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1.論文選題的目的和意義

流量監(jiān)測是網(wǎng)絡管理的基礎。從網(wǎng)絡體系架構來說，網(wǎng)絡流量是一切研究的基礎；它能直接反映網(wǎng)絡性能的好壞；更能幫助判斷網(wǎng)絡故障及網(wǎng)絡安全等狀況。隨著Ineernet重要性的日益提高和網(wǎng)絡結構的日益復雜．人們經(jīng)常會遇到網(wǎng)絡擁塞和服務質量低等一系列問題．越來越有必要對網(wǎng)絡的整體拓撲結構和網(wǎng)絡行為進行深入的了解、分析，以利于發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡瓶頸，優(yōu)化網(wǎng)絡配置，并進一步發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡中可能存在的潛在危險。為此。需要對大規(guī)模網(wǎng)絡結構進行動態(tài)描述，并根據(jù)網(wǎng)絡流量的變化分析網(wǎng)絡的性能，為加強網(wǎng)絡管理、提高網(wǎng)絡利用率．因此網(wǎng)絡流量的測量與分析一直為人們所關注。

2.課題名稱和課題來源

網(wǎng)絡測量技術始于上世紀70年代初，發(fā)展于80年代．90年代已漸成體系．在網(wǎng)絡測量的方法、工具及流量的測量模型等方面取得了長足的發(fā)展。美國在1992年開始著手IIltemet特征的研究．其中比較著名的項目有NIMIⅢationalIntemetMea．surementInfrastnlctu商。它是一個完整的網(wǎng)絡測量基礎框架，并且是第一個執(zhí)行大規(guī)模端到端ntemet行為測量的軟件．NIMI主要采用主動測量技術．主要目的是要測量全球的Intemet．致力于建立一個總體的可擴展的網(wǎng)絡測量基礎框架．而不是為特定的分析目標做一組特定的測量操作。

網(wǎng)絡流量簡而言之就是網(wǎng)絡上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。就象要根據(jù)來往車輛的多少和流向來設計道路的寬度和連接方式一樣，根據(jù)網(wǎng)絡流量設計網(wǎng)絡是十分必要的。在網(wǎng)絡中不同的位置通過不同的方法采集不同空間粒度和不同時間粒度下的網(wǎng)絡流量，并借助于數(shù)理統(tǒng)計、隨機過程和時間序列等數(shù)學手段針對預先所定義的一系列的網(wǎng)絡流量的相關屬性對網(wǎng)絡流量展開分析與研究，得到網(wǎng)絡流量的不同屬性在其構成、分布、相關性和變化規(guī)律與趨勢等方面的特征，簡稱流量測量；并且所得到的"特征"叫做網(wǎng)絡流量特征，簡稱流量特征。

網(wǎng)絡流量貫穿整個網(wǎng)絡，沒有網(wǎng)絡流量，網(wǎng)絡應用也就無從存在。如果把TCP/IP協(xié)議棧比作成為網(wǎng)絡的靈魂，通過網(wǎng)線等連接起來計算機、交換機和路由器等網(wǎng)絡設備比作成為網(wǎng)絡的骨架，那么網(wǎng)絡流量可以看作成是網(wǎng)絡中流動的血液。這樣，對于研究網(wǎng)絡的可用性、可靠性和穩(wěn)定性而言，研究網(wǎng)絡流量顯然是獲得第一手有效參數(shù)的最為直接和最為基礎的手段之一。應用各種主要基于硬件或者軟件或者硬軟件相結合所實現(xiàn)的流量測量與分析系統(tǒng)，實現(xiàn)網(wǎng)絡流量的監(jiān)測，并根據(jù)你的應用情況對網(wǎng)絡流量進行一定的干預，以保證關鍵性的應用。

3.前人在本課題研究領域的成果簡介

流量監(jiān)測包括測量工具/系統(tǒng)的部署、流量數(shù)據(jù)的采集（包括數(shù)據(jù)包捕獲、歸并和采樣處理等）、數(shù)據(jù)包的解析和處理（包括協(xié)議解析、按照協(xié)議、流和應用等不同聚合層次進行聚合表示和流量識別與分類等）、測量實體量化數(shù)值的獲得與統(tǒng)計分析、流量特征化描述、流量存儲和查詢表示、流量建模等多個環(huán)節(jié)，具有相對復雜的處理和分析過程。目前存在有眾多種流量測量的實現(xiàn)方法，他們可適用不同的測量環(huán)境、滿足不同的測量要求，并且有著不同的實現(xiàn)方式。概括來看，現(xiàn)有的這些實現(xiàn)方法大致可以依據(jù)如下幾個方面進行分類：根據(jù)測量時所依賴工具的實現(xiàn)主體是硬件還是軟件，流量測量可以被分成基于硬件的測量和基于軟件的測量兩種?；谟布臏y量通常需要設計和應用特定的硬件設備來對流量數(shù)據(jù)進行采集和分析。如IPMON、OCxMON、InMonsFlowProbe、NavTelIW5000ATMTrafficAnalyzer等，這些硬件設備通常被稱為流量采集探針（Probe），需要配置有網(wǎng)絡處理器（NP，NetworkProcessor）或專用的流量捕獲板卡采用串接（in-line）、鏡像（Mirror）或者分光（OpticalTap/Splitter）等方式捕獲被測量的流量。而基于軟件的測量一般是指通過普通的商用計算機（commoditycomputer）即所完成的流量測量。這類測量的主要特點就是被測流量的采集通常是借助于現(xiàn)有的硬件（如市面上可隨便購買到網(wǎng)絡接口卡（NIC，NetworkInterfaceCard，如以太網(wǎng)卡（EthernetCard））或者現(xiàn)有的網(wǎng)絡設備（如網(wǎng)絡中已經(jīng)部署且正在工作的服務器、交換機和路由器）來完成。

它主要包括兩個類別：一類是通過對操作系統(tǒng)內核和網(wǎng)絡協(xié)議棧的增改（由于代碼開放性等的限制，操作系統(tǒng)內核和網(wǎng)絡協(xié)議棧的增改通常是在開源的Linux下進行），借助普通的網(wǎng)絡接口卡（如將普通的以太網(wǎng)卡置于混雜模式（promiscuousmode）并借助于BPF完成對感興趣數(shù)據(jù)包的過濾）等將一般的商用計算機轉換成為具有數(shù)據(jù)包捕獲和分析處理能力的流量測量系統(tǒng)。另一類則是被測量的流量并非由普通的商用計算機直接獲得，而是需要從服務器、交換機、路由器等特定的網(wǎng)絡設備上經(jīng)過一定處理后導出，然后再由普通的商用計算機完成后續(xù)的流量處理和統(tǒng)計分析等工作。需要說明的是，特定設備上所導出的流量通常并非是詳細的網(wǎng)絡級的原始數(shù)據(jù)包，而是根據(jù)特定設備的不同，可能是SNMP/RMON統(tǒng)計數(shù)據(jù)，可能是經(jīng)過聚合處理后的flow數(shù)據(jù)，也可能是服務器日志，等等。不同形式的數(shù)據(jù)，對應要求在普通的商用計算機上通過不同的程序或軟件實現(xiàn)相應的流量處理和統(tǒng)計分析功能。

對于大多數(shù)的網(wǎng)絡用戶而言，網(wǎng)絡僅僅是為這些用戶的應用，如WEB網(wǎng)頁瀏覽、BT電影下載、QQ聊天程序、Skype網(wǎng)絡電話、PPLive在線視頻等等，提供連通性的媒介。以TCP/IP協(xié)議棧為基礎和核心的網(wǎng)絡遵循并實現(xiàn)了信息隱藏的原則，將具體的用戶級的網(wǎng)絡應用抽象為底層的數(shù)據(jù)幀/包的發(fā)送和接收，而終端的用戶無需了解網(wǎng)絡工作的底層細節(jié)。例如，用戶在Youtube的主頁面上點擊網(wǎng)頁上的超鏈接觀看所感興趣的在線視頻的時候，他不需要知道和關心會有多少個網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包生成，也無需了解這些數(shù)據(jù)包是如何在網(wǎng)絡中進行路由的、IP協(xié)議是如何完成尋址定位功能的、TCP協(xié)議是如何提供了可靠的端到端的數(shù)據(jù)傳輸功能的、HTTP協(xié)議是如何應用超文本表示和描述頁面上不同元素的、Youtube服務器上FlashMediaServer是如何實現(xiàn)自動位速率選擇和動態(tài)緩沖的，等等。用戶關心的可能僅僅是：他們所想要看到的視頻內容是否能夠快速的被呈現(xiàn)出來？視頻內容的播放是否能夠一直都很流暢？視頻內容是否能夠下載保存到自己的電腦上來？總而言之，用戶所最為關注的是應用，可以為他們帶來更為輕松和簡便的、更為豐富和優(yōu)質的網(wǎng)絡應用。然而，對于網(wǎng)絡管理人員而言，由數(shù)據(jù)包/幀這一最基本元素所形成的網(wǎng)絡流量卻是我們應該關注和研究的對象。這是因為網(wǎng)絡本身并無任何價值，其關鍵在于它所承載的業(yè)務，即人們日常所應用到的網(wǎng)絡應用。而不管哪一方面、什么類型、遵從什么架構、應用哪種協(xié)議、通過何種方式所實現(xiàn)的網(wǎng)絡應用都會產生流量，也必須要產生流量。這些流量會流經(jīng)作為最終的發(fā)送端和接收端的計算機、完成尋址和路由功能的交換機與路由器、提供安全檢查和防護的IDS和IPS系統(tǒng)等網(wǎng)絡設備。而正是這些具有不同能力和不同功能、處在不同層次和結構上的網(wǎng)絡設備憑借各種形式互相連接起來構成了整個網(wǎng)絡。

4.研究的主要內容和方法

（1）利用QoS優(yōu)化技術，按照不同網(wǎng)絡設備上不同的網(wǎng)絡應用進行網(wǎng)絡帶寬的分配，通過分類確定流量的優(yōu)先權，并對較高的優(yōu)先權提供優(yōu)先服務。由于行政網(wǎng)段是網(wǎng)路的一個重要服務對象，必須首先保證其服務質量，所以將網(wǎng)路內部行政網(wǎng)段流量設為最高的優(yōu)先級。

（2）通過交換機管理設置，利用VLAN技術，將不同位置上的交換機和IP地址管理集中在某個管理網(wǎng)段，把網(wǎng)絡劃分為若干子網(wǎng)，對訪問管理網(wǎng)段的流量進行限制。

（3）利用組播優(yōu)化技術，在網(wǎng)路中的網(wǎng)站上動態(tài)的直播、VOD和網(wǎng)絡電視等均采用組播技術，在網(wǎng)絡上建立一個視頻服務器，點擊視頻等即可觀看。訪問網(wǎng)內FTP、VOD和網(wǎng)絡電視服務器的多媒體流應用流量，此類流量較大，在播放時段對多媒體流設置相應的優(yōu)先級。

5、預期達到的目的和應用前景

網(wǎng)絡結構的優(yōu)化在優(yōu)化過程中應盡量減少節(jié)點匯聚，原先的節(jié)點可擴展為新匯聚，從核心到匯聚都采用直接邏輯連接，不再設置中間有源節(jié)點。采用以高速路由交換機為核心，多層交換機作為匯聚層，可管理性交換機作為接入層的網(wǎng)絡設計。在實際應用中，重要骨干設備采用雙線路連接到核心設備上，核心層至匯聚層交換機也采用雙千兆光纖做鏈路聚合（Trunking）的冗余組網(wǎng)方案，在加大帶寬的同時冗余了骨干鏈路，然后根據(jù)鏈路的長短來確定使用光纖鏈路，還是使用雙絞線從匯聚層交換機聯(lián)到接入層交換機，并且接入層設備采用線路捆綁連接到匯聚層，這樣在設備或物理鏈路出現(xiàn)故障時均可自動轉換，進而提高網(wǎng)絡的帶寬和穩(wěn)定性。

網(wǎng)絡應用優(yōu)化在網(wǎng)絡應用優(yōu)化前，先對網(wǎng)絡內所有終端全面殺毒，檢測各種蠕蟲和Ddos的攻擊，實現(xiàn)網(wǎng)絡安全，凈化網(wǎng)絡運行環(huán)境。

隨著計算機網(wǎng)絡技術的快速發(fā)展，網(wǎng)絡結構越來越復雜，它所承載的內容也由單一的數(shù)據(jù)業(yè)務變成了多種業(yè)務的融合，導致網(wǎng)絡負擔沉重，網(wǎng)絡性能下降。因此，認真開展流量測量的網(wǎng)絡優(yōu)化技術研究，對于確保網(wǎng)絡系統(tǒng)安全具有十分重要的現(xiàn)實意義。

下一代Intemet網(wǎng)絡規(guī)模進一步擴大．網(wǎng)絡流量高速增長．以及Ipv6、Ipv4雙協(xié)議的使用，和原有的Intemet的異構性。可擴展性。管理的無中心無政府狀態(tài)．使得網(wǎng)絡管理和網(wǎng)絡規(guī)劃進入了一個新的階段，網(wǎng)絡測量也面臨著新的課題。所有前期的測量數(shù)據(jù)都是在Ipv4的環(huán)境下獲得的，在Ipv6情況下，又如何展開網(wǎng)絡行為的測量，如何預測網(wǎng)絡流量的發(fā)展趨勢呢?因此，在原有的測量基礎上，開發(fā)出適應新環(huán)境的測量方法和新技術．做出更準確的網(wǎng)絡性能分析和網(wǎng)絡決策是人們努力的方向。