摘要：随着互联网技术的迅猛发展,数据中心网络(DCN)和软件定义网络(SDN)等技术应运而生,随之而来的是对网络路由...随着互联网技术的迅猛发展,数据中心网络(DCN)和软件定义网络(SDN)等技术应运而生,随之而来的是对网络路由数据包转发处理的速度也提出了更高的要求。主要表现在:第一、在大规模的网络中,SDN控制器中路由转发的效率将直接影响整个网络中数据包的阻塞延迟和终端用户的服务质量。第二、在DCN中,服务器的数量可能是数万、甚至数十万台,将使得主机中路由表的规模变大,导致查表时间及内存的需求不断增加。同时,在转发时需要按最长前缀匹配查找,使得地址查找在数值和长度两个维度上进行,成为路由转发的瓶颈。针对上述问题,本文围绕DCN数据中心网络及SDN中大规模数据查找路由表展开研究。根据路由转发速度提升的需求,结合Hash算法和Trie算法,提出了两种高效前缀匹配算法。通过理论分析和实验验证,结果表明算法有效改进了路由表分组高速查找转发的性能。所做工作主要包括:(1)提出了利用GPU的并行计算特性,加速路由查找的算法。路由检索时,大量的数据包进行路由查询,过程本身具有高并发性。所以提出两种基于GPU加速技术的路由查找算法,对基于CUCKOO FILTER哈希表查找算法的加速和基于LCTrie树形查找算法的加速,并对比分析了两种方式的优缺点。基于GPU并行加速的路由检索算法对比基于CPU处理的路由检索,加速了近30倍,证明了采用GPU架构作为路由查找算法依托平台的可执行性。(2)设计并提出了基于哈希偏移树前缀匹配(Hash offsettrie match on longest prefix,HOTMLP)HOTMLP的路由查找算法。将路由表最长前缀匹配分为公共前缀匹配和特征前缀匹配两个部分,使用哈希表存储了所有路由前缀中公共部分,压缩了存储空间,也减少了匹配步长,再结合Trie精确找到最长的前缀匹配项目。通过理论分析验证,该算法具有查找速度快,易于更新,压缩了存储空间等特点,使用HOTMLP进行最长前缀匹配查找的复杂度为:O(n+2)。其中,IPV4地址的n最大为8,IPV6地址的n最大为32。实验结果表明,该设计可满足核心路由的高速数据路由查找的需求,在主机上测试,吞吐量达到70Gpbs。(3)通过实验平台对本文中所提出的两种算法分别进行了验证和分析。实验结果表明:文中提出的算法实现了查找速度,更新速度和空间利用率的三方面平衡的优势,支持每秒千万级别分组的处理,适合用于数据流量大的中心网络,也适合用于SDN下大量流表的查找转发。更多还原显示全部
摘要：软件定义网络(SDN,Software Defined Networking)将传统IP网络的路由控制和数据转发进行分离,从而实现集中...软件定义网络(SDN,Software Defined Networking)将传统IP网络的路由控制和数据转发进行分离,从而实现集中控制,分布转发,通过提供软件可编程的方式简化了网络的管理和配置,但也因此扩大了网络受到的分布式拒绝服务攻击(DDoS)的攻击面,攻击者可以针对SDN网络任何一层发起DDoS攻击。SDN的基础设施层(数据平面)、控制层(控制平面)、应用层三层是相互协作共同完成网络中数据包的转发。安全的木桶短板原理决定了SDN网络中最薄弱的层次将成为攻击的目标且SDN任何一个功能层不可用将导致整个SDN网络出现问题,因而本文将研究SDN网络中不同层受到DDoS攻击的特点及其对应的防范策略。首先,对国内外SDN技术及发展、传统网络和SDN网络中DDoS攻击及防御研究现状进行总结。特别地,按照SDN本身各层DDoS攻击特征,对SDN网络中DDoS攻击及防御方法相关研究进行分类和总结。然后,对于SDN控制平面上,考虑到针对SDN控制平面的DDoS攻击可能致使SDN网络面临单点失效的危机,多种DDoS攻击及其预防策略的提出都是针对该平面的。为了达到迅速击垮SDN控制器,该类DDoS攻击具有发起时间短、攻击流量大等特点。针对该层上DDoS攻击问题,论文研究可能的多种DDoS攻击方法、提出了一种“基于模糊综合评判决策模型的DDoS攻击检测算法”和应对该类DDoS攻击的一种控制器流请求调度策略“MSlot算法”。理论分析和模拟实验结果证明了针对SDN控制平面的DDoS攻击方法的可行性;针对不同DDoS攻击,检测算法相比现有算法更具通用性和准确性;当SDN网络在DDoS攻击下,控制器流请求调度策略“MSlot算法”相比现有算法对网络的保护更加高效。最后,对于SDN数据平面上,通过与SDN各层DDoS攻击的对比,阐明了数据平面发起的隐蔽DDoS攻击具有低速、隐蔽、持久性等特点,因而难以被检测。论文提出了一种隐蔽DDoS攻击算法即“快填充隐蔽流DDoS攻击”和针对该类DDoS攻击的SDN数据平面隐蔽流DDoS攻击的检测算法。理论分析和模拟实验结果证明了攻击算法相比现有攻击算法更加快速且有效;检测算法相比现有算法避免了SDN安全通道额外的通信开销,因而更加高效。更多还原显示全部
