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基于可编程数据平面的srv6功能一致性验证机制

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计算机科学 2024年

作者：王鹏睿胡宇翔崔鹏帅董永吉夏计强信息工程大学信息技术研究所先进通信网全国重点实验室网络空间安全教育部重点实验室

现阶段srv6（Segment Routing over IPv6）中段标签（Segment Identifier SID）设计为流量工程、安全认证等网络功能提供了可编程性。这些功能的实现依赖于数据平面中流表的精确匹配与执行，但当流表被恶意篡改或错误配置时，容易导致... 详细信息

现阶段srv6（Segment Routing over IPv6）中段标签（Segment Identifier SID）设计为流量工程、安全认证等网络功能提供了可编程性。这些功能的实现依赖于数据平面中流表的精确匹配与执行，但当流表被恶意篡改或错误配置时，容易导致功能一致性问题的出现。而带内网络遥测（In-band Network Telemetry， INT）技术作为SDN场景中经典的的具有可编程性的校验工具，可将二者天然结合。本文提出了基于可编程数据平面的srv6功能一致性验证机制（Programmable data plane based consistency verification mechanism for srv6 functional srv6FCV）。srv6FCV采用数据平面可编程技术为探针包插入认证标识，首先依据监控需求动态地将SID转换为特定的INT元数据结构，然后构造探针报文注入并逐跳收集特定网络功能的流表执行信息，最后对遥测信息进行解析并基于符号执行算法完成功能一致性验证。仿真结果表明，srv6FCV能够保证满足流表规则以及业务功能执行策略的一致性。相较于之前研究，srv6FCV在完成对网络功能一致性校验的基础上，拥有更低的运行开销同时，对比其校验时长也有显著减少。

关键词：段路由段标签 srv6 带内网络遥测一致性

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基于srv6的空间网络路由技术研究

中国电子科学研究院学报 2021年第6期16卷 539-547页

作者：戴天冯旭虞志刚丁熙浩中国电子科学研究院北京100041

空间网络具备拓扑动态、空间环境恶劣以及星上计算存储资源有限等特征,这些特性对空间网络的路由技术提出了新的要求,针对空间网络特征的路由技术也被相继提出。文中首先对空间网络特征进行简要分析,在此基础上总结空间网络路由应具备... 详细信息

空间网络具备拓扑动态、空间环境恶劣以及星上计算存储资源有限等特征,这些特性对空间网络的路由技术提出了新的要求,针对空间网络特征的路由技术也被相继提出。文中首先对空间网络特征进行简要分析,在此基础上总结空间网络路由应具备的能力,并以此为依据对现有空间网络路由进行分类与阐述;其次,对srv6技术应用于空间网络路由的可行性进行分析,提出了基于srv6的空间网络模型;最后,对该模型的潜在应用场景进行描述。

关键词：空间网络路由 srv6 流量工程

《IP网络系列丛书-srv6》汉英翻译实践报告

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《IP网络系列丛书-SRv6》汉英翻译实践报告

作者：杨慧君天津理工大学

学位级别：硕士

在科技不断进步的背景下,通信技术已经成为人类社会中不可或缺的一部分,实现通信技术互联共通,推动世界科技进步,对构建人类地球村具有十分重要的意义。本实践选取《IP网络系列从书-srv6》作为翻译文本,重点探索了srv6诞生的时代背景,... 详细信息

在科技不断进步的背景下,通信技术已经成为人类社会中不可或缺的一部分,实现通信技术互联共通,推动世界科技进步,对构建人类地球村具有十分重要的意义。本实践选取《IP网络系列从书-srv6》作为翻译文本,重点探索了srv6诞生的时代背景,阐述了其技术优势,描绘了srv6技术的发展潜力。译者采用翻译为导向的文本分析模式,根据科技文本的特点,并选取实例,讨论了文本文内层面和文外层面出现的翻译问题以及翻译方法。在文本外层面,通过注意跨文化思维和译文的有用性,解决缺乏本地化知识与忽略不同的思维模式问题;通过关注中西方的表达差异以及读者的阅读习惯来解决忽略不同思维模式的问题。在文内方面,通过核实术语、调研相关技术信息来解决误译问题,通过添加句子成分以及转换句子结构解决句子结构不合理问题,通过信息重构以及将信息结构转换为表格进行翻译解决信息架构不合理问题。在本次翻译实践中,译者通过总结翻译实践中多次出现的翻译错误,积累了通信技术领域的翻译经验与技巧。这些经验技巧可为译者日后从事通信技术领域的翻译工作提供有益借鉴。

关键词： srv6 通信技术以翻译为导向的文本分析模式汉英翻译实践

基于ONOS的srv6大规模仿真工具的设计与实现

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基于ONOS的SRv6大规模仿真工具的设计与实现

作者：逄喻先北京邮电大学

学位级别：硕士

为了提高网络运行效率,需要对大规模网络进行全局状态收集和管理。引入软件定义网络(Software Defined Networking,SDN)控制器可以实现这一目标。基于第六版网际协议(Internet Protocolversion 6,IPv6)的段路由(Segment Routing IPv6,SR... 详细信息

为了提高网络运行效率,需要对大规模网络进行全局状态收集和管理。引入软件定义网络(Software Defined Networking,SDN)控制器可以实现这一目标。基于第六版网际协议(Internet Protocolversion 6,IPv6)的段路由(Segment Routing IPv6,srv6)是一种云网融合进程中的关键技术,常与SDN架构结合使用。但是,现有的仿真工具无法有效地模拟引入SDN控制器的大规模srv6拓扑。本文针对这一问题,基于ONOS控制器,从仿真工具架构设计、路由建模、仿真功能开发三方面设计并实现了一种仿真工具,能够在有限性能开销下高效地完成模拟仿真。本文主要工作如下:(1)设计基于ONOS控制器的仿真结构。用ONOS控制器替代srv6拓扑,生成虚拟的拓扑状态,并通过BGP-LS协议向被测控制器传递拓扑信息,实现对南向拓扑的仿真。(2)基于YANG建模语言,完成BGP-LS协议建模。该YANG模型包含完整的BGP-LS报文信息和SR扩展信息,可以构建信息完备的虚拟srv6拓扑,并具有良好的扩展性和兼容性。(3)基于ONOS控制器实现虚拟拓扑生成应用。基于YANG模型将BGP-LS路由信息以策略树的形式存储于ONOS控制器,并将其映射为ONOS控制器定义的通用网络状态表示形式,直观展示网络拓扑状态。并且,封装了面向常见拓扑类型的虚拟拓扑生成命令。(4)基于ONOS控制器实现面向srv6控制特性的测试功能应用。实现了基于拓扑状态的网络设备SR能力识别和srv6路由算法,并提供了为传统路由算法引入分段特性的通用实现。并且,基于ONOS的命令行界面提供测试功能的输入和输出。

关键词： ONOS srv6 BGP-LS YANG 仿真工具

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基于srv6的服务链系统设计与实现

基于SRv6的服务链系统设计与实现

作者：钱成功北京邮电大学

学位级别：硕士

信息技术发展日新月异,人工智能,虚拟现实,大数据以及物联网等新兴技术的出现,提高了网络信息源的复杂性。这使得网络传输过程需要依赖更多的网络服务保证网络传输的质量。传统网络中的服务功能节点多为专用设备形态,网络拓扑与硬件资... 详细信息

信息技术发展日新月异,人工智能,虚拟现实,大数据以及物联网等新兴技术的出现,提高了网络信息源的复杂性。这使得网络传输过程需要依赖更多的网络服务保证网络传输的质量。传统网络中的服务功能节点多为专用设备形态,网络拓扑与硬件资源紧耦合,造成资源浪费,影响传输质量。为了解决这种问题,服务链（Service Function Chain,SFC）技术应运而生。服务链核心思想是将网络中的网络服务进行合理的编排,构建网络服务序列以实现高质量的端到端网络服务。目前服务链多基于MPLS（Multi-Protocol Label Switching）数据平面,存在配置复杂,拓展性较差等问题,不利于大规模网络部署。随着网络虚拟化（Network Function Virtualization,NFV）技术的发展,业务驱动网络已成为业界共识。服务链除了要满足服务编排功能外,也应该提升服务功能的可拓展性,降低配置复杂度。srv6（Segment Routing IPv6）由于具备很强的网络编程能力以及流量工程能力,契合网络虚拟化思想,为服务链技术提供了新的实现方案。本文基于以上问题研究,采用了 srv6作为服务链系统的数据平面技术,设计实现了一种服务链系统。该系统使用srv6 SID（Segment Identifier）标识服务链域（SFC Domain）内网络服务,并以SRH（Segment Routing Header）指导节点转发行为。在此基础上,系统根据网络拓扑信息与SR路由策略产生服务链路径信息,以分段列表的形式指导流量转发,完成服务链功能。本文首先介绍了研究背景、研究目标和内容,分析目前网络服务现状,服务链技术的必要性并对系统中涉及的相关技术进行了介绍。之后进行了基于srv6的服务链系统的需求分析和模块设计,在此基础上,阐述了基于srv6服务链系统的设计与实现过程,最后对服务链系统进行了功能测试,验证了系统的可用性。

关键词：网络服务服务链 srv6 网络虚拟化

基于srv6和INT的按需网络测量机制设计

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基于SRv6和INT的按需网络测量机制设计

作者：史向杰西安电子科技大学

学位级别：硕士

网络测量在网络管理中起着至关重要的作用,可以为网络分析提供丰富的实时网络状态信息。但随着网络的发展,传统网络测量和软件定义网络测量的性能都无法满足未来网络的要求。可编程协议无关数据包处理(Programming Protocol-independent... 详细信息

网络测量在网络管理中起着至关重要的作用,可以为网络分析提供丰富的实时网络状态信息。但随着网络的发展,传统网络测量和软件定义网络测量的性能都无法满足未来网络的要求。可编程协议无关数据包处理(Programming Protocol-independent Packet Processors,P4)语言的出现,为软件定义网络网络(Software Defined Network,SDN)架构带来了数据平面可编程能力;srv6(Segment Routing over IPv6)的出现,为IP网络带来了网络功能可编程能力,P4和srv6为网络测量的发展提供了新的方向。带内网络遥测(In-band Network Telemetry,INT)是一种基于P4的新型网络测量技术,可以提供实时、细粒度的网络状态信息。然而,INT会带来额外的网络开销,且缺乏灵活性,为此本文将srv6和INT相结合提出了一种按需网络测量机制(SONM-SR-INT),以实现客制化的网络测量,其中测量目标和遥测信息均可配置。本文的主要内容和创新工作总结如下:1、研究了按需网络测量的路径规划问题。srv6可以驱动探测数据包沿着既定的探测路径覆盖给定的测量目标,同时利用INT实现对测量目标的遥测信息收集。所以在给定相关测量需求后,需要规划出合理的探测路径,以保证用较小的传输代价来覆盖测量目标。本文建立了相关的网络模型和测量需求模型,并基于所建立的模型设计了相应的启发式算法SONM。该算法首先利用网络拓扑和测量需求构建网络辅助图,在辅助图中利用遗传算法求解旅行商(Travelling Salesman Problem,TSP)问题来规划探测路径。srv6是利用报文中的SID(Segment Identifier)列表来定制端到端路径,所以需要将TSP问题的结果转化为SID列表。最后,将本文提出的SONM算法和基准算法进行仿真对比,仿真结果表明,SONM所求得的探测路径传输代价值总是低于后者。2、设计了按需带内网络遥测机制。本文提出了一种基于srv6和INT的按需网络测量机制SONM-SR-INT,利用srv6的可编程能力和INT的遥测能力来实现按需网络测量。首先设计了探测数据包的帧格式,由于IPv6中的扩展报头具有较高的灵活性和可扩展性,因此可以将srv6报头和INT报头作为IPv6扩展报头的一部分,以构造探测数据包。其次详细介绍了入口节点、Segment端节点和中转节点等三类节点对探测数据包的处理机制流程。然后利用P4实现SONM-SR-INT按需网络测量机制。最后在虚拟机中建立仿真拓扑,利用Wireshark对探测数据包抓包,抓包结果验证了该机制的有效性和合理性。

关键词：网络测量 P4 srv6 带内网络遥测

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基于网络处理器的srv6协议实现

基于网络处理器的SRv6协议实现

作者：刘博闻武汉邮电科学研究院

学位级别：硕士

随着5G、人工智能、物联网等新业务加速部署,地址资源限制越发明显,IPv6海量的地址资源以及其安全特性已经让业界达成了IPv6是未来产业转型基础的共识。srv6技术就是基于IPv6技术,对数据报文进行转发处理,简化流程,提高效率,降低了网络... 详细信息

随着5G、人工智能、物联网等新业务加速部署,地址资源限制越发明显,IPv6海量的地址资源以及其安全特性已经让业界达成了IPv6是未来产业转型基础的共识。srv6技术就是基于IPv6技术,对数据报文进行转发处理,简化流程,提高效率,降低了网络协议部署的复杂度。本文的主要工作如下:（1）介绍网络处理器的基本原理、VPN的概念以及转发原理,L3/L2VPN业务流程和功能;（2）阐述srv6的头部扩展格式,SID表项中的节点类型含义及功能,对srv6表项流程进行方案设计,说明各表项对数据报文的作用;（3）设计数据结构,通过IDE工具进行FDPO、DDPO的数据结构设计,包括定义字段,映射关系建立等,实现数据自上而下的传递;（4）对设计方案中的表项进行结果测试,对数据报文的传输通道进行配置下发,根据查看配置下发情况判断各表项建立是否成功,对整体业务流进行打流测试,在出口抓包查看丢包情况,通过无丢包结果证实设计方案的可实现性。本文从srv6技术入手,基于传统的转发技术,在VPN的流程上设计了srv6的转发方案,实现了使用SID代替VPN标签的功能。srv6转发设计方案目前已应用在R8000E、850设备上,为运营商提供服务,相信不久的将来,可以更广泛地应用在网络服务中。

关键词： srv6 网络处理器 L3VPN 数据转发

基于srv6的低轨卫星网络路由配置方法及系统实现

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基于SRv6的低轨卫星网络路由配置方法及系统实现

作者：付振坤西安电子科技大学

学位级别：硕士

低轨卫星通信因其覆盖范围广、抗毁能力强等特点在5G、军事、灾害监测、应急通信、城市导航等方面发挥着越来越重要的作用。但是,由于现有的低轨卫星网络存在星座规模庞大、复杂异构等问题,给低轨卫星网络带来了管控困难、资源利用率低... 详细信息

低轨卫星通信因其覆盖范围广、抗毁能力强等特点在5G、军事、灾害监测、应急通信、城市导航等方面发挥着越来越重要的作用。但是,由于现有的低轨卫星网络存在星座规模庞大、复杂异构等问题,给低轨卫星网络带来了管控困难、资源利用率低等挑战。面对低轨卫星网络的这些挑战,软件定义网络（Software Defined Network,SDN）进入了人们的视野,其控制与数据分离的思想可以应用于卫星通信网络中。SDN技术可以使卫星网络的控制平面进行集中的资源管理、网络部署和状态维护,而卫星网络数据平面只做简单的数据转发,从而使得卫星网络变得灵活可控。但是,面对越来越多的应用与海量设备接入的现状,软件定义卫星网络存在响应时延变长、路由配置越来越复杂等问题,难以同时管理如此巨大的请求量级,导致SDN技术不能直接应用于低轨卫星网络中。为了解决这些问题,本文引入了srv6分段路由技术,srv6基于段路由扩展报文头（Segment Routing Header,SRH）的源节点路由配置能力,极大的简化了软件定义卫星网络的路由配置过程,可以满足众多卫星业务的需求。因此,本文在面向软件定义卫星网络的场景中,提出了一种基于srv6的低轨卫星网络路由配置方法并对其构建了仿真系统架构。系统研究了srv6在软件定义卫星网络中的技术特点,详细阐述了该仿真系统的架构设计和各个功能模块的工作流程及实现原理,最后通过实例测试对比来验证该方法在卫星网络应用中的灵活性和可扩展性。本文的具体研究内容和贡献如下:（1）针对低轨卫星网络管控困难、资源利用率低等问题,本文引入了SDN技术,借助SDN控制与数据分离的思想,将卫星网络的控制平面与数据平面进行分离,由SDN控制器作为逻辑上集中的卫星网络控制平面,实现细粒度的网络管控,低轨卫星只做简单的数据转发,从而使得低轨卫星网络变得灵活可控。（2）针对软件定义卫星网络中路由配置越来越复杂的问题,本文引入了srv6技术,通过在卫星网络路由的源节点携带路由报文的方法,进一步简化了卫星网络路由配置过程,从而降低了对业务的响应时延。（3）为了实现srv6数据报文能够在软件定义卫星网络的数据平面进行正确转发的目标,本文借助协议无关的包处理器（Programming Protocol-Independent Packet Processors,P4）语言的数据面可编程技术,通过对软件定义卫星网络数据平面的转发逻辑和转发规则进行完全编程,达到了srv6数据报文根据业务意图进行正确转发的要求,有助于实现真正的智慧卫星网络。

关键词： srv6 软件定义网络 P4 低轨卫星网络网络可编程

面向一体化融合网络的srv6增量部署机制研究

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面向一体化融合网络的SRv6增量部署机制研究

作者：徐洪慧北京交通大学

学位级别：硕士

在第四代与第五代移动通信技术(4G和5G)长期共存的背景下,随着基于IPv6转发平面的段路由(srv6)协议标准基本成熟,移动承载网srv6与传统网络的融合问题已经凸显。统一的资源协同管控与适配技术研究是国家重点研发计划“一体化融合网络”... 详细信息

在第四代与第五代移动通信技术(4G和5G)长期共存的背景下,随着基于IPv6转发平面的段路由(srv6)协议标准基本成熟,移动承载网srv6与传统网络的融合问题已经凸显。统一的资源协同管控与适配技术研究是国家重点研发计划“一体化融合网络”项目下的专项子课题。在一体化融合网络中,传统网络架构结构复杂,现有路径规划以跳数或路径度量值作为选路依据,最小跳数固定时延和链路拥塞会导致最小跳数路径并非最佳路径,无法保障确定性路由负载平衡。分段路由(Segment Routing,SR)架构基于源路由、源节点选择路径,在一体化融合网络中引入srv6技术能够充分利用网络的路径特征,由控制器下发高效的路由分配方案,提高网络的可编程性和可控性。由于网络很难部署大规模完整的srv6网络,由srv6节点和传统IP节点组成的混合IP/srv6网络将成为网络升级的首选场景。本文致力于在混合IP/srv6网络场景下,从负载均衡和资源管控两方面研究网络负载问题,本文的主要工作如下:(1)从负载均衡方面,首先对混合网络路由机制进行分析,实现了一种混合网络下的数据包转发机制设计。在此基础上,本文提出了一种在混合IP/srv6网络场景下基于网络最大链路利用率最小化为优化目标的路径规划算法WA-TE(Weight Adjustment-Traffic engineering)。针对混合IP/srv6网络场景下的路径优化问题建立了数学模型,将问题规为精确的三覆盖问题,将链路权重优化和srv6节点分流约束优化(通过节点分流控制将合适的链路关闭,以便将流量集中在尽量少的链路上)相结合,并对该算法的复杂度及路由无环性进行证明。同时,本文搭建了OPNET仿真系统对算法进行分析。仿真结果表明:基于链路权重和节点分流优化的联合优化算法WA-TE在网络拓扑中能够有效降低网络最大链路利用率,具有良好的网络收益,证实了WA-TE算法的有效性和可行性。(2)从资源管控方面,本文对srv6节点增量部署问题分别建立了流量控制能力(CA,Control Ability)最大化模型和节点优先级排序模型,优化的最终目标是将网络最大链路利用率最小化,减少网络拥塞。本文研究了两种srv6节点增量部署方案,分别是基于流量控制能力最大化的增量部署方案(MAX＿U/CA,Maximized Utilization/Control Ability)以及基于节点优先级排序的增量部署方案(NP,Nodes Prioritization),从资源管控的角度为网络流量负载均衡提供支持。实验结果表明:基于流量控制能力最优化的增量部署算法MAX＿U/CA相较于基于节点优先级的srv6节点增量部署策略NP能够为混合IP/srv6网络场景下的路由优化算法提供良好的支持,有效优化传统网络。

关键词： srv6 增量部署负载均衡分段路由 OSPF