dissertação
Uma arquitetura SDN baseada nos planos de conhecimento e gerenciamento para detecção e mitigação de ataques DDOS
Carregando...
Notas
Data
Orientadores
Editores
Coorientadores
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Federal de Lavras
Faculdade, Instituto ou Escola
Departamento
Departamento de Ciência da Computação
Programa de Pós-Graduação
Programa de Pós-graduação em Ciência da Computação
Agência de fomento
Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG)
Tipo de impacto
Áreas Temáticas da Extensão
Objetivos de Desenvolvimento Sustentável
Dados abertos
Resumo
Os inúmeros ataques às redes de computadores tem causado sérios prejuízos para empresas e usuários
em geral. As Redes Definidas por Software, ou Software Defined Networks - SDN, surgem como uma
alternativa inovadora para isolamento e controle do tráfego da rede. O paradigma SDN permite a criação
de regras a partir de um controlador que define ações sobre o comportamento do tráfego na rede. Apesar
disso, as SDN também sofrem de problemas de segurança, um dos principais tipos de ataque é baseado
em negação de serviço distribuído (Distributed Denial of Service - DDoS), que pode atingir tanto os
servidores da rede quanto o controlador SDN, deixando a rede inoperante. Na literatura atual existem
relatos que os controladores da SDN não são capazes de lidar com um grande número de novos fluxos,
criando vulnerabilidade na segurança dessas redes. A maioria das soluções propostas utilizam algoritmos
de aprendizado de máquina para classificar o tráfego da rede de uma forma não estruturada dentro
da atual arquitetura SDN. Neste trabalho, o objetivo é o desenvolvimento de uma nova arquitetura SDN
para a detecção e mitigação de ataques de DDoS, que inclua o plano do conhecimento (Knowledge Plane
-KP) e o plano de gerenciamento. O novo plano KP aproveita informações dos planos de gerenciamento
(Management Plane - MP) e de controle para obter uma visão geral da rede e possibilitar um controle
mais inteligente. O KP é responsável por aprender o comportamento da rede e, em alguns casos, operar
autonomamente a rede, utilizando técnicas de aprendizado de máquina para classificação e análise do
tráfego da rede. Para o treinamento dos algoritmos de aprendizado de máquina foram gerados datasets
de tráfegos legítimo e malicioso em uma estrutura de rede SDN experimental com switches e topologias
reais. Os fluxos foram direcionados aos servidores e ao controlador da rede utilizando-se ferramenta de
ataque como a Bonesi e T50. Como resultado, a nova arquitetura SDN proposta foi capaz de detectar e
mitigar os ataques de DDoS, impedindo o esgotamento dos recursos do controlador SDN e evitando o
congestionamento da rede. Como precisão durante os experimentos do cenário híbrido, Naive-Bayes foi
o melhor porque teve 92,95% de acertos. Os algoritmos SVM, KNN e Árvore de Decisão tiveram respectivamente
78,18%, 79,06% e 64% de precisão de acertos. A métrica Acurácia obtida pelos algoritmo
Árvore de Decisão, Naive Bayes, KNN e SVM foi respectivamente 74,28%, 93,82%, 90,42% e 86,36%.
A métrica Revocação deu 100% para todos os algoritmos, enquanto a métrica Medida-F deu para os algoritmos
Árvore de Decisão, Naive Bayes, KNN e SVM respectivamente 78% , 96,35%, 88,31% e
87,75%. Para melhorar as técnicas de detecção e mitigação de ataques DDoS, e identificar requisitos de
uma solução mais eficaz, são propostos módulos (de pré-processamento, de análise estatistica, de decisão...)
para definir características e funções das camadas da nova arquitetura proposta. Todos os Hosts
que foram classificados como maliciosos, foram automaticamente bloqueados com sucesso durante um
momento de 60s então um resultado de 100% de bloqueio.
Abstract
The numerous attacks on computer networks have caused serious damage to companies and users in
general. Software Defined Networks, or Software Defined Networks - SDN, emerge as an innovative
alternative for isolating and controlling network traffic. The SDN paradigm allows the creation of rules
from a controller that defines actions on the behavior of traffic on the network. Despite this, SDN also
suffers from security problems, one of the main types of attack is based on Distributed Denial of Service
(DDoS), which can reach both network servers and the SDN controller, leaving the network dead. In
the current literature, there are reports that SDN controllers are not capable of handling a large number
of new flows, creating vulnerability in the security of these networks. Most proposed solutions use
machine learning algorithms to classify network traffic in an unstructured way within the current SDN
architecture. In this work, the objective is the development of a new SDN architecture for the detection
and mitigation of DDoS attacks, which includes the Knowledge Plane (KP) and the management plane.
The new KP plan leverages information from the plans Management Plane (MP) and control planes
to gain an overview of the network and enable smarter control. The KP is responsible for learning the
behavior of the network and, in some cases, operating the network autonomously, using machine learning
techniques for classifying and analyzing network traffic. For the training of machine learning algorithms,
datasets of legitimate and malicious traffic were generated in an experimental SDN network structure
with switches and real topologies. The flows were directed to the servers and the network controller using
attack tools such as Bonesi and T50. As a result, the proposed new SDN architecture was able to detect
and mitigate DDoS attacks, preventing the exhaustion of SDN controller resources and avoiding network
congestion. As for accuracy during the hybrid scenario experiments, Naive Bayes was the best because
it had 92,95% hits. The SVM, KNN and Decision Tree algorithms had respectively 78,18%, 79.06%
and 64% accuracy of hits. The Accuracy metric obtained by the Decision Tree, Naive Bayes, KNN
and SVM algorithms was respectively 74,28%, 93.82%, 90.42% and 86.36%. The Revocation metric
gave 100% for all algorithms, while the F-Measure metric gave Decision Tree, Naive Bayes, KNN and
SVM algorithms respectively 78%, 96.35%, 88.31% and 87.75%. To improve DDoS attack detection
and mitigation techniques, and identify requirements for a more effective solution, modules are proposed
(pre-processing, statistical analysis, decision making...) to define characteristics and functions of the
layers of the new architecture proposal. All Hosts that were classified as malicious were automatically
successfully blocked for a period of 60s so a result of 100% blocking.
Descrição
Área de concentração
Linha de pesquisa
Agência de desenvolvimento
Palavra chave
Marca
Objetivo
Procedência
Impacto da pesquisa
Resumen
ISBN
DOI
Citação
AZONYÈTIN, C. F. G. Uma arquitetura SDN baseada nos planos de conhecimento e gerenciamento para detecção e mitigação de ataques DDOS. 2023. 77 p. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação)–Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2023.
Link externo
Avaliação
Revisão
Suplementado Por
Referenciado Por
Licença Creative Commons
Exceto quando indicado de outra forma, a licença deste item é descrita como Attribution 4.0 International

