基于網(wǎng)絡(luò)處理器的千兆以太網(wǎng)流量監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴大，網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)程度的不斷加深，計算機網(wǎng)絡(luò)變得日益復雜，迫切需要對網(wǎng)絡(luò)的流量進行實時、在線的監(jiān)控和管理。網(wǎng)絡(luò)測量按是否向網(wǎng)絡(luò)注入探測數(shù)據(jù)包分為主動測量與被動測量，網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)測屬于被動測量技術(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)測可以獲得詳細的流量特征，如流量大小、協(xié)議分布、包大小分布等，從而指導網(wǎng)絡(luò)運維和管理，并且對網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃也有重要指導意義。 網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)測的難點是高速鏈路數(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、，目前對網(wǎng)絡(luò)流量的監(jiān)測主要是集中在低速鏈路。對于高速鏈路上流量的監(jiān)測面臨許多的問題，包括高速數(shù)據(jù)包的捕獲、快速流匹配、健全的監(jiān)測指標定義、流存儲、流結(jié)束判斷等。本文圍繞著這些問題，重點對數(shù)據(jù)包捕獲、流匹配和監(jiān)測指標進行了研究，實現(xiàn)了一種直接操作DMA環(huán)進行高速鏈路數(shù)據(jù)包捕獲的方法；結(jié)合AdaptiveHashBuckets存儲結(jié)構(gòu)和XORFolding算法，設(shè)計一個新的哈希函數(shù)實現(xiàn)流的匹配算法；應用以上兩種方法，最終在高性能網(wǎng)絡(luò)處理器硬

3、件平臺上實現(xiàn)了以太網(wǎng)流量監(jiān)測系統(tǒng)。 本文工作主要包括以下幾個方面：1)基于DMA實現(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)測系統(tǒng)，這個過程避免了數(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)計了一個新的哈希函數(shù)實現(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)計了一個新的流匹配算法。該算法在快速hash的前提下保持較低的沖突率，實現(xiàn)了speed-versus-space(速度對空間)均衡問題。 3)基于網(wǎng)絡(luò)處理器的以太網(wǎng)流量監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)。通過采用高性能網(wǎng)絡(luò)處理器和基于BIOS的軟件平臺，結(jié)合DMA技術(shù)和新的流匹配算法，實現(xiàn)了雙千兆以太鏈路的并行監(jiān)測，完成了流量監(jiān)