《高性能網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)捕獲方案的分析和優(yōu)化》.pdf

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1、電子測(cè)量技術(shù)第38卷第6期EIECTRONICMEASUREMENTTECHN()LOGY2015年6月高性能網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)捕獲方案的分析和優(yōu)化張玉琴王亮李盤文(中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院西安710089)摘要：針對(duì)目前對(duì)高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)監(jiān)控、分析和性能預(yù)測(cè)的需求，對(duì)實(shí)時(shí)存取原始網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的軟件解決方案進(jìn)行了分析。以WinPcap為例，深入其內(nèi)部運(yùn)行機(jī)制，詳細(xì)展示了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包捕獲中的各個(gè)階段，并給出了每一階段的詳細(xì)性能評(píng)估，同時(shí)指出其中的性能缺陷和瓶頸所在，最后給出了改進(jìn)各個(gè)階段性能的詳細(xì)解決方案，使其能明顯改進(jìn)高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包捕獲速率，節(jié)省系

2、統(tǒng)開銷，為之后的數(shù)據(jù)包處理和分析留出充裕的資源。最后對(duì)改進(jìn)方案進(jìn)行了定量的分析和論證。關(guān)鍵詞：高速網(wǎng)絡(luò)；數(shù)據(jù)包捕獲；WinPcap庫(kù)函數(shù)中圖分類號(hào)：TP393．092文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)科分類代碼：520．1050Analysisandoptimizeoffull—fledgednetworkdatacapturesolutionZhangYuqinWangLiangLiPanwen(ChineseFlightTestEstablishment，Xi’an，710089，China)Abstract：Forthedem

3、andofmonitoringandanalyzingthehigh-speednetworkdataandpredictingthecapability，analyzethesolutionofthesoftwareforsavingandreadingtheoriginalnetworkdata．Inthispaper，takeWinPcapasexample，particularlyprodicteachstageofcapturingnetworkdatawiththeinnerrunningsystem．prov

4、idethedetailedperformanceevaluation。meanwhilefindoutthedisadvantageofcapabilityandchokepoint．Thenelicittheparticularsolutionwhichimprovethecapabilityofeachstageforimprovingtherateofcapturingthepacketobviously，savingsystemcostandleavingabundantresourcetoprocessanda

5、nalyzethepocket．Intheend，analyzeanddemonstratethesolution．Keywords：high—speednetwork；datapackagecapture；WinPcap但是，性能一直是基于軟件的工具的一個(gè)弱點(diǎn)，當(dāng)處理高速1引言網(wǎng)絡(luò)時(shí)必須使用硬件方案。雖然目前CPU的性能非常強(qiáng)現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)化設(shè)備能力的不斷提升，網(wǎng)絡(luò)的帶寬和復(fù)雜大，但還是不能在幾倍千兆網(wǎng)絡(luò)速度的鏈路上進(jìn)行軟件實(shí)性也隨之提升。對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)控、故障分析也變得越來(lái)越時(shí)流量分析]。復(fù)雜，需要很高的專業(yè)能力和專用工具。一

6、些專用工具(如該文指出了網(wǎng)絡(luò)分析需要的組件并測(cè)量了各部分的權(quán)網(wǎng)絡(luò)分析儀和監(jiān)控設(shè)備)都是基于專門的硬件，通常都很昂重。之后在WinPcap協(xié)議的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了一系列的優(yōu)化貴，難于部署，同軟件相比靈活性非常低_1]。并進(jìn)行測(cè)試，將改進(jìn)的結(jié)果以量化的形式給出。目前為止，大量為軟件應(yīng)用提供實(shí)時(shí)存取原始網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的基于軟件的解決方案(通常以標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)的擴(kuò)展形2WinPcap數(shù)據(jù)包捕獲結(jié)構(gòu)體系式出現(xiàn))被提出。這些解決方案通常以庫(kù)函數(shù)的形式實(shí)現(xiàn)，通過(guò)分析一個(gè)典型的包捕獲和流量分析結(jié)構(gòu)體系的各如廣為人知的WinPcap和libpcap，能夠

7、應(yīng)用在很多的操作部分組件來(lái)作為本文中使用的模型。特別的，專注于由網(wǎng)系統(tǒng)上。這些庫(kù)函數(shù)導(dǎo)I葉J一系列的原生函數(shù)，使應(yīng)用程序絡(luò)接口卡接受，傳輸?shù)絻?nèi)存，到達(dá)最終的應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)包能夠不經(jīng)過(guò)其他網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層直接與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互動(dòng)。軟件組所走過(guò)的路徑。WinPcap作為廣泛應(yīng)用的包捕獲協(xié)議，其件容易部署，靈活性也高：一個(gè)包捕獲組件能為大量的應(yīng)用基本原理與其他解決方案是一致的。_T具(如網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控器、流量分析器和實(shí)時(shí)檢查軟件等)提供2．1網(wǎng)卡和網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序數(shù)據(jù)包的系統(tǒng)底層存取。另外成本低廉，容易升級(jí)，這也是現(xiàn)代網(wǎng)卡有一個(gè)很小的板載內(nèi)存，通常是

8、幾千字節(jié)。專業(yè)人士喜歡使用軟件工具進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和分析的原因。收稿日期：2015-06第38卷電子測(cè)量技術(shù)用來(lái)在全速狀態(tài)下接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包，獨(dú)立于主機(jī)的處理包捕獲能力。另外，網(wǎng)卡在數(shù)據(jù)包還存儲(chǔ)在板載內(nèi)存上時(shí)進(jìn)行一些初步處理，如CRC校驗(yàn)、短以太網(wǎng)幀檢測(cè)，這樣無(wú)效的幀就可以立即丟棄。當(dāng)網(wǎng)卡接收到一個(gè)有效的數(shù)