基于網(wǎng)絡(luò)處理器的千兆以太網(wǎng)流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)程度的不斷加深，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)變得日益復(fù)雜，迫切需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)的流量進(jìn)行實(shí)時(shí)、在線的監(jiān)控和管理。網(wǎng)絡(luò)測(cè)量按是否向網(wǎng)絡(luò)注入探測(cè)數(shù)據(jù)包分為主動(dòng)測(cè)量與被動(dòng)測(cè)量，網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)測(cè)屬于被動(dòng)測(cè)量技術(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)測(cè)可以獲得詳細(xì)的流量特征，如流量大小、協(xié)議分布、包大小分布等，從而指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維和管理，并且對(duì)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃也有重要指導(dǎo)意義。 網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)測(cè)的難點(diǎn)是高速鏈路數(shù)據(jù)包的捕獲和快速流匹配。由于受到硬件性能和操作系統(tǒng)開銷的影響

2、，目前對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量的監(jiān)測(cè)主要是集中在低速鏈路。對(duì)于高速鏈路上流量的監(jiān)測(cè)面臨許多的問題，包括高速數(shù)據(jù)包的捕獲、快速流匹配、健全的監(jiān)測(cè)指標(biāo)定義、流存儲(chǔ)、流結(jié)束判斷等。本文圍繞著這些問題，重點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)包捕獲、流匹配和監(jiān)測(cè)指標(biāo)進(jìn)行了研究，實(shí)現(xiàn)了一種直接操作DMA環(huán)進(jìn)行高速鏈路數(shù)據(jù)包捕獲的方法；結(jié)合AdaptiveHashBuckets存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和XORFolding算法，設(shè)計(jì)一個(gè)新的哈希函數(shù)實(shí)現(xiàn)流的匹配算法；應(yīng)用以上兩種方法，最終在高性能網(wǎng)絡(luò)處理器硬

3、件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 本文工作主要包括以下幾個(gè)方面：1)基于DMA實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)包收發(fā)。通過分析網(wǎng)絡(luò)處理器的網(wǎng)卡工作原理，結(jié)合MIPS64指令系統(tǒng)，提出了一種基于DMA技術(shù)的數(shù)據(jù)包分組捕獲方法。在該方法中，網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)與上層系統(tǒng)共享一塊內(nèi)存區(qū)域，網(wǎng)卡從網(wǎng)絡(luò)上捕獲到的數(shù)據(jù)包直接DMA至網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，這個(gè)過程避免了數(shù)據(jù)的內(nèi)存拷貝，不需要占用CPU資源，最大程度地將CPU資源分配給協(xié)議分析和模式匹配等進(jìn)程去利用，提高網(wǎng)絡(luò)處理器

4、的數(shù)據(jù)包處理能力。 2)設(shè)計(jì)了一個(gè)新的哈希函數(shù)實(shí)現(xiàn)流的匹配。目前常用的流匹配算法在高速鏈路無法滿足性能的要求，為此設(shè)計(jì)了一個(gè)新的流匹配算法。該算法在快速hash的前提下保持較低的沖突率，實(shí)現(xiàn)了speed-versus-space(速度對(duì)空間)均衡問題。 3)基于網(wǎng)絡(luò)處理器的以太網(wǎng)流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。通過采用高性能網(wǎng)絡(luò)處理器和基于BIOS的軟件平臺(tái)，結(jié)合DMA技術(shù)和新的流匹配算法，實(shí)現(xiàn)了雙千兆以太鏈路的并行監(jiān)測(cè)，完成了流量監(jiān)