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基于安全组播的核心路由器的设计与实现

作　者: 杨漪澜
导　师: 吴跃
学　校: 电子科技大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: 多标签交换协议服务质量组播安全性标签发布协议
分类号: TP393.05
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着互联网业务的迅速发展,网络信息在社会发展中的作用日益突出。然而,在网络为人们带来便利的同时,对网络安全问题以及传输高质量、高性能的多媒体业务也提出了更高的要求。组播是一种针对多点传输和多方协作的组通信模型,发送方只需传输一份数据,通过让组播路由器复制接收方所需份数来完成转发。组播的优势在于既能降低发送方的计算负荷,也能降低网上数据的份数,从而高效的利用了网络资源。组播经历了二十余年的发展,虽然在多媒体领域取得了一定的应用,但始终没有得到大规模的部署。阻碍组播业务发展的关键因素,其一是组播的开放性模型,这种开放性使组播通信比单播更容易遭受各种攻击;其二就是组播与单播采用不同的路由机制,增加了组播路由器结构的复杂性。本文取材于国家863课题《基于端到端虚电路架构的网络安全计算模型及其关键技术的研究》,该课题进行全新安全组播机制的研究,具有基于结构性安全的特性,并在统一的路由机制下同时支持单播和组播。本文对该课题中的核心路由器进行设计与实现。本人主要工作如下:(1)设计一种共享RP(Rendezvous Point)组播分发树的组播传输体系结构。本文对组播传输需解决的关键技术一一作出分析,结合开源的IP和MPLS(Multi-Protocol Label Switch)代码,设计传输组播的核心路由器。由于MPLS标签数量有限以及配置中间路由器复杂,改进该系统,设计以标签发布协议(Label Distribute Protocol)和IPsec(Internet Protocol Security)认证的安全组播核心路由器。并结合实际应用中多组播业务同时传输的调度问题,提出预分配带宽算法。(2)设计并实现安全组播核心路由系统。依据RP组播树传输体系结构,分析现有软件技术,按照网络层的层次结构,对安全组播核心路由器具体实现。(3)对安全组播核心路由系统进行全面测试。本文结合课题中的实际问题,按照场景设计测试用例,对安全组播核心路由器的功能及性能方面进行测试。测试结果分析表明,结合IP、MPLS、LDP技术,既能有效简化转发机制,又能在一定程度上提高转发效率和安全性。本文的安全组播核心路由器能对功能进行扩展,以产生满足多组播业务同时传输的需求,在满足不同组播业务实时性的基础上,为传输中的带宽分配给予一定公平性地保证。本文的研究成果能够应用于需要多业务同时传输的网络系统,其具有极大的实际应用价值。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-12
第一章引言  12-17
  1.1 研究背景  12-13
  1.2 国内外研究现状  13-14
  1.3 研究的目的与意义  14
  1.4 项目工作  14-15
  1.5 论文结构  15-17
第二章相关技术  17-29
  2.1 IP组播  17-21
    2.1.1 组播IP地址  17-18
    2.1.2 IGMP  18-19
    2.1.3 组播路由协议  19-20
    2.1.4 组播的优缺点  20-21
  2.2 安全组播  21-23
    2.2.1 组播的安全问题  21-23
    2.2.2 安全组播的核心思想  23
  2.3 MPLS  23-25
    2.3.1 MPLS基本原理  23-24
    2.3.2 MPLS的标签交换过程  24
    2.3.3 MPLS扩展信令协议  24-25
  2.4 QoS 原理  25-26
    2.4.1 拥塞控制机制  25
    2.4.2 PQ 算法  25
    2.4.3 业务调度类型  25-26
  2.5 IPsec  26-27
  2.6 本章小结  27-29
第三章安全组播核心路由器的设计  29-51
  3.1 网络安全模型  29-32
    3.1.1 网络安全模型的架构  29-32
  3.2 安全组播核心路由器详细设计  32-35
    3.2.1 核心路由器总体设计  34-35
    3.2.2 核心路由器中网络协议  35
  3.3 建立LSP链路  35-45
    3.3.1 修改IP协议建立LSP链路  35-40
    3.3.2 使用MPLS和LDP建立LSP链路  40-44
    3.3.3 IPsec认证传输中的控制消息  44-45
  3.4 RP 路由器  45-47
    3.4.1 双RP 路由器组  46-47
    3.4.2 数据业务在核心路由器中传输过程  47
  3.5 资源管理  47-50
    3.5.1 基于严格优先级调度算法  48-49
    3.5.2 预分配带宽算法  49-50
  3.6 本章小结  50-51
第四章安全组播核心路由器的实现  51-72
  4.1 开发环境  51-54
    4.1.1 Linux介绍  51
    4.1.2 Linux网络系统  51-52
    4.1.3 Linux内核与Linux内核模块  52
    4.1.4 开发过程  52-54
  4.2 LSP链路建立  54-63
    4.2.1 数据接收模块  54-56
    4.2.2 加标签模块  56-57
    4.2.3 数据转发模块  57-60
    4.2.4 MPLS加载  60-62
    4.2.5 LDP 加载  62-63
  4.3 RP 转发  63-66
    4.3.1 netfilter实现  64-65
    4.3.2 IP协议注册  65-66
  4.4 资源管理  66-71
    4.4.1 预分配带宽算法  66-68
    4.4.2 算法仿真分析  68-71
  4.5 本章小结  71-72
第五章安全组播核心路由器的测试  72-82
  5.1 测试环境  72-74
    5.1.1 软硬件配置  72
    5.1.2 网络安全计算模型拓扑图  72-74
  5.2 测试设计  74
    5.2.1 测试步骤  74
    5.2.2 测试用例  74
  5.3 单元测试  74-76
    5.3.1 加标签模块  75
    5.3.2 数据接收模块  75-76
    5.3.3 转发模块  76
  5.4 系统测试  76-78
    5.4.1 文本数据传输  76-77
    5.4.2 音视频传输  77
    5.4.3 三种不同业务同时传输  77-78
  5.5 性能测试  78-79
    5.5.1 网络带宽测试  78
    5.5.2 丢包率测试  78-79
    5.5.3 DOS攻击测试  79
  5.6 网络安全模型测试结果  79-81
  5.7 本章小结  81-82
第六章总结与展望  82-84
  6.1 全文工作及意义  82-83
  6.2 课题展望  83-84
致谢  84-85
参考文献  85-88
攻硕期间取得的研究成果  88-89

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