一种按需分配的多路径传输分组调度算法

利用多路径传输协议,多宿主主机可以通过多条路径并行传输数据,从而有效提高系统的吞吐率和鲁棒性.但是由于不同路径在带宽、延迟和丢包率等方面存在差异,接收端必须缓存大量乱序到达的分组.数学分析表明,减少接收端的缓存开销有两条途径:一是最小化每条路径的发送队列中积压分组的数量,二是降低分组发送速率.由前者,提出依据每条路径的空闲发送窗口大小进行分组调度的算法SOD(Scheduling On Demand);由后者,提出利用窗口通告机制限制分组发送速率的流控方法.模拟实验结果表明:与现有算法相比,SOD的缓存开销最小;在接收端进行流控限制的情况下,SOD的吞吐率最大,并且在不同实验场景中性能表现稳定.     

支持快速增量更新的包分类算法

动态数据包分类是目前新兴网络服务的基础,但现有包分类算法的更新性能不能令人满意。基于递归空间分解和解释器方法,设计和实现了一个支持快速增量更新的两阶段多维包分类算法TICS,利用局部数据结构重建替换方法允许规则集增量更新,并通过适当的内存管理允许查找和更新的并行同步进行。实验表明,算法的更新速度比目前更新最快的BRPS算法至少提升了一个数量级,且内存消耗少,具有良好的并行扩放性。     

一种深度包检测引擎的FPGA硬件实现

针对硬件防火墙的防护性能优势,提出一种基于FPGA实现的硬件防火墙,利用FPGA设计深度包检测引擎,实现基于应用层的内容防护。深度包检测引擎支持固定、浮动和统一资源定位符关键词匹配,可实现灵活的表项宽度变化和表项更新操作。实际测试表明,采用基于FPGA设计的深度包检测引擎,硬件防火墙的主要处理指标满足实用性要求。     

一种虚拟化深度包检测部署机制

网络功能虚拟化转变了网络架构和网络业务的部署。在网络功能虚拟化架构中,实现虚拟化深度包检测只需在传输路径上进行一次扫描,但高效部署深度包检测功能引擎成为难题。将深度包检测功能部署问题形式化为线性规划问题以满足约束条件,并提出一种基于代价最小的贪婪算法和优化的贪婪算法来解决深度包检测功能部署问题。该算法对部署代价和网络资源代价进行折衷,实现了最小化的部署代价。实验结果表明,所提算法能够实现深度包检测功能部署并取得近似最优解。     

Parallelizing weighted frequency counting in high-speed network monitoring

Identifying frequent items in high-speed network is important for a variety of network applications ranging from traffic engineering to anomaly detection such as detection of denial of service attacks. To deal with high packet arrival rate, it is desirable that such systems are able to support very high update throughput. The advent of multi-core processors calls for efficient parallel designs which can effectively utilize the parallelism of the multi-cores. In this paper, we address the problem of parallelizing weighted frequency counting in the context of multi-core processors. We discuss the challenges in designing an efficient parallel system. Our evaluation and analysis reveals that the naive fine-grained lock design results in excessive overhead and wait, which in turn leads to severe performance degradation in multi-core architectures. Based on our analysis, we propose a novel method: precision integrated method (PRIM). PRIM makes use of the temporal imprecision concept to significantly reduce the merge overhead at the cost of relatively large memory space used. Both the theoretical analysis and real traffic experiments demonstrate that PRIM delivers almost linear speedup.     

Bi-LCQ: A low-weight clustering-based Q-learning approach for NoCs

Network congestion has a negative impact on the performance of on-chip networks due to the increased packet latency. Many congestion-aware routing algorithms have been developed to alleviate traffic congestion over the network. In this paper, we propose a congestion-aware routing algorithm based on the Q-learning approach for avoiding congested areas in the network. By using the learning method, local and global congestion information of the network is provided for each switch. This information can be dynamically updated, when a switch receives a packet. However, Q-learning approach suffers from high area overhead in NoCs due to the need for a large routing table in each switch. In order to reduce the area overhead, we also present a clustering approach that decreases the number of routing tables by the factor of 4. Results show that the proposed approach achieves a significant performance improvement over the traditional Q-learning, C-routing, DBAR and Dynamic XY algorithms.     

基于三级存储阵列缓存高速数据包及性能分析

高速网络设备一般需要大容量高速数据包存储器来缓存收到的数据包.但以目前的存储器工艺水平很难实现这样的存储器,从而限制了整个网络的发展.提出一种新型的三级存储阵列结构可以成功解决数据包存储器的容量和带宽问题,理论上可以实现任意高速数据包的缓存.使用"最关键队列优先"算法完成对三级存储阵列的管理,证明了使用该算法能够保证数据包的无时延调度输出,并且其所需的系统规模最小,同时推导出系统规模的上、下限.最后给出三级存储阵列的一种可实现方案,从而使该结构易于硬件实现.     

A platform-based SoC design and implementation of scalable automaton matching for deep packet inspection

String matching plays a central role in packet inspection applications such as intrusion detection, anti-virus, anti-spam and Web filtering. Since they are computation and memory intensive, software matching algorithms are insufficient to meet the high-speed performance. Thus, offloading packet inspection to a dedicated hardware seems inevitable. This paper presents a scalable automaton matching (SAM) coprocessor that uses Aho-Corasick (AC) algorithm with two parallel acceleration techniques, root-indexing and pre-hashing. The root-indexing can match multiple bytes in one single matching, and the pre-hashing can be used to avoid bitmap AC matching which is a cycle-consuming operation. In the platform-based SoC implementation of the Xilinx ML310 FPGA, the proposed hardware architecture can achieve almost 10.7 Gbps and support over 10,000 patterns for virus, which is the largest pattern set from among the existing works. On the average, the performance of SAM is 7.65 times faster than the original bitmap AC. Furthermore, SAM is feasible for either internal or external memory architecture. The internal memory architecture provides high performance, while the external memory architecture provides high scalability in term of the number of patterns.     

报文分类算法研究

该文首先对报文分类问题进行了形式化描述,陈述了解决该问题的几种思路并对其进行了性能的边界分析;同时给出了设计高效报文分类算法需要关注的关键问题;对目前常见的报文分类算法作了介绍,分析了这些算法的时间、空间和更新复杂度;并结合常见的报文分类算法的应用指出了各算法的适用范围;最后介绍了其它领域的分类算法的应用,展望了报文分类算法的两个发展方向。     

一种Linux平台上基于包过滤的网络流量采集系统

设计并实现了一种Linux平台上基于包过滤的网络流量采集系统PFC。PFC系统主要通过在内核空间实现数据包的过滤、合并，以及实现了用户空间和内核空间的内存共享，从而突破了传统上基于包过滤网络流量采集系统的性能瓶颈。     

基于丢包统计的蓝牙信道质量估计和自适应分组策略

分析了蓝牙2.0协议的数据传输性能,给出了在不同的信道质量（接收信噪比）下所能达到的平均最大吞吐量,以及根据信道质量自适应选择分组的策略。提出了一种新的利用丢包统计估计信道质量的方法。根据最近发送的一定数目的分组的丢包情况求出这些分组的吞吐量,与已知的分组选择信噪比拐点的平均吞吐量进行比较,从而判断出信道质量所在的区段以及最适合传输的数据分组。从仿真结果来看,当判决所用的数据分组的数目N在30左右时,该方法达到的吞吐量十分接近平均最大吞吐量。该方法的软硬件开销极小,判决过程简单快速,可用于任何主控芯片的蓝牙系统。同时,该方法可在较短时间内（40 ms~180 ms左右）跟踪信道质量的变化,非常适合用于低速运动的蓝牙系统和蓝牙个人区域网。     

基于ROE的轻型PMIPv6路由优化策略

PMIPv6在建立双向隧道传输数据时会导致传输路径非最优,同时,已有的路由优化策略信令负载过大且滞后于绑定更新过程。针对该问题,提出一种与绑定更新同步进行的基于ROE的轻量型路由优化策略,引入流体移动模型分析。实验结果表明,采用新策略后,网络报文开销减小,路由优化效率高,特别适合于移动节点低速运动的情况。     

基于智能会话关联的腾讯语音流量识别算法

通过实验分析了国内流行的即时通信软件——腾讯QQ的流量特征以及其语音会话的流量特征，应用净荷深度检测(DPI)和智能会话关联(ISA)技术来识别腾讯语音通话流量，设计了腾讯语音业务流量的识别模型和算法。模型和算法的准确性、可扩展性和健壮性在电信运营商IP骨干网中得到了验证。     

基于OSPF协议报文的网络拓扑分析算法

OSPF协议报文中含有网络拓扑信息,为有效处理报文数据,提出一种基于OSPF协议数据库描述报文和链路状态更新报文的拓扑分析算法。该算法的主要思想是：将OSPF协议报文按区域划分,采用模拟路由器的工作方式构造链路状态数据库,分别计算各个区域的拓扑,再利用边界路由器连接分散的拓扑得到完整的网络拓扑。实验结果表明该算法能够完整准确地获得网络拓扑图。     

一种基于自适应缓存机制的报文分类算法

提出了一种高效、适用性好、易于实现的报文分类算法CSAC（classification on self-adaptive cache）．该算法通过缓存属性子空间内报文集合的分类查询路径，将查询结果复用于同一子空间后续报文的分类．而缓存命中失效时也不必从头开始查询，减少了失效的时间开销．根据通信流量上下文变化对缓存运行状态造成的影响，算法采用自适应缓存机制，通过动态调整缓存的粒度、结构和缓存项在散列桶中的位置，有效地保证了缓存命中率．此外，算法不需要预处理过程，支持多维复杂规则（如4～7层属性、逻辑匹配操作等）和规则增量更新，比较适合于网络边界安全、用户流量审计和负载均衡等报文分类比较复杂的应用．采用CSAC算法开发的高端防火墙和入侵检测设备在实际网络环境中的性能良好．     

非强制性包标记算法

防御分布式拒绝服务(DDoS)攻击是目前最难处理的网络安全问题之一。在众多解决方法中,包标记方法受到了广泛的重视。在这类标记方案中,路径中的路由器根据一定策略标记过往的数据包,从而受害者可以在短时间内对攻击路径进行重构,实现对攻击者的IP回溯。论文提出了一种新的包标记方法,非强制性包标记算法。可以有效地降低重构时间和误报率,减少了网络和路由器标记数据包的负担。     

基于深度包检测的防火墙系统设计

随着互联网的飞速发展,防火墙作为网络安全防护的重要手段已经成为了人们研究的重点。为了能够高效地过滤无关数据报文、抵御恶意攻击、保障网络的安全稳定运行,在研究深度包检测技术的基础上,提出了一种基于现场可编程门阵列、三态内容可寻址寄存器架构而实现的硬件防火墙系统。测试表明,该系统能够满足实际要求。     

层次移动IPv6宏切换的优化方案

针对层次移动IPv6宏切换中丢包率高、切换延迟大的问题,提出一种将隧道机制应用于层次移动IPv6的优化方案（TBFMH）。TBFMH根据切换信息提前获得转交地址,进行重复地址检测,并在建立隧道的同时完成本地绑定更新。仿真实验表明,TBFMH比层次移动IPv6至少减少50%的切换延迟,同时降低了丢包率,有效提高了移动节点进行宏切换的性能。     

自动更新系统的设计与实现

在分析了传统的软件自动更新技术的基础上,提出了一种新的软件更新技术：非增量式的软件自动更新方法。该技术通过从服务器上发布产品更新依赖关系的部署文件和更新逻辑的更新包来使客户端完成产品的自动更新。这种设计能够防止产品版本的回退,从而保证客户端产品的可用性。     

网络流量实时监控分析系统的设计与实现

网络流量监控分析是网络管理与网络安全的重要组成部分。文章介绍了一种基于深度报文检测技术的网络流量实时采集分析系统RT-TMA,同时给出了其设计框架和关键技术实现方法。测试结果表明,该系统运行稳定、准确,可以达到预期效果。