基于零拷贝的数据包捕获与过滤系统的设计与实现

论文摘要

随着网络的广泛应用和网络技术的普及,网络安全问题日益突出,并且引起了各种用户的关注。传统的防火墙和数据加密技术只是被动地保护系统,而入侵检测是一种主动的安全防护措施。但当前入侵检测系统面临的主要问题是网络数据包采集速度太慢,检测技术的发展跟不上网速的快速发展。本文立意于建立一种低成本高效率的网络数据包过滤系统。文章首先介绍了如何创建基于零拷贝的捕获过滤平台：一种基于Linux内核模式下的嵌入式平台,重点讨论了Linux内核组成、Linux内核编译、根文件系统定制。以Linux系统作为出发点进行改进和裁剪,建立系统运行的安全稳定平台。随后对Linux系统下网卡驱动程序和内存管理机制作了深入研究,绕过操作系统对数据包协议栈的解析,减少了数据包拷贝次数,实现了零拷贝,显著提高过滤系统的网络数据包采集速度。第三部分应用模式匹配算法对采集到的数据包进行高效过滤。最后,通过将这套基于Linux内核模式的数据包过滤系统应用于真实的网络环境,进行了实际环境的检验。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文的主要工作与章节安排
• 1.3.1 课题的主要工作
• 1.3.2 论文组织
• 第二章 LINUX内核裁剪技术
• 2.1 LINUX内核组成及各子系统之间的依赖关系
• 2.2 内核编译
• 2.2.1 配置步骤
• 2.2.2 内核配置选项
• 2.3 根文件系统定制
• 2.3.1 根文件系统必须的部分
• 2.3.2 创建根本的目录结构
• 2.3.3 添加设备
• 2.3.4 创建配置文件
• 2.3.5 bin、sbin、usr/bin、usr/sbin下的可执行文件
• 2.3.6 添加库到lib下
• 2.3.7 加载模块
• 2.4 GRUB的建立
• 2.4.1 grub.conf的建立
• 2.4.2 其他文件
• 2.5 LINUX内核的升级
• 2.5.1 为什么要升级内核
• 2.5.2 内核的配置与编译
• 2.5.3 软件下载与解包
• 2.5.4 启用新内核
• 第三章 基于零拷贝的数据包捕获系统的设计
• 3.1 零拷贝的基本思想
• 3.2 零拷贝的关键技术
• 3.2.1 Linux内存管理方式
• 3.2.2 内存映射mmap
• 3.2.3 Linux内核可加载模块编程
• 3.2.4 内核空间与用户空间的通讯
• 3.2.5 网络设备驱动的分析
• 3.3 零拷贝的实现
• 3.3.1 实现步骤
• 3.3.2 零拷贝中缓冲区操作算法
• 第四章 数据包过滤系统的实现
• 4.1 概述
• 4.2 单模式匹配算法
• 4.2.1 KMP算法
• 4.2.2 KMP算法改进
• 4.3 多模式匹配算法
• 4.3.1 AC算法
• 4.3.2 AC算法分析
• 4.4 数据包过滤模块的实现
• 4.5 系统性能测试
• 4.5.1 系统综述
• 4.5.2 系统的测试
• 第五章 结束语
• 致谢
• 参考文献