互联网的高速发展给人们带来便利的同时也产生了各种安全威胁,传统的网络架构与防御技术存在的确定性、同构性和静态性缺陷,导致了网络空间处于“易攻难守”的安全态势。为解决上述问题,软件定义网络（Software Defined Network,SDN）、移动目标防御（Moving target defense,MTD）技术分别作为新型网络架构和网络安全防御技术应运而生。本文的研究对象为网络层MTD技术,研究内容包括MTD技术原理、基于马尔可夫动态博弈模型的MTD方法以及SDN环境下的MTD原型系统,研究目的是验证MTD技术在SDN环境下的有效性。本文以动态跳变IP地址、服务端口及路由路径的方式实现MTD策略,混淆网络目标系统的真实位置,抵御网络攻击。通过将影响网络资源面的动作定义为防御者的博弈策略,与马尔可夫决策过程相结合,构建了基于马尔可夫动态博弈的MTD模型;并基于折扣总收益设计目标准则函数,实现了SDN环境下对多状态、多阶段网络攻防博弈的量化分析,最后将最优防御策略转换为NLP2求解最优值问题进行求解,为MTD原型系统提供防御策略。通过结果分析,验证了最优MTD策略可以有效降低攻击者的攻击成功率并增加攻击难度。在SDN环境中对部署MTD技术的可行性和需求分析后,本文设计并实现了MTD原型系统。原型系统包含九个功能模块,其中负责执行MTD技术的是IP跳变模块、端口跳变模块和重路由路径模块,三个模块以不可见的方式在SDN交换机中修改通信双方的IP地址、服务端口和通信路径,以混淆攻击者的探测视野,主动防御网络攻击。最后,在SDN仿真环境中部署并测试了MTD原型系统。经测试分析,验证了执行MTD策略对网络的服务质量影响较小;同时证明了本文提出的IP跳变、端口跳变以及重路由路径防御策略可以有效切断网络层IP和传输层端口跟真实目标系统之间的关联性,最大化隐藏目标系统以阻断网络的连续性攻击,达到了本文的研究目的。