IPFIX双向流生成系统的研究与实现

论文摘要

随着互联网的飞速发展,网络上各种应用业务在为人们提供方便生活的同时,带来的网络流量监控和管理的要求也日益受到人们的关注。一个良好的网络业务流量测量系统能对网络承载的各类业务进行及时和准确的流量分析,并为网络流量控制、计费、安全检测方面提供有效的实施手段。目前对网络测量的研究大多集中在有向性流、即单边流量的统计特性方面,这种流信息具有更明确的数据信息语义,却隔离了双边通信的来往数据关联。然而,有研究表明当前网络环境中基于面向连接的、不对称的双向数据通信占用了网络应用的大多数份额,关联了正反数据流特性的双向流将比单向流更有利于从业务应用和网络安全的角度去分析网络中的数据流量。IPFIX是IETF为了统一流输出格式而定义的标准流输出协议,它是一种基于模板的单向流生成标准,以一组流特征属性来识别并统计网络中的数据包,具有很强的可扩展性。然而,未经扩展的IPFIX完成的是单向流的输出,因此,在该标准上进行双向流生成的实现将对网络业务分析具有重大意义。本文从IPFIX流生成定义出发,首先介绍了IPFIX的数据格式及模板特征,并以IPFIX标准系统架构为基础描述了流产生输出的过程。通过对比双向流与单向流的生成差异,引出了双向流的设计方案及实施难点。基于单向流生成系统模型,本文设计并实现了IPFIX的双向流生成系统,重点阐述了双向流生成阶段的流程设计,以及相关的算法与数据结构。最后,对系统进行测试验证了该设计方案的可行性,并通过对单向流与双向流生成结果的分析,说明了双向流在网络流量测量方面的优势。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1. 研究背景
• 1.2. 研究工作
• 1.3. 论文结构
• 第二章 IPFIX流技术概述
• 2.1. IPFIX流概念
• 2.1.1. "流"定义
• 2.1.2. IPFIX的定义
• 2.1.3. IPFIX的优势特征
• 2.2. IPFIX数据报文
• 2.2.1. IPFIX报文格式
• 2.2.2. Message头部定义
• 2.2.3. 模板集定义
• 2.2.4. 数据集定义
• 2.2.5. 模板与流数据的映射
• 2.3. IPFIX系统架构
• 2.3.1. 观察点与观察域
• 2.3.2. 分析过程
• 2.3.3. 输出过程
• 2.3.4. 收集过程
• 2.4. 其他相关概念
• 2.4.1. 流传输协议
• 2.4.2. 主动模式与被动模式
• 2.5. IPFIX系统与RTFM流生成系统
• 2.6. IPFIX技术应用
• 2.6.1. 基于使用流量的计费
• 2.6.2. 流量概图、流量工程
• 2.6.3. 攻击/入侵检测
• 2.6.4. 网络服务质量的监控
• 第三章 IPFIX双向流概述
• 3.1. 双向流的概念
• 3.2. IPFIX双向流的特点
• 3.2.1. 双向流的输出
• 3.2.2. 双向流的语义
• 3.2.3. 方向的分配
• 3.3. 双向流的意义
• 第四章 IPFIX双向流生成系统的设计
• 4.1. 系统框架概述
• 4.2. 包捕获模块设计
• 4.3. 流分类模块设计
• 4.3.1. 流的状态
• 4.3.2. 双向流的分流
• 4.3.3. 流查找算法
• 4.3.4. 基于哈希表的流查找
• 4.4. 流导出模块设计
• 4.5. 数据服务模块
• 第五章 IPFIX双向流生成系统的实现
• 5.1. 开发环境
• 5.2. 控制类调用定义
• 5.2.1. 流载体Bucket的数据结构
• 5.2.2. 数据服务模块的实现
• 5.2.3. 包捕获类的实现
• 5.2.4. 双向流分类模块的实现
• 5.2.5. 流导出模块的实现
• 第六章 系统测试与分析
• 6.1. 系统测试
• 6.1.1. 测试环境
• 6.1.2. 测试方法
• 6.2. 测试结果分析
• 第七章 结束语
• 7.1. 论文总结
• 7.2. 下一步工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文