面向虚实网络融合的灵活与透明链路仿真技术

In research of network emulation, virtualization technology can improve the scalability and flexibility of emulation effectively, while real network can evaluate a variety of real hardware and software, so the fusion of virtual and physical networks has become mainstream for evaluating the security of computer systems and computer networks. Although the fusion of virtual and physical networks can ensure the fidelity of node emulation, however, the rigidity of hardware resources which it depends on and the heterogeneity between virtual and real nodes bring a great challenge to the flexibility, transparency and fidelity of link emulation. To address this problem, this project firstly studies the link construction technology for the fusion of virtual and physical networks, to realize the flexible construction and reconstruction of the virtual links and virtual-real links based on the physical server cluster. Furthermore, the high-performance partitioning technology of emulation task which is in consideration of the hardware resources is researched to provide the resources guarantee for the high fidelity link emulation. Finally, the link performance parameters’ emulation technology for packets’ forwarding is researched, which can construct virtual links and virtual-real links with arbitrary performance parameters, and can realize the unified, transparent, and realistic emulation of links based on the rigid and heterogeneous hardware resources. The research of this project is helpful to the network emulation technology in playing an important role in the security evaluation, the verification of novel network and information technologies and so on.

在网络仿真研究中，基于虚拟化技术，可有效提升仿真规模以及灵活性，基于实物网络，可对各类真实的软硬件设备进行评估，因此虚实网络融合的仿真技术成为当前计算机系统安全评估与网络安全评估的主流。虽然虚实网络融合可保证节点仿真的逼真度，但是，其所依托的硬件资源的固化性以及虚实节点的异构性给链路仿真的灵活性、透明性与逼真性带来了挑战。针对这一问题，本项目首先研究面向虚实网络融合的链路构建技术，实现基于物理服务器集群的虚拟链路以及虚实链路的灵活构建与重构；进一步，研究硬件资源感知的高性能仿真任务划分技术，可为高逼真度链路仿真提供资源保障；最后，研究面向数据报文转发的链路性能参数仿真技术，基于固化与异构的硬件资源，可构建具有任意性能参数的，统一、透明、逼真的虚拟链路以及虚实链路。本项目的研究有助于网络仿真技术在安全评估、新型网络与信息技术的验证等方面发挥重要作用。

以网络靶场应用中的大规模、高逼真网络复现为驱动，以面向计算机系统安全评估、网络安全评估的逼真度与易用性作为需求背景，本项目以“虚拟化支撑下面向虚实网络融合的链路仿真的灵活性、透明性与逼真性”作为科学问题，研究了面向虚实网络融合的仿真链路构建、分布式仿真任务划分、链路性能参数仿真、高性能路由仿真等4项内容；取得了面向虚实网络融合的可扩展以及链路可灵活构建与重构仿真体系、基于多粒度虚拟度融合的高可扩展网络仿真方法、面向多粒度虚拟度融合且硬件资源感知的网络仿真任务划分技术、面向数据报文转发的高逼真链路性能参数仿真技术、基于虚拟化的高通量与高逼真路由仿真技术等5项关键技术的突破，并构建了虚实网络融合仿真原型系统，实现了支持轻量级虚拟化节点、全虚拟化节点、实物节点、离散事件模拟节点的4种粒度融合的高可扩展、透明、灵活的虚实网络仿真，以及对虚拟链路、虚实链路、路由设备的高逼真度仿真。相关原型系统支持了操作系统内核漏洞挖掘、分布式网络扫描、低速率分布式拒绝服务攻击等新型安全技术的评估，验证了可用性。.依托项目所突破的关键技术，申请发明专利8项，授权发明专利6项；在国内外重要学术期刊和国际会议上发表高水平论文23篇，其中SCI/EI检索11篇（CCF B类论文1篇，CCF C类论文2篇）。培养已毕业的研究生16名；构建的相关原型系统获得软件著作权2项。.本项目的部分关键技术与发明专利已实现成果转化，并用于网络靶场产品中，具有较好的社会效益。本项目的研究成果可为网络安全技术评估、网络新技术评估、网络安全人才培训与竞演提供一个可扩展、高逼真的仿真网络环境。