博碩士論文 995202103 詳細資訊




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姓名 陳仕明(Shih-ming Chen)  查詢紙本館藏   畢業系所 資訊工程學系
論文名稱 結合布隆過濾器暨OpenFlow交換器之跨雲端網路
(Inter-Cloud Networking based on OpenFlow Switch with Bloom Filter)
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摘要(中) 隨著雲端運算的迅速發展,許多嶄新的服務及技術在雲端之上成形。不僅提供了便利的生活方式,更改變了大眾的習慣和既有的概念。雲端運算之環境部署方式可分為三種:私有雲、公有雲及混合雲。單一使用者可能將個人資訊存儲在不同的雲端設施上,因此跨雲端的運算及服務,必須能夠讓使用者及雲端供應商得以將不同雲端上的資訊進行存取使用。然而,伴隨而來的則是資訊洩露等更多的考驗。
近年來隨著網路技術快速發展,現有網路設備已不足以全面應付各個不同類型的使用者需求。因此美國史丹佛大學開發的可程式化網卡NetFPGA的模組化設計也成為高速網路下研究重點項目之一。透過NetFPGA可程式化的特性發展符合需求的功能,並利用OpenFlow架構出跨雲端運算的環境,探討並加以解決跨雲端運算所可能面臨的問題。
本論文所設計之系統藉由OpenFlow Switch來進行網路虛擬化,使不同雲端運算環境如同運作於同一個私有網路之上。並透過布隆過濾器的使用,將轉送路徑資訊儲存於跨雲端銜接的路徑過濾器中。使封包在進行跨雲端轉送時,得以隱蔽雲端內部資訊,避免資訊外洩。同時,可利用跨雲端路徑過濾器易於達成群播之特性,對不同雲端之管理程序可同時進行搬遷之詢問。並且可快速對跨雲端路徑過濾器完成更新,在虛擬機跨雲端遷移後,可繼續其原有之通訊而不受嚴重影響。
摘要(英) With the rapid growth of cloud computing, there are many new services and technologies forming in the clouds. Cloud computing not only provides a convenient way of daily life, but also changed the habits of the public and existing concepts. The deployment of cloud computing environment can be divided into three types: private cloud, public cloud and hybrid cloud. User’s personal information may be stored in different cloud environment. Therefore, intercloud computing and its services must allow users and cloud providers able to access information on the different cloud. However, the accompanying issues are information disclosure and other challenge.
In recent years, the existing network devices are not sufficient to fully meet the various different types of user needs, which are arise with the innovation of network technology. Stanford University developed the NetFPGA platform which is based on a programmable NIC. And it has become one of the important products to experiment high-speed network environment. By the characteristic of programmable logic design on NetFPGA, researcher can implement the functions which are suitable on their demand. Building the intercloud computing environment with OpenFlow to explore and resolve problems that may occur on interoperate among different clouds.
We use OpenFlow Switch to implement network virtualization. Let different clouds interoperate like they are in the same private network. And we are also using Bloom Filter to store forwarding path in Intercloud Filter, which can reach information hidden when packet was traveling on Internet. It can also be used on intercloud migration request’s multicast. On the other hand, through the up-to-date Intercloud Filter, VM can continue the original communication with no influence after the intercloud migration.
關鍵字(中) ★ OpenFlow
★ 封包轉送
★ 跨雲端
關鍵字(英) ★ Intercloud
★ OpenFlow
★ Packet Forwarding
論文目次 摘要 i
Abstract ii
誌謝 iii
目錄 iv
圖目錄 viii
表目錄 x
符號說明 xiii
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機 1
1.3 論文架構 2
第二章 相關研究 3
2.1 NetFPGA 3
2.2 OpenFlow與NOX Controller 4
2.2.1 OpenFlow 4
2.2.2 NOX Controller 6
2.3 Bloom Filter 7
2.3.1 常規的雜湊編碼 7
2.3.2 可允許誤差下的雜湊編碼 8
2.3.3 布隆過濾器 9
2.4 LIPSIN 10
2.5 虛擬網路 12
2.5.1 VLAN 12
2.5.2 VPN 13
第三章 系統設計與架構 16
3.1 目標 16
3.2 系統分析 17
3.2.1 OpenFlow Network 18
3.2.2 LIPSIN 19
3.2.3 VPN 19
3.2.4 本論文系統架構 21
3.3 系統設計 22
3.3.1 Neighbor Discovery 23
3.3.2 Forwarding Path 24
3.3.3 VM Instance Creation 24
3.3.4 Intercloud Filter Generation 27
3.3.5 Communication using Intercloud Filter 29
3.3.6 Intercloud Multicast 31
3.3.7 Intercloud VM Migration 33
3.3.8 Encryption 36
3.4 系統架構 38
3.4.1 Link ID 39
3.4.2 Intercloud Filter 39
3.4.3 IP Packet Header 39
3.4.4 Intercloud Filter Table 40
3.4.5 Link ID與Intercloud Filter之更新 41
3.4.6 封包誤傳之處理 41
3.4.7 OpenFlow Switch系統架構 42
3.4.8 NOX Controller系統架構 42
3.4.9 性能分析 43
第四章 實驗與討論 47
4.1 實驗1:轉送效能比較(OpenFlow) 47
4.1.1 實驗描述 47
4.1.2 實驗環境 48
4.1.3 實驗進行 51
4.1.4 實驗結果分析 52
4.2 實驗2:轉送效能比較(VPN) 53
4.2.1 實驗描述 53
4.2.2 實驗環境 54
4.2.3 實驗進行 57
4.2.4 實驗結果分析 58
4.3 實驗3:轉送效能比較(跨雲端) 60
4.3.1 實驗描述 60
4.3.2 實驗環境 60
4.3.3 實驗進行 65
4.3.4 實驗結果分析 66
4.4 實驗4:封包轉送正確性 68
4.4.1 實驗描述 68
4.4.2 實驗環境 69
4.4.3 實驗進行 72
4.4.4 實驗結果分析 72
4.5 實驗5:影音串流線上遷移 73
4.5.1 實驗描述 73
4.5.2 實驗環境 74
4.5.3 實驗進行 77
4.5.4 實驗結果分析 79
4.6 實驗6:檔案傳輸線上遷移 82
4.6.1 實驗描述 82
4.6.2 實驗環境 83
4.6.3 實驗進行 86
4.6.4 實驗結果分析 88
第五章 結論及未來方向 90
5.1.1 結論 90
5.1.2 未來方向 90
參考文獻 92
參考文獻 [1] P. Mell, and T. Grance, “The NIST Definition of Cloud Computing”, National Institute of Standards and Technology. September 2011.
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[5] NetFPGA:NetFPGA Technical Specifications。http://www.netfpga.org/php/specs.php。
[6] Stanford University Course:CS344: Building an Internet Router。http://yuba.stanford.edu/cs344/。
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[10] NOX:NOX API notes。https://github.com/noxrepo/nox-classic/wiki/NOX-API-notes。
[11] NOX:NOX GUI。https://github.com/noxrepo/nox-classic/wiki/NOX-GUI。
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[13] P. Jokela, A. Zahemszky, C. E. Rothenberg. S. Afianfar, and P. Nikander, “LIPSIN: Line Speed Publish/Subscribe Inter-Networking”, ACM SIGCOMM Computer Communication Review, Vol 39, pp. 195-206, October 2009.
[14] IEEE:IEEE Standards for Local and Metropolitan Area Networks: Virtual Bridged Local Area Networks。http://standards.ieee.org/getieee802/download/802.1Q-1998.pdf。
[15] IETF:RFC 4301: Security Architecture for the Internet Protocol。http://tools.ietf.org/html/rfc4301。
[16] IETF:RFC 6101: The Secure Socket Layer (SSL) Protocol Version 3.0。http://tools.ietf.org/html/rfc6101。
[17] IETF:RFC 6347: Datagram Transport Layer Security Version 1.2。http://tools.ietf.org/html/rfc6347
[18] N. Modadugu, and E. Rescorla, “The Design and Implementation of Datagram TLS”, In Proceedings of ISOC NDSS, 2004.
[19] IETF:RFC3078: Microsoft Point-To-Point Encryption (MPPE) Protocol。http://tools.ietf.org/html/rfc3078。
[20] Microsoft MSDN:Secure Socket Tunneling Protocol (SSTP) Specification。http://msdn.microsoft.com/en-us/library/cc247338%28v=prot.10%29.aspx。
[21] IETF:RFC 4251: The Secure Shell (SSH) Protocol Architecture。http://tools.ietf.org/html/rfc4251。
[22] C. E. Rothenberg, P. Jokela, P. Nikander. “Self-routing Denial-of-Service Resistant Capabilities using In-packet Bloom Filters”, In proceeding of 2009 European Conference on Computer Network Defense, pp. 46-51, November 2009.
[23] Iperf。http://iperf.sourceforge.net/。
[24] Wireshark。http://www.wireshark.org/。
[25] Colasoft Packet Builder。http://www.colasoft.com/packet_builder/。
[26] VideoLan。http://www.videolan.org/。
[27] Xen。http://xen.org/。
[28] vsftpd。https://security.appspot.com/vsftpd.html/
指導教授 曾黎明(Li-ming Tseng) 審核日期 2012-8-21
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