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Enhancing Bandwidth Utilization of IP Telephony Over IPV6 Networks

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Computer Systems Science & Engineering 2023年第2期44卷 1039-1049页

作者： Hani Al-Mimi Yousef Alrabanah Mosleh M.Abualhaj Sumaya N.Al-khatib Al-Zaytooanh University of Jordan Faculty of Science and Information TechnologyDepartment of CybersecurityAmman11733Jordan Al-Ahliyya Amman University Faculty of Information TechnologyDepartment of Software EngineeringAmman19328Jordan Al-Ahliyya Amman University Faculty of Information TechnologyDepartment of Networks and Information SecurityAmman19328Jordan

The demand for the telecommunication services,such as IP telephony,has increased dramatically during the COVID-19 pandemic lockdown.IP tele-phony should be enhanced to provide the expected quality.One of the issues that should be investigated in IP telephony is bandwidth utilization.IP telephony pro-duces very small speech samples attached to a large packet header.The header of the IP telephony consumes a considerable share of the bandwidth allotted to the IP telephony.This wastes the network's bandwidth and inﬂuences the IP telephony quality.This paper proposes a mechanism(called Smallerize)that reduces the bandwidth consumed by both the speech sample and the header.This is achieved by assembling numerous IP telephony packets in one header and use the header'sﬁelds to carry the speech sample.Several metrics have been used to measure the achievement Smallerize mechanism.The number of calls has been increased by 245.1%compared to the typical mechanism.The bandwidth saving has also reached 68%with the G.28 codec.Therefore,Smallerize is a possible mechanism to enhance bandwidth utilization of the IP telephony.

关键词： –IP telephony codec bandwidth utilization IPV6

LPR-Trie: A Fast IPV6 Routing Lookup Algorithm with Virtual Nodes

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China Communications 2022年第10期19卷 1-11页

作者： Wenlong Chen Diya Liu Jiacheng Wang Xiaolan Tang The College of Information Engineering Capital Normal UniversityBeijing 100048China

The number of IPV6 routes in todays backbone routers has grown rapidly,which has put tremendous pressure on route lookup and storage.Based on the analysis of IPV6 address prefix length and distribution characteristics,this paper proposes an IPV6 route lookup architecture called LPR-Trie.The core idea of the algorithm is to utilize more spaces and accelerate routing lookup.Moreover,we put forward the concept of virtual nodes,and leverage the link between virtual nodes and ordinary nodes to accelerate routing lookup.We provide the longest prefix routing entry(LPR)calculation algorithm to achieve the longest prefix match.The experimental results show that the virtual node mechanism increases the search speed up to 244%,and the virtual nodes have better stability by setting an appropriate keep-alive time according to the characteristics of actual traffic.This paper shows that our design improves the routing lookup speed and have better memory utilization.

关键词： IPV6 route lookup longest prefix match virtual node Trie

IPV6中一种基于卷积的DDoS攻击两阶段防御机制

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软件学报 2024年第5期35卷 2522-2542页

作者：王郁夫王兴伟易波黄敏东北大学计算机科学与工程学院辽宁沈阳110819 东北大学信息科学与工程学院辽宁沈阳110819

针对IPV6快速普及背景下分布式拒绝服务(DDoS)攻击威胁不断增长的现状,提出一种两阶段的DDoS攻击防御机制,包括初期实时监控DDoS攻击发生的预检测阶段,以及告警后精准过滤DDoS攻击流量的深度检测阶段.首先,分析IPV6报文格式并解析PCAP... 详细信息

针对IPV6快速普及背景下分布式拒绝服务(DDoS)攻击威胁不断增长的现状,提出一种两阶段的DDoS攻击防御机制,包括初期实时监控DDoS攻击发生的预检测阶段,以及告警后精准过滤DDoS攻击流量的深度检测阶段.首先,分析IPV6报文格式并解析PCAP流量捕获文件中的16进制头部字段作为样本元素.其次,在预检测阶段,引入轻量化二值卷积神经网络(BCNN),设计一种二维流量矩阵作为模型输入,整体感知网络在混杂DDoS流量后出现的恶意态势作为告警DDoS发生的证据.告警后,深度检测阶段介入,引入一维卷积神经网络(1DCNN)具体区分混杂的DDoS报文,从而下发阻断策略.在实验中,自建IPV6-LAN拓扑并基于NAT 4to6技术重放CIC-DDoS2019公开集生成纯IPV6-DDoS流量源测试.结果证明,所提机制提升针对DDoS攻击的响应速度、准确度和攻击流量过滤效率,当DDoS流量出现仅占总网络6%和10%时,BCNN就能以90.9%和96.4%的准确度感知到DDoS攻击的发生,同时1DCNN能够以99.4%准确率区分DDoS报文并过滤.

关键词： DDoS防御两阶段 DDoS攻击监控 DDoS流量过滤 BCNN和1DCNN IPV6

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IPV6地址驱动的云网络内生安全机制研究

信息网络安全 2024年第1期 113-120页

作者：张博文李冬赵贻竹于俊清华中科技大学网络空间安全学院武汉430074 华中科技大学网络与计算中心武汉430074

云网络可以根据不同业务场景对云平台虚拟网络资源快速部署与配置,是现代数据中心性能和安全的重要保障。但传统云网架构中ipv4支撑能力有限,无法实现网络端到端的透明传输,多租户特性使得云管理者对租户子网进行流量管理和约束异常困难... 详细信息

云网络可以根据不同业务场景对云平台虚拟网络资源快速部署与配置,是现代数据中心性能和安全的重要保障。但传统云网架构中ipv4支撑能力有限,无法实现网络端到端的透明传输,多租户特性使得云管理者对租户子网进行流量管理和约束异常困难,外挂式的安全方案缺乏对不同租户流量的追溯能力,无法在源头对攻击行为进行限制。IPV6具有地址空间大、编址能力强、安全性高的特点,基于此,文章提出一种IPV6地址驱动的云网络内生安全机制,包括地址生成层、地址验证层和地址利用层。地址生成层以对称加密算法为基础,将租户身份信息嵌入IPV6地址后64位,修改DHCPv6地址分配策略,并基于Openstack Neutron进行实现。地址验证层设计实现了云网络动态源地址验证方法,针对不同端口状态集合设计针对性转移方法和安全策略。地址利用层基于IPV6真实地址的特性,实现了基于IPV6地址的数据包溯源机制和访问控制策略。

关键词：云网络内生安全源地址验证地址生成 IPV6

NDP-FD6：一种IPV6网络NDP洪泛行为多分类检测框架

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计算机应用研究 2024年

作者：夏文豪张连成郭毅张宏涛林斌郑州大学网络空间安全学院郑州大学网络管理中心中国人民解放军战略支援部队信息工程大学网络空间安全学院

当前NDP洪泛行为检测研究主要集中于RA和NS洪泛行为的检测，对于NDP协议中其他报文洪泛行为的检测能力不足。此外，传统阈值规则检测方法存在动态性差、准确率低的问题，而基于人工智能的检测方法大多只能进行二分类检测，缺乏多分类检... 详细信息

当前NDP洪泛行为检测研究主要集中于RA和NS洪泛行为的检测，对于NDP协议中其他报文洪泛行为的检测能力不足。此外，传统阈值规则检测方法存在动态性差、准确率低的问题，而基于人工智能的检测方法大多只能进行二分类检测，缺乏多分类检测能力。为此，提出一种针对NDP协议洪泛行为的多分类检测框架，并提出基于时间间隔特征的NDP协议洪泛行为检测方法。通过流量收集、数据处理等过程构建了首个用于NDP洪泛检测的多分类数据集，并对比使用了5种机器学习和5种深度学习算法来训练检测模型。实验结果表明，利用机器学习中XGBoost算法的检测准确率可达99.18%，深度学习中的Transformer算法的检测准确率可达98.45%。与现有检测方法相比准确率更高，同时该检测框架可以检测出NDP协议5种报文的9类洪泛行为，并可对洪泛行为进行多分类划分。

关键词： IPV6 NDP 洪泛检测 DDoS 机器学习深度学习

6EDL: 高效的大规模活跃IPV6地址探测系统

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计算机学报 2024年

作者：宋光磊张文健林金磊韩东岐王之梁张辉杨家海清华大学网络科学与网络空间研究院中关村实验室 3. 泉城实验室

互联网规模的急剧增长导致ipv4地址资源逐渐耗尽，IPV6的大规模部署有效地解决了ipv4 地址耗尽的问题.然而，IPV6地址空间庞大的特性为活跃地址的探测带来了巨大挑战.当前已有的活跃IPV6地址探测方法存在探测速度较慢、命中率偏低、探... 详细信息

互联网规模的急剧增长导致ipv4地址资源逐渐耗尽，IPV6的大规模部署有效地解决了ipv4 地址耗尽的问题.然而，IPV6地址空间庞大的特性为活跃地址的探测带来了巨大挑战.当前已有的活跃IPV6地址探测方法存在探测速度较慢、命中率偏低、探测范围受限等问题.针对这些挑战，本文提出了高效、快速、适用范围广的活跃地址探测系统6EDL.6EDL将地址探测分为无种子地址场景和有种子地址场景，并针对每种场景设计高效探测算法.在无种子地址场景下，本文提出了6EDL-N，使用神经网络挖掘BGP前缀信息与地址配置模式之间的潜在关系，实现了有种子区域到任一无种子区域的地址迁移，从而扩展了地址探测的边界.此外，本文引入了预探测机制，有效缓解了大规模地址探测中的资源浪费问题.实验表明，6EDL-N的命中率达到12.69%，覆盖度为21.97%，单位时间发现的活跃地址数（NPT）为233.09个/s.与现有工作相比，6EDL-N的命中率是其的8.13倍，NPT为14.94倍，覆盖度为1.84倍.在有种子地址场景下，本文提出基于生成对抗网络（GAN）的活跃地址探测方法6EDL-S，通过精细的种子地址分布规律学习，并采用环境反馈机制来缓解种子地址采样偏差，有效提升了命中率.实验表明，6EDL-S的命中率达到了25.91%，是已有方法的1.23～10.89倍.同时，NPT为466.72个/s，是已有方法的1.49～6.20倍.最终，经过持续探测，6EDL系统成功发现了29.77亿个活跃地址，包含5.66亿别名地址和24.11亿非别名地址，覆盖了125101个BGP前缀和40137个AS.本文构造的活跃IPV6地址集将有效支撑IPV6网络测量和安全分析等多种应用，进一步打开了IPV6网络研究的大门.

关键词：网络测量 IPV6 活跃地址探测机器学习 IPV6活跃地址集

基于多层级分类和空间建模的IPV6活跃地址发现算法

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清华大学学报（自然科学版） 2021年第10期61卷 1177-1185页

作者：李果何林宋光磊王之梁杨家海林金磊高浩清华大学网络科学与网络空间研究院北京100084 北京信息科学与技术国家研究中心北京100084 鹏城实验室深圳518000

巨大的IPV6地址空间使得传统的ipv4地址暴力探测手段无法直接应用于IPV6活跃地址发现。该文提出一种基于多层级分类和空间建模的IPV6活跃地址发现算法。多层级分类算法引入多种维度信息用于对种子地址进行细粒度的划分;空间建模技术能... 详细信息

巨大的IPV6地址空间使得传统的ipv4地址暴力探测手段无法直接应用于IPV6活跃地址发现。该文提出一种基于多层级分类和空间建模的IPV6活跃地址发现算法。多层级分类算法引入多种维度信息用于对种子地址进行细粒度的划分;空间建模技术能够利用4种表示策略对任意地址集合建模,并生成合适的模式表示字符串,以权衡建模空间过大导致的探测效率低下问题和建模空间过小导致的样本偏差问题。通过对模式表示进行启发式遍历可发现新的活跃IPV6地址。实验结果表明所提出的地址发现算法比已有算法具有更高的命中率,并且验证了对种子地址进行细粒度的划分有助于提升地址发现算法的命中率。

关键词： IPV6 网络测量扫描地址发现地址分类

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基于IPV6的容器云内生安全机制

信息网络安全 2023年第12期23卷 21-28页

作者：李冬于俊清文瑞彬谢一丁华中科技大学网络与计算中心武汉430074 华中科技大学网络空间安全学院武汉430074

容器具有占用资源少、资源利用率高、启动速度快和弹性能力强等优点,在数据中心云计算资源建设中的应用越来越广泛。相关研究表明,目前容器云存在缺乏可信接入机制的问题,IPV6具有地址空间大和安全性高的特点,基于IPV6构建容器云平台能... 详细信息

容器具有占用资源少、资源利用率高、启动速度快和弹性能力强等优点,在数据中心云计算资源建设中的应用越来越广泛。相关研究表明,目前容器云存在缺乏可信接入机制的问题,IPV6具有地址空间大和安全性高的特点,基于IPV6构建容器云平台能够建立端到端的透明连接,实现可信接入。针对容器云平台的安全可信问题,文章对IPV6真实源地址验证方法进行改进,将真实用户身份信息嵌入IPV6地址的后64位,同时针对容器多备份且高度动态性的特点,采用哈希加盐的方式生成用户标识,并在IPV6地址中嵌入数据索引,替代原有的加密编码方式,解决因密钥管理和线性匹配导致的效率低下问题。文章还对地址生成流程进行优化,降低了地址解析的时间复杂度,满足容器云平台的地址分配要求。实验结果表明,优化后的IPV6真实源地址验证方法在地址生成阶段效率提升约35%,在地址溯源阶段将时间复杂度从O(n)降到O(1),有效避免了密钥的管理和匹配问题,能够适应容器多备份和高动态环境,提升了容器云平台的内生安全能力。

关键词：网络安全容器云内生安全源地址验证 IPV6

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使用前缀特性的IPV6寻址算法

计算机工程与应用 2022年第11期58卷 107-116页

作者：黄萍刘昕林孙凤杰深圳供电局有限公司信息中心华北电力大学电气与电子工程学院

随着互联网的发展以及IPV6的应用范围的扩大，IP寻址引擎必须要满足高带宽、低查找延迟以及大容量这三个特点。然而，现有的方法不能同时满足以上需求。因此提出了一种新的IPV6寻址算法，该算法利用前缀特性来构建一个数据结构，以满足... 详细信息

随着互联网的发展以及IPV6的应用范围的扩大，IP寻址引擎必须要满足高带宽、低查找延迟以及大容量这三个特点。然而，现有的方法不能同时满足以上需求。因此提出了一种新的IPV6寻址算法，该算法利用前缀特性来构建一个数据结构，以满足未来的应用需求。根据前缀长度分布和密度，将其聚类成具有相似特征的簇，然后在混合字典树中进行编码。由此产生的具有内存效率和可扩展性的数据结构可以存储在低延迟存储器中，并且允许遍历过程并行化和流水线化，以便在硬件上支持高带宽。实验结果表明，提出的算法将每个前缀所需的内存量减少了87%。此外，在最先进的现场可编程门阵列上实现时，该架构可支持每秒处理5.88亿个数据包。

关键词：网络 IPV6 转发寻址转发信息库