NP架构嵌入式VPN网关设计与实现

论文摘要

对于网络安全设备而言，性能和成本一直是矛盾的两个方面。高性能网络设备大都采用了ASIC技术来保证网络设备的高吞吐率：而面向中、小企业机构的网络设备只能采用成本较低的CPU架构，系统性能相对较低。 NP(Network Processor)的出现，使得构筑高性能和低成本的网络设备成为可能。NP技术具有高性能、扩展灵活、低成本，开发短周期等优势。本文基于Intel IXP42X处理器，将NP技术引入了VPN(Virutal Prirate Network)网关实现中，实现了一套基于NP架构的VPN网关。 本文首先对VPN和IPSec协议进行了介绍，包括对VPN的基本概念、IPSec协议的关键技术研究；其次对Intel IXP42X平台进行了分析，包括对NP技术在网络安全设备中的优势、软件实现体系结构(Access Library)及其安全模块IxCryptoAcc进行了详细研究：再次实现于Linux内核中的VPN网关，包括嵌入式系统研究、IPSec核心模块实现、核心异步加密实现等，并增加了在复杂网络环境下的一些功能(如NAT穿越等)；最后给出了具有代表性的VPN网关在测试中的数据。 本文的研究是对网络安全技术、嵌入式系统、NP技术的融合：研究方法对于NP技术在其他平台的应用有很大的借鉴作用：本文技术的应用为广大用户提供了高性价比VPN网关，且具有很大经济价值。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 网络安全现状
• 1.2 网络安全主流解决方案
• 1.2.1 安全网关的发展
• 1.2.2 安全网关的发展趋势
• 1.2.3 NP技术应用前景
• 1.3 本文的研究内容和意义
• 第二章 VPN技术及IPSec协议
• 2.1 VPN技术概论
• 2.1.1 VPN基本概念
• 2.1.2 VPN的基本技术
• 2.1.3 VPN发展动态
• 2.1.4 VPN在我国的需求分析
• 2.2 IPSec协议研究
• 2.2.1 IPSec协议概述
• 2.2.2 IPSec体系结构
• 2.2.3 IPSec的两种模式
• 2.2.4 IPSec的关键技术
• 2.2.5 SA的定义
• 2.2.6 SA的模式
• 第三章 IXP42X Access Library研究
• 3.1 NP技术的应用
• 3.1.1 CPU为中心体系结构的缺点
• 3.1.2 NP架构的优势
• 3.2 Intel IXP425处理器简介
• 3.2.1 IXP425 core简介
• 3.2.2 网络处理引擎（NPE）
• 3.3 IXP42X系列的软件体系的结构
• 3.3.1 IXP42X CSR简介
• 3.3.2 CSR的整体框架
• 3.3.3 CSR的网络缓冲区管理
• 3.4 IxCryptoAcc分析
• 3.4.1 Accelerator Access原理简介
• 3.5 本章总结
• 第四章 VPN网关设计与实现
• 4.1 系统的总体设计
• 4.1.1 设计原则
• 4.1.2 本系统的设计目标
• 4.1.3 本系统的总体设计结构
• 4.2 嵌入式系统构建
• 4.2.1 RedBoot简介
• 4.2.2 RedBoot的功能
• 4.3 嵌入式Linux
• 4.3.1 uClinux简介
• 4.3.2 文件系统
• 4.3.3 消除文件系统对于磁盘的依赖
• 4.4 核心模块的设计和实现
• 4.4.1 协议分析模块的设计和实现
• 4.4.2 SPD模块的设计和实现
• 4.4.3 SADB设计与实现
• 4.5 核心加密异步模式实现
• 4.5.1 Bottom Half机制简介
• 4.5.2 数据包处理流程
• 4.5.3 callback函数的设计
• 4.5.4 NAT穿越
• 4.6 SMC简述
• 4.6.1 SMC的功能
• 4.6.2 密钥协商过程
• 4.6.3 密钥协商算法的抗攻击性分析
• 4.7 本章总结
• 第五章 IXP425 VPN网关应用案例及性能分析
• 5.1 应用案例
• 5.2 性能分析
• 5.2.1 测试环境
• 5.2.2 测试结果
• 5.2.3 数据分析
• 5.2.4 结论
• 第六章 结束语
• 参考文献
• 致谢