弹性协议可定制的网络数据平面结构及其映射算法

随着网络功能的不断扩展,新型网络协议的不断涌现,这些协议中的数据包具有新的格式定义,需要网络设备能够支持相应的解析和查找。软件定义网络(Software Defined Networking, SDN)基于流表的转发设计使得网络的创新变得简单,但是仍然难以支持任意协议的可编程解析和处理。该文联合考虑数据包的解析和查找过程,提出一种支持协议弹性定制的数据包查找硬件结构,通过比特粒度的解析和基于元操作的查找过程,使得任意协议能够在硬件结构上得到处理;此外,该文针对所提硬件结构提出一种基于多叉树的映射算法,将用户定制协议映射到硬件处理流水线和查找表中。通过实际的FPGA部署验证了所提结构能够支持多种协议的灵活定制,在硬件中的处理速度可以达到390 Gbps,与已有方案相比,其硬件资源利用率有明显降低。该结构对未来的软件定义网络的数据平面设计有重要的意义。     

基于可编程硬件的NFV数据包加速处理结构

针对网络功能虚拟化（Network Function Virtualization,NFV）在通用服务器中部署的处理性能受限问题,该文提出了一种基于硬件加速的虚拟网络功能（Virtual Network Function,VNF）处理结构：FARD（Function Adaptive and Resource Dividable hardware structure）.通过可编程的包头解析器和动作处理器,FARD可实现任意L2/3/4层功能实例的硬件加速处理;通过动态可分割的匹配表结构,FARD支持不同功能实例间的资源动态分配和隔离.基于NetFPGA-10G的实验结果表明,对比基于纯软件实现的VNF,FARD加速结构提升了近60倍的包处理吞吐率.     

基于改进灰狼优化算法的服务功能链映射算法

随着工业互联网、车联网、元宇宙等新型互联网应用的兴起，网络的低时延、可靠性、安全性、确定性等方面的需求正面临严峻挑战。采用网络功能虚拟化技术在虚拟网络部署过程中，存在服务功能链映射效率低与部署资源开销大等问题，联合考虑节点激活成本、实例化开销，以最小化平均部署网络成本为优化目标建立了整数线性规划模型，提出基于改进灰狼优化算法的服务功能链映射（improved grey wolf optimization based service function chain mapping，IMGWO-SFCM）算法。该算法在标准灰狼优化算法基础上添加了基于无环K最短路径（K shortest path，KSP）问题算法的映射方案搜索、映射方案编码以及基于反向学习与非线性收敛改进三大策略，较好地平衡了其全局搜索及局部搜索能力，实现服务功能链映射方案的快速确定。仿真结果显示，该算法在保证更高的服务功能链请求接受率下，相较于对比算法降低了11.86%的平均部署网络成本。     

软件定义网络发展的理论研究

近年来,软件定义网络SDN（Software Defined Networking）已经成为科研机构、运营商、云服务提供商、大型数据中心以及企业网用户最为关注的网络技术。SDN作为一种新兴的控制与转发分离并直接可编程的网络架构,能摆脱传统网络设备对网络控制功能的捆绑,实现网络智能管理、快速部署与维护以及灵活扩展等功能。为此,我们将回顾SDN发展的早期工作,对其体系架构与发展的阶段性研究状况进行归纳总结,并对SDN未来的发展进行展望。     

一种采用NFV架构的服务功能链动态编排与部署

随着虚拟化技术的出现,网络功能虚拟化(Network Function Virtualization,NFV) 和软件定义网络(Software Defined Networking,SDN) 技术使网络功能从硬件中抽象出来并可运行在虚拟机上,将虚拟网络功能映射部署到物理网络上,为用户提供定制化服务。服务功能链(Service Function Chaining,SFC) 由一组虚拟网络功能组成,目前其部署的一个关键问题是如何在保证为用户提供相应服务的同时降低网络资源消耗和负载压力。为此,首先介绍了一种可用于服务功能链编排的NFV 架构,并对基于SRv6 技术的SFC 编排过程进行说明;然后提出了一种有效的SFC动态编排算法——第一步使用广度优先搜索遍历网络并找到部署服务链的最短物理路径,第二步使用蚁群优化算法生成最优部署方案。仿真结果表明,该方案能够有效减轻网络负载,同时平均降低端到端延迟22%,减少带宽资源消耗18%,优化部署成功率23%。     

一种基于匹配博弈的服务链协同映射方法

针对软件定义网络(SDN)/网络功能虚拟化(NFV)环境下服务链映射难以兼顾效率与物理资源利用率的问题,该文提出一种基于匹配博弈的服务链协同映射方法。首先,以最大化网络资源效用为目标,建立服务链映射模型MUSCM;然后,分虚拟网络功能(VNF)部署和组链两个部分解决服务链映射问题,VNF部署部分,设计基于多对一匹配博弈理论的算法协同服务链和服务节点双方互相进行选择,有效提升了服务链的映射效率和物理资源的利用率,在此基础上,设计基于分段路由策略的算法实现各VNF实例间的流量牵引以完成VNF组链,有效降低了链路传输时延。实验结果表明,与经典算法相比,该算法在保证映射请求接受率的同时,有效降低了服务链的平均传输延时,提升了系统的物理资源利用率。     

3GPP LTE-SAE网络体系架构研究

LTE-SAE网络体系是3GPP网络演进的主要方向。基于此,分析了LTE-SAE网络体系的具体技术特征、SAE网络结构以及主要网元功能,并对LTE-SAE网络规划部署进行了探讨。     

基于微服务架构的粒度可变服务功能链映射算法

针对5G环境下服务功能链（SFC）端到端时延无法满足时延敏感型应用需求的问题,将传统虚拟网络功能（VNF）拆分成粒度不一的映射单元,提出了基于微服务架构的粒度可变服务功能链映射（VG-SFCM）算法。首先将传统粗粒度的VNF解耦成细粒度的微服务单元,随后通过SFC内冗余微服务单元的合并及SFC间微服务单元的复用,减少微服务单元的实例化,降低SFC的处理时间。仿真结果表明,所提算法在降低平均部署网络成本的同时,其SFC端到端时延相较于传统的映射算法降低了14.81%。     

ITU—TB—ISDN最新标准研究进展（下）

２４光网络及传送网结构２４１光网络光网络的标准化正在向纵深发展。本次会议在光网络体系方面的研究主要分为两项工作:（１）起草新建议Ｇｏｎｒ“光网络要求”,对光传送网络的网络参考模型和网络要求进行定义。主要包括支持高性能ＳＤＨ／ＳＯＮＥＴ通道的参考配置;支持符合Ｇ８２６的ＰＤＨ／ＳＤＨ通道的参考配置;支持大城市区域网络的参考配置以及支持其它数字用户的参考配置等四方面内容。（２）继续修改建议草稿Ｇｏｔｎ“光传送网络体系”。会议在该建议草稿２２版本基础上进行了讨论,形成了光传送网体系（Ｇｏｔｎ）建议草稿的２…     

基于零信任安全架构的网络用户身份跨域匹配

不同网络域数据互通性差,导致网络主机难以实现用户身份跨域匹配和认证,提出基于零信任安全架构的网络用户身份跨域匹配方法。按照零信任安全架构部署原则,定义用户身份属性,提取用户行为轨迹特征,完成网络用户身份建模。根据用户身份建模结果,将应用网络划分成多个功能区域,通过设置跨域认证协议的方式,确定匹配调用链码的计算表达式,实现网络用户身份跨域匹配。实验结果表明,在零信任安全架构支持下,所选七组用户身份信息的跨域认证结果与网络ID原码完全一致,匹配成功率高达100%,有效提升了网络主机对于用户身份跨域匹配和认证能力。     

一种解析与执行联动的SDN可编程数据平面

当前互联网技术发展迅速,新型网络协议的不断出现,要求网络转发设备能够及时提供对新协议的支持.目前,软件定义网络要兼顾可编程协议解析和数据转发性能仍然面临诸多困难.对此,本文提出了基于解析和执行联动结构的可编程数据平面（CLIPE）,通过在硬件的解析器上部署用户可定义模块,可实时更新硬件中解析逻辑中的协议多叉树,从而实现协议解析的用户定制性;并且,通过解析器和动作执行器联动的创新结构,减少了整个处理架构的冗余性,从而减小动作执行时延,提高了硬件资源利用率,与现有方案相比,节约了11%的逻辑资源和24%的BRAM资源.最后,本文基于NetFPGA-10G板卡完成了本方案的原型机实现.     

关于SDN网络管理模式的探讨

云计算的出现给传统网络带来了巨大的挑战和改变。爆炸式的数据增长暴露了传统数据网络的不足,而这个问题催生了软件定义网络（SDN,SoftwareDefinedNetworking）。SDN把网络作为资源向上层IT业务开发,从而实现网络的动态,实时和灵活的调整,解决了私有云网络部署中的瓶颈问题。主要对现有SDN模式下的网络管理方案进行了相关探讨并对该方案提出了开放性的意见以及其不足之处。     

分组传送网的环保护和生存机制

在保护和恢复机制方面,分组传送网络面临运行操作与维护（OAM）检测性能、网络资源优化、资源分配死锁、资源部署阻塞等众多挑战。传统的保护和恢复机制已不能满足分组传送网络的需求。为了提高分组传送网络保护恢复性能、网络资源的利用率、业务恢复可能性,减少业务部署的阻塞率,文章对交迭段保护机制、预规划多环、冲突避免算法、延时恢复算法等新型保护恢复机制进行了研究,得出观点：保护和恢复机制合理,由时分复用向分组承载的平滑演进、网络融合和网络全业务化才有可能。     

A systematic review on distributed denial of service attack defense mechanisms in programmable networks

Design flaws and vulnerabilities inherent to network protocols, devices, and services make Distributed Denial of Service (DDoS) a persisting threat in the cyberspace, despite decades of research efforts in the area. The historical vertical integration of traditional IP networks limited the solution space, forcing researchers to tweak network protocols while maintaining global compatibility and proper service to legitimate flows. The advent of Software-Defined Networking (SDN) and advances in Programmable Data Planes (PDP) changed the state of affairs and brought novel possibilities to deal with such attacks. In summary, the ability of bringing together network intelligence to a control plane, and offloading flow processing tasks to the forwarding plane, opened up interesting opportunities for network security researchers unlike ever. In this article, we dive into recent research that relies on SDN and PDP to detect, mitigate, and prevent DDoS attacks. Our literature review takes into account the SDN layered view as defined in RFC7426 and focuses on the data, control, and application planes. We follow a systematic methodology to capture related articles and organize them into a taxonomy of DDoS defense mechanisms focusing on three facets: activity level, deployment location, and cooperation degree. From the analysis of existing work, we also highlight key research gaps that may foster future research in the field.     

内容中心网络中基于点击量的内容提供机制研究(英文)

In-network caching and Interest packets aggregation are two important features of Content-Centric Networking(CCN).CCN routers can directly respond to the Interest request by Content Store(CS)and aggregate the same Interest packets by Pending Interest Table(PIT).In this way,most popular content requests will not reach the origin content server.Thus,content providers will be unaware of the actual usages of their contents in network.This new network paradigm presents content providers with unprecedented challenge.It will bring a great impact on existing mature business model of content providers,such as advertising revenue model based on hits amount.To leverage the advantages of CCN and the realistic business needs of content providers,we explore the hits-based content provisioning mechanism in CCN.The proposed approaches can avoid the unprecedented impact on content providers' existing business model and promote content providers to embrace the real deployment of CCN network.     

基于人工蜂群寻优算法的WSN中继节点布局方案

无线传感器网络(WSN)环境下,中继节点位置布局性能优劣是影响网络寿命的关键因素之一。目前,针对三维空间高密度WSN,缺少能够在硬件成本和连通性双重约束条件下提高网络寿命的中继节点位置布局方案。基于网格布局方式,提出了一种基于人工蜂群优化算法的中继节点布局方案(ABC-RNDS)。ABC-RNDS方案采用双层网络拓扑结构,首先使用最小生成树法构建骨干网络,再使用人工蜂群优化算法通过网络参数寻优和限制中继节点总数的方法实现网络寿命的延长。实验验证分析表明,在成本和连通性受约束的条件下,ABC-RNDS算法与传统方案相比能够显著提高网络寿命。     

基于Docker的DPI虚拟化部署

DPI 是运营商网络中用于流量识别和处理的专用设备,目前被大量部署于现网中。但传统的 DPI 部署方式带来了多个DPI系统并存、功能重复、维护管理复杂等问题,不利于DPI应用的大量标准化快速部署。随着NFV技术的发展,对DPI进行虚拟化部署成为解决此问题的一种趋势。Docker是一种容器级的虚拟化技术,可在其基础上进行DPI部署。阐述了Docker与DPI部署有关的底层报文处理技术DPDK,并给出了基于Docker的DPI虚拟化部署方案建议。     

信息中心网络体系结构研究综述

互联网应用需求逐渐转变为信息的分发和获取,而网络体系结构依然为主机间的端到端通信,二者矛盾日趋尖锐。信息中心网络（Information-Centric Networking,ICN）采用以信息为中心的设计为解决上述问题提供了新思路。本文提出了ICN的基本体系结构框架,从功能和特性两个维度探索了ICN可能的设计空间,然后讨论了ICN与其他未来网络技术的关系以及ICN实验平台和部署,最后指出当前主要问题及下一步研究方向。     

一种SDN中基于SR的多故障恢复与规避机制

针对SDN中的多故障恢复问题,提出了一种基于分段路由的多故障恢复与规避机制.为实现故障的快速恢复,在数据平面通过SR技术预部署一个可对多故障提供快速恢复能力的链路环备份系统;为防止故障恢复时造成部分链路负载过重引发再故障,提出最优化流量平滑算法对负载超过设定阈值的链路实施流量均衡处理.实验结果表明,与已有的SDN多故障恢复机制OAM-Based和Fast Failover相比,所提机制的平均故障恢复成功率分别提高了6.7%和8.5%,且控制器通信开销仅为传统OpenFlow方案的9%,同时,所提机制对故障恢复时导致的链路负载过重问题进行了处理,从故障规避的角度为网络提供保护.     

WSANFlow: An Interface Protocol Between SDN Controller and End Devices for SDN-Oriented WSAN

When dealing with a Wireless Sensor and Actuator Network (WSAN) structure, one of the challenging problems is lack of flexibility in such network operations as establishment, management, and configuration. Software-defined Networking (SDN) is a promising technology for a simpler, more flexible, and less overworked network structure. Integration of SDN as a solution into the existing WSAN structures seems to be a strong candidate of deployment solutions for next generation WSAN systems. In order to get enhanced performance results for WSAN systems, we proposed an interface protocol, referred to as WSANFlow, which is responsible for all the communications between SDN controller (SDNC) and SDN-oriented end devices. The SDNC in this approach has the network intelligence and is capable of handling all the control and management operations related to the network. Thus, advanced communication operations can be managed and efficiently optimized efficiently by the SDN controller and then, subsequently, corresponding instructions can be delivered to end devices using the proposed WSANFlow protocol. In the study, we analyzed the proposed framework performance, in terms of power consumption ratio, throughput, and end to end delay metrics. Then, we compared the results with those of a ZigBee-based counterpart for different workloads such as; light, heavy and heavier load which modelizes a video stream of mild parameters. The results show that not only has the overall performance of the existing WSAN system been enhanced, but also control and management operations have been simplified by the proposed model.