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1、高速IP網(wǎng)絡流量測量系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)王風宇1,2，云曉春1,3，申偉東41（中國科學院計算技術研究所信息智能與信息安全研究中心，北京100080）2（中國科學院研究生院，北京100039）3（哈爾濱工業(yè)大學計算機網(wǎng)絡與信息安全技術研究中心，黑龍江哈爾濱150001）4（西安交通大學，電子與信息工程學院，陜西西安710049）摘要：網(wǎng)絡流量測量是網(wǎng)絡流量分析建模的基礎，也是網(wǎng)絡性能監(jiān)測的主要方法。不斷提高的網(wǎng)絡帶寬，使網(wǎng)絡流量測量面臨很大的困難。本文在分析傳統(tǒng)網(wǎng)絡流量測量系統(tǒng)存在的問題的基礎上，采用零拷貝分組捕獲和
2、裸設備存儲（零拷貝存儲）等關鍵技術，設計并實現(xiàn)了一個被動式網(wǎng)絡流量測量系統(tǒng)，使系統(tǒng)性能得到大幅提高，并具有較好的時間精確度。關鍵詞：網(wǎng)絡流量測量；分組捕獲；零拷貝；裸設備；TSC(TimestampCounter)時間戳DesignandImplementationofaHigh-speedNetworkTrafficMeasurementSystemWangFeng-Yu***,YunXiao-Chun****,ShenWei-Dong*****(ResearchCenterofInformationIntel
3、ligentandInformationSecurity,InstituteofComputingTechnology,ChineseAcademyofSciences,Beijing100080)**(GraduateUniversityofChineseAcademyofScience,Beijing100039)***(ResearchCenterofComputerNetworkandInformationSecurityTechnology,HarbinInstituteofTechnology,Har
4、bin,150001)****(InstituteofElectronicandinformationEngineering,Xi’anJiaotongUniversity,Xi’an710049)AbstractThroughanalyzingtheproblemsoftraditionalnetworktrafficmeasurementsystem,apassivenetworktrafficmeasurementsystemisdesignedbasedonzero-copypacketcapture,r
5、awdevicestorageandsoon.Theperformanceandtheprecisionofnetworktrafficmeasurementareimprovedgreatly.Thissystemissuitableforthetrafficmeasurementof1Gb/snetwork.Keywordnetworktrafficmeasurement;packetcapture;zerocopy;rawdevice;TSC(TimestampCounter)1.引言Internet的服務
6、類型不斷增多，業(yè)務量成倍增長，對網(wǎng)絡服務質量的要求也越來越高，好的服務質量依賴于網(wǎng)絡的規(guī)劃設計，以及運行時的控制和調整，而這些都要以真實網(wǎng)絡流量的測量和分析為基礎。網(wǎng)絡流量測量在網(wǎng)絡規(guī)劃、故障診斷、應用與協(xié)議性能等方面都有重要意義。當前大部分被動網(wǎng)絡流量測量軟件解決方案是基于UNIX/LINUX提供的Libpcap庫，Libpcap是一個與實現(xiàn)無關的訪問操作系統(tǒng)所提供的分組捕獲機制的分組捕獲函數(shù)庫，廣泛應用的網(wǎng)絡監(jiān)聽程序TCPDUMP就是在它基礎上開發(fā)的。操作系統(tǒng)所提供的分組捕獲機制主要有三種：BPF（BSD分組
7、過濾器)[1]，DLPI(數(shù)據(jù)鏈路提供程序接口)，及Linux下的SOCK_PACKET類型套接口，它們的實現(xiàn)機制基本類似。但這一類型的已有測量工具7在性能方面有一定的局限性，一方面由于分組傳輸過程中一些關鍵通信路徑（如系統(tǒng)調用，內存數(shù)據(jù)拷貝等）的存在，導致Libpcap平臺本身效率不高；另一方面，帶寬的提高，對流量數(shù)據(jù)的時間精確度及存儲速率和空間也提出了更高的要求。清華大學針對Libpcap的性能問題作了一些改進[2]，但由于測量目的不同，其中還是存在一些影響性能的因素?；谶@種狀況，很多研究機構致力于基于硬件
8、設備的流量測量系統(tǒng)，把數(shù)據(jù)采集和時間戳等部分功能集中在專用捕包卡上[3][4]?；谟布慕鉀Q方案具有很好的性能和時間精確度，但是這類方案與軟件解決方案相比成本高、難以發(fā)布、靈活性不好。如何在有限的硬件支持下，解決傳統(tǒng)網(wǎng)絡流量測量中存在的關鍵問題，提高流量測量系統(tǒng)的性能，是我們的主要目標。本文第二部分分析了高速網(wǎng)絡流量測量中存在的問題，并給出了相應的解決方案，包括基于零拷
