随着互联网的发展,用户对互联网业务需求的种类越来越多,但满足不同需求的业务却被部署到相同的底层物理网络上,这大大影响了网络的性能,无法保障服务的质量。网络虚拟化(Network Virtualization,NV)技术为克服当前互联网的刚性提供了一条有效的途径。其主要思想是将互联网划分为多个虚拟网络(Virtual Networks,VNs),各个VNs共享相同的底层物理网络资源,但可以有不同的应用、服务和架构,以满足多样化的技术部署和应用。网络虚拟化技术虽然大大提高了网络的灵活性、应用的多样性,能够最大程度地满足用户的需求,但多个VNs共享相同底层物理资源也带来了新的问题。其主要的面临的问题为:(1)底层物理设备的同构性将带来共模漏洞问题,使得虚拟网的可靠性大大降低;(2)多个虚拟网共享相同的底层物理资源,面临诸多的跨虚拟网攻击威胁,使得虚拟网的隐私信息存在很大的安全隐患。针对上述问题,本文依托于国家自然科学基金创新群体项目(No.61521003)——“网络空间拟态防御基础理论研究”,利用主动防御思想中的动态性、异构性、冗余性来提高虚拟网的可靠性和有效地保证虚拟网的安全性。主要研究内容如下:1.针对物理设备的同构性带来的共模漏洞问题,提出一种异构备份式的虚拟网映射方法。首先,只对关键的虚拟机进行冗余备份,降低备份资源的开销;其次,确保提供备份虚拟机的物理服务器与原物理服务器的系统类型的异构性,提高虚拟网提供服务的可靠性;最后,以最小化链路资源开销作为虚拟网的映射目标,进一步降低备份资源的开销。实验表明,与同构备份式的虚拟网映射方法相比,该方法在虚拟网络的可靠性方面平均增加19.8%。2.针对现有基于虚拟机动态迁移的防御方法存在迁移算法收敛时间长,开销大的问题,提出一种基于安全等级的虚拟机动态迁移方法。首先,对虚拟机进行安全等级分类,减少虚拟机动态迁移的数量,然后采用相应的虚拟机映射策略,降低虚拟机迁移的频率。实验表明,与现有基于虚拟机动态迁移的防御方法相比,该方法虽在虚拟网映射成功率方面平均有10.9%的下降,但在虚拟机迁移算法的收敛时间方面平均有65.87%的减少,在虚拟机迁移开销方面,每500时间单元,迁移开销总和的平均增加速度降低了61.02%。3.针对随机路由和多路径冗余的防御方法存在虚拟网络映射成功率低、网络资源利用率不高的问题,提出一种基于共存感知的关键虚拟链路动态迁移方法。首先,设定关键虚拟链路的比例,减少虚拟链路动态迁移的数量,然后采用相应的虚拟链路动态迁移策略,最大化降低链路动态迁移的频率。实验表明,该方法在保证虚拟网络映射成功率和网络资源利用率的前提下,可以保证链路传输信息的安全性。