（計(jì)算機(jī)軟件與理論專業(yè)論文）網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試與代理數(shù)字簽名的研究.pdf

原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú) 立進(jìn)行研究所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不 包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的科研成果。對(duì)本文的研 究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均己在文中以明確方式標(biāo)明。本人完 全意識(shí)到本聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。 論文作者簽名：翌盤毖 日 期：論文作者簽名：芏：! 芝日期： 關(guān)于學(xué)位論文使用授權(quán)的聲明 本人完全了解山東大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué) 校保留或向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論 文被查閱和借閱；本人授權(quán)山東大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分 內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段 保存論文和匯編本學(xué)位論文。 ( 保密論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定) 論文作者簽名：導(dǎo)師簽日期： 摘要 本文主要圍繞網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試、網(wǎng)絡(luò)傳輸模型分析、代理簽名做了一些研究 工作。 網(wǎng)絡(luò)測(cè)試是保證網(wǎng)絡(luò)高性能、高可靠性和高可用率的基本手段，它在i p 網(wǎng) 絡(luò)建設(shè)和發(fā)展中的重要意義正得到日益廣泛的認(rèn)可。進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)測(cè)試，必須首先制 定網(wǎng)絡(luò)性能度量和性能評(píng)估規(guī)范，制定網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)體系對(duì)于規(guī)范網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)，保 護(hù)用戶網(wǎng)絡(luò)投資有積極的促進(jìn)作用。 在綜合布線方面e i a 、o s i 等國(guó)際組織推出了e i a ，r i a5 6 8 、t s b 6 7 和 i s o l l 8 0 l 。這方面的標(biāo)準(zhǔn)及線纜性能度量已經(jīng)很成熟，2 0 0 2 年推出的e i a t i a 5 6 8 b 定義了6 類雙絞線，完全滿足千兆以太網(wǎng)的需求。 目前，國(guó)內(nèi)外在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能方面度量方面的研究相對(duì)比較滯后。i e t f 有 個(gè)b m w g ( b e n c h m a r k i n gm e t h o d o l o g yw o r k i n gg r o u p ) 工作組，目前這個(gè)組織 先后推出了一些針對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備性能基準(zhǔn)測(cè)試r f c 文檔。但這些文檔基本都是針 對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的測(cè)試。f l u k e 、s n i f f e r 、安捷倫等網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀器面向一般用戶， 提供了測(cè)試網(wǎng)絡(luò)性能方面的參數(shù)的工具，但是都不是很系統(tǒng)。i e t f 的口 p e r f o r m a n c em e t r i c s ( r p p m ) 組在i p 網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層也做了不少工作。本文主要是將他 們?nèi)〉玫南嚓P(guān)成果和實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)測(cè)試經(jīng)驗(yàn)有機(jī)地組合起來，針對(duì)目前使用的最 廣的以太網(wǎng)制定了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能度量體系，更強(qiáng)調(diào)了實(shí)用性。這套性能度量體系 在工作近三年的網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試中被證明是有效的，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。本文還在 網(wǎng)絡(luò)性能度量中最關(guān)鍵的吞吐量測(cè)試方面作了很多工作，通過實(shí)驗(yàn)確定了吞吐量 測(cè)試中應(yīng)該使用的測(cè)試工具、測(cè)試數(shù)據(jù)包類型及數(shù)據(jù)包大小。 網(wǎng)絡(luò)傳輸模型是網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)價(jià)體系一個(gè)環(huán)節(jié)，自1 9 9 3 年 l e l a n d ，t a q q u ，w i l s o n 的論文指出網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)傳輸是自相似的，從那以后，自相似 成為數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)建模、性能分析的重要概念。此后近十年，許多國(guó)家的研究者對(duì)采 集自大量不同現(xiàn)代計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的業(yè)務(wù)流做出了嶄新的研究。這些研究提 供了充足的證據(jù)表明所測(cè)業(yè)務(wù)流具有自相似性。我們?cè)谕ㄟ^對(duì)實(shí)際的快速以太網(wǎng) 收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，認(rèn)為隨著高速網(wǎng)的發(fā)展，用自相似性模型來描述網(wǎng)絡(luò)已經(jīng) 不充分的，而多重分形模型能更好地描述實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)傳輸。 隨后，我們又描述了數(shù)字簽名的概念、主要的幾種類型以及幾種數(shù)字簽名的 安全分析。 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 最后，我們著重描述了代理數(shù)字簽名的概念、特性、主要分類以及幾種延伸。 使讀者讀后，對(duì)代理數(shù)字簽名有一個(gè)較完整、系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。本文還提出一種基于 橢圓曲線的新型代理簽名方案。隨后對(duì)幾種代理簽名方案的安全性進(jìn)行分析，指 出了目前的許多代理簽名方案不能抵御原始簽名偽造攻擊。我們?cè)诜治鲞@些方案 的基礎(chǔ)上，提出了一種能夠防止原始簽名偽造攻擊的新方案，這些方案具有更強(qiáng) 的安全性。 關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試：數(shù)字簽名；代理簽名 t h i sa r t i c l ed e s c r i b e si n s p e c t i o no fc o m p u t e rn e “v o r kp e r f o r m a n c e a n a l y s i so f n e t w o r kt r a f 矗cm o d e la n dr c s c a c ho f p r o x yd i g i t a ls i g n a t u r e n e t w o r kt e s t i n gc a ne n s u r et h a tn e t w o r ki sh i 【g hp e r f o r m a n c e h i g hr e l i a b i l i t y a n da v a i l a b i l i t y , i ti sm o r ea n dm o r ei m p o r t a n c ei n i pn e t w o r kb u i l d i n ga n d d e v e l o p m e n t b e f o r ey o uc a nt e s tan e t w o r k ，y o us h o u l dd e v e l o pas e to fs t a n d a r d m e t r i c sf o rn e t w o r k t h e s em e t r i c si si m p o r t a n tt h a tt h em e t r i c sn o tr e p r e s e n tav a l u e j u d g m e n t ( i e d e f i n e ”g o o d ”a n d ”b a d ”) ，b u tr a t h e rp r o v i d eu n b i a s e dq u a n t i t a t i v e m e a s u r e so f p e r f o r m a n c e f o rp e r h a p st h ef i r s tt i m ei nc o m m u n i c a t i o n sh i s t o r y ，n e t w o r k i n gs t a n d a r d sa n d c a b l i n gs t a n d a r d sh a v em e r g e di n t oac o h e s i v ea r c h i t e c t u r e t h ea m e r i c a nn a t i o n a l s t a n d a r d si n s t i t u t e ( a n s d ，t h ee l e c t r o n i c sh d 璐n ya s s o c i a t i o n ( e i a ) a n d t e l e c o m m u n i c a t i o n si n d u s t r ya s s o c i a t i o n ( t i a ) h a v ed e v e l o p e ds p e c i f i c a t i o n sf o r t h ec o m m e r c i a lb u i l d i n gt e l e c o m m u n i c a t i o n sc a b l i n gs t a n d a r d s t h er e v i s e ds e to f s t a n d a r d si sr e f e f r e dt oa sa n s i e i a t i a5 6 8 一a ，( e i a t i a5 6 8 - ao rs i m p l ye i a 5 6 8 - a ) ，a n di t se u r o p e a nc o u n t e r p a r ts t a n d a r di si s o i e ci 18 0 1 e i a t i a5 6 8 。aa n dr e l a t e ds t a n d a r d sd e f i n et h ei n s t a l l a t i o n p r a c t i c e s ， c e r t i f i c a t i o na n dt h ep h y s i c a la n de l e c t r i c a lc h a r a c t e r i s t i c sf o rs e v e r a lm e s at y p e s ， i n c l u d i n gt h r e et y p e so fu n s h i e l d e dt w i s t e dp a i r ( u t p ) ，o n et y p eo fs h i e l d e dt w i s t e d p a i r ( s t p ) a n db o t hm u 塒m o d ea n ds i n g l e - m o d ef i b e r t h ei n t e n to fe i a t a5 6 8 - a i st op r o v i d eag e n e t i cm e d i u mt h a ti sn o tn e t w o r ko ra p p l i c a t i o ns p e c i f i c i td e f i n e s v i r t u a l l ya l la s p e c t so f ag e n e r i cc a b l ep l a n tt h a tc a ns u p p o r tn e t w o r kt e c h n o l o g i e so r a p p l i c a t i o n sr e q u i r i n gac h a n n e lo fu pt o1 0 0m h zo fs p e c t r a lb 鋤d w i d t l l t h ei n t e n t o fe i a t i a5 6 8 bd e f i n e sa l la s p e c t so fag e n e r i cc a b l ep l a n tt h a tc a ns u p p o r tn e t w o r k t c c h o n o l o g i e sr e q u i r i n g tac h a n n e lo f u pt ol go r1 0gh zo f s p e c t r a lb a n d 麗d t h 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 b e n c h m a r k i n gm e t h o d o l o g yw o r k i n gg r o u p ( b m w g ) i saw o r k i n gg r o u po f t h e i n t e r a c te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e 四；嬰m a j o rg o a lo ft h eb e n c h m a r k i n g m e t h o d o l o g yw o r k i n gg r o u pi st om a k eas e r i e so fr e c o m m e n d a t i o n sc o n c e r n i n gt h e m e a s u r e m e n to ft h ep e r f o r m a n c ec h a r a c t e r i s t i c so fv a r i o u si n t e m e t w o r k i n g t e c h n o l o g i e s ；f u r t h e r , t h e s er e c o m m e n d a t i o n sm a yf o c u so nt h es y s t e m so rs e r v i c e s t h a ta r eb u i l tf r o mt h e s et e c h n o l o g i e s 1 1 1 ei p p mw gi sa l s oaw o r k i n gg r o u po f l e t f i t sg o a li st od e v e l o pas e to fs t a n d a r dm e t r i c st h a tc a nb ea p p l i e dt ot h eq u a l i t y , p e r f o r m a n c e ，a n dr e l i a b i l i t yo fi n t e r n e td a t ad e l i v e r ys e r v i c e s t h e s em e t r i c sw i l lb e d e s i g n e ds u c ht h a tt h e yc a nb ep e r f o r m e db yn e t w o r ko p e r a t o r s ，e n dn s e l s ，o r i n d e p e n d e n tt e s t i n gg r o u p s i ti si m p o r t a n tt h a tt h em e t r i c sn o tr e p r e s e n tav a l u e j u d g m e n t ( i e d e f i n e ”g o o d ”a n d ”b a d ”) ，b u tr a t h e rp r o v i d eu n b i a s e dq u a n t i t a t i v e m e a s u r e so f p e r f o n n a n c e s o m eo f m a n u f a c t u r e r , s u c ha sf l u k e ，s n f f e r , a g i l e n ta n ds oo n ，d e v e l o pn e t w o r k t e s t i n gi n s t r u m e n tw h o s eg o a l i sf o rt e s t i n go ft h ep h y s i c a ll a y e ra n dd a t al i n k l a y e r o f n e t w o r k w es t u d yt h e i rr e s e a c hf i n d i n g sa n dd e s i g nas e to fm e t r i c sf o rn e t w o r k ，i ti s p r o v e dt h a tt h e s em e t r i c si sv e r yp r i t i c a la n da v a i l a b l ei no u rn e t w o r kt e s t i n gr e s e a c h w eh a v ed o n er e s e a c h e so ne m p i r i c a lb u l kt r a n s f e rc a p a c i t y ( b t c ) m e t r i c s b u l k t r a n s p o r tc a p a c i t y ( b t c ) i sam e a s u r eo fan e t w o r k 。sa b i l i t yt ot r a n s f e rs i g n i f i c a n t q u a n t i t i e so f d a t aw i t has i n g l ec o n g e s t i o na w a r et r a n s p o r tc o n n e c t i o n ( e g ，t c p ) w e s t u d yo nh o w t oc h o i c et o o l sa n dt e s t i n gp a c k e t sf o rt e s t i n gb t c t h ed e v e l o p m e n to fr o b u s tn e t w o r k s ，i n c l u d i n gt h ei n t e r n e t d e p e n d sh e a v i l yo n t h em o d e l i n go ft h e s en e t w o r k s r e c e n tm e a s u r e si ne t h e m e tt r a f f i c ，b o t hl o c a la n d 謝d ea r e a ，h a v es h o w nt 1 1 a tn e t w o r kt r a f f i ci ss e l f - s i m i l a r o l d e rm o d e l s s u c h 弱 “p o i s s o n l i k e ”m o d e l s ，s u g g e s tt h a tn e t w o r kt r a f f i ci ss m o o t hw i t hp r e d i c t a b l eb u r s t s i n a c c u r a t em o d e l i n go fn e t w o r kt r a f f i cc a nl e a dt op e r f o r m a n c ep r o b l e m sa n dl o s so f m o n e y s e l f - s i m i l a rp r o c e s s e sa r er a d i c a l l yd i f f e r e n tf r o mt h ec u r r e n tm o d e l sf o r n e t w o r kt r a f f i c l e l a n da n dw i l s o nc o n t r a d i c tt h e s em o d e l sb ys h o w i n gt h a ta st h e n u m b e ro fu s e r sa n dt h ea m o u n to ft r a f f i ci n c r e a s e ，t h en e h ，o r kt r a f f i cb e c o m e sl e s s s m o o t ha n dm o r eb u r s t y n o w , s e l f - s i m i l a ri sab a s ec o n c e p t i o ni nd e s i g n i n gn e t w o r k 6 t r a f f i cm o d e la n dn e t w o r kp e r f o r m a n c ea n a l y s i s i ti sp r o v e db ya n a l y z i n gn e t w o r k d a t at h a tn e t w o r kt r a f f i ci sm u l t i f r a c t a la n ds e l f - s i m i l a ri sn o ta d e q u a t et od e s c r i b i n g n e t w o r kt r a f f i ci nf a s ts w i t c he t h e r n e t d i g i t a ls i g n a t u r e sa r eu s e dt od e t e c tu n a u t h o r i z e dm o d i f i c a t i o n st od a t aa n dt o a u t h e n t i c a t et h ei d e n t i t yo ft h es i g n a t o r y i na d d i t i o n ，t h er e c i p i e n to fs i g n e dd a t ac a n u s ead i g i t a ls i g n a t u r ei np r o v i n gt oat h i r d p a r t yt h a tt h es i g n a t u r ew a si nf a c t g e n e r a t e db yt h es i g n a t o r y t h i si sk n o w n a sn o n r e p u d i a t i o ns i n c et h es i g n a t o r yc a r l n o t ，a tal a t e rt i m e ，r e p u d i a t et h es i g n a t u r e n e x t ，w ed e s c r i b et h ec o n c e p t i o na n d c h a r a c t e r i s t i co fd i g i t a ls i g n a t u r e ，a n di n t r o d u c et h es e v e r a lt y p eo fd i g i t a ls i g n a t u r e ， a n da n a l y z et h es e c u r i t yo fs e v e r a ld i g i t a ls i g n a t u r es c h e m e s f i n a l l y , w ef u l l yd i s c u s st h ec o n c e p t i o n ，c h a r a c t e r i s t i c ，t y p e sa n dv a r i e t i e so f p r o x ys i g n a t u r e ，a n dp r o p o s ean e wp r o x ys i g n a t u r es c h e m eb a s e do ne l l i p t i cc u r v e n e x t ，w ea n a l y z et h es e c u r i t yo fs e v e r a lp r o x ys i g n a t u r es c h e m e s ，a n dp r o p o s ean e w p r o x ys i g n a t u r et h a ti ss e c b r eg a i n s tt h eo r i g i n a ls i g n e r sf o r g e r y k e yw o r d s ：i n s p e c t i o no fn e t w o r kp e r f o r m a n c e ；d i g i t a ls i g n a t u r e ； p r o x ys i g n a t u r e 7 1 1 引言 第一章緒論 隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)滲透到人們生活的各個(gè)方面，電子 商務(wù)和電子政務(wù)的開展，更使人們的社會(huì)生活產(chǎn)升了巨大改變，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為我 們生活上不可或缺的一部分。但是，隨著i p 應(yīng)用的深入，網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模越來越大、 組成網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備越來越復(fù)雜、在網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行的軟件系統(tǒng)越來越龐大、網(wǎng)絡(luò)承載的 業(yè)務(wù)越來越多使得i p 網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)、維護(hù)和故障診斷面臨著巨大的挑戰(zhàn)。 網(wǎng)絡(luò)測(cè)試是保證網(wǎng)絡(luò)高性能、高可靠性和高可用率的基本手段，它在i p 網(wǎng)絡(luò) 建設(shè)和發(fā)展中的重要意義正得到日益廣泛的認(rèn)可。進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)測(cè)試，必須首先制定 網(wǎng)絡(luò)性能度量和性能評(píng)估規(guī)范，制定網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)體系對(duì)于規(guī)范網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)，保護(hù) 用戶網(wǎng)絡(luò)投資有積極的促進(jìn)作用。 網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試可以分為被動(dòng)測(cè)試和主動(dòng)測(cè)試。被動(dòng)測(cè)試就是用儀表監(jiān)測(cè)網(wǎng) 絡(luò)中的數(shù)據(jù)，通過分析采集到的數(shù)據(jù)判斷網(wǎng)絡(luò)性能狀況。被動(dòng)測(cè)試在不影響網(wǎng) 絡(luò)正常工作的情況下測(cè)試。主動(dòng)測(cè)試通過向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送特定的數(shù)據(jù)包來分析網(wǎng)絡(luò) 系統(tǒng)的性能。不論是被動(dòng)測(cè)試還是主動(dòng)測(cè)試，都需從網(wǎng)絡(luò)中采集數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)是一 個(gè)很復(fù)雜的系統(tǒng)，通常人們把網(wǎng)絡(luò)分為不同的層次予以簡(jiǎn)化。在網(wǎng)絡(luò)測(cè)試中，我們 可以把網(wǎng)絡(luò)分為4 個(gè)不同的層次：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。i p 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能測(cè)試應(yīng)該分別針對(duì)物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行。對(duì)于如以 太網(wǎng)，物理層的測(cè)試包括碰撞分析、錯(cuò)誤統(tǒng)計(jì)和是否有隨機(jī)能量、無格式的幀等， 數(shù)據(jù)鏈路層的測(cè)試包括流量分析、錯(cuò)誤幀( f c s 錯(cuò)誤幀、長(zhǎng)幀、短幀和延遲碰撞) 統(tǒng)計(jì)等，網(wǎng)絡(luò)層的測(cè)試包括響應(yīng)時(shí)間測(cè)試、網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議分析、i p 路由分析等。 同時(shí)，隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，全球信息化已成為人類發(fā)展的大趨勢(shì)。 由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)具有聯(lián)結(jié)形式多樣性、終端分布不均勻性和網(wǎng)絡(luò)的開放性、互連 性等特征，致使網(wǎng)絡(luò)易受黑客、怪客、惡意軟件和其他不軌行為的攻擊。所以網(wǎng) 上信息的安全和保密是一個(gè)至關(guān)重要的問題，對(duì)政府上網(wǎng)、電子商務(wù)、網(wǎng)絡(luò)支付 等尤為重要。目前，公鑰基礎(chǔ)設(shè)簏( p k i ，p u b l i ck e yi n f r a s t r u c t u r e ) 已經(jīng) 成為廣泛接受的信息網(wǎng)絡(luò)安全體系，p k i 系統(tǒng)的核心是認(rèn)證中心( c a ) ，其中心 作用是發(fā)放、管理數(shù)字證書，而發(fā)放、管理數(shù)字證書的關(guān)鍵技術(shù)即是數(shù)字簽名。 數(shù)字簽名可以解決否認(rèn)、偽造、篡改及冒充等問題。具體要求：發(fā)送者事后不能 否認(rèn)發(fā)送的報(bào)文簽名；接收者能夠核實(shí)發(fā)送者發(fā)送的報(bào)文簽名；接收者不能偽造 發(fā)送者的報(bào)文簽名；接收者不能對(duì)發(fā)送者的報(bào)文進(jìn)行部分篡改：網(wǎng)絡(luò)中的某一用 戶不能冒充另一用戶作為發(fā)送者或接收者。數(shù)字簽名的應(yīng)用范圍十分廣泛，在保 障電子數(shù)據(jù)交換的安全性上是一個(gè)突破性的進(jìn)展。 總之。數(shù)字簽名是認(rèn)證的主要手段之一，也是現(xiàn)代密碼學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容之 一。數(shù)字簽名是日常生活中手寫簽名的數(shù)字對(duì)應(yīng)物，它的主要功能是實(shí)現(xiàn)用戶對(duì) 數(shù)字形式存放消息的認(rèn)證。 在日常生活中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)委托別人代替自己簽名的事情，與此相應(yīng)的電子 對(duì)應(yīng)物便是所謂的代理數(shù)字簽名。這種簽名體制在很多領(lǐng)域中有著廣泛應(yīng)用。一 般來講代理數(shù)字簽名方案應(yīng)能滿足基本的不可偽造性、代理簽名的不可偽造性、 代理簽名的可區(qū)分性和不可抵賴性。代理簽名的內(nèi)容十分豐富，有基于離散對(duì)數(shù) 問題、基于素因子分解問題和基于橢圓曲線的代理簽名體制，有多重代理簽名體 制，盲代理簽名體制，門限代理簽名體制，以及多級(jí)代理數(shù)字簽名。 1 2 本文結(jié)果 本文主要圍繞網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試、網(wǎng)絡(luò)傳輸模型分析、代理簽名等做了一些研究 工作。 網(wǎng)絡(luò)測(cè)試是保證網(wǎng)絡(luò)高性能、高可靠性和高可用率的基本手段，它在i p 網(wǎng)絡(luò) 建設(shè)和發(fā)展中的重要意義正得到日益廣泛的認(rèn)可。進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)測(cè)試，必須首先制定 網(wǎng)絡(luò)性能度量和性能評(píng)估規(guī)范，制定網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)體系對(duì)于規(guī)范網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)，保護(hù) 用戶網(wǎng)絡(luò)投資有積極的促進(jìn)作用。 在綜合布線方面，e i a 、o s i 等國(guó)際組織推出了e i a t i a5 6 8 、t s b 6 7 和 i s 0 1 1 8 0 1 。這方面的標(biāo)準(zhǔn)及線纜性能度量已經(jīng)很成熟，2 0 0 2 年推出的e i a t i a 5 6 8 b 定義了6 類雙絞線，己完全滿足千兆甚至萬兆網(wǎng)絡(luò)的需求。 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能度量方面的研究相對(duì)比較較少。i e t f 有個(gè)b m w g ( b e n c h m a r k i n gm e t h o d o l o g yw o r k i n gg r o u p ) 工作組，目前這個(gè)組織先后推出 了以下r f c 文檔： r f c1 2 4 2 ：b e n c h m a r k i n gt e r m i n o l o g yf o rn e t w o r ki n t e r e o n n e c t i o nd e v i c e s r f c 2 2 8 5 ：b e n c h m a r k i n gt e r m i n o l o g yf o rl a ns w i t c h i n gd e v i c e s r f c2 4 3 2 ：t e r m i n o l o g yf o ri pm u l t i c a s tb e n c h m a r k i n g r f c 2 5 4 4 ：b e n e h m a r k i n gm e t h o d o l o g yf o rn e t w o r ki n t e r c o n n e c td e v i c e s 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 r f c2 6 4 7 ：b e n c h m a r k i n gt e r m i n o l o g yf o rf i r e w a l lp e r f o r m a n c e 這些文檔基本都是針對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的測(cè)試。f l u k e 、s n i f f e r 、安捷倫等網(wǎng)絡(luò) 測(cè)試儀器面向一般用戶，提供了測(cè)試網(wǎng)絡(luò)性能方面的參數(shù)的工具，但是不很系統(tǒng)。 i e t f 的i pp e r f o r m a n c em e t r i c so p p m ) 組在i p 網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層度量方面做了不少工 作。本文主要是將他們?nèi)〉玫南嚓P(guān)成果和實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)測(cè)試經(jīng)驗(yàn)有機(jī)地組合起來， 針對(duì)目前使用的最廣的以太網(wǎng)制定了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能度量體系，更強(qiáng)調(diào)了實(shí)用性。 這套性能度量體系在我們作近三年的網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試中被證明是有效的，具有較強(qiáng) 的實(shí)用性。本文還在網(wǎng)絡(luò)性能度量中最關(guān)鍵的吞吐量測(cè)試方面作了很多工作，通 過實(shí)驗(yàn)確定了吞吐量測(cè)試中應(yīng)該使用的測(cè)試工具、測(cè)試數(shù)據(jù)包類型及數(shù)據(jù)包大 小。同時(shí)網(wǎng)絡(luò)傳輸模型是網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)價(jià)體系一個(gè)環(huán)節(jié)，t l1 9 9 3 年 l e l a n d ，t a q q u ，w i l s o n 的論文指出網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)傳輸是自相似的，從那以后，自相似 成為數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)建模、性能分析的重要概念。此后近十年，許多國(guó)家的研究者對(duì)采 集自大量不同現(xiàn)代計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的業(yè)務(wù)流做出了嶄新的研究。這些研究提 供了充足的證據(jù)表明所測(cè)業(yè)務(wù)流具有自相似性。我們?cè)谕ㄟ^對(duì)實(shí)際的快速以太網(wǎng) 收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，認(rèn)為隨著高速網(wǎng)的發(fā)展，用自相似性模型來描述網(wǎng)絡(luò)已經(jīng) 不充分，而多重分形模型能更好地描述實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)傳輸。 隨后，我們描述了代理數(shù)字簽名的概念、特性，著重介紹了基于離散對(duì)數(shù)問 題、基于素因子分解問題和基于橢圓曲線的代理簽名體制。在廣泛討論已有的典 型代理簽名方案的基礎(chǔ)上，提出一種基于橢圓曲線的新型代理簽名方案，并對(duì)該 方案的安全性進(jìn)行了分析。本文還對(duì)其他的幾種代理簽名方案的安全性進(jìn)行了理 論分析，指出了這些代理簽名方案不能抵御原始簽名偽造攻擊。在分析這些方案 的基礎(chǔ)上，我們提出了一種能夠防止原始簽名偽造攻擊的新方案，該方案在不降 低效率的前提下具有更強(qiáng)的安全性。 第二章網(wǎng)絡(luò)性能度量 網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)很復(fù)雜的系統(tǒng)，通常人們把網(wǎng)絡(luò)分為不同的層次予以簡(jiǎn)化。在網(wǎng)絡(luò) 測(cè)試中，我們可以把網(wǎng)絡(luò)分為4 個(gè)不同的層次：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和 應(yīng)用層。i p 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能測(cè)試應(yīng)該分別針對(duì)物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層進(jìn) 行。我們將在本章的其余部分討論物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層性能指標(biāo)體系。 2 1 物理層 首先，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)是由線纜、接口卡、網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備、主機(jī)構(gòu)成的。而一 個(gè)網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行，綜合布線合格是最起碼的要求，也是最容易出現(xiàn)問題的 地方。這部分的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)工作進(jìn)展一直比較順利，目前的主要國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)是 a n s i e i a t i a 5 6 8 、t s b - 6 7 和歐洲的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)i s 0 1 1 8 0 1 。針對(duì)不同的線纜類型和 線纜類別，有不同的參數(shù)。例如對(duì)于非屏蔽雙絞線超五類標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)如下： ( i ) 接線圖；每一終端的引腳和安裝連接是否有錯(cuò)誤。接線圖必須按照 e i a t i a 5 6 8a b 壓接，電纜兩端要求采用相同的標(biāo)準(zhǔn)。 ( 2 ) 長(zhǎng)度：電纜端到端的長(zhǎng)度：對(duì)于基本鏈路( b a s i cl i n k ) ，極限值是9 4 米， 對(duì)于通道鏈路( c h a n n e ll i n k ) ，極限值是i 0 0 米。 ( 3 ) 衰減：信號(hào)通過一段線路之后，其幅度減小的程度。單位是分貝( d b ) 。 ( 4 ) 近端串?dāng)_：規(guī)定頻率的信號(hào)從一對(duì)雙絞線輸入時(shí)在同一端的另外一對(duì)雙絞 線上信號(hào)的感應(yīng)程度，測(cè)量單位是分貝( d b ) 。 ( 5 ) 綜合近端串?dāng)_：其它三對(duì)雙絞線對(duì)另外一對(duì)雙絞線的干擾。 ( 6 ) 特性阻抗：特性阻抗包括電阻及電感阻抗和電容阻抗。特性阻抗是電纜及 相關(guān)連接硬件組成的傳輸通道的主要特性。 ( 7 ) 傳輸時(shí)延：信號(hào)從電纜一端到電纜另外一端所需要的時(shí)間。 ( 8 ) 時(shí)延偏離：電纜不同線對(duì)之間時(shí)延的時(shí)間差值。 ( 9 ) 回波損耗：衡量信道阻抗一致性的參數(shù)。 ( i o ) 衰減串?dāng)_比：計(jì)算每個(gè)電纜繞對(duì)的各種組合的衰減串?dāng)_比。 ( 1 i ) 綜合衰減串?dāng)_比：表示每一電纜繞對(duì)的衰減和其他電纜繞對(duì)對(duì)其串?dāng)_的比 值。 ( 1 2 ) 等效遠(yuǎn)端串?dāng)_：每一電纜繞對(duì)的遠(yuǎn)端串?dāng)_和衰減的比。 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 ( 1 3 ) 綜合等效遠(yuǎn)端串?dāng)_：表示每一電纜繞對(duì)被其他電纜繞對(duì)綜合遠(yuǎn)端串?dāng)_的影 響。 2 2 數(shù)據(jù)鏈路層 在以太網(wǎng)環(huán)境下，我們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)的實(shí)際測(cè)試和管理維護(hù)中，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的利用率、 網(wǎng)絡(luò)碰撞率、網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)誤率、延遲碰撞、網(wǎng)絡(luò)廣播率、網(wǎng)絡(luò)中各網(wǎng)段的負(fù)載均衡、 地址解析等對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀況有很好的指示作用，有利于網(wǎng)絡(luò)異常情況 和網(wǎng)絡(luò)正常情況的對(duì)比。 ( 1 ) 網(wǎng)絡(luò)的利用率：網(wǎng)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)占用網(wǎng)絡(luò)帶寬的百分比。我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)網(wǎng) 絡(luò)的利用率平均值達(dá)到4 0 ，網(wǎng)絡(luò)性能急速下降。因此一個(gè)正常的網(wǎng)絡(luò)利用率 的平均值不應(yīng)超過4 0 ，不得有超過7 0 的持續(xù)峰值。 ( 2 ) 網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)誤率：碰撞幀占總數(shù)據(jù)幀的百分比。當(dāng)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)過多的錯(cuò)誤 幀時(shí)，將嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)的性能。通過對(duì)錯(cuò)誤幀的分析，有時(shí)可以找到錯(cuò)誤幀的來 源，解決網(wǎng)絡(luò)的故障。例如在發(fā)現(xiàn)某個(gè)網(wǎng)段的c r c 錯(cuò)誤包很多，很可能是網(wǎng)絡(luò)設(shè) 備不匹配等原因造成的。 ( 3 ) 廣播率：廣播幀占總數(shù)據(jù)幀的百分比。如果廣播包太多，因?yàn)閺V播包流 向網(wǎng)絡(luò)上的所有接點(diǎn)，所以他們發(fā)送碰撞沖突的概率很高。因此，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中應(yīng) 該盡量避免廣播風(fēng)暴。 ( 4 ) 延遲碰撞：幀的前6 4 個(gè)字節(jié)發(fā)送后發(fā)生的碰撞。如果發(fā)現(xiàn)有延遲碰撞， 很可能是由于網(wǎng)絡(luò)違反了i e e e 8 0 2 3 規(guī)范。 ( 5 ) 網(wǎng)絡(luò)碰撞率：碰撞幀占總數(shù)據(jù)幀的百分比。如果碰撞太多，將使網(wǎng)絡(luò)效 率變得極低。 ( 6 ) 地址解析表：第二層網(wǎng)絡(luò)地址同第三層網(wǎng)絡(luò)地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系表。在網(wǎng)絡(luò) 故障定位時(shí)，是很有用的。 3 數(shù)據(jù)鏈路層測(cè)試的局限性 最初我們認(rèn)為通過收集實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，研究網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行重要參數(shù)的數(shù)值范 圍，便可以完成網(wǎng)絡(luò)測(cè)試。但在網(wǎng)絡(luò)實(shí)際的檢測(cè)中，發(fā)現(xiàn)只進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈路層測(cè)試 很難解決以下問題： a ) 子網(wǎng)的劃分是否正確 b ) 網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)包的丟失情況 c ) 路由設(shè)置問題 d ) 網(wǎng)絡(luò)的擁塞控制能力 e ) 端到端的吞吐量 而這些方面對(duì)于考察一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和性能是必不可少的。例如，一個(gè)網(wǎng) 絡(luò)，端到端的吞吐量是用戶最為關(guān)心的。對(duì)于許多應(yīng)用而言，吞吐量支配了整 個(gè)應(yīng)用的持續(xù)時(shí)間，這決定了用戶能夠感覺到的性能。但通過統(tǒng)計(jì)分析的手段很 難檢測(cè)出端到端的吞吐量 2 4 網(wǎng)絡(luò)性能基準(zhǔn)測(cè)試 網(wǎng)絡(luò)性能基準(zhǔn)測(cè)試的測(cè)試對(duì)象主要是在網(wǎng)絡(luò)層。 2 4 1 連通性 引入連通性 3 4 1 1 3 6 】，可以檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)的連通狀況，可以檢測(cè)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng) 劃分情況，能夠發(fā)現(xiàn)路由設(shè)置問題。通過連通性測(cè)試還可以測(cè)試防火墻或路由器 過濾等問題，這些是很難用其它方式測(cè)試出來的。在連通性的定義中，沒有指明 某個(gè)特定的類型，而是使用一個(gè)p 類型，它是根據(jù)路徑的實(shí)際情況定義的。如果 在測(cè)試防火墻時(shí)，p i n g ( i c m p ) 數(shù)據(jù)包類型可能不能通過防火墻，而h t t p 數(shù) 據(jù)包則可以通過。我們認(rèn)為以下方法測(cè)試連通性是有效的。 ( 1 ) 連通性的測(cè)量方法 這里我們描繪了估計(jì)“p 1 p 2 類型暫時(shí)通性”的方法。它是一組而不是單個(gè)方 法，因?yàn)樗奶匦砸蕾嚺c類型p l 和p 2 。 輸入： 類型p i 、p 2 ，地址a 1 、a 2 ，時(shí)間間隔i t ，t + d t 。 n ，判斷連通性發(fā)送的數(shù)據(jù)包的數(shù)量。 ，等待時(shí)間，限制等待回應(yīng)數(shù)據(jù)的時(shí)問 要求：w = 2 5 5 ，d t ) w 。 推薦值 d t = 6 0 秒 , r = 1 0 秒 n = 2 0 個(gè)數(shù)據(jù)包 算法： s t e p l 計(jì)算n 一發(fā)送時(shí)間，應(yīng)隨機(jī)的均勻地分布在 t ，t + d t w 區(qū)間內(nèi) s t e p 2 在每次發(fā)送時(shí)間時(shí)，發(fā)送一個(gè)從a 1 到a 2 的數(shù)據(jù)類型為p 1 的封裝齊全的數(shù) 據(jù)包 s t e p 3 檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)接收信息，判斷是否有一個(gè)回應(yīng)數(shù)據(jù)包被接收。這樣做的細(xì)節(jié) 將依賴與類型p 1 ，p 2 ，將在下面討論。如果任何成功的回應(yīng)都收到，測(cè)量值為 “t r u e ”，這時(shí)測(cè)量結(jié)束。 如果在時(shí)間t + d t 內(nèi)沒有成功的回應(yīng)，則測(cè)量值為“f a l s e ” 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 ( 2 ) 泊松取樣 我們經(jīng)過研究，在取樣時(shí)，使用泊松取樣是有效的。 取樣的主要原因主要用來看測(cè)量的度量中存在什么類型的變差和密度。這些 變差可能是與網(wǎng)絡(luò)的不同點(diǎn)或不同的測(cè)量時(shí)間有關(guān)。一個(gè)平常的收集樣本的方法 是在固定數(shù)量的時(shí)間里單獨(dú)進(jìn)行測(cè)量：周期取樣。周期取樣是特別吸引人的，因 為它簡(jiǎn)單，但是有兩個(gè)潛在的問題： a ) 如果要檢測(cè)的度量自身展現(xiàn)為周期行為，很可能出現(xiàn)：取樣所觀測(cè)到只是 其周期行為的一部分，正和周期相一致。如果存在機(jī)制通過一個(gè)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的行為 可臨時(shí)改變?nèi)?，取樣只能看到修改行為，可預(yù)言的取樣的易受操作的影響。 b ) 重復(fù)周期性擾亂可能使網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入一個(gè)同步狀態(tài)，放大了可能是個(gè)別很小的 影響。 一個(gè)更合理的途徑是基于隨機(jī)取樣：樣本被獨(dú)立的、隨機(jī)產(chǎn)生的間隔所分離。 隨機(jī)取樣帶來了顯著的好處，因?yàn)槿硬皇前l(fā)生在固定的時(shí)間間隔內(nèi)。而泊松取 樣能夠很好地滿足上面的要求。如果g ( t ) 是一個(gè)具有比率五的指數(shù)分布，可以 證明是 g ( t 、= l p 一“ 產(chǎn)生的一個(gè)新的樣本的到達(dá)是不可預(yù)料的。更進(jìn)一步，即使是取樣行動(dòng)影響 了網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，也是漸進(jìn)無偏差的。這種取樣稱為泊松取樣。它不傾向于產(chǎn)生同步。 它可以用來精確的收集具有周期行為的測(cè)量值。它是不傾向于預(yù)期什么時(shí)候一個(gè) 新的樣本發(fā)生的操作。 因?yàn)檫@些有用的屬性，因此用泊松取樣來收集網(wǎng)絡(luò)測(cè)量樣本更合理。 最純粹的形式，泊松取樣是通過產(chǎn)生獨(dú)立的指數(shù)分布的時(shí)間間隔和收集每個(gè) 間隔持續(xù)時(shí)間內(nèi)的單個(gè)測(cè)量值來完成的。它展示出：如果在某個(gè)時(shí)間t ，在時(shí)間 間隔d t 內(nèi)執(zhí)行泊松取樣，在整個(gè)有n 個(gè)測(cè)量值構(gòu)成的總合，這些測(cè)量值將均勻地 分布在時(shí)間間隔 t ，t + d t 內(nèi)。所以，另一種指導(dǎo)泊松取樣的途徑是選擇d t 和n ， 并產(chǎn)生n 個(gè)隨機(jī)取樣時(shí)間均勻地分布在時(shí)間間隔【t ，t + d t 】?jī)?nèi)。 因此按照泊松過程定義的樣本既避免了自同步的影響，也捕獲了一個(gè)具有 統(tǒng)計(jì)的盡可能無偏的樣本。泊松過程是用來確定度量的測(cè)量時(shí)間。既然它們受網(wǎng) 絡(luò)影響，一個(gè)測(cè)試包不是依照泊松分布到達(dá)d s t ，響應(yīng)數(shù)據(jù)包也不是依照泊松分 布到達(dá)s r c 。它和網(wǎng)絡(luò)傳輸模型的自相性是不矛盾的。 ( 3 ) p 類型的數(shù)據(jù)包 許多度量的基本屬性是一個(gè)依賴于測(cè)量用數(shù)據(jù)包類型的度量值?？紤]一個(gè)連 通性度量：可能會(huì)得到不同的結(jié)果，這依賴于是否某人測(cè)試用數(shù)據(jù)發(fā)到一個(gè)眾所 周知的端口上，還是不加限制的u d p 端口，或使用無效的i p 校驗(yàn)碼，或t l l 等于1 6 ， 例如。在有些環(huán)境下，這些區(qū)別是很有趣的。因?yàn)檫@種差別，我們引入了數(shù)據(jù)類 型p 這個(gè)一般性概念，這里的p 下文將明確地定義，部分定義，或離開通用性。這 樣，我們可以討論普通的p 類型連通性或更具體的i p - 端口一h t t p - 連通性，一些度 量和方法論可能大量使用類型p 的定義來定義，然后在實(shí)際測(cè)量時(shí)，實(shí)際類型再 作具體定義。 只要一個(gè)度量的值依賴于數(shù)據(jù)包的類型，度量的名字應(yīng)該包括定義的類型或 前綴p 類型。這樣我們不定義連通性，而是p 類型連通性，并且或者，是“i p 端1 ：3 h t t p 連通性”度量。這種命名約定起到了一個(gè)重要的提示：必須有意識(shí)地選擇測(cè) 量用的合適類型的數(shù)據(jù)包。 2 4 2 延遲 引入路徑上的延遲 3 5 3 7 的原因如下： 幻如果端到端的主機(jī)間的延遲與某個(gè)域值相差很大，許多應(yīng)用程序不能很 好的執(zhí)行。 b ) 延遲的不確定變化使得支持許多實(shí)時(shí)應(yīng)用變得困難或不可能。 c ) 延遲越大，對(duì)于傳輸層的協(xié)議支持高帶寬變得越困難。 d ) 延遲的最小值提供一個(gè)只歸因于傳播和傳輸?shù)难舆t的指示。 e 1 延遲的最小值提供一個(gè)當(dāng)穿越的路徑是低負(fù)載情況下所經(jīng)歷的延遲的 指示 0 大于最小值的延遲表示路徑上存在阻塞。 通過測(cè)試一條路徑的延遲可以發(fā)現(xiàn)一些設(shè)置不很正確的路由。例如如果延 遲過大，有可能是路由設(shè)置有問題。當(dāng)然，延遲過大也很可能是由網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)擁 塞造成的。因此延遲可以很好的體現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的擁塞控制能力。我們?cè)谘舆t測(cè)試中發(fā) 現(xiàn)多數(shù)路徑的延遲都小于3 m s ，在極小的情況下，延遲很大，這清楚地表明網(wǎng)絡(luò) 發(fā)生擁塞或發(fā)生了碰撞。一般一條交換設(shè)備的路徑上的延遲起伏不大，而一條經(jīng) 過共享式設(shè)備的路徑在網(wǎng)絡(luò)利用率較高的時(shí)候，延遲之間的差別也比較大。同時(shí) 我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)延遲的中值能更好地指示現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)擁塞程度或網(wǎng)絡(luò)的碰 撞率。在往返延遲中，除了來回路徑上的延遲外，還包括設(shè)備的響應(yīng)時(shí)間。設(shè)備 的響應(yīng)時(shí)間，特別是服務(wù)器的響應(yīng)時(shí)間，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的性能也是很大的。 我們經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，以下方法論測(cè)試延