     //目的节点与源节点v不相等
                que[tot] =tmp;                             
                tot++;
                tmp=mprev[tmp];            //从目的节点回溯 
            }
            que[tot]=v;                        //tot的值为回溯的次数                   
            for(int i = tot;i>=i;i--){
                if(i!=1){                                                          
                    int num=que[i];
                    try{
                        out.write(String.valueOf(num).getBytes());        //一个字符串转化为一个字节数组
                        out.write(",".getBytes());
                    }catch (IOException e){
                        e.printStackTrace();                           //打印堆栈内容
                    }
                }
                else{
                    try{
                        out.write(String.valueOf(que[i]).getBytes());
                        out.write("\r\n".getBytes());
                    }catch(IOException e){
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
            try{
                out.close();
            }catch(IOException e){
                e.printStackTrace();
            }

        }
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // TODO Auto-generated method stub
       String input = args[0];     //而这个main方法有所不同的是:它是所有方法中最先运行的一个,所以没有其他方法给它传递参数,所以需要靠运行时命令行输入参数,所以String args,接收的是命令行的输入
       String output = args[1];  
       BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(new FileInputStream(new File(input))) );
       String str = new String ();
       int NodeNum=0;
       int LineNum=0;
       Vectorvstr = new Vector();
       Vectordstr = new Vector();   // java 中可以实现自动增长的对象数组

       str = in.readLine();                      //读取一个文本行        
       while(true){
           str=in.readLine();
           if(str.isEmpty()){
               break;
           }
           vstr.add(str);            // 把读入的对象加在vstr中
           LineNum++;           
       }    
        in.readLine();
        in.readLine();                 
        while(true){
            str=in.readLine();
            if(str==null)
                break;
            else if(str.isEmpty())
                break;
            dstr.add(str);       //     把目的读入的对象加在dstr中
       }

        String LastLine = (String)vstr.lastElement();                                      
        String[] strdata = LastLine.split("\\,");                         
        int firststr = Integer.parseInt(strdata[0]);
        int secondstr = Integer.parseInt(strdata[1]);      //根据,分割录入信息
        if(firststrelse
            NodeNum = firststr;
        for(int i=1;ifor(int j=1;j//建立整个拓扑
            }

        }

      for(int i=1;i<=LineNum;i++){                       
          String Readvstr = (String)vstr.get(i-1);          //get一个数字
          String [] vstrdata = Readvstr.split("\\,");          
          int firstvstr = Integer.parseInt(vstrdata[0]);      
          int secondvstr = Integer.parseInt(vstrdata[1]);         
          int thirdvstr = Integer.parseInt(vstrdata[2]);              
          if(thirdvstr>c[firstvstr][secondvstr]){
              c[firstvstr][secondvstr]=thirdvstr;      //取最小带宽                       
              c[secondvstr][firstvstr]=thirdvstr;

          }
      }
      for(int i=1;iint src,dst,bdw;
      OutputStream out = new FileOutputStream(output,false);
      out.write("".getBytes());
      out.close();
      for(int i=1;i<=dstr.size();i++){
          String Readvstr = (String)dstr.get(i-1);
          String sdstr[] =Readvstr.split(",");
          src = Integer.parseInt(sdstr[0]);
          dst = Integer.parseInt(sdstr[1]);
          bdw = Integer.parseInt(sdstr[2]);
          Dijkstra(NodeNum,src,bdw,dist,mprev,c);
          searchPath(mprev,src,dst,output);

      }
    }

}

第2步:控制器路由功能(12分)
把路由算法作为APP加入到控制器中,使SDN网络实现根据拓扑情况自动选择路由的功能。
报告书要求:
(1) 简要描述实现思路,给出系统设计图,若有前面小题中没有提及的设备、软件等构件,则在此详细说明。
(2) 给出操作步骤。
(3) 给出实验数据,证明目的已经实现。

由于floodlight控制器本身的路由策略就是基于迪杰斯特拉算法的,因此就不加入此算法了。
详情见fl的topology模块的topologyinstanc.java

protected BroadcastTree dijkstra(Cluster c, Long root,
                                     Map linkCost,
                                     boolean isDstRooted) {
        HashMap nexthoplinks = new HashMap();
        //HashMap nexthopnodes = new HashMap();
        HashMap cost = new HashMap();
        int w;

        for (Long node: c.links.keySet()) {
            nexthoplinks.put(node, null);
            //nexthopnodes.put(node, null);
            cost.put(node, MAX_PATH_WEIGHT);
        }

        HashMap seen = new HashMap();
        PriorityQueue nodeq = new PriorityQueue();
        nodeq.add(new NodeDist(root, 0));
        cost.put(root, 0);
        while (nodeq.peek() != null) {
            NodeDist n = nodeq.poll();
            Long cnode = n.getNode();
            int cdist = n.getDist();
            if (cdist >= MAX_PATH_WEIGHT) break;
            if (seen.containsKey(cnode)) continue;
            seen.put(cnode, true);

            for (Link link: c.links.get(cnode)) {
                Long neighbor;

                if (isDstRooted == true) neighbor = link.getSrc();
                else neighbor = link.getDst();

                // links directed toward cnode will result in this condition
                if (neighbor.equals(cnode)) continue;

                if (seen.containsKey(neighbor)) continue;

                if (linkCost == null || linkCost.get(link)==null) w = 1;
                else w = linkCost.get(link);

                int ndist = cdist + w; // the weight of the link, always 1 in current version of floodlight.
                if (ndist < cost.get(neighbor)) {
                    cost.put(neighbor, ndist);
                    nexthoplinks.put(neighbor, link);
                    //nexthopnodes.put(neighbor, cnode);
                    NodeDist ndTemp = new NodeDist(neighbor, ndist);
                    // Remove an object that's already in there.
                    // Note that the comparison is based on only the node id,
                    // and not node id and distance.
                    nodeq.remove(ndTemp);
                    // add the current object to the queue.
                    nodeq.add(ndTemp);
                }
            }
        }

        BroadcastTree ret = new BroadcastTree(nexthoplinks, cost);
        return ret;
    }

第三题:设计题(SDN应用方案设计)——50分
初赛提供5种SDN应用方案(见附录),参赛队伍可以选择其中之一来搭建SDN网络,实现应用功能。并且鼓励参赛队伍对方案进行优化和创新性改进(不偏离原方案的目标)。
要求:
1.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),设计方案和实现方法(可以分为几个章节),验证实验设计和实验结果(初赛给出实验方案设计及仿真实验结果),结论这几个方面详述。
2.在提交的方案中需要给出实验的网络拓扑,并给出主要核心的操作步骤。对技术实现及其可行性需要作一定的论证,能给出理论分析、仿真结果等论据材料则更佳。
3.进入复赛的参赛队伍需要对开放题的方案作适当改进,并采用大赛提供的SDN平台来实现方案,使其尽量达到Demo的程度,能够现场演示说明。
4.报告文档中的必备内容:背景介绍、设计方案、实现方法、网络拓扑、优点说明、验证实验设计。文档中的可选内容:实验结果或仿真结果、理论分析、实验数据、其他补充材料。

PS:在准备第二届sdn大赛中

你可能感兴趣的:(文章标题)