IP网络流监控NetStream平台设计与实现

论文摘要

在复杂的网络环境中,对网络流量进行实时监控和管理是网络正常运行必不可少的环节。国内外诸多大型网络设备制造商一直在寻求网络监控管理的最佳解决方案。其中Cisco1996年推出了NetFlow网络监控产品,目的是为运营商及企业用户提供一种高效的流监控,目前使用在大多数Cisco的平台上。在国内,针对Internet的高速发展,为用户提供了更高的带宽和可预测的QoS,能够实现近于实时的网络监控功能和全网范围内的流量模式,并提供预先故障检测、高效故障排除和快速问题解决功能,提供安全监控等应用和分析。本文的主要目的是基于国内的网络现状,结合自己所参与通信公司的网络流监控系统项目(NetStream系统)的开发,分析研究了网络流监控系统的设计框架及关键技术。并实现了在数据报文的抽样,数据的统计与流表的管理三个模块。该监控系统基于Power PC硬件平台和VxWorks操作系统,采用C语言进行开发。本文的重点放在该监控系统的软件设计上,结合实际项目实现了数据报文的抽样与建流,以及数据的统计等三个功能模块,并给出了相关的接口及算法实现来说明其实现方法。对QoS,RFC终端统计等功能模块在学习与研究的基础上对这些功能模块的作用以及实现进行了相应的描述。本文针对报文镜像对转发带来的效率问题提出了随机抽样算法。报文统计以网络处理器对数据流的抽样为基础,在此基础上利用网络处理器所提供的随机数寄存器,设计并实现了随机抽样算法,在不影响数据正常转发的前提下,更有效的减轻了网络处理器对报文镜像所带来的负担。从实验结果来分析,该算法是有效的。本文的工作已经应用于H3C公司的SR88高端路由器,具有重要的实际应用价值和理论意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 网络发展及现状
• 1.2 研究网络流监控的意义
• 1.3 NetStream系统的技术特点以及关键组成
• 1.4 论文主要工作
• 1.5 论文组织
• 2 网络流监控相关理论介绍
• 2.1 开放式互联网模型
• 2.2 以太网及以太报文
• 2.2.1 以太网
• 2.2.2 NetStream系统统计以太网帧格式
• 2.3 NetStream系统统计数据来源
• 2.3.1 二层数据
• 2.3.2 三层数据
• 2.4 本章小结
• 3 NetStream系统设计及应用
• 3.1 NetStream系统设计标准
• 3.1.1 报文格式
• 3.1.2 统计流输出方法
• 3.1.3 统计信息的提取与输出处理
• 3.1.4 统计的信息
• 3.2 NetStream系统设计硬件架构
• 3.2.1 NetStream系统使用路由器架构
• 3.2.2 NetStream业务板硬件架构
• 3.2.3 分布式路由器中NetStream业务数据流向
• 3.3 NetStream系统软件架构
• 3.3.1 分布式软件架构
• 3.3.2 软件设计
• 3.4 NetStream系统的应用
• 3.4.1 安全监控
• 3.4.2 AS域规划
• 3.4.3 组播流量统计与规划
• 3.4.4 ISP间的流量分帐
• 3.4.5 NDE的部署
• 3.5 本章小结
• 4 报文统计关键算法实现
• 4.1 快速伪随机抽样算法
• 4.1.1 采样方案一
• 4.1.2 采样方案二
• 4.1.3 算法实现
• 4.1.4 算法效果及采用方案
• 4.2 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 工作总结
• 5.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录