高速网络流量测量系统的设计.docVIP

高速IP网络流量测量系统的设计与实现 王风宇1,2，云晓春1,3，申伟东4 1（中国科学院 计算技术研究所 信息智能与信息安全研究中心，北京 100080） 2（中国科学院 研究生院北京 150001） 4（西安交通大学，电子与信息工程学院， 陕西 西安710049） 摘要：网络流量测量是网络流量分析建模的基础，也是网络性能监测的主要方法。不断提高的网络带宽，使网络流量测量面临很大的困难。本文在分析传统网络流量测量系统存在的问题的基础上，采用零拷贝分组捕获和裸设备存储（零拷贝存储）等关键技术，设计并实现了一个被动式网络流量测量系统，使系统性能得到大幅提高，并具有较好的时间精确度。 关键词：网络流量测量；分组捕获；零拷贝；裸设备；TSC(Timestamp Counter)时间戳 Design and Implementation of a High-speed Network Traffic Measurement System Wang Feng-Yu* **, Yun Xiao-Chun* ***, Shen Wei-Dong**** *(Research Center of Information Intelligent and Information Security, Institute of Computing Technology, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080) **(Graduate University of Chinese Academy of Science, Beijing 100039) ***(Research Center of Computer Network and Information Security Technology, Harbin Institute of Technology, Harbin,150001) ****(Institute of Electronic and information Engineering, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049) Abstract Through analyzing the problems of traditional network traffic measurement system, a passive network traffic measurement system is designed based on zero-copy packet capture, raw device storage and so on. The performance and the precision of network traffic measurement are improved greatly. This system is suitable for the traffic measurement of 1Gb/s network. Keyword network traffic measurement; packet capture; zero copy; raw device; TSC(Timestamp Counter) 引言 Internet的服务类型不断增多，业务量成倍增长，对网络服务质量的要求也越来越高，好的服务质量依赖于网络的规划设计，以及运行时的控制和调整，而这些都要以真实网络流量的测量和分析为基础。网络流量测量在网络规划、故障诊断、应用与协议性能等方面都有重要意义。 当前大部分被动网络流量测量软件解决方案是基于UNIX/LINUX提供的Libpcap库，Libpcap是一个与实现无关的访问操作系统所提供的分组捕获机制的分组捕获函数库操作系统所提供的分组捕获机制主要有三种：BPF)[1]，DLPI(数据链路提供程序接口)，及Linux下的SOCK_PACKET类型套接口与软件解决方案相比灵活性不在有限的硬件支持下，。 图1. 基于双零拷贝的高速网络流量测量系统模型 2.1 基于零拷贝的分组捕获平台 在传统的流量测量工具中，数据从网卡到应用程序空间的过程多数是基于类似Libpcap的分组捕获模型实现的。这种分组捕获模型如图2(a)所示(内核部分我们以BPF为例[1])。在这种模型中数据传输是通过操作系统内核来完成的，网络分组到达后，首先以DMA方式传送到内核缓冲区，并发出硬中断，网卡驱动在硬中断处理程序中把到达的分组提交给BPF分组过滤器，经分组过滤器经过滤后才到达用户空间，其中存在很多影响系统性能的因素：数据分组通过单分组驱动机制从内核空间向用户空间传送，效率不高；用户进程