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Sistema inteligente para identificar ataques de denegación de servicio (DoS/DDoS) y Man-in-the-Middle (MitM) para una red definida por software (SDN)

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2026-03-09

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Universidad Distrital Francisco José de Caldas

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Ayala Bolaños, Angel Daniel; Morales González, Diana Valentina (2026). Sistema inteligente para identificar ataques de denegación de servicio (DoS/DDoS) y Man-in-the-Middle (MitM) para una red definida por software (SDN). Universidad Distrital Francisco José de Caldas. https://hdl.handle.net/11349/101064

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Resumen

Global trends in the adoption and implementation of Software-Defined Networking (SDN) have provided companies and organizations across various sectors with greater scalability, allowing them to quickly adjust network architecture and capacity to meet the evolving needs of their applications and services. They have also facilitated more centralized management of network resources, resulting in greater efficiency and cost savings [1]. However, it is important to note that SDN networks, like traditional networks, are susceptible to cyberattacks. These attacks not only aim to compromise, damage, or disrupt computer systems and services, causing unavailability, but can also steal, hijack, or destroy sensitive data. Given this scenario, the objective of this project was to develop an intelligent system capable of automatically detecting and identifying DoS (denial of service), DDoS (distributed denial of service), and MitM (man-in-the-middle) attacks in software-defined networks (SDN) by analyzing network traffic. As a solution, an SDN network based on Mininet and the Ryu controller was designed, enabling the simulation of various normal and anomalous traffic scenarios, as well as the collection of network behavior metrics. These metrics were preprocessed and used to train and evaluate supervised machine learning models for the classification of normal and anomalous traffic. The best-performing model, a deep neural network, was integrated with an Application Programming Interface (API) to evaluate its performance as an anomaly detection system within the simulation environment. In the validation process of the anomaly detection system, it was found that the evaluation metrics obtained, including precision, recall, F1-score, and support, had values ​​above 90%, indicating high performance of the proposed system. Additionally, the confusion matrix showed a high concentration of values ​​on the main diagonal, reflecting correct classification of most samples. Finally, when analyzing the impact of implementing this system, it was found that there were no significant variations in throughput, latency, and packet loss metrics when compared to the scenario without the anomaly detection system.

Descripción

Las tendencias globales de adopción e implementación de redes SDN (del inglés, Software Defined Network) han brindado a empresas y organizaciones de diversos sectores una mayor escalabilidad, permitiéndoles ajustar de manera ágil la arquitectura y la capacidad de red según las necesidades cambiantes de las aplicaciones y de los servicios que ofrecen. Asimismo, han facilitado una gestión más centralizada de los recursos de red, lo que se traduce en una mayor eficiencia y ahorro de costos. Sin embargo, es pertinente indicar que las redes SDN al igual que las redes tradicionales son susceptibles ante ataques informáticos que no solo tienen el objetivo vulnerar, dañar o interrumpir sistemas informáticos y servicios generando indisponibilidad de estos, sino que también pueden robar, secuestrar o destruir datos sensibles. Considerando este panorama, el objetivo que se persiguió en el presente proyecto fue desarrollar un sistema inteligente capaz de detectar e identificar ataques DoS (del inglés, denial of service), DDoS (del inglés, distributed denial of service) y de MitM (Man-in-the-Middle) en redes definidas por software (SDN) de forma automática a partir del análisis del tráfico de red. Como solución, se diseñó una red SDN basada en Mininet y el controlador Ryu, la cual permitió la simulación de distintos escenarios de tráfico normal y anómalo, así como la recolección de métricas del comportamiento de la red. Estas métricas fueron preprocesadas y utilizadas para realizar el entrenamiento y la evaluación de los modelos de aprendizaje automático supervisado con el fin de realizar la clasificación del tráfico normal y anómalo. El modelo con mejor desempeño, correspondiente a la red neuronal profunda, fue integrado junto a una API (del inglés, Application Programming Interface) con el fin de evaluar su funcionamiento como sistema de detección de anomalías dentro del entorno de simulación. En el proceso de validación del sistema de detección de anomalías, se identificó que las métricas de evaluación obtenidas, en las que se incluyen precision, recall, F1-score y support, tuvieron valores superiores al 90% lo que indica un alto desempeño del sistema propuesto. Adicionalmente la matriz de confusión presentó una alta concentración de valores sobre la diagonal principal, reflejando una correcta clasificación de la mayoría de las muestras. Finalmente, al analizar el impacto que conllevo implementar este sistema, se identificó que no se presentaron variaciones significativas en las métricas de throughput, latencia y pérdida de paquetes, al compararlas con el escenario que no incluía el sistema de detección de anomalías.

Citación