Software-Defined Networking (SDN) is a new networking paradigm that grants a controller and its applications an omnipotent power to have holistic network visibility and flexible network programmability, thus enabling new innovations in network protocols and applications.One of the core advantages of SDN is its logically centralized control plane to provide the entire network visibility, on which many SDN applications rely.For the first time in the literature, we propose new attack vectors unique to SDN that seriously challenge this foundation.Our new attacks are somewhat similar in spirit to spoofing attacks in legacy networks (e.g., ARP poisoning attack), however with significant differences in exploiting unique vulnerabilities how current S-DN operates differently from legacy networks.The successful attacks can effectively poison the network topology information, a fundamental building block for core SDN components and topology-aware SDN applications.With the poisoned network visibility, the upper-layer OpenFlow controller services/apps may be totally misled, leading to serious hijacking, denial of service or man-in-the-middle attacks.According to our study, all current major SDN controllers we find in the market (e.g., Floodlight, OpenDaylight, Beacon, and POX) are affected, i.e., they are subject to the Network Topology Poisoning Attacks.We then investigate the mitigation methods against the Network Topology Poisoning Attacks and present TopoGuard, a new security extension to SDN controllers, which provides automatic and real-time detection of Network Topology Poisoning Attacks.Our evaluation on a prototype implementation of TopoGuard in the Floodlight controller shows that the defense solution can effectively secure network topology while introducing only a minor impact on normal operations of OpenFlow controllers.

This paper addresses one serious SDN-specific attack, i.e., data-to-control plane saturation attack, which overloads the infrastructure of SDN networks. In this attack, an attacker can produce a large amount of table-miss packet_in messages to consume resources in both control plane and data plane. To mitigate this security threat, we introduce an efficient, lightweight and protocol-independent defense framework for SDN networks. Our solution, called FloodGuard, contains two new techniques/modules: proactive flow rule analyzer and packet migration. To preserve network policy enforcement, proactive flow rule analyzer dynamically derives proactive flow rules by reasoning the runtime logic of the SDN/OpenFlow controller and its applications. To protect the controller from being overloaded, packet migration temporarily caches the flooding packets and submits them to the OpenFlow controller using rate limit and round-robin scheduling. We evaluate FloodGuard through a prototype implementation tested in both software and hardware environments. The results show that FloodGuard is effective with adding only minor overhead into the entire SDN/OpenFlow infrastructure.