论文题目：基于模板解析的背景流量仿真技术研究
摘要：随着互联网技术的发展,各类安全事件暴露出的网络安全问题亟需得到解决。网络靶场主要是通过虚拟化、云计算等技术,将网络设施、网络行为等要素进行虚拟化建模与复现,实现将真实物理网络逼真映射成虚拟仿真网络,用于支撑网络安全技术研究和网络攻防对抗演练,其建设对于提升网络空间安全具有十分重要的意义。网络行为仿真作为网络靶场的重要组成部分,其主要是将真实互联网用户行为及伴生的流量进行建模与复现。业界通常将网络行为仿真分成前景用户行为的细粒度仿真以及背景流量的大规模仿真两部分,实现仿真逼真性与资源开销的兼顾。当前,基于流量回放的背景流量仿真成为主流并得到了一定的研究。然而,互联网流量具有的规模庞大、协议多样、时空分布复杂等特点给背景流量仿真带来了挑战。本文致力于解决上述问题,通过研究基于深度报文检测的背景流量模板解析生成技术与基于工作流编排的高性能流量回放技术,并构建了基于模板解析的背景流量仿真系统,提升流量规模的扩展性、协议模型的多样性、仿真时序构建的灵活性。具体而言,本文的主要研究内容如下:1)提出一种基于深度报文检测的背景流量模板解析生成技术,以提升协议模型的多样性与流量规模的扩展性。具体地,针对背景流量模板缺乏按需自动生成能力而导致流量模型单一的问题,结合基于深度报文检测的应用协议解析思路,提出了一种应用协议流量文件生成与模板转换方法,提升了流量模板的可扩展性与协议模型的多样性;进一步,提出了基于DPDK的网络流量读取与基于Hyper Scan的解析技术,提升了流量模板生成的效率;此外,设计了面向有状态与无状态的2种不同网络流量模板文件类型,进一步提升了流量模型的多样性。实验表明:该技术可基于真实的互联网流量自动化生成各种背景流量模板,相应的有状态与无状态2种流量模板具备生成逼真网络背景流量的能力,验证了该技术在协议模型方面具有的多样性与可扩展性;相对于传统方法,该技术在模板解析的数据包读取速率和应用协议解析速率方面具有优势。2)提出一种基于工作流编排的高性能流量回放技术,以提升仿真时序构建的灵活性、流量生成的逼真性以及性能。具体地,针对大规模网络仿真带来的流量仿真任务时序的复杂性问题以及仿真吞吐量瓶颈,提出了一种面向仿真过程可灵活描述的高性能流量回放仿真架构。基于该架构,重点研究了基于工作流的仿真节点并行分布式编排技术,实现了背景流量的按仿真任务时序的分布式有序加载;进一步研究了基于DPDK与时间戳重构的流量回放技术,提升了流量生成的逼真性以及吞吐量。实验表明,相较于其他经典的流量回放方法,该技术不仅能够获得较小的流量回放误差,而且能够获得较高的背景流量生成吞吐量,在仿真逼真性与性能方面有优势;通过大规模复杂网络场景下的实验表明,该技术能根据设定的仿真工作流任务,实现仿真节点的并行分布式编排以及按序背景流量注入。3)基于1)和2)中的研究内容,设计并实现了基于模板解析的背景流量仿真系统,该系统一方面融合了基于深度报文检测的背景流量模板生成、基于工作流编排的高性能流量回放等两项关键技术,另一方面设计并实现了数据存储、图形化展示、DPI模板生成、流程自动化框架、目标网络管理以及背景流量仿真等模块,形成了一个体系化的背景流量仿真系统,实现对背景流量仿真任务全流程周期的管理。通过传统互联网场景、天地一体化信息网络场景以及千级节点规模目标网络场景的实验验证表明:该系统在仿真规模与实用性上具有一定的优势。综上所述,本文针对基于模板解析的背景流量仿真技术进行了深入研究,并提出了基于深度报文解析的背景流量模板生成以及基于工作流编排的高性能流量回放两个关键技术,同时构建了基于模板解析的背景流量仿真系统以解决大规模背景流量仿真需求,是网络靶场生成背景流量的一个可行方案,具有大规模、高逼真、可扩展的优势。
关键词：网络靶场;背景流量仿真;流量模板;深度报文检测;工作流
学科专业：计算机技术（专业学位）
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 仿真模拟平台
1.2.2 背景流量仿真研究
1.2.3 存在的问题
1.3 本文研究内容
1.4 本文结构安排
第二章 背景流量仿真技术概述
2.1 引言
2.2 流量回放技术概述
2.2.1 流量回放技术介绍
2.2.2 背景流量仿真工具介绍
2.3 背景流量仿真关联技术概述
2.3.1 流量分类与深度报文检测技术
2.3.2 工作流技术
2.4 云计算技术概述
2.4.1 主流云平台介绍
2.4.2 云平台体系架构
2.5 趋势分析与存在问题
2.6 本章小结
第三章 基于深度报文检测的背景流量模板生成技术
3.1 引言
3.2 流量模板生成需求描述
3.2.1 流量模板生成必要性描述
3.2.2 流量模板生成问题描述
3.3 基于深度报文检测的背景流量模板解析生成技术
3.3.1 背景流量模板解析与生成体系
3.3.2 原始流量获取及预处理
3.3.3 深度报文检测技术解析流程
3.3.4 协议流量文件重组
3.3.5 协议流量模板生成
3.4 背景流量模板生成优化技术
3.4.1 基于DPDK的读取速率提升策略
3.4.2 基于Hyper Scan的解析速率提升策略
3.4.3 多种类型模板灵活回放策略
3.5 实验验证与分析
3.5.1 实验环境搭建
3.5.2 真实互联网流量模板解析生成验证与分析
3.5.3 报文读取性能验证与分析
3.5.4 报文解析性能验证与分析
3.5.5 多类型流量模板回放逼真性验证与分析
3.6 本章小结
第四章 基于工作流编排的高性能流量回放技术
4.1 引言
4.2 基于工作流编排的高性能背景流量回放体系
4.2.1 基于工作流编排的高性能流量回放架构
4.2.2 基于工作流编排的仿真流程设计
4.3 基于工作流编排的背景流量回放关键技术
4.3.1 基于时间戳重构的流量回放方法
4.3.2 高性能背景流量生成策略
4.3.3 分布式回放架构与仿真应用设计
4.4 实验验证与分析
4.4.1 环境构建与场景设计
4.4.2 回放方法逼真性验证与分析
4.4.3 背景流量生成性能提升策略验证与分析
4.4.4 大规模目标网络工作流编排验证与分析
4.5 本章小结
第五章 基于模板解析的背景流量仿真系统与应用
5.1 引言
5.2 基于流量回放的背景流量仿真系统
5.2.1 背景流量仿真系统架构
5.2.2 模块控制与数据交互过程
5.3 背景流量仿真系统关键技术
5.3.1 图形化界面
5.3.2 流程自动化接口设计
5.3.3 大规模目标网络控制消息传输设计
5.4 背景流量仿真系统应用验证与分析
5.4.1 传统互联网应用场景
5.4.2 天地一体化信息网络应用场景
5.4.3 千级节点规模目标网络场景背景流量仿真测试
5.5 本章小结
第六章 主要结论与展望
6.1 主要结论
6.2 展望
致谢
参考文献