轻量级的软件定义网络数据包转发验证

• 作者: 张云 李琦 王首一
• 来源期刊: 计算机学报
• 学科: 工学
• 关键词: 软件定义网络 轻量级转发检测 一致性检测 异常定位
• 年，卷（期）: 2019,（1）
• 页码范围: 176-189
• 页数: 14页
• 分类号: TP311
• 字数: 11631字
• 语种: 中文
• DOI: 10.11897/SP.J.1016.2019.00176

摘要

软件定义网络(Software Defined Network,SDN)引入控制层与转发层分离简化了网络管理和功能部署,近年来得到了广泛的关注.然而,SDN无法检测由于网络攻击或者转发规则的错误实施导致的数据包被错误转发.例如,SDN中转发的数据包会被异常的规则或攻击者丢弃、篡改或注入虚假数据包.此外,由于处于数据层的SDN交换机仅提供了简化的数据转发功能,因此作者无法简单地部署传统IP网络中的数据转发验证方案.因此,作者需要提出一个适用于SDN的有效数据转发验证方案以确保数据包的正确转发.已有SDN转发验证的方案通常通过逐跳验证或者对比全部流的统计信息,这会带来巨大的计算和通信开销.文中基于OpenFlow协议提出了一个轻量级的SDN数据包转发验证方案LPV(Lightweight Packet Forwarding Verification).由于LPV利用SDN本身提供的Packet-in消息机制以及组表读取转发结点的流转发统计值,在检测转发异常行为以及定位异常行为结点的同时,避免了大量读取转发结点状态而引入的计算和通信开销.LPV利用流表规则对入口和出口交换机进行采样,将采样信息的消息验证码MAC(Message Authentication Code)值和相应的流统计信息上报给控制器.由此,控制器可以通过对比包的MAC值和统计信息来检测网络中的异常转发行为.与此同时,LPV可以通过分析收集的信息找出篡改或丢弃包的结点以定位异常行为的结点.通过基于随机化采样的转发验证机制,LPV有效降低控制器和交换机中引入的处理和通信开销.同时,随机化采样实现了交换机转发状态的一致性检测,任何攻击者都无法通过推断采样来绕过LPV的检测.作者在开源Floodlight控制器和ofsoftware13软件交换机中实现了LPV并在Mininet中进行了仿真实验,实验结果表明LPV能够检测及定位数据包篡改、流量劫持等转发异常行为,同时仅引入了大约10％的平均转发延迟和小于10％的通信开销.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	李琦	清华大学深圳研究生院	28	151	6.0	11.0
5	张云	清华大学深圳研究生院	16	142	6.0	11.0
9	王首一	清华大学深圳研究生院	1	3	1.0	1.0