本地MAC地址分配方法研究与设计

发布时间：2020-11-16 12:16

　　 云计算虚拟化技术帮助数据中心提升了计算性能,但也使得虚拟设备的数量呈现指数级增长,进而产生了传统MAC地址的地址空间不足等问题。此外,传统MAC地址存在永久性生存周期、不支持动态分配等问题。IEEE提出的本地MAC地址标准可用于解决上述问题。然而,现有研究工作中并没有关于本地MAC地址的自动分配方法的研究,而在大型数据中心中人工分配MAC地址是不现实的,因此研究如何高效且正确地实现本地MAC地址的自动分配具有重要意义和价值。本文围绕本地MAC地址的自动分配问题展开研究,主要研究工作及贡献如下:1)本地MAC地址的集中式地址分配方法本文首先提出了一种基于集中式地址管理设备的本地MAC地址分配方法。该方法采用集中式地址分配服务器周期性地广播地址块,通过地址发布、申请、批准和确认四个阶段,实现了本地MAC地址的自动分配和集中管理。此外,所提方法采用物理不可克隆函数生成本地网络中的网络设备的唯一身份表示。基于OPNET平台的仿真实验结果表明,所提方法在不同网络规模下的端到端延时、吞吐量、协议开销和丢包数都很小,能够实现良好的网络性能。2)基于无基础设施网络的分布式本地MAC地址分配方法在本地MAC地址的集中式分配方法中可能存在单点失效问题,且集中式分配方法并不适用于在无基础设施网络中实现本地MAC地址的自动分配。因此,本文进一步提出分布式的本地MAC地址分配方法。所提方法将地址分配的任务分散到无基础设施网络的各个节点上,通过周围节点向地址分配节点申请地址的方式构成层级关系。基于OPNET平台的仿真实验结果表明,所提方法在协议开销和地址分配效率上优于集中式方法。3)本地MAC地址的安全分配方法考虑到所提的集中式本地MAC地址分配方法中存在身份冒充、数据篡改等安全问题,本文进一步提出了本地MAC地址的安全分配方法。所提方法采用第三方可信认证服务器,结合公钥密码体制和对称密钥算法,实现了服务器和客户机之间的双认证。本文基于OPNET和OpenSSL对引入了安全认证方法的集中式本地MAC地址分配方法进行仿真,实验结果表明融合了安全分配方法的本地MAC地址分配方法能够实现良好的网络性能。
【学位单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP393.03
【部分图文】：

(a) 50 个节点 (b) 1000 个节点图 2.7 集中式本地 MAC 地址分配方法的网络模型在节点域中，本文分别搭建了主机、交换机和地址分配服务器的节点模型，如图 2.8 所示。主机节点模型以 OPNET 内置的以太网“ethernet_station”模型为基础，附加地址分配模块“add_alloc”，并对已有的“mac”模块进行相关的修改，通信时使用地址分配获得的本地 MAC地址。服务器节点模型主要由地址分配模块“add_alloc”和链路层通信模块“mac”组成。交换机节点模型使用以太网“ethernet_switch”模型，根据所连接的主机数，选用合适的端口数。

(a) 50 个节点 (b) 1000 个节点图 2.7 集中式本地 MAC 地址分配方法的网络模型在节点域中，本文分别搭建了主机、交换机和地址分配服务器的节点模型，如图 2.8 所示。主机节点模型以 OPNET 内置的以太网“ethernet_station”模型为基础，附加地址分配模块“add_alloc”，并对已有的“mac”模块进行相关的修改，通信时使用地址分配获得的本地 MAC地址。服务器节点模型主要由地址分配模块“add_alloc”和链路层通信模块“mac”组成。交换机节点模型使用以太网“ethernet_switch”模型，根据所连接的主机数，选用合适的端口数。

图 2.9 主机节点的地址分配进程模型此外，本文还对主机的链路层通信模块“mac”和中间连接模块“mac_intf”进行了修改，让主机使用分配获得的本地 MAC 地址进行通信。mac_intf 可以让主机在获得本地地址后随机挑选网络中一个已分配的地址作为目的地址，并发送数据包模拟数据通信，如图 2.10 所示。图 2.10 ctr_ mac_intf 进程模型主机的“busty_gen”模块用于按一定统计分布规律产生通信数据包，该模块产生的数据包
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本文编号：2886218