基于信息安全的三網(wǎng)融合的網(wǎng)絡(luò)開銷優(yōu)化方法與策略

◆冀 鳴 朱 江 楊志成 曹 雄

（廣東凱通科技股份有限公司 廣東 510000）

基于信息安全的三網(wǎng)融合的網(wǎng)絡(luò)開銷優(yōu)化方法與策略

◆冀 鳴 朱 江 楊志成 曹 雄

（廣東凱通科技股份有限公司 廣東 510000）

電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的融合發(fā)展實現(xiàn)了三種網(wǎng)絡(luò)的資源共享等服務(wù)。信息安全問題在三網(wǎng)融合過程中引起了廣泛關(guān)注?；谛畔踩木W(wǎng)絡(luò)開銷優(yōu)化既要考慮到了信息的安全性又要考慮到了網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能等問題，有利于降低三網(wǎng)融合下的運營成本，提高信息傳輸質(zhì)量。本文首先介紹了三網(wǎng)融合所面臨的信息安全問題，總結(jié)了不同網(wǎng)絡(luò)的特點，針對不同網(wǎng)絡(luò)的特點提出基于信息安全的網(wǎng)絡(luò)開銷優(yōu)化方法與發(fā)展策略。

信息安全；三網(wǎng)融合；網(wǎng)絡(luò)開銷優(yōu)化

0 引言

三網(wǎng)融合指電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)在寬帶通信網(wǎng)、數(shù)字電視網(wǎng)、下一代互聯(lián)網(wǎng)演進過程中，其技術(shù)功能趨于一致，業(yè)務(wù)范圍趨同，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通、資源共享，能為用戶提供語音、數(shù)據(jù)和廣播電視等多種服務(wù)[1]。在現(xiàn)階段它并不意味著電信網(wǎng)、計算機網(wǎng)和有線電視網(wǎng)三大網(wǎng)絡(luò)的物理合一，而主要是指高層業(yè)務(wù)應(yīng)用的融合。其表現(xiàn)為技術(shù)上趨向一致，網(wǎng)絡(luò)層上可以實現(xiàn)互聯(lián)互通，形成無縫覆蓋，業(yè)務(wù)層上互相滲透和交叉，應(yīng)用層上趨向使用統(tǒng)一的 IP協(xié)議，在經(jīng)營上互相競爭、互相合作，朝著向人類提供多樣化、多媒體化、個性化服務(wù)的同一目標逐漸交匯在一起，行業(yè)管制和政策方面也逐漸趨向統(tǒng)一。三大網(wǎng)絡(luò)通過技術(shù)改造，能夠提供包括語音、數(shù)據(jù)、圖像等綜合多媒體的通信業(yè)務(wù)。

三網(wǎng)融合過程中的信息安全問題主要包括網(wǎng)絡(luò)安全和內(nèi)容安全。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，互聯(lián)網(wǎng)相對與電信網(wǎng)和廣播電視網(wǎng)來說，最大特征是業(yè)務(wù)與承載網(wǎng)絡(luò)的分離，所以傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中互聯(lián)網(wǎng)面對的安全問題較為復(fù)雜，但又是因為如此，互聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)容提供商在信息安全方面有一定的經(jīng)驗和抗擊能力，這是電信網(wǎng)和廣播電視網(wǎng)所薄弱的方面。相對于互聯(lián)網(wǎng)，傳統(tǒng)電信網(wǎng)所面臨的安全問題較少。三網(wǎng)融合后，電信網(wǎng)將面臨不能明確識別承載網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容，業(yè)務(wù)實名推廣的問題。而廣播電視網(wǎng)傳統(tǒng)面臨的問題更多是信號被干擾和劫持的信息安全問題。

三網(wǎng)高層業(yè)務(wù)應(yīng)用等的融合和互聯(lián)互通將對網(wǎng)絡(luò)開銷有一定的影響。合理運用好三網(wǎng)的內(nèi)容傳輸與分配將能夠提高網(wǎng)絡(luò)承載能力，減少網(wǎng)絡(luò)的開銷，達到網(wǎng)絡(luò)性能的優(yōu)化。但在信息安全的問題下，網(wǎng)絡(luò)開銷的優(yōu)化并不能只考慮三網(wǎng)的業(yè)務(wù)分流，還要結(jié)合網(wǎng)絡(luò)的特點來進行分析。在安全問題下，信息的流向與經(jīng)過的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點將變得重要。三網(wǎng)融合的網(wǎng)絡(luò)開銷優(yōu)化需要考慮特定的信息需要經(jīng)過特點節(jié)點或者必須不能經(jīng)過某些節(jié)點這一類的信息安全需求。

三網(wǎng)融合是信息化發(fā)展的方向，已經(jīng)大量的相關(guān)技術(shù)和管理的研究在進行中。三網(wǎng)融合背景下國內(nèi)電信運營商IPTV業(yè)務(wù)發(fā)展和下一代廣播電視網(wǎng)(NGB) 的構(gòu)建都是發(fā)展的重要內(nèi)容[2][3][4]。三網(wǎng)融合下的信息安全問題主要有網(wǎng)絡(luò)安全和信息內(nèi)容安全，[5][6]中分析了三網(wǎng)中信息內(nèi)容安全問題，提出了信息安全的發(fā)展建議，包括加強信息包的檢測技術(shù)和加大網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管系統(tǒng)投入力度以及完善知識產(chǎn)權(quán)等。三網(wǎng)融合過程中的網(wǎng)絡(luò)問題也受到研究者的關(guān)注。[7]中基于微分方程分析了三網(wǎng)融合過程中的演化模型，并基于模型對三張網(wǎng)絡(luò)的用戶比例變化評估網(wǎng)絡(luò)融合過程中的特點。[8]中提出了三網(wǎng)融合過程中的光纖到戶（FTTH）網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和基于IPACT方法的DBA算法在EPON上采用動態(tài)帶寬分配，論述了FTTH技術(shù)方案具有技術(shù)可行性和較低建網(wǎng)成本。[9]從電氣信息層面討論了多種融合網(wǎng)絡(luò)傳輸性能的優(yōu)化方案，主要關(guān)注傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的特點應(yīng)用不同協(xié)議的優(yōu)點來支持網(wǎng)絡(luò)融合。[10]基于GLOBS 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分析了路由優(yōu)化技術(shù)，討論了三網(wǎng)融合下的“路由層+ 全光傳輸層”雙層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的路由優(yōu)化方案。

1 網(wǎng)絡(luò)特征和信息安全問題分析

電信網(wǎng)和廣播電視網(wǎng)在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中主要負責承載固定的業(yè)務(wù)，互聯(lián)網(wǎng)區(qū)別于前兩者就在于其承載網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的分離。因此，互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)面臨的安全問題較前兩者復(fù)雜得多。信息安全主要包括網(wǎng)絡(luò)安全和信息內(nèi)容安全。以下為三種網(wǎng)絡(luò)的特征和其信息安全方面所面臨的問題。

1.1 電信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)特征和面臨的信息安全問題

傳統(tǒng)電信網(wǎng)主要指有線網(wǎng)絡(luò)，主要為窄帶電信網(wǎng)，有以下的特征[6]：（1）由運營商集中負責和管理設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)相對來說比較封閉，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不易被外界攻擊；（2）帶寬較窄，用戶終端能力單一，實施惡意行為技術(shù)成本較高；（3）網(wǎng)絡(luò)消息可以溯源，發(fā)生的網(wǎng)絡(luò)安全問題可以來源。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展、移動上網(wǎng)的普及，電信網(wǎng)面臨安全問題會更為復(fù)雜。隨著4G、5G的發(fā)展，越來越多的用戶使用移動設(shè)備訪問電信網(wǎng)絡(luò)。寬帶化、IP化后的電信網(wǎng)發(fā)展將引入互聯(lián)網(wǎng)的開放性，也就同時具有了互聯(lián)網(wǎng)的信息安全問題。

1.2 廣播電視網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)特征和面臨的信息安全問題

傳統(tǒng)廣播電視網(wǎng)的信息傳播主要有以下幾個環(huán)節(jié)：電視臺制作和播出、衛(wèi)星傳送、電視臺插轉(zhuǎn)、微波或有線電視網(wǎng)絡(luò)的傳送、用戶電視的接收等。它具有以下的特征：（1）網(wǎng)絡(luò)對實時性要求高，要求網(wǎng)絡(luò)時延小；（2）對網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性要求高；（3）采用衛(wèi)星傳送方式，轉(zhuǎn)發(fā)器的上行頻率和技術(shù)參數(shù)都是公開易受非法信號干擾和覆蓋。

三網(wǎng)融合提出的下一代廣播電視網(wǎng)（NGB）是結(jié)合廣播電視網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢。隨著網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的升級，網(wǎng)絡(luò)管理監(jiān)控技術(shù)的提升，有線電視網(wǎng)絡(luò)的光纜化改造等都有利于避免網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男畔⒈环欠ú宀サ绕茐?。廣播電視網(wǎng)仍面臨的衛(wèi)星信號被干擾、播出內(nèi)容篡改等問題，需要進行播出內(nèi)容監(jiān)控。傳統(tǒng)廣播電視網(wǎng)不具有開放性，相對于互聯(lián)網(wǎng)，應(yīng)急控制措施的技術(shù)難度會降低很多，三網(wǎng)融合后，也會面臨著互聯(lián)網(wǎng)所面臨的信息安全問題。

1.3 互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)特征和面臨的信息安全問題

互聯(lián)網(wǎng)是一個承載內(nèi)容和業(yè)務(wù)分離的網(wǎng)絡(luò)。這是互聯(lián)網(wǎng)區(qū)別于其他網(wǎng)絡(luò)的最大的特征，使得互聯(lián)網(wǎng)的安全問題變得相對復(fù)雜?；ヂ?lián)網(wǎng)有以下特征：（1）用戶終端能力較強，但各個用戶終端自身的防御能力有所差距。這導(dǎo)致惡意代碼的傳播和信息的竊取在防御能力薄弱節(jié)點容易發(fā)生，甚至防御能力低的用戶終端容易成為傀儡機受其他不法用戶的利用和控制，并成為了大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)攻擊事件的攻擊者。（2）互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓撲復(fù)雜，并且其具有一定的脆弱性。盡管互聯(lián)網(wǎng)運營商會考慮避免單點故障而布置冗余鏈路，但在受到網(wǎng)絡(luò)攻擊的時候，網(wǎng)絡(luò)拓撲的自動恢復(fù)功能并不能總是保證有效而且迅速。在災(zāi)難事件的發(fā)生或不法分子高強度的共計項，容易出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓。（3）用戶的匿名性以及網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)沫h(huán)節(jié)復(fù)雜，使得各個環(huán)節(jié)容易遭中間者破壞和篡改，導(dǎo)致用戶內(nèi)容不安全，涉及用戶財產(chǎn)的損失不易追回。

2 基于信息安全的網(wǎng)絡(luò)開銷優(yōu)化

BM 算法中匹配失敗時，用兩種機制來確定模式串向右移動的距離：壞字符機制和好后綴機制。

2.1 網(wǎng)絡(luò)框架與定義

基于實際網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，我們簡化三網(wǎng)的模型，假定三網(wǎng)各占一定比例。本文所分析的網(wǎng)絡(luò)如圖1，三個網(wǎng)絡(luò)均有用戶、網(wǎng)絡(luò)內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備和三個網(wǎng)絡(luò)公用的邊界轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備?；谝陨先W(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)特征和其信息安全的問題，我們提出網(wǎng)絡(luò)框架如下：

我們將具有轉(zhuǎn)發(fā)能力的設(shè)備稱為轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，泛指了網(wǎng)絡(luò)中的交換機和路由器等。需要了解到三個網(wǎng)絡(luò)是互聯(lián)的，而且轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備并沒有嚴格意義上的劃分給某個特定的網(wǎng)絡(luò)，必要時，三個網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都可以為其他網(wǎng)絡(luò)所服務(wù)，即為其他網(wǎng)絡(luò)用戶或服務(wù)設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)其所需要的資源。

2.2 信息安全下的網(wǎng)絡(luò)開銷分析方法

基于上述框架，三個網(wǎng)絡(luò)是互聯(lián)的，即當一個網(wǎng)絡(luò)需要資源的時候可以從另一個網(wǎng)絡(luò)獲取。也即是說對于同一個資源，可以有多條從源節(jié)點到目的節(jié)點的路徑。考慮到信息內(nèi)容安全和網(wǎng)絡(luò)安全，資源所傳播的路徑可以認為設(shè)定為強制經(jīng)過某一些節(jié)點而不經(jīng)過另外某一些節(jié)點。強制經(jīng)過某一些節(jié)點可以為信息篩選和包檢測等提供便利，比如廣播電視類的資源可以經(jīng)過某些特定節(jié)點去做信息篩選；比如互聯(lián)網(wǎng)的訪問可以經(jīng)過某些特定節(jié)點去判別是否為攻擊包等等。強制不經(jīng)過某些節(jié)點可以為網(wǎng)絡(luò)性能和信息內(nèi)容安全提供增強作用，比如網(wǎng)絡(luò)故障或個別網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點繁忙的時候。強制不經(jīng)過某些節(jié)點可以提供網(wǎng)絡(luò)流通量。而基于信息的敏感性，某些信息不可以在某些網(wǎng)絡(luò)或某些節(jié)點上進行傳播，強制不經(jīng)過某些節(jié)點可以使得信息內(nèi)容的安全得以保障，減少出錯可能性。

網(wǎng)絡(luò)開銷主要關(guān)注網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能，提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，降低網(wǎng)絡(luò)的使用成本。對于一個在網(wǎng)絡(luò)上傳播的包來說，不同鏈路所經(jīng)過的長度不同，傳播所需要的時長不同，使用不同鏈路的成本不同，所以其網(wǎng)絡(luò)開銷即為所有使用鏈路的成本之和。我們用以下方法定義其鏈路使用成本：

這里Cost是信息包傳輸?shù)某杀?，一共?jīng)過了n條路徑，每條路徑的使用費用為，信息包從該條路徑通過使用的時間而標識該條鏈路上是否有必須經(jīng)過的節(jié)點和不得經(jīng)過的節(jié)點，當有必須經(jīng)過的節(jié)點時候的值為（k為調(diào)整系數(shù)），當該鏈路上有不能經(jīng)過的節(jié)點時的值為 ，其他情況為0。

2.3 基于信息安全的網(wǎng)絡(luò)開銷優(yōu)化策略

針對以上得出的信息的使用成本，結(jié)合軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)的可指定包傳輸路徑，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化開銷的辦法可以針對幾個方面進行。（1）節(jié)點的選擇：由于的存在，鏈路首先應(yīng)該排除包含有不能經(jīng)過節(jié)點的鏈路；由于處于信息安全的考慮，會經(jīng)過必須經(jīng)過的節(jié)點。（2）鏈路的選擇：由于需要優(yōu)先選擇使用費用低的。由于鏈路優(yōu)先選擇多條路徑通過時間和費用的乘積的和小的路徑。通過時間小則要求鏈路的剩余可用吞吐量足夠，才能使得信息減少通過的時間。而且通過時間與鏈路長度有關(guān)，這要求鏈路盡量選擇短鏈路并且在多條組合上也是短的鏈路執(zhí)行。在帶寬充足的情況下，鏈路會盡量選擇最短費用路徑；在帶寬不足的情況下，鏈路可以選擇長一點的鏈路但通過時間較短的。

綜上，基于信息安全的網(wǎng)絡(luò)開銷優(yōu)化策略，主要為以下幾點：（1）考慮信息安全，規(guī)范信息傳輸路徑，指定必須經(jīng)過的節(jié)點與不能經(jīng)過節(jié)點，以保證信息安全傳輸和滿足信息篩選的需要。（2）對鏈路進行監(jiān)控，得到其當前剩余可用的帶寬信息、記錄其費用等信息。（3）傳輸數(shù)據(jù)時根據(jù)網(wǎng)絡(luò)特點，選擇費用和通過時間低的鏈路。在帶寬充足的時候也就是網(wǎng)絡(luò)較為空閑的時候優(yōu)先考慮短路徑；在帶寬緊缺也就是網(wǎng)絡(luò)負載較重的時候，選擇稍微長一點但通過時間短的鏈路。

3 結(jié)束語

三網(wǎng)融合下的信息安全問題主要來自電信網(wǎng)和廣播網(wǎng)在融入過程中引入的開放性和互動性，而網(wǎng)絡(luò)開銷的優(yōu)化要同時考慮信息安全和網(wǎng)絡(luò)傳輸性能。本文針對三網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的特點，提出了基于信息安全的三網(wǎng)融合下的網(wǎng)絡(luò)開銷優(yōu)化策略，降低網(wǎng)絡(luò)開銷的同時保證了信息安全。

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