内容中心网络拥塞问题研究

发布时间：2021-03-04 17:36

互联网络用户的快速增长,使人们对宽带化、内容个性化的需求也变得越来越高,因此,当今互联网逐渐将网络模型转向以内容为核心角色,内容中心网络(Content-Centric Networking,CCN)是其中很有前途的一种。相比于TCP/IP网络来说,CCN是无连接的网络模型,它只有接收者一个终端,数据包通过内容名字来进行标识,而不再使用主机地址。CCN尝试以用户友好的、结构化的、与位置无关的名字来命名内容,它具有天然的流量调节能力,通过适当的转发策略,使整个网络流量均衡;另一方面,CCN在中间路由器上拥有缓存能力。CCN的新特性会带来一些新的传输问题,并且在某些路由聚合节点上可能存在拥塞,我们需要设计一些额外的传输控制方案来解决这些问题。本文从CCN的网络结构入手,简要介绍这种新型网络的结构中影响拥塞产生的几个要素,设计了CCN中流量与拥塞控制的几种方案,利用一套基于NS-3的开源仿真软件——ndnSIM验证方案的正确性。我们在已有基于窗口的流量控制方案和基于速率的整形机制的基础上,针对这两种方案的不足,提出了几种优化方案。首先,我们设计了一种基于窗口的流量控制和路由器上随机早期检测结合的策略,并验证得到了更优的网络吞吐量。对于路由器上基于速率的整形机制,我们通过引入拥塞反馈信号,得到了更为准确的拥塞信息,及时对拥塞进行响应,另一方面防止了错误估计带来的链路利用率降低。我们通过一种对整形队列的加权轮询机制,加强了每个流之间的公平性。此外,针对整形队列数目较多的情况,根据流行度对整形队列数目进行限制,减小了整形时延。文章的另一个重点是CCN网络中的拒绝服务(Denial of Service,Do S)攻击,恶意用户大量发送请求可能导致网络拥塞,通过仿真我们验证CCN中的DoS攻击会影响到正常用户的服务质量。我们分析了CCN中DoS攻击产生的两种类型,分别对CS缓存投毒和Interest洪水攻击的产生和应对方案做了详细的介绍。然后从缓存的角度提出了拥塞驱动的缓存管理策略,通过仿真验证这种方案应对CS填充攻击的有效性。另一方面,从路由器统计上对现有的算法改进得到了基于满足率的加权轮询算法,通过仿真验证这种方案能有效的抑制攻击流量,且稳定性更好。这些方案对未来CCN架构在下一代网络中的应用,有着指导性意义。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP393.06

文章目录

摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 选题的背景与意义

1.2 国内外研究现状和趋势

1.2.1 CCN网络的研究热点与现状

1.2.2 CCN网络中拥塞控制的研究现状

1.2.3 CCN网络中DoS攻击的研究现状

1.3 研究内容

1.4 内容结构和章节安排

第二章影响CCN拥塞的关键因素研究

2.1 网络拥塞产生的原因

2.1.1 拥塞产生的原因

2.1.2 拥塞的危害

2.2 CCN中影响拥塞的主要因素

2.2.1 CS缓存的大小

2.2.2 PIT表的容量

2.2.3 路由器输出缓存队列的长度

2.2.4 服务器端对内容的分片大小

2.2.5 转发策略对拥塞的影响

2.3 仿真结果与分析

2.4 本章小结

第三章 CCN拥塞控制方案

3.1 传统IP网络的拥塞控制算法

3.2 现有CCN中拥塞控制方案

3.2.1 基于窗口的Interest流控制机制（ICP）

3.2.2 逐跳Interest整形机制

3.3 CCN拥塞控制算法改进方案

3.3.1 结合随机早检测的ICP方案

3.3.2 拥塞反馈的Interest整形机制

3.3.3 基于包长的整形队列轮询机制

3.3.4 基于流行度的整形队列机制

3.4 仿真结果与分析

3.5 本章小结

第四章 CCN下的DoS/DDoS攻击

4.1 DoS攻击分类与防范技术

4.1.1 DoS攻击的分类

4.1.2 DoS攻击的防范措施

4.2 CCN网络中DoS攻击的产生与分类介绍

4.2.1 缓存投毒型攻击简介

4.2.2 Interest洪水型攻击简介

4.2.2.1 Interest洪水型攻击的产生

4.2.2.2 Interest洪水型攻击的应对措施

4.3 DoS攻击的解决方案

4.3.1 拥塞驱动的缓存管理策略

4.3.2 基于满足率的加权轮询机制

4.4 仿真结果与分析

4.4.1 CS缓存填充攻击影响及缓解方案验证

4.4.2 Interest洪水攻击影响及缓解方案验证

4.4.2.1 Interest洪水攻击的影响

4.4.2.2 Interest洪水攻击的缓解方案验证

4.5 本章小结

第五章结论与展望

5.1 本文的主要贡献

5.2 下一步工作展望

致谢

参考文献

附录

【共引文献】