本文目录导读：
《软件定义网络教案》
课程目标
1、让学生理解软件定义网络（SDN）的基本概念、架构和工作原理。
2、培养学生具备SDN网络的搭建、配置和管理能力。
3、引导学生探索SDN在现代网络中的应用场景及其优势。
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教学重难点
（一）教学重点
1、SDN的架构组成，包括控制平面、数据平面和应用平面的功能与交互。
2、开源SDN控制器（如OpenDaylight、Ryu等）的安装与基本操作。
3、基于SDN的流量控制策略的制定与实现。
（二）教学难点
1、理解SDN中的南向接口（如OpenFlow协议）的工作机制及其在控制器与交换机通信中的作用。
2、如何引导学生根据实际网络需求灵活设计SDN应用场景和相应的控制策略。
教学方法
1、理论讲授：讲解SDN的基础理论知识，结合示意图和实际案例，使抽象概念形象化。
2、实验教学：通过实际的SDN实验平台，让学生亲身体验SDN网络的搭建和配置过程。
3、小组讨论：组织学生针对特定的SDN应用场景进行小组讨论，激发学生的创新思维。
（一）软件定义网络概述（2课时）
1、SDN的发展背景
- 传统网络架构面临的挑战，如网络设备配置复杂、难以灵活调整网络策略等。
- 随着云计算、大数据等新兴技术的发展，对网络灵活性和可管理性的需求促使了SDN的诞生。
2、SDN的基本概念
- 定义：软件定义网络是一种新型的网络架构，它将网络的控制平面与数据平面分离开来，通过软件定义的方式对网络进行集中控制和管理。
- 与传统网络的区别：对比传统网络中网络设备的分布式控制方式，阐述SDN集中控制的优势。
3、SDN的架构
- 详细讲解控制平面、数据平面和应用平面的功能。
- 控制平面：负责网络的全局控制，如拓扑发现、路径计算等，由SDN控制器实现。
- 数据平面：负责数据的转发，由SDN交换机等网络设备构成。
- 应用平面：为用户提供各种网络应用和服务，通过控制器提供的北向接口与控制平面交互。
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（二）SDN中的关键技术（3课时）
1、OpenFlow协议
- OpenFlow协议的起源和发展。
- 协议的工作原理：包括流表的结构、匹配字段、动作等，流表中的匹配字段可以是源IP地址、目的IP地址、端口号等，动作可以是转发、丢弃或修改数据包等。
- 实验演示：通过简单的网络拓扑，展示OpenFlow协议在SDN交换机和控制器之间的通信过程。
2、SDN控制器
- 介绍常见的开源SDN控制器，如OpenDaylight和Ryu。
- 以OpenDaylight为例，讲解控制器的架构和功能模块，如拓扑管理模块、流表管理模块等。
- 演示如何在虚拟机环境中安装OpenDaylight控制器，并对其进行基本的配置。
（三）SDN网络的搭建与配置（4课时）
1、实验环境搭建
- 硬件要求：普通PC机或服务器作为实验平台，以及支持OpenFlow协议的SDN交换机（可以是虚拟交换机，如Mininet中的OVS）。
- 软件要求：安装操作系统（如Ubuntu），并在其上安装相关的SDN软件工具，如Mininet、OpenDaylight等。
- 详细讲解Mininet的安装和使用方法，Mininet是一个网络仿真工具，可以方便地创建虚拟的SDN网络拓扑。
2、构建简单的SDN网络拓扑
- 利用Mininet创建线性拓扑、树形拓扑等简单拓扑结构的SDN网络。
- 讲解如何将创建的网络拓扑与SDN控制器进行连接，使控制器能够管理网络中的交换机。
3、基本的网络配置与测试
- 在控制器上查看网络拓扑结构，包括交换机和主机的连接关系。
- 配置主机的IP地址，进行简单的网络连通性测试，如使用ping命令测试主机之间的连通性。
（四）SDN的流量控制策略（3课时）
1、基于流表的流量控制
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- 讲解如何通过控制器向SDN交换机的流表中添加、修改和删除流表项，以实现流量控制。
- 根据源IP地址或端口号对流量进行分类，并设置不同的转发策略。
2、负载均衡策略
- 设计简单的负载均衡场景，如在多个服务器之间均衡网络流量。
- 利用SDN的集中控制特性，通过控制器动态调整流量的转发路径，实现负载均衡。
3、访问控制策略
- 制定基于SDN的访问控制策略，如禁止某些IP地址访问特定的网络资源。
- 通过在控制器上编写相应的控制逻辑，将访问控制策略转化为流表项，下发到SDN交换机执行。
（五）SDN的应用场景与发展趋势（2课时）
1、SDN的应用场景
- 在数据中心网络中的应用：实现网络的自动化配置、灵活的资源分配和优化的流量调度。
- 在校园网络中的应用：方便网络管理员对校园网络进行集中管理，如对学生宿舍网络的流量控制和访问管理。
- 在广域网中的应用：提高广域网的传输效率和可靠性，如通过SDN实现跨运营商网络的优化连接。
2、SDN的发展趋势
- 与其他新兴技术（如网络功能虚拟化NFV、边缘计算等）的融合趋势。
- 在物联网（IoT）环境下SDN面临的机遇和挑战，如如何管理海量的物联网设备连接等。
教学评估
1、实验报告（40%）：学生根据实验过程和结果撰写详细的实验报告，包括实验目的、步骤、遇到的问题及解决方案等。
2、课堂表现（30%）：包括学生在课堂上的提问、回答问题的情况，以及小组讨论中的参与度等。
3、期末考试（30%）：以理论知识为主，涵盖SDN的概念、架构、关键技术以及应用场景等内容。
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