Giải Pháp Chống Tấn Công Trong Mạng Định Nghĩa Bằng Phần Mềm

Khám phá các giải pháp hiệu quả để chống tấn công trong mạng định nghĩa bằng phần mềm, bảo vệ an toàn thông tin và nâng cao bảo mật mạng.

• Tác giả: Trần Quốc Trung
• Người hướng dẫn: TS. Ngô Đức Thiện
• Trường học: Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
• Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông
• Đề tài: Giải Pháp Chống Tấn Công Trong Mạng Định Nghĩa Bằng Phần Mềm
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SDN
• 1.1. Tổng quan về SDN
• 1.2. So sánh kiến trúc mạng truyền thống và kiến trúc SDN
• 1.3. Lợi ích của SDN
• 1.4. Ứng dụng của SDN
• 1.5. Giao thức OpenFlow
• 2. CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG KIẾN TRÚC MẠNG SDN/OPENFLOW SỬ DỤNG TRONG PHÒNG CHỐNG TẤN CÔNG
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG CHỐNG TẤN CÔNG TRONG SDN
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC HÌNH VẼ

Tóm tắt

I. Tổng quan về Giải Pháp Hiệu Quả Chống Tấn Công Mạng Định Nghĩa Bằng Phần Mềm

Giải pháp chống tấn công mạng định nghĩa bằng phần mềm (SDN) đang trở thành một trong những xu hướng quan trọng trong lĩnh vực an ninh mạng. SDN cho phép tách biệt giữa phần điều khiển và phần chuyển tiếp dữ liệu, từ đó tạo ra một kiến trúc mạng linh hoạt và dễ quản lý. Việc áp dụng SDN không chỉ giúp cải thiện hiệu suất mạng mà còn tăng cường khả năng bảo mật, giúp phát hiện và ngăn chặn các cuộc tấn công mạng hiệu quả hơn.

1.1. Ứng dụng của SDN trong bảo mật mạng

SDN cho phép triển khai các giải pháp bảo mật linh hoạt, giúp quản lý và giám sát mạng một cách hiệu quả. Các ứng dụng này có thể tự động phát hiện và phản ứng với các mối đe dọa, từ đó giảm thiểu rủi ro cho hệ thống.

1.2. Lợi ích của việc sử dụng SDN

Việc sử dụng SDN mang lại nhiều lợi ích như giảm chi phí đầu tư, tăng cường khả năng mở rộng và cải thiện hiệu suất mạng. Điều này giúp các tổ chức dễ dàng thích ứng với các thay đổi trong môi trường mạng.

II. Vấn đề và Thách thức trong Chống Tấn Công Mạng

Mặc dù SDN mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng tồn tại một số thách thức trong việc triển khai và bảo mật. Các lỗ hổng trong phần mềm có thể bị khai thác bởi các hacker, dẫn đến nguy cơ mất an toàn thông tin. Hơn nữa, việc quản lý và cấu hình mạng phức tạp cũng có thể gây ra những rủi ro không mong muốn.

2.1. Các lỗ hổng bảo mật trong SDN

Các lỗ hổng bảo mật trong SDN có thể xuất phát từ việc cấu hình sai hoặc từ các phần mềm không được cập nhật. Điều này tạo cơ hội cho kẻ tấn công xâm nhập vào hệ thống và thực hiện các hành vi phá hoại.

2.2. Thách thức trong việc quản lý mạng

Quản lý mạng SDN đòi hỏi kiến thức chuyên môn cao và sự hiểu biết sâu sắc về các giao thức mạng. Việc thiếu hụt nhân lực có thể dẫn đến những sai sót trong cấu hình và quản lý, làm tăng nguy cơ tấn công.

III. Phương Pháp Chống Tấn Công Mạng Hiệu Quả

Để bảo vệ hệ thống mạng khỏi các cuộc tấn công, cần áp dụng các phương pháp bảo mật hiệu quả. Việc sử dụng các công nghệ như phân tích lưu lượng mạng, phát hiện xâm nhập và mã hóa dữ liệu là rất cần thiết. Các giải pháp này không chỉ giúp phát hiện sớm các mối đe dọa mà còn ngăn chặn chúng trước khi gây ra thiệt hại.

3.1. Phân tích lưu lượng mạng

Phân tích lưu lượng mạng giúp phát hiện các hành vi bất thường và các cuộc tấn công tiềm ẩn. Bằng cách theo dõi và phân tích dữ liệu, các tổ chức có thể nhanh chóng phản ứng với các mối đe dọa.

3.2. Sử dụng công nghệ mã hóa

Mã hóa dữ liệu là một trong những phương pháp bảo mật quan trọng giúp bảo vệ thông tin nhạy cảm. Việc mã hóa giúp ngăn chặn kẻ tấn công truy cập vào dữ liệu ngay cả khi chúng xâm nhập vào hệ thống.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn và Kết Quả Nghiên Cứu

Nghiên cứu về SDN và các giải pháp chống tấn công đã cho thấy nhiều kết quả khả quan. Các tổ chức đã áp dụng SDN vào hệ thống của mình và nhận thấy sự cải thiện rõ rệt về hiệu suất và bảo mật. Việc triển khai các giải pháp này không chỉ giúp bảo vệ hệ thống mà còn nâng cao trải nghiệm người dùng.

4.1. Kết quả từ các nghiên cứu thực tiễn

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng SDN giúp giảm thiểu đáng kể các cuộc tấn công mạng. Các tổ chức đã ghi nhận sự cải thiện trong khả năng phát hiện và phản ứng với các mối đe dọa.

4.2. Các mô hình triển khai thành công

Một số tổ chức đã triển khai thành công SDN và đạt được những kết quả tích cực. Những mô hình này có thể được áp dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau để nâng cao an ninh mạng.

V. Kết Luận và Tương Lai của Giải Pháp Chống Tấn Công Mạng

Giải pháp chống tấn công mạng định nghĩa bằng phần mềm đang trở thành một phần quan trọng trong chiến lược bảo mật của nhiều tổ chức. Tương lai của SDN hứa hẹn sẽ mang lại nhiều cải tiến trong việc bảo vệ hệ thống mạng khỏi các mối đe dọa. Việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới sẽ giúp nâng cao hiệu quả của các giải pháp này.

5.1. Tương lai của SDN trong bảo mật mạng

SDN sẽ tiếp tục phát triển và trở thành một phần không thể thiếu trong các chiến lược bảo mật mạng. Các công nghệ mới sẽ được tích hợp để nâng cao khả năng bảo vệ hệ thống.

5.2. Khuyến nghị cho các tổ chức

Các tổ chức nên đầu tư vào nghiên cứu và phát triển các giải pháp bảo mật dựa trên SDN. Việc này không chỉ giúp bảo vệ hệ thống mà còn nâng cao hiệu quả hoạt động của tổ chức.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh sự phát triển nhanh chóng của Internet và nhu cầu mở rộng mạng lưới ngày càng tăng, kiến trúc mạng truyền thống đã bộc lộ nhiều hạn chế về khả năng mở rộng, tính linh hoạt và bảo mật. Theo ước tính, các hệ thống mạng hiện đại phải xử lý lưu lượng dữ liệu lên đến hàng gigabit mỗi giây, đòi hỏi một giải pháp mạng mới có thể đáp ứng hiệu quả các yêu cầu này. Mạng định nghĩa bằng phần mềm (Software Defined Networking - SDN) ra đời như một bước đột phá, tách biệt phần điều khiển mạng khỏi phần chuyển tiếp dữ liệu, giúp quản lý tập trung và lập trình mạng linh hoạt hơn. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phát triển giải pháp chống tấn công trong mạng SDN dựa trên công nghệ SDN/OpenFlow, nhằm nâng cao bảo mật và khả năng chống chịu các cuộc tấn công mạng, đặc biệt là các tấn công từ chối dịch vụ (DoS) và tấn công khuyếch đại DNS. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc xây dựng kiến trúc mạng SDN/OpenFlow và mô phỏng các kịch bản tấn công trên hệ thống giả lập tại Việt Nam trong giai đoạn 2018-2019. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc ứng dụng SDN để bảo vệ hạ tầng mạng, giảm thiểu thiệt hại do các cuộc tấn công mạng gây ra, đồng thời góp phần thúc đẩy phát triển công nghệ mạng hiện đại tại các doanh nghiệp và tổ chức viễn thông.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính: kiến trúc mạng định nghĩa bằng phần mềm (SDN) và giao thức OpenFlow. SDN được định nghĩa là kiến trúc mạng tách biệt phần điều khiển (Control Plane) và phần chuyển tiếp dữ liệu (Data Plane), cho phép quản lý mạng tập trung và lập trình mạng linh hoạt. Kiến trúc SDN gồm ba lớp: lớp ứng dụng, lớp điều khiển và lớp cơ sở hạ tầng. Giao thức OpenFlow là chuẩn mở cho phép bộ điều khiển (Controller) giao tiếp và điều khiển các thiết bị chuyển mạch (Switch) trong mạng SDN thông qua các bảng luồng (Flow Table). Các khái niệm chính bao gồm: Flow Table (bảng luồng), Flow Entry (mục luồng), các bản tin OpenFlow như PacketIn, PacketOut, FlowMod, FlowRemoved, StatsRequest và StatsResponse. Ngoài ra, công nghệ giám sát lưu lượng sFlow được tích hợp để theo dõi và phân tích lưu lượng mạng theo thời gian thực, hỗ trợ phát hiện tấn công.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm mô phỏng. Nguồn dữ liệu bao gồm tài liệu chuyên ngành, bài báo khoa học, các công trình nghiên cứu về SDN và tấn công mạng, cùng với dữ liệu thu thập từ hệ thống giả lập. Hệ thống giả lập được xây dựng trên nền tảng NetFPGA với cấu hình phần cứng gồm FPGA Xilinx Virtex II pro 50, 4 cổng Ethernet 1Gbps, chạy hệ điều hành Linux Ubuntu 16.04. Bộ điều khiển SDN sử dụng Floodlight Controller trên máy chủ cấu hình Intel Core i7, RAM 16GB. Công cụ hỗ trợ mô phỏng tấn công gồm Bonesi (giả lập botnet và tấn công DDoS), Wireshark (bắt và phân tích gói tin), TCPReplay (phát lại lưu lượng tấn công), Editcap (chỉnh sửa file pcap), MobaXterm (điều khiển từ xa), và Speedometer (đo lưu lượng mạng). Phương pháp phân tích dựa trên việc thu thập và xử lý các bản tin OpenFlow, giám sát lưu lượng bằng sFlow, đánh giá hiệu quả giải pháp giảm thiểu tấn công qua các chỉ số lưu lượng tấn công trước và sau khi áp dụng giải pháp. Thời gian nghiên cứu kéo dài trong khoảng năm 2018-2019.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả của kiến trúc SDN/OpenFlow trong phòng chống tấn công: Mô hình giả lập cho thấy khi không áp dụng giải pháp giảm thiểu, lưu lượng tấn công có thể đạt tới 8Gbps, gây quá tải cho hệ thống. Sau khi triển khai giải pháp kiểm soát lưu lượng dựa trên SDN Controller và NetFPGA, lưu lượng tấn công giảm xuống dưới ngưỡng 1Gbps, giảm hơn 87% so với ban đầu.

2. Tác động của việc tích hợp sFlow trong OpenFlow Switch: Việc tích hợp khối giám sát lưu lượng sFlow giúp giảm tải cho kênh kết nối giữa Switch và Controller khoảng 60%, tăng tốc độ phản ứng của hệ thống trong việc phát hiện và xử lý tấn công.

3. Khả năng phát hiện và ngăn chặn tấn công khuyếch đại DNS: Qua kịch bản tấn công giả lập với 50.000 botnet phát lưu lượng TCP với tốc độ 1500 gói/giây, hệ thống đã phát hiện chính xác các địa chỉ IP nguồn tấn công và thực hiện chặn lưu lượng hiệu quả, giảm thiểu thiệt hại cho máy chủ nạn nhân.

4. Tính linh hoạt và mở rộng của giải pháp: Kiến trúc SDN cho phép cập nhật và thay đổi chính sách bảo mật nhanh chóng thông qua các bản tin FlowMod, giúp thích ứng với các hình thức tấn công mới mà không cần thay đổi phần cứng.

Thảo luận kết quả

Kết quả mô phỏng chứng minh rằng việc tách biệt Control Plane và Data Plane trong SDN cùng với giao thức OpenFlow tạo điều kiện thuận lợi cho việc kiểm soát lưu lượng mạng một cách tập trung và linh hoạt. Việc sử dụng NetFPGA làm OpenFlow Switch với khả năng xử lý lưu lượng lên đến 8Gbps đáp ứng tốt yêu cầu về hiệu năng trong môi trường mạng hiện đại. Sự tích hợp sFlow giúp giảm tải cho kênh điều khiển, tăng tốc độ phản ứng, điều này phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về việc kết hợp giám sát lưu lượng và điều khiển mạng trong SDN. So với mạng truyền thống, SDN cho phép triển khai các chính sách bảo mật nhanh chóng và hiệu quả hơn, giảm thiểu rủi ro do các cuộc tấn công mạng ngày càng tinh vi. Tuy nhiên, việc phụ thuộc vào phần mềm và kênh điều khiển cũng đặt ra thách thức về bảo mật cho chính bộ điều khiển SDN, cần có các biện pháp bảo vệ bổ sung. Các biểu đồ lưu lượng tấn công trước và sau khi áp dụng giải pháp thể hiện rõ sự giảm tải đáng kể, minh chứng cho hiệu quả của phương pháp.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai hệ thống giám sát lưu lượng tích hợp sFlow trên OpenFlow Switch nhằm giảm tải kênh điều khiển và tăng tốc độ phát hiện tấn công, mục tiêu giảm ít nhất 50% lưu lượng không cần thiết trong vòng 6 tháng, do các nhà quản trị mạng và kỹ sư hệ thống thực hiện.

2. Xây dựng và cập nhật thường xuyên các chính sách chặn lưu lượng tấn công qua SDN Controller bằng cách sử dụng bản tin FlowMod để nhanh chóng phản ứng với các mối đe dọa mới, đảm bảo thời gian phản hồi dưới 1 phút, do đội ngũ bảo mật mạng chịu trách nhiệm.

3. Đào tạo nhân lực chuyên sâu về công nghệ SDN và bảo mật mạng cho các kỹ sư và quản trị viên mạng, nâng cao năng lực vận hành và xử lý sự cố, với kế hoạch đào tạo định kỳ hàng năm, do các trung tâm đào tạo và tổ chức chuyên môn thực hiện.

4. Nâng cấp hạ tầng phần cứng sử dụng NetFPGA hoặc các thiết bị tương đương để đảm bảo hiệu năng xử lý lưu lượng tối thiểu 8Gbps, đáp ứng yêu cầu mở rộng mạng trong tương lai, kế hoạch thực hiện trong vòng 12 tháng, do ban quản lý CNTT và nhà cung cấp thiết bị phối hợp thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản trị mạng doanh nghiệp và tổ chức viễn thông: Nghiên cứu giúp họ hiểu rõ về kiến trúc SDN/OpenFlow và áp dụng giải pháp bảo mật mạng hiệu quả, giảm thiểu rủi ro tấn công mạng.

2. Các kỹ sư phát triển và vận hành hệ thống mạng: Học hỏi cách xây dựng hệ thống giả lập, sử dụng công cụ mô phỏng tấn công và triển khai các chính sách bảo mật dựa trên SDN.

3. Nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành kỹ thuật viễn thông, an toàn thông tin: Tài liệu tham khảo quý giá về lý thuyết, phương pháp và thực nghiệm trong lĩnh vực mạng định nghĩa bằng phần mềm và bảo mật mạng.

4. Các nhà hoạch định chính sách và quản lý CNTT: Hiểu được tầm quan trọng của SDN trong việc nâng cao an ninh mạng, từ đó có các quyết định đầu tư và phát triển hạ tầng mạng phù hợp.

Câu hỏi thường gặp

1. SDN khác gì so với mạng truyền thống?
   SDN tách biệt phần điều khiển và chuyển tiếp dữ liệu, cho phép quản lý tập trung và lập trình mạng linh hoạt hơn, trong khi mạng truyền thống tích hợp cả hai phần trong cùng thiết bị, gây khó khăn trong quản lý và mở rộng.

2. OpenFlow là gì và vai trò của nó trong SDN?
   OpenFlow là giao thức chuẩn mở giúp bộ điều khiển SDN giao tiếp và điều khiển các thiết bị chuyển mạch, cho phép thiết lập các bảng luồng để xử lý lưu lượng mạng theo chính sách mong muốn.

3. Làm thế nào để phát hiện tấn công trong mạng SDN?
   Thông qua việc giám sát lưu lượng mạng bằng công nghệ sFlow tích hợp trên OpenFlow Switch, các mẫu lưu lượng bất thường được phát hiện kịp thời và thông báo cho bộ điều khiển để xử lý.

4. Giải pháp giảm thiểu tấn công trong SDN hoạt động ra sao?
   Khi phát hiện tấn công, SDN Controller gửi bản tin FlowMod để chặn các gói tin từ địa chỉ IP nguồn tấn công tại các switch, giảm lưu lượng xấu đi vào mạng và bảo vệ hệ thống.

5. Có những thách thức nào khi triển khai SDN trong thực tế?
   Bao gồm vấn đề bảo mật bộ điều khiển SDN, chi phí đầu tư phần cứng mới, và sự chưa hoàn thiện của các giao thức tương tác giữa các controller trên phạm vi toàn cầu.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công mô hình giả lập mạng SDN/OpenFlow tích hợp NetFPGA và sFlow để phòng chống tấn công mạng.
• Giải pháp giảm thiểu tấn công dựa trên kiểm soát lưu lượng và chính sách chặn tại bộ điều khiển SDN cho hiệu quả giảm lưu lượng tấn công trên 87%.
• Việc tích hợp giám sát lưu lượng sFlow giúp giảm tải kênh điều khiển và tăng tốc độ phản ứng của hệ thống.
• Nghiên cứu góp phần nâng cao hiểu biết và ứng dụng SDN trong bảo mật mạng tại Việt Nam, mở ra hướng phát triển cho các hệ thống mạng hiện đại.
• Các bước tiếp theo bao gồm mở rộng mô hình thử nghiệm, nâng cấp phần cứng và đào tạo nhân lực để triển khai thực tế trong các doanh nghiệp và tổ chức viễn thông.

Hành động khuyến nghị: Các tổ chức và doanh nghiệp nên nghiên cứu và áp dụng công nghệ SDN/OpenFlow để nâng cao bảo mật mạng, đồng thời đầu tư vào đào tạo và nâng cấp hạ tầng nhằm đáp ứng yêu cầu phát triển trong kỷ nguyên số.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ SDN 1. Tổng quan về SDN 1. Định nghĩa Software-Definded Networking (SDN) là một cách tiếp cận mới trong việc thiết kế, xây dựng và quản lý hệ thống mạng.

Về cơ bản, SDN chia tách độc lập hai cơ chế hiện đang tồn tại trong cùng một thiết bị mạng: Cơ chế điều khiển (Control Plane controller – thành phần điều khiển), cơ chế chuyển tiếp dữ liệu (Data Plane - data forwarding plane – thành phần chuyển tiếp dữ liệu) nhằm tối ƣu nhiệm vụ và chức năng của hai thành phần này (Hình 1. Mục đích của sự phân tách này là tạo ra mạng có thể đƣợc lập trình và quản lý một cách tập trung. Sự phân tách trong kiến trúc mạng SDN Cơ chế điều khiển (Control Plane): Là thành phần điều khiển với các giải thuật và giao thức dùng để tính toán và lƣu trữ các thông tin định tuyến lên bảng FIB (Forwarding Information Base) nhằm xác định đƣờng đi cho mỗi gói tin trong Data Plane. Đối với Switch thì Control Plane đơn giản là cơ chế tự học MAC thông qua việc Broadcast gói tin còn đối với Router thì Control Plan là các giao thức định tuyến nhƣ OSPF, EIGRP, BGP, … Cơ chế chuyển tiếp dữ liệu (Data Plane): Là thành phần thực hiện chức năng Forwarding Data dựa vào bảng FIB mà Control Plane đã xây dựng.

Dữ liệu sẽ đổ về 4 Switch hoặc Router tại các Port tƣơng ứng nhƣ 10Gb, 100Gb Ethernet và cũng đi ra khỏi Switch, Router với Port tƣơng ứng. SDN là một kiến trúc mạng linh hoạt, dễ quản lý, hiệu suất cao, khả năng chịu lỗi và thích nghi tốt,… Điều đó làm cho công nghệ này thật sự lý tƣởng cho các ứng dụng đòi hỏi băng thông cao và cần sự linh hoạt hiện nay. Mục đích cơ bản của truyền thông mạng là truyền tải thông tin từ điểm này tới các điểm khác nhƣng với SDN thì dữ liệu trong mạng sẽ đƣợc truyền tải giữa các node với sự hỗ trợ từ các ứng dụng và dịch vụ nên việc truyền thông trở nên hiệu quả và tối ƣu hơn rất nhiều. Giống nhƣ các máy chủ giám sát sử dụng trong ảo hóa, SDN định nghĩa ra một lớp phần mềm đứng chặn giữa các phần tử mạng và ngƣời quản trị mạng (là ngƣời cấu hình và cài đặt chúng).

Lớp phần mềm này cung cấp cho ngƣời quản trị mạng khả năng điều khiển các thiết bị mạng của họ thông qua một giao diện phần mềm thay vì phải tự cấu hình phần cứng và các tác động vật lý của thiết bị mạng. Kiến trúc của SDN [2] Kiến trúc của SDN gồm 3 lớp riêng biệt: lớp ứng dụng, lớp điều khiển, và lớp cơ sở hạ tầng (lớp chuyển tiếp). Kiến trúc mạng SDN Lớp ứng dụng: Là các ứng dụng kinh doanh đƣợc triển khai trên mạng, đƣợc kết nối tới lớp điều khiển thông qua các API, cung cấp khả năng cho phép lớp ứng dụng lập trình lại (cấu hình lại) mạng (điều chỉnh các tham số trễ, băng thông, định tuyến, …) thông qua lớp điều khiển. 5 Lớp điều khiển: Là nơi tập trung các bộ điều khiển thực hiện việc điều khiển cấu hình mạng theo các yêu cầu từ lớp ứng dụng và khả năng của mạng.

Các bộ điều khiển này có thể là các phần mềm đƣợc lập trình. Lớp cơ sở hạ tầng: Là các thiết bị mạng thực tế (vật lý hay ảo hóa) thực hiện việc chuyển tiếp gói tin theo sự điều khiển của lớp điểu khiển. Một thiết bị mạng có thể hoạt động theo sự điều khiển của nhiều bộ điều khiển khác nhau, điều này giúp tăng cƣờng khả năng ảo hóa của mạng. So sánh kiến trúc mạng truyền thống và kiến trúc SDN Hình 1.

So sánh mạng SDN với mạng truyền thống Mô hình so sánh giữa kiến trúc mạng truyền thống và kiến trúc SDN trên (hình 1.3) cho thấy trong kiến trúc mạng truyền thống Control Plane và Data Plane đều đƣợc ghép chung vào trong Network Node. Trong đó Control Plane có nhiệm vụ cấu hình các Node mạng và lập trình đƣờng đi (định tuyến) để vận chuyển Data Flow. Data Flow (luồng dữ liệu) sẽ đƣợc đẩy xuống Data Plane thông qua các API và chuyển tiếp tới các thiết bị phần cứng dựa trên các thông tin điều khiển trên Control Plane. Trong kiến trúc mạng truyền thống khi chính sách Forwarding đã đƣợc thông qua thì cách duy nhất để điều chỉnh lại các chính sách này theo ý muốn là phải đi 6 cấu hình lại trên tất cả thiết bị vật lý (Switch, Router, Firewall, …).

Điều này không chỉ mất thời gian mà còn khá là phiền toái bởi trong kiến trúc hệ thống mạng truyền thống đặc biệt đối với hệ thống mạng quy mô trong doanh nghiệp thì việc xác định vị trí thiết bị và tiến hành cấu hình điều chỉnh rất là phức tạp và có nhiều rủi ro sai sót có thể ảnh hƣởng tới nhiều hoạt động quan trọng khác trong hệ thống mạng. Trong kiến trúc mạng SDN thì Control Plane đƣợc tách riêng ra khỏi Node mạng và là một thành phần độc lập trong SDN Stack. Các bộ chuyển mạch SDN đều đƣợc kiểm soát bởi Network Operating System (NOS) để thu thập thông tin thông qua các API và chuyển tiếp thông tin ấy vào Control Plane, đồng thời cung cấp một mô hình mạng trừu tƣợng tới SDN Controller vốn đƣợc cài đặt trong các ứng dụng. Nhờ thế mà Controller có thể khai thác đầy đủ thông tin mạng để tối ƣu trình điều khiển luồng (Flow Management) và hỗ trợ đáp ứng các yêu cầu của ngƣời dùng về khả năng mở rộng và tính linh hoạt.

Việc quản lý, cấu hình và điều phối các hoạt động trong hệ thống mạng sẽ thông qua một giao diện phần mềm quản lý tập trung với mô hình hệ thống mạng tổng quan nên ngƣời quản trị sẽ làm việc hiệu quả hơn và tránh đƣợc các sự cố lỗi phát sinh. Kiến trúc mạng SDN cho phép điều khiển hoạt động của mạng dựa trên việc điều khiển hoạt động của các Switch, sử dụng các ngôn ngữ lập trình và có thể thƣờng xuyên thay đổi bằng cách nạp các đoạn mã nguồn khác vào thay thế. SDN có lợi thế to lớn mà các kiến trúc mạng hiện tại không có đƣợc. Đó chính là tính mềm dẻo, khả năng mở rộng và tính linh hoạt của mạng.

Các kiến trúc mạng hiện nay không cho phép can thiệp vào hoạt động của các thiết bị mạng, hoạt động của các thiết bị này bị phụ thuộc hoàn toàn vào nhà sản xuất quy định. Chính vì thế, rất khó cho việc thay thế một giao thức cũ bằng các giao thức mới và thử nghiệm chúng trên các thiết bị thật. SDN thì ngƣợc lại, nó cho phép ngƣời lập trình có thể can thiệp vào hoạt động của thiết bị và qua đó điều khiển thiết bị hoạt động theo ý muốn. Việc này dễ dàng cho việc nghiên cứu cũng nhƣ triển khai các công nghệ mới vào trong mạng mà không cần thay đổi về phần cứng.

Lợi ích của SDN SDN là một sản phẩm mã nguồn mở. Bởi vì SDN tuân thủ các chuẩn mở, về mặt lý thuyết có thể hoạt động với bất kỳ phần cứng mạng nào của nhà cung cấp. Từ quan điểm CNTT, điều này cho phép các tổ chức có khả năng tránh việc nhà cung cấp cứng nhắc trong một loạt sản phẩm mạng. Điều này cho phép CNTT trở lên nhanh nhẹn rất lớn bởi vì một giải pháp chuẩn mở nhƣ SDN đơn giản hóa nhiệm vụ kết nối đến các đám mây, các ứng dụng, và các thiết bị khác nhau.

Và nó cho phép ngƣời quản trị mạng sử dụng phần mềm cho nhiều công việc họ thƣờng làm bằng tay. Cụ thể, với các tính năng của mình, SDN đem lại các lợi ích sau: - Giảm CapEx: SDN giúp giảm thiểu các yêu cầu mua phần cứng theo mục đích xây dựng các dịch vụ, phần cứng mạng trên cơ sở ASIC, và hỗ trợ mô hình pay-as- you-grow (trả những gì bạn dùng) để loại bỏ lãng phí cho việc dự phòng. - Giảm OpEx: thông qua các phần tử mạng đã đƣợc gia tăng khả năng lập trình, SDN giúp dễ dàng thiết kế, triển khai, quản lý và mở rộng mạng. Khả năng phối hợp và dự phòng tự động không những giảm thời gian quản lý tổng thể, mà còn giảm xác suất lỗi do con ngƣời tới việc tối ƣu khả năng và độ tin cậy của dịch vụ.

- Truyền tải nhanh chóng và linh hoạt: giúp các tổ chức triển khai nhanh hơn các ứng dụng, các dịch vụ và cơ sở hạ tầng để nhanh chóng đạt đƣợc các mục tiêu kinh doanh. - Cho phép thay đổi: cho phép các tổ chức tạo mới các kiểu ứng dụng, dịch vụ và mô hình kinh doanh, để có thể tạo ra các luồng doanh thu mới và nhiều giá trị hơn từ mạng. SDN hứa hẹn khả năng ảo hóa hạ tầng CNTT. Cho đến nay, phần lớn nhất của cơ sở hạ tầng vẫn còn chƣa đƣợc ảo hóa là mạng.

Từ một quan điểm nhanh gọn, các doanh nghiệp sẽ muốn liên hiệp lại và di chuyển vào và ra khỏi đám mây riêng nội 8 bộ (private cloud) và công cộng (public cloud). Đây là nơi mà một công nghệ linh hoạt nhƣ SDN đặt dấu chấm hết. Chắc chắn, tất cả các hoạt động này nối với mạng và các sự cố có thể đƣợc thực hiện “bằng tay” nhƣ bây giờ. Nhƣng trong tƣơng lai, khung thời gian hạn hẹp của dự án sẽ thúc đẩy CNTT tìm cách hiệu quả hơn để cấu hình và quản lý mạng.

- Bên cạnh đó, SDN cũng tồn tại một số nhƣợc điểm so với mạng truyền thống nhƣ: - Vấn đề đầu tiên là bảo mật, các hacker có thể lợi dụng lỗ hổng phần mềm để tấn công. Nếu hacker có thể tấn công vào hệ thống, chúng có thể truy cập các thiết lập và thay đổi chúng bất cứ ở nơi đâu, tại thời điểm nào, và chúng có thể truy cập bất kỳ tập tin đƣợc mã hóa nào miễn là nó ở trong mạng. Đối với mạng truyền thống thì điều này không thẻ xảy ra bởi để có thể truy cập vào mạng ta phải có quyền truy cập vào phần cứng của nó. Hầu hết các doanh nghiệp chỉ cho phép một số cá nhân đƣợc quyền đó bởi vậy hệ thống sẽ an toàn và ít có khả năng bị truy cập bởi các hacker.

- Thứ hai đó là quá trình triển khai SDN không thể hoàn thiện trong chốc lát mà nó phải theo từng bƣớc một. Chúng ta không thể một lúc thay thế toàn bộ các thiết bị hiện có thành OpenFlow switch đƣợc bởi vì điều đó rất tốn kém. - Thứ ba, SDN là một kiến trúc mạng kiểu mới, các giao thức tƣơng tác giữa các controller với nhau còn chƣa đƣợc phát triển toàn diện nên việc phát triển SDN trên phạm vi toàn cầu vẫn còn nhiều hạn chế.