网络测量中的抽样技术研究

来源 :曲阜师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xtchen
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随着新一代互联网的建设和发展,网络行为变得十分复杂,针对网络的异常攻击也变得更加严重,这些现状在很大程度上威胁着网络的管理和安全。网络测量是对网络性能进行分析和建模的基础,在网络管理中扮演着越来越重要的角色。然而,由于高速网络中数据量较大,获取每个报文信息或者流信息进行存储和测量已变的不可能,且流量存在很大的突变性,给系统资源带来过多的消耗,抽样技术的引入成功的解决了该性能瓶颈问题,成为网络流量工程研究的重点之一。本文首先介绍了网络测量与流量分析技术,阐述高速网络测量中遇到的困难,指出抽样技术在网络测量中的重要作用。接着对抽样技术的详细内容进行概述,讨论了几种常用的抽样方法,系统全面地分析了与抽样测量相关的关键技术和重要算法,如Bloom filter算法和超时策略等。最后,通过研究目前网络特性,本文将抽样技术与Bloom filter算法和动态的超时策略相结合,提出了新的抽样测量算法应用于流量测量中,其中,Bloom filter实现简单,能快速进行资源查找和匹配;超时策略作为判断流输出的标志之一,对流特性的测量精度和流cache的利用率有很大的影响。经性能分析和实验仿真证明,本论文提出的算法能够在提高测量准确性的同时,提高系统的资源利用率。具体研究内容如下:(1)本文对Bloom filter算法和改进的CBF算法进行了深入研究,针对目前CBF算法在流量过大时会造成计数器溢出的缺陷,设计了一种动态计数型布鲁姆过滤器(DCBF)算法。该算法使用了多层CBF,可在流量较大时自适应增加新的CBF,防止CBF溢出造成测量误差。将DCBF与基于报文的流抽样算法相结合,可以在减少测量个数的同时提高测量精度。通过实验仿真对该算法与基于CBF和FCBF的抽样算法进行了测量误差方面的比较,分析可知,本文提出的算法提高了抽样的准确性,降低了空间利用率。(2)随着网络规模的不断扩张,网络流量的特征变得异常复杂且难以预测,静态的抽样方法已不能满足高速网络测量的要求。本文提出了一种自适应流抽样算法,该算法利用时间对报文进行分层,在层内使用固定的最大数量的抽样,这样可以在网络流量较小时保持测量准确性,而在流量剧增时保证资源的可控性。然后,针对固定超时策略在网络测量应用中存在的缺陷,采用了两层自适应超时(TSAT)策略来控制流的输出。TSAT策略采用了两层流空间,为系统中广泛存在的单包流维护独立的流空间,并对其使用较小超时。通过对该算法与基于NetFlow的抽样算法进行仿真比较,验证了算法具有自适应性、较高的准确性和资源可控性。
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