Internet拥塞控制信息可用性技术研究

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3.0 李佳 2024-09-26 7 4 4.34MB 98 页 15积分

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博Ｉ论文Ｉｎｔｅｒｎｅｔ拥塞控制／信息ＰＪ用性技术研究

摘要

　　　　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ在过去十几年中的爆炸式增长，引起越来越严重的拥塞问题。另一

方面，ＴＣＰ／ＩＰ的缺陷也成为不公平数据流或恶意攻击数据流产生的重要原因。

本文从信息安全中信息的可用性角度，利用拥塞检测、流量控制、恶意攻击数据

流的检测与防护及ＩＰ跟踪等技术，力图给出一个较为完整的Ｉｎｔｅｒｎｅｔ流量控制和

确保信息可用性的解决方法。主要研究工作和取得的成果如下：

　　　　（１）提出基于移动Ａｇｅｎｔ的主动网络体系结构ＡＮＳＭＡ，在此基础上，给出

　　　　　　　　相应的拥塞控制策略一ＣＣＡＮＳＭＡ。该策略充分利用主动网络的特点，

　　　　　　　　将网络拥塞监测和控制引入到网络结点，从而减少网络拥塞控制的延

　　　　　　　　迟。该策略一方面对ＵＤＰ数据流进行控制，使其体现ＴＣＰ友好性和公

　　　　　　　　平性，另一方面ＣＣＡＮＳＭＡ对恶意攻击数据流也进行适当控制和惩罚

　　　　　　　　措施，确保信息的可用性。

　　（２）提出一种基于模糊神经网络（ＦＮＮ）的流量预测算法。传统的流量控

　　　　　　　　制技术，总是以网络资源当前使用情况对包进行处理，没有考虑流量

　　　　　　　　预测问题．易造成流量控制滞后的情况。本文将模糊神经网络引入流

　　　　　　　　量控制，利用其处理不确定性问题和自学习能力，较好地解决了这一

　　　　　　　　　　问题。

　　（３）提出一种确保最小发送速率的ＴＣＰ友好拥塞控制算法ＣＱＴＣＣＡ

　　　　　　　　（Ｃｅｒｔｉｆｉｅｄ　Ｑｕａｌｉｔｙ　ＴＣＰ－Ｆｒｉｅｎｄｌｙ　Ｃｏｎｇｅｓｔｉｏｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）。该算法在

　　　　　　　　端点对ＵＤＰ数据流采用基于公式的发送速率调整，使之体现对ＴＣＰ

　　　　　　　　数据流的友好性；在结点对ＲＥＤ进行改造，使其提供带优先级包标记

　　　　　　　　的ＭＲＥＤ算法，保证对实时多媒体数据流的最小带宽要求。

　　（４）在分析ＩＰ劫持攻击和Ｓｍｕｒｆ攻击实施原理的基础上，提出这两种攻击

　　　　　　　　的检测方法和防范技术。

　　（５）归纳遭受ＤＤｏＳ攻击情况下，ＴＣＰ／ＩＰ数据包、数据流特征：在此基础

　　　　　　　　上．利用数据挖掘技术建立一个入侵检测系统，可以较好地检测和防

　　　　　　　　护该类攻击。

　　（６）提出权重包标记ＩＰ跟踪策略（Ｗｅｉｇｈｔ　Ｍａｒｋｉｎｇ　Ｓｃｈｅｍｅ－ＷＭＳ）．　ＷＭＳ通

　　　　　　　　过引入ＨＡＳＨ函数，将３２＊２位的ＩＰ地址压缩到１１位，减少跟踪路

　　　　　　　　径的误报率。另一方面，ＷＭＳ将权重信息加入到各个候选攻击路径，

　　　　　　　　通过和正常情况下的候选攻击路径权重进行比较，可更好地分析真正

　　　　　　　　攻击源。理论和实验证明本策略在降低误报率、发现真正的攻击源和

摘要博十论文

算法复杂度等方面有较大的提高。

关键字：网络安全，流量控制，ＦＮＮ，移动Ａｇｅｎｔ，主动网络，ＴＣＰ友好性，ＤＤｏＳ

　　　　　　　　攻击，ＩＰ劫持攻击，Ｓｍｕｒｆ攻击，ＩＰ跟踪

博士论文Ｉｎｔｅｍｅｔ拥塞控制／信息可用性技术研究

Ｉ绪论

１．１论文的背景和意义

　　　　计算机网络在过去的十几年中经历了爆炸式的增长，在给人们的生活、工作

　　带来了巨大的方便的同时，也带来了一些不容忽视的问题，网络信息的安全问题

就是其中之一。作为庞大的信息共享系统的互联网，其安全要求主要有三个：保

密性、完整性和可用性。可用性要求用户一旦需要，就能得到相应的服务，即不

应拒绝合法的使用。而Ｉｎｔｅｍｅｔ中大量用户及应用的出现导致的数据流增长，

ＴＣＰ／ＩＰ自身缺陷引起的黑客攻击是引起信息不可用的两个主要原因。

　　　　文献「１）指出，由于本地缓存溢出，Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网关会丢弃约１０％的数据包。据

统计，Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上９５％的数据流使用的是ＴＣＰ／ＩＰ协议［Ｚ），因此ＴＣＰ／ＩＰ的拥塞控

制（ｃｏｎｇｅｓｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ）机制对Ｉｎｔｅｒｎｅｔ控制拥塞具有特别重要的意义，该问题已成

为当前网络研究的一个热点问题。

　　　　本文试图从信息可用性角度探讨Ｉｎｔｅｒｎｅｔ拥塞控制机制，研究利用ＴＣＰ／ＩＰ

缺陷发起的导致信息不可用的攻击方法的检测、防护和跟踪技术。

　　　　网络产半拥塞（信息不可用）的根本原因在于用户（或叫端系统）提供给网络

的负载（ｌｏａｄ）大于网络资源容量和处理能力（ｏｖｅｒｌｏａｄ）。表现为数据包时延增加、

丢弃概率增大、上层应用系统性能下降等。

　　　　拥塞产生的直接原因有以下五点：

　　　　（Ｉ）存储空间不足

　　　　几个输入数据流共同需要同一个输出端口，在这个端口就会建立排队。如果

没有足够的存储空间存储，数据包就会丢弃，对突发数据流更是如此。增加存储

空间在某种程度上可以缓解这一矛盾，但如果路由器有无限存储量时、拥塞只会

变得更坏。因为数据包在网络里经过长时间排队完成转发时，它们早己超时。源

端认为它们己经被丢弃，而这些数据包还会继续向下一路由器转发，从而浪费网

络资源，加重网络拥塞。

　　　　（２）带宽容量不足

　　　　低速链路对高速数据流的输入也会产生拥塞。根据香农信息理论，任何信道

带宽最大值即为信道容ＡＣ二Ｂｌｏｇｚ（Ｉ＋ＳＩＮ）　（Ｎ为信道白噪声的平均功率，Ｓ

为信源的平均功率，Ｂ为信道带宽）。所有信源发送的速率Ｒ必须小于或等于信

道容量Ｃ。如果Ｒ＞Ｃ，则在理论上无差错传输就是不可能的，所以在网络低速

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