网络服务器流量分析

摘要:本文分析了当前网络服务器流量分析的现状,论述了对服务器流量监控和分析的意义及其主要内容。论文详细阐述了基于Netflow v9、IPFIX以及PSAMP等标准和协议的网络流量监控的解决方案建议,并提出软件框架设计模式。

关键词:网络服务器;流量分析;流量监控

中图分类号:TP393 文献标识码:A文章编号:1007-9599 (2010) 05-0000-02

Network Server Traffic Analysis

Zhu Ye

(TravelSky Technology Limited,Beijing100029,China)

Abstract:This article analyzes the current status of the network server traffic analysis.discusses the significance of monitoring and analysis on the server traffic and summarizes main content.Then,the article provides solutions on the server traffic based on the agreement of Net flow v9、IPFIX and PSAM.At last,proposes software framework design pattern.

KeyWord:Network Server;Server Traffic Analysis;Server Traffic Control

一、前言

今天的数据网络给我们的生活、工作和人与人之间的沟通带来了极大的方便,网络业务日趋丰富,网络流量高速增长。同时,网络运营商之间的竞争也逐渐激烈,以高投资为特征,追求简单规模扩张的粗放型竞争模式已经不适应当前的形式。挖掘现有网络资源潜力,控制网络互联成本,提供有吸引力的增值业务,提高网络运维水平成为在激烈竞争中的制胜策而要实现这些,都离不开可靠、有效的网络流量监控的有力支撑。

二、网络流量监控和分析的意义

用户现有的网络管理系统在长期的网络流量分析方面存在不足。主要表现在如下方面:

(一)长期的网络和应用问题分析能力不足

现有的网络管理系统无法长期的纪录网络和应用的运行状态,无法长期的保存网络流量信息,在出现网络或应用问题时,不能为网络技术人员提供有效的信息依据,问题往往是依靠网络技术人员通过推断来分析,这样网络问题的分析效率很低,同时很难得到确实的分析结论。

(二)缺乏对网络和应用间歇性问题的分析能力

网络或应用可能出现间歇性故障,这种故障的出现一般很难判断,在出现后很难分析其产生原因,而再次出现的时间无法确定,因此难以解决,好像网络中存在一个不定时的炸弹,使用户网络和应用时刻处于危险之中。

(三)对网络安全问题的分析能力不足

在发生网络安全问题时,缺乏有效的监控分析手段,导致网络的安全性降低,例如蠕虫病毒的爆发,应该能够对蠕虫病毒的传播情况进行有效的分析。

三、网络流量分析内容

流量分析系统主要从带宽的网络流量分析、网络协议流量分析、基于网段的业务流量分析、网络异常流量分析、应用服务异常流量分析等五个方面对网络系统进行综合流量分析。

(一)带宽的网络流量分析

复杂的网络系统上面,不同的应用占用不同的带宽,重要的应用是否得到了最佳的带宽?它占的比例是多少?队列设置和网络优化是否生效?通过基于带宽的网络流量分析会使其更加明确。工具主要有MRTG等,它是一个监控网络链路流量负载的工具软件, 它通过snmp协议从设备得到设备的流量信息,并将流量负载以包含PNG格式的图形的HTML 文档方式显示给用户,以非常直观的形式显示流量负载。

(二)网络协议流量分析

对网络流量进行协议划分,真对不同的协议我们进行流量监控和分析,如果某一个协议在一个时间段内出现超常暴涨,就有可能是攻击流量或蠕虫病毒出现。Cisco NetFlow V5可以根据不同的协议对网络流量进行划分,对不同协议流量进行分别汇总。

(三)基于网段的业务流量分析

流量分析系统可以针对不同的VLAN来进行网络流量监控,大多数组织,都是不同的业务系统通过VLAN来进行逻辑隔离的,所以可以通过流量分析系统针对不同的VLAN 来对不同的业务系统的业务流量进行监控。Cisco NetFlow V5可以针对不同的VLAN进行流量监控。

(四)网络异常流量分析

异常流量分析系统,支持异常流量发现和报警,能够通过对一个时间窗内历史数据的自动学习,获取包括总体网络流量水平、流量波动、流量跳变等在内的多种网络流量测度,并自动建立当前流量的置信度区间作为流量异常监测的基础。能把焦点放在组织的核心业务上。通过积极主动鉴定和防止针对网络的安全威胁,保证了服务水平协议(SLA)并且改进顾客服务, 从而为组织节约成本。异常流量分析工具主要有Arbor公司的 PeakFlow DoS安全管理平台、PeakFlow Traffic流量管理平台等。

(五)应用服务异常流量分析

当应用层出现异常流量时,通过IDS&IPS的协议分析、协议识别技术可以对应用层进行深层的流量分析,并通过IPS的安全防护技术进行反击。

四、网络流量控制解决方案建议

对于目前运营商对网络流量控制的需要,论文推荐的流量控制解决方案构架是:全网集中监视+重点控制。全网集中监视反映的是对整个网络的性能监视和分析。重点控制是在网络中的关键位置部署监控探针,在网络中心设置管理系统,以实现运营商在远程对重点地区进行更加细致的监视和控制作用。

(一)监控探针的放置点建议

国际出口、网络互联端口、骨干网的重要中继、重要城市的城域网出口等位置。

(二)全网集中监视主要实现的功能

实时监测网络状况。能实时获得网络的当前运行状况,减轻运维人员工作负担。能在网络出现故障或拥塞时自动告警,在网络即将出现瓶颈前给出分析和预测。

合理规划和优化网络。通过对网络流量的监视、数据采集和分析,给出详细的链路和节点流量分析报告,获得流量分布和流向分布、报文特性和协议协分布特性,为网络规划、路由策略、资源和容量升级提供依据。

引导提供网络增值业务。通过对业务占用带宽的分布、业务会话的统计分析,能够了解和分析网络特性和用户使用偏好,引导开发和规划新的网络应用和业务平台,进行增值业务的拓展和市场宣传,引导用户需求。

灵活的资费标准。通过对用户上网时长、上网流量、网络业务以及目的网站的数据分析,摆脱目前单一的包月制,实现基于时间段、带宽、应用、服务质量等更加灵活的资费标准。

(三)重点控制实现的功能包括

提供主动的控制功能。不仅仅局限于对网络流量状况的获得,还能够提供基于网络流量监测系统GATE 1000硬件平台和业界领先算法的流量控制功能,主动改进网络服务。

满足重点监控需要。可以提供丰富的监控特征参数,可以进行灵活的复合设定,全面满足运营商需要,也可以通过定制来实现特定要求。

降低互联互通成本。获得重点出口中继链路的利用率、用户和协议分布、源和目的网段间的流量分布和趋势,提供运营和互联成本分析。为网络互通、租用中继以及选择商业战略伙伴决策时提供科学依据,降低成本。

实现区分服务,保证服务质量。流量监控获得的数据,可进行高低优先级客户的网络资源占用率分析、服务质量的监测。通过资费政策的调节、业务等级的区分、在中继线路上实施流量控制,优先保证高优先客户的服务质量。

网络安全和抵御DOS攻击。通过连接会话数的跟踪,源目的地址对的分析,TCP流的分析,能够及时发现网络中的异常流量和异常连接,侦测和定位网络潜在的安全问题和攻击行为,保障网络安全。

五、IPFIX与PSAMP标准

IPFIX(IP Flow Information Export,IP流动信息输出)是IETF的技术人员2004年才制订的一项规范,使得网络中流量统计信息的格式趋于标准化。该协议工作于任何厂商的路由器和管理系统平台之上,并用于输出基于路由器的流量统计信息。

IPFIX定义的格式为Cisco的NetFlow Version 9数据输出格式作为基础,可使IP流量信息从一个输出器(路由器或交换机)传送到另一个收集器。因为IPFIX具有很强的可扩展性,因此网络管理员们可以自由地添加或更改域(特定的参数和协议),以便更方便地监控IP流量信息。使用模板的方便之处在于网管和厂商不必为了用户能够查看流量统计信息,而每次都要更换软件

为了完整地输出数据,路由器一般以七个关键域来表示每股网络流量:源IP地址、目的地IP地址、源端口、目的端口、三层协议类型、服务类型字节、输入逻辑接口。如果不同的包中所有的七个关键域都匹配,那么所有这些包都将被视为属于同一股流量。此外,一些系统中还有为了网络统计进行跟踪而附加的非关键域,包括源IP掩码、目的地IP掩码、源地址自治系统(autonomous system)、目的地自治系统、TCP flag、目的地接口以及IP next-hop等。按照IPFIX标准,如果网络操作人员想以附加的非关键域来描述包,那么基于模板的格式会在输出包的报头之后插入一个新域,并新增新的模板记录。

六、网络监测系统框架

采用不同的检测方法,通过分布式监测方式对通过高速IP网络的数据包进行统计和分析。采集服务器搜集的数据包及统计数据被传送到综合服务器,经合并处理后存入数据库,并进行进一步的分析处理。在这个过程中,可应用Netflow v9、IPFIX以及PSAMP等标准和协议,实现对采集数据的编码与传输。与通常的SNMP、Netflow及其它网管标准不同的是,该框架采取了PSAMP标准及技术,在不降低监测与分析效果的情况下,尽量减少检测数据量。

整个框架从总体看,可分为网络流量数据采集和网络数据分析两大部分。

网络流量数据采集:为适应不断发展的高速网络应用,框架中采用了分布式网络流量数据采集方案,IP流数据可从不同的设备以不同的方法来获取。利用路由器/交换机的数据流量采集功能或是从其他IPFIX/PSAMP数据采集设备,也可直接从网络接口卡等网络数据包摄入设备来得到网络数据,然后再以不同的标准,最终由网络流量数据采集服务器将所有传来的不同格式的数据集中。

为体现现代计算机应用中的兼容性,框架中对网络硬件接口的应用方面,突出了其应用多样性。这样,在原有硬件设备的基础上,如普通的网卡(NIC)、基于硬件时间戳的Endace DAG卡或者其它的专用FPGA网络接口设备,都可以在libpcap、winpcap等库的支持下,由BPF虚拟处理器作为缺省的包捕获工具。在包捕获的软件实现上,采用了多线程机制,使用不同形式的数据队列和数据缓冲设备,以应对突发的大量数据包。

接下来对捕获的数据包,分别交由两种方法和途径进行处理:在Netflow标准支持下,同步完成记帐业务。在这种操作模式下,传送的总的数据量可以被统计下来。数据分析模块利用PSAMP协议,根据不同的具体需求采取不同的取样算法,对数据包进行过滤和抽取以进行分析处理。这样就可以根据实际的需要来进行选择,以减少传输和分析处理的数据量。

网络数据分析:对采集来的网络流量数据,根据不用的应用要进行详细的分析处理。框架中这个部分的设计采用以SQL数据库为中心的分布式数据集中和分析的方法。

以DBMS为中心的操作可以获得更好的分析样本以及统计粒度。此外,为便于网络管理人员的操作,框架中应用基于Web的直观的、图形化的管理界面,所有数据输出都以脚本语言(XML)的形式,直接在Web页面中显示。管理人员可以实时观察网络运行状况,还可以对历史数据进行浏览、分析,同时还可这些实时数据传送到其他应用系统,如分布式入侵检测系统、网络跟踪等。

七、结束语

总的来说,在网络设备上配置网络流量监控系统,对网络流量进行分析和监控,好处还是显而易见的。特别是对于网络流量负荷比较大的网络。可以有效的节省网络带宽和处理资源。也可以作为计费或者流量控制或者网络规划的参考。

参考文献

[1]谢希仁.计算机网络.大连理工大学出版社

[2]谭思亮.监听与隐藏―网络侦听揭秘与数据保护技术.求是科技.人民邮电出版社

作者简介:朱叶,工学硕士学位,2007年毕业于北京邮电大学信号与信息工程专业。当年就业于中国民航信息网络股份有限公司至今。