【摘 要】
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随着网络中用户数量和应用规模的不断扩大,针对特定情景下的新型协议层出不穷,传统网络架构在可扩展性等方面存在很多弊端。为了支持数据包在网络中跨协议传输,同时解决传统网络中IP地址语义过载的问题,需要一套完整的映射系统对数据包的跨协议传输进行管控。然而,在现有的映射系统中,不能兼容各式各样的网络协议,针对未来可能出现的新协议也不具有可扩展性,同时无法根据数据包保密程度下发不同安全等级的加密策略,系统中
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随着网络中用户数量和应用规模的不断扩大,针对特定情景下的新型协议层出不穷,传统网络架构在可扩展性等方面存在很多弊端。为了支持数据包在网络中跨协议传输,同时解决传统网络中IP地址语义过载的问题,需要一套完整的映射系统对数据包的跨协议传输进行管控。然而,在现有的映射系统中,不能兼容各式各样的网络协议,针对未来可能出现的新协议也不具有可扩展性,同时无法根据数据包保密程度下发不同安全等级的加密策略,系统中的映射条目都已提前固化,无法根据用户需求对转发设备的策略进行自定义。针对上述问题,本文依托实验室基于P4可编程技术的跨协议传输项目,提出一种基于P4的跨协议标识映射系统,既可解决传统网络中IP语义过载的问题,又可把分散在不同网关设备下的控制功能集中在一起,用于决策制定、指令下发等操作,支持数据包在各种不同类型协议的核心网中安全传输。具体工作如下:首先,概述了映射系统的设计需求,并给出总体的设计方案;在详细分析系统的通信信令流程后,为支持数据包在数据平面的跨协议传输,提出跨协议转发映射方案,设计了地址分配映射模块及跨协议转发映射模块;为能根据用户需求或流量内容下发不同的安全策略并在数据平面对数据包混淆加密,提出跨协议安全映射方案,设计了混淆加密策略及混淆加密映射模块。其次,结合各模块功能的相关设计,在ONOS控制器中实现跨协议转发映射方案及跨协议安全映射方案。通过建立子网列表维护新接入的用户信息,建立地址分配映射表及跨协议转发映射表来维护数据包源地址、目的地址与跨协议转发隧道三种类型的隧道配置地址等信息。在接入网中用户请求通信时,映射系统调用跨协议转发映射模块,将数据包跨协议转发的地址配置等信息下发至P4接入网关设备完成数据包的跨协议传输。通过建立混淆加密映射表,在对用户需求或者流量内容进行识别后匹配混淆加密映射表中的映射条目,并将安全策略下发至P4接入网关设备,P4接入网关设备收到映射系统下发的安全加密指令后,对数据包TCP序列号进行混淆,实现数据的安全传输。最后,本文依据搭建的映射系统实验环境,对系统中跨协议转发映射模块及跨协议安全映射模块的功能实现进行验证与分析。实验结果表明系统中各模块功能均得以实现,此外,本文所设计的跨协议标识映射系统在保证传输时延和传输带宽的前提下,支持数据平面跨协议转发数据包;在保证加密开销和网络性能的前提下,保证了网络中不同保密程度的数据包在传输时的安全性。
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