基于掩码匹配的校园网出口流量抽样测量研究

论文摘要

由于网络技术的迅速发展和高速以太网的出现,受诸如存储容量和处理速度等因素的限制,直接对网络流量进行全分组测量越来越困难,抽样测量技术已成为高速网络流量测量的研究重点。本文以校园网络为研究背景,研究基于掩码匹配的网络流量抽样测量技术。 本章首先针对校园网出口IP报文标识字段的随机性,运用信息论中熵的概念来定义随机测度,重点研究了标识字段比特流的长度及位置对随机测度值的影响,特殊报文(长度为40字节且标识字段值为0的IP报文)对随机测度值的影响。实验结果表明,标识字段比特流随机测度值随着比特流长度的增加整体上呈递减趋势。对相同长度的比特流而言,右优先比特流随机测度值普遍最高,左优先比特流随机测度值普遍最低,其它位置比特流随机测度值普遍介于两者之间。特殊报文对标识字段比特流的随机测度值有较大影响,如果将这部分报文另行处理,则比特流随机测度值不仅有明显提高而且变化幅度更小,抽样前后报文的长度分布及协议分布一致。 为科学设计和实现抽样测量软件系统,本文提出了基于掩码匹配抽样测量系统的体系结构,把整个系统分为报文采集、报文抽样、信息保存三层来设计并用java实现。重点分析了不同的暂存方式下报文抽样层及信息保存层程序的执行时间,比较了三种不同的暂存方式抽样最大延时。此外,针对掩码匹配抽样测量在校园网中的实施和应用问题,本文给出了测量点的选择及测量环境的设置方案,实施了特定掩码与标识字段进行右优先匹配的抽样测量并提供了基于掩码匹配的多次抽样应用实例,提出了从抽样后的报文中估计一定时间刻度原始流量的大小、估计原始报文长度分布与协议分布的方法。通过对防火墙流量信息的观测和对校园网流量信息的分析表明,抽样测量结果与实际情况相符。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 网络测量概述
• 1.2 网络流量的分类
• 1.3 网络流量抽样测量概述
• 1.4 掩码匹配抽样方法概述
• 1.5 本文所做的主要工作
• 第2章 TCP／IP与以太网概述
• 2.1 TCP／IP体系结构
• 2.2 数据包的封装与解码
• 2.3 以太网帧结构
• 2.4 IP报文结构
• 2.5 TCP／UDP报文结构
• 2.6 小结
• 第3章 标识字段的随机性及统计属性研究
• 3.1 基本理论根据
• 3.1.1 香农信息与信息熵
• 3.1.2 随机性的评价标准
• 3.2 标识字段的随机性研究
• 3.2.1 标识字段比特的随机性
• 3.2.2 标识字段比特流的随机性
• 3.2.3 特殊报文对标识字段比特流随机性的影响
• 3.3 标识字段统计属性研究
• 3.4 小结
• 第4章 基于掩码匹配的抽样测量软件系统研究
• 4.1 网络流量采集的基本方法
• 4.2 基于掩码匹配的抽样测量软件系统体系结构
• 4.2.1 报文采集层
• 4.2.2 报文抽样层
• 4.2.3 信息保存层
• 4.3 基于掩码匹配抽样测量软件系统设计与实现
• 4.3.1 报文采集层设计与实现
• 4.3.2 报文抽样层设计与实现
• 4.3.3 信息保存层设计与实现
• 4.4 报文抽样层与信息保存层用时分析
• 4.4.1 报文抽样层用时分析
• 4.4.2 信息保存层用时分析
• 4.5 最大延时分析
• 4.6 小结
• 第5章 掩码匹配抽样测量的实施及应用
• 5.1 掩码匹配抽样测量的实施
• 5.1.1 测量点选择
• 5.1.2 测量环境设置
• 5.1.3 校园网出口流量的抽样测量
• 5.2 掩码匹配抽样测量的应用
• 5.2.1 从抽样后的报文中估计原始流量的大小及趋势
• 5.2.2 从抽样后的报文中估计原始报文的长度分布及协议分布
• 5.2.3 基于掩码匹配的多次抽样
• 5.3 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间完成的论文及著作