下一代網絡處理器架構設計與應用
程光、趙玉宇、趙德宇、唐亞東、趙鵬
商品描述
"近年來，隨著業務應用的推陳出新和因特網用戶規模的不斷增長，網絡“高速率、大規模、多接入、不可預期、精細管理”的新特性亟待數據平面的革新與發展。然而，傳統以“盡力而為轉發”為目標的數據平面網絡處理器架構已無法滿足新型因特網的需求。本書面向現代因特網測量、感知、安全等高級業務與網絡處理器新架構協同發展的核心訴求，系統描述了作者在網絡處理器方面軟硬件融合的理論與實踐成果。本書主要介紹了一款平衡業務性能與具備演進能力的數據平面轉發平臺：下一代網絡處理器（Next Generation Network Processor，NGNP）。同時，本書分別探討了利用NGNP的網絡測量、段路由驅動的帶內遙測、多維資源視圖聚合和處理、公平擁塞控制、惡意流量清洗、威脅態勢感知、內生安全7方面的因特網測量與分析問題。 本書可供網絡空間安全、電腦科學與技術、信息科學與工程等學科的科研人員、大學教師和相關專業的研究生、本科生使用，也可為從事網絡安全、流量工程及網絡測量的技術人員提供參考。"
目錄大綱
目錄
第1章網絡處理器演進背景1
1.1研究背景1
1.2研究意義4
1.3研究目的與研究內容6
1.4未來方向9
參考文獻9第2章下一代網絡處理器研究進展11
2.1基於Chiplets思想構造的NGNP11
2.1.1基於ASIC芯片的NGNP設計11
2.1.2GPU輔助加速的NGNP設計11
2.1.3FPGA輔助加速的NGNP設計13
2.2利用新型可編程技術的NGNP16
2.2.1基於通用CPU核的NGNP16
2.2.2基於RMT編程模型的NGNP17
2.3面向新型網絡體系結構的NGNP18
2.3.1服務SDN的NGNP18
2.3.2邊緣計算與雲計算中的NGNP20
2.3.3NGNP與SmartNIC的功能推拉21
2.4針對新型高性能業務的NGNP23
2.4.1精確網絡測量23
2.4.2基於元數據的QoS保障24
2.4.3NP的處理優化和應用加速26
2.5下一代網絡處理器的工業化及評測27
2.5.1網絡處理器的工業化27
2.5.2部分主流網絡處理器的性能評測28
2.6本章小結31
參考文獻31目錄第3章下一代網絡處理器架構設計39
3.1下一代網絡處理器體系架構39
3.1.1NGNP架構設計考量39
3.1.2NGNP的組成架構41
3.1.3NGNP組成架構的優勢特點43
3.2協議無關流水線ASICPipe設計43
3.2.1整體設計44
3.2.2協議無關匹配部件設計45
3.3基於CPU+FPGA的軟硬件協同可重構分組處理流水線48
3.3.1軟硬件協同處理基礎框架48
3.3.2基於模塊索引的可重構分組處理框架50
3.3.3基於模塊索引的可重構分組處理框架優化機制50
3.4NGNP的優化設計51
3.4.1多級緩存與分組調度52
3.4.2編程接口及進程實現54
3.5NGNP原型系統實現55
3.5.1NGNP原型系統組成55
3.5.2NGNP原型系統實現與驗證58
參考文獻60第4章基於NGNP的網絡測量61
4.1網絡測量技術61
4.1.1背景及意義61
4.1.2相關工作63
4.2基於NGNP的網絡測量系統64
4.2.1系統框架65
4.2.2分佈式NTM循環存儲策略66
4.2.3遙測功能融合機制68
4.2.4基於NGNP的網絡測量方法69
4.2.5實驗設計與結果分析71
4.3本章小結74
參考文獻75第5章融合段路由的NGNP帶內遙測76
5.1段路由與帶內遙測76
5.1.1帶內遙測技術簡介76
5.1.2SRv6介紹78
5.1.3SRv6+INT研究79
5.2基於段路由的遙測方案82
5.2.1基於SRv6的遙測數據包及遙測原語設計82
5.2.2SRv6Based INT復雜測量案例87
5.2.3實驗設計與結果分析92
5.3面向NGNP的輕量化自適應段路由遙測方案97
5.3.1採樣率調節方法98
5.3.2路徑規劃算法100
5.3.3實驗設計與結果分析105
5.4本章小結108
參考文獻109第6章利用NGNP的多維資源視圖聚合和處理111
6.1彈性智能物聯網111
6.1.1背景及意義111
6.1.2相關工作113
6.2面向彈性智能物聯網的自適應測量114
6.2.1系統架構114
6.2.2多維資源視圖聚合116
6.2.3基於多維資源視圖的突變檢測118
6.2.4自適應測量粒度修正120
6.2.5實驗設計與結果分析122
6.3本章小結134
參考文獻134第7章面向NGNP的公平擁塞控制136
7.1網絡擁塞控制136
7.1.1背景及意義136
7.1.2相關工作137
7.2面向NGNP的擁塞控制139
7.2.1協議設計139
7.2.2實驗設計與結果分析143
7.3本章小結148
參考文獻148第8章基於NGNP的DDoS防禦149
8.1DDoS攻擊檢測與防禦149
8.1.1背景及意義149
8.1.2相關工作151
8.2基於FPGA加速和CNN量化的DDoS檢測方法155
8.2.1基於CNN的DDoS攻擊檢測方法156
8.2.2FPGA實現161
8.2.3實驗設計與結果分析163
8.3適用於NGNP的DDoS檢測與動態防禦167
8.3.1輕量化DDoS攻擊檢測模型168
8.3.2動態防禦鏈174
8.3.3實驗設計與結果分析178
8.4本章小結185
參考文獻186第9章基於NGNP的態勢感知188
9.1網絡威脅態勢感知189
9.1.1背景及意義189
9.1.2相關工作190
9.2基於NGNP的網絡流特徵提取和熵值計算194
9.2.1硬件流水線重構194
9.2.2軟硬件協同的網絡流特徵提取方法201
9.2.3基於多核交替的熵值計算方法204
9.2.4實驗設計與結果分析209
9.3基於集成學習的威脅感知方法212
9.3.1威脅感知方法的特徵選擇213
9.3.2基於集成學習的多分類器威脅感知方法217
9.3.3實驗設計與結果分析223
9.4本章小結226
參考文獻227第10章NGNP與內生安全229
10.1SDN安全問題及防禦方式229
10.1.1背景及意義229
10.1.2相關工作230
10.2冗餘異構防禦執行體設計237
10.2.1問題描述 238
10.2.2冗餘異構防禦執行體構建239
10.2.3冗餘異構防禦執行體池評估250
10.2.4實驗設計與結果分析253
10.3冗餘異構防禦鏈調度方法262
10.3.1問題描述263
10.3.2SDN動態調度架構設計263
10.3.3基於優先經驗回放DQN的調度方法266
10.3.4實驗設計與結果分析272
10.4本章小結280
參考文獻281
