基于協(xié)議分析儀的IP網(wǎng)絡(luò )應用設計

引言

　　計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)快速發(fā)展給我們帶來(lái)諸多驚喜的同時(shí)，其存在的各種問(wèn)題也困擾著(zhù)大家， 特別是網(wǎng)絡(luò )*蔓延和網(wǎng)絡(luò )黑客的攻擊， 使I n t r a n e t 網(wǎng)絡(luò )性能下降， 故障頻繁。對此，網(wǎng)絡(luò )工程技術(shù)人員與網(wǎng)絡(luò )管理人員需要借助各種網(wǎng)絡(luò )管理和維護的工具來(lái)加強對網(wǎng)絡(luò )的監控、故障診斷和處理。在所有的工具中， 網(wǎng)絡(luò )協(xié)議分析儀P A ( p r o t o c o l a n a l y z e r )在網(wǎng)絡(luò )故障診斷方面具有不可替代的作用，隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )精細化管理程度的提高，協(xié)議分析儀必將為越來(lái)越多的網(wǎng)絡(luò )工程技術(shù)員及人網(wǎng)絡(luò )管理員所廣泛運用。

　　1 IP 網(wǎng)絡(luò )維護與協(xié)議分析儀的特點(diǎn)

　　基于T C P / I P 的I n t r a n e t 成為當今局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)的潮流，該協(xié)議在設計之初更多考慮的是網(wǎng)絡(luò )的開(kāi)放性，其存在著(zhù)不可靠性、不安全性、流量突發(fā)性等特點(diǎn)，使得對其進(jìn)行管理維護也非常困難。當前， 國內對I P 網(wǎng)絡(luò )的管理維護手段盡管多種多樣， 但還沒(méi)有非常成熟的可以被普遍采用的方案。采用協(xié)議分析儀則為網(wǎng)絡(luò )故障診斷提供了一種“ 透視” 方案[ 3 ]。協(xié)議分析儀對網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行實(shí)時(shí)監測， 對網(wǎng)絡(luò )中I P 數據包進(jìn)行捕獲、解析， 從而了解網(wǎng)絡(luò )當前的狀況， 準確定位故障源節點(diǎn)的I P 或M A C ， 可以快速診斷網(wǎng)絡(luò )故障。協(xié)議分析儀工作在被動(dòng)模式和透明狀態(tài)下，不會(huì )影響網(wǎng)絡(luò )的正常運行；同時(shí)協(xié)議分析儀又可以靈活部署在各種網(wǎng)絡(luò )環(huán)境中，在I P 網(wǎng)絡(luò )故障診斷中可以方便地應用。

　　2 協(xié)議分析儀的工作原理

　　協(xié)議分析儀就是能夠C a p t u r e（ 捕獲） 分析網(wǎng)絡(luò )中傳輸數據的設備， 其硬件部分主要是處于混雜模式（ P r o m i s c u o u s） 的網(wǎng)卡， 其軟件部分包含數據包捕獲模塊和數據解碼分析模塊兩大部分。

　　2 . 1 數據包捕獲模塊的基本原理

　　數據包捕獲模塊由處于混雜模式的網(wǎng)卡、網(wǎng)卡驅動(dòng)程序、中間程序、網(wǎng)絡(luò )協(xié)議程序、應用程序以及網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)接口規范組成， 其結構如圖1 所示。

圖 1 數據包捕獲模塊的結構圖

其中網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)接口規范N D I S ( N e t w o r k D r i v e r I n t e r f a c e S p e c i f i c a t i o n ) 是數據包捕獲模塊的核心，它集成了多種數據包捕獲規則的操作函數，為還原I P 數據包提供服務(wù)，能將各種以太網(wǎng)網(wǎng)卡設置為混雜模式。N D I S 支持多種工作模式， 并提供一套 N D I S 庫( L i b r a r y ) 來(lái)完成各種規則下的數據包的捕獲。協(xié)議分析儀捕獲數據包的過(guò)程共分為網(wǎng)卡模式設置、接收網(wǎng)絡(luò )數據、數據分類(lèi)、數據過(guò)濾、數據提交及關(guān)閉網(wǎng)卡等六大步驟。

　　2 . 2 數據解碼分析模塊原理

　　協(xié)議分析儀對捕獲的海量數據進(jìn)行解碼分析，主要是基于各種網(wǎng)絡(luò )協(xié)議的不同特征并用協(xié)議定義數據結構規則解析模塊來(lái)完成的。協(xié)議分析儀一般使用層次化的協(xié)議分析方法和插件技術(shù)來(lái)實(shí)現對捕獲數據的解碼分析。層次化分析方法是基于O S I 分層模型的思想，按照數據在發(fā)/收端的封裝與解包的過(guò)程對捕獲的數據流進(jìn)行逐層處理還原重組解析。利用插件技術(shù)來(lái)擴展協(xié)議分析儀適應網(wǎng)絡(luò )新的協(xié)議及應用的解析。

　　3 協(xié)議分析儀的主要功能

　　協(xié)議分析儀的主要功能有網(wǎng)絡(luò )數據的采集、數據的解碼分析、網(wǎng)絡(luò )狀況的統計、故障的診斷等， 綜合這些信息來(lái)完成對網(wǎng)絡(luò )運行情況的分析與故障診斷。

　　協(xié)議分析儀能實(shí)時(shí)監測各個(gè)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)和每條指定鏈路的連接情況、流量、負載率、數據收發(fā)的錯誤率、數據包S i z e 分布情況等， 并且可以用統計圖或者表格的形式顯示?？梢蕴峁┓浅Ｔ敿毜木W(wǎng)絡(luò )狀況的統計信息， 包括對全局數據的統計和針對關(guān)鍵信息的統計。

　　可以提供非常準確的網(wǎng)絡(luò )故障診斷結果（ E x p e r t S y s t e m 專(zhuān)家系統）， 能智能地對網(wǎng)絡(luò )通信情況進(jìn)行故障診斷，提供對網(wǎng)絡(luò )故障的原因分析，以及如何處理等。這對快速定位網(wǎng)絡(luò )故障極其重要， 可以極大地提高網(wǎng)絡(luò )故障診斷的效率。

　　4 協(xié)議分析儀在IP 網(wǎng)絡(luò )故障診斷中的應用模型

　　實(shí)際I P 網(wǎng)絡(luò )中部署協(xié)議分析儀的策略隨網(wǎng)絡(luò )的拓撲、組網(wǎng)設備的不同而異， 主要有以下三種應用模型：

　　4 . 1 共享式網(wǎng)絡(luò )環(huán)境

　　基于H U B 集線(xiàn)器組網(wǎng)的共享式網(wǎng)絡(luò )，數據包以廣播的方式傳送，在網(wǎng)絡(luò )中任一節點(diǎn)部署協(xié)議分析儀都可以捕獲到網(wǎng)絡(luò )中的全部數據信息。

　　4 . 2 有鏡像功能的交換式網(wǎng)絡(luò )環(huán)境

　　基于交換機組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境，由于其每個(gè)端口只轉發(fā)與本端口直接相連設備的數據包以及廣播包和組播包，協(xié)議分析儀要捕獲其他端口的數據包則要對有端口鏡像功能的交換機配置起用其鏡像功能， 將協(xié)議分析儀接入鏡像端口上實(shí)現抓包， 如圖2 所示。

圖2 端口鏡像方式部署協(xié)議分析儀

　　這種方式協(xié)議分析儀僅能監測到被鏡像端口的數據， 而且配置起來(lái)也比較麻煩。