徐 方，鄧 敏

(1.湖北工程學院 現(xiàn)代教育技術(shù)中心，湖北 孝感 432000；2.湖北工程學院 科學技術(shù)處，湖北 孝感 432000)

隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴大和復雜性的增加，使用人工方式對計算機網(wǎng)絡(luò)進行管理和維護已經(jīng)不能滿足目前網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的要求。網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)是實現(xiàn)計算機網(wǎng)絡(luò)管理的軟件系統(tǒng)，它能夠保證網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可控可管、安全高效的運行[1]。網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)測系統(tǒng)的主要功能是監(jiān)測各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運行狀態(tài)，收集網(wǎng)絡(luò)中的重要鏈路的流量數(shù)據(jù)等信息。系統(tǒng)對收集到的數(shù)據(jù)進行存儲和分析，對網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的異常情況進行預(yù)警，以便網(wǎng)絡(luò)管理員及時發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中存在的問題，使網(wǎng)絡(luò)故障能得到迅速解決。網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)測系統(tǒng)使用圖形化用戶界面表現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的運行狀態(tài)和網(wǎng)絡(luò)流量信息，同時根據(jù)監(jiān)測結(jié)果對網(wǎng)絡(luò)的部分性能進行控制，保證網(wǎng)絡(luò)設(shè)備按照網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的要求工作[2]。

1 網(wǎng)絡(luò)流量檢測技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)流量數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)的運行維護中發(fā)揮著重要作用，它不僅為診斷網(wǎng)絡(luò)故障提供了重要的信息，而且是反映網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)劣的重要參數(shù)之一。網(wǎng)絡(luò)流量檢測系統(tǒng)周期性的采集網(wǎng)絡(luò)流量數(shù)據(jù)，對獲取的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，找出反映網(wǎng)絡(luò)性能指標的數(shù)據(jù)，形成網(wǎng)絡(luò)性能分析報告。網(wǎng)絡(luò)流量檢測系統(tǒng)將歷史網(wǎng)絡(luò)流量數(shù)量和設(shè)備狀態(tài)信息存儲在數(shù)據(jù)庫中，網(wǎng)絡(luò)管理員則可以根據(jù)歷史流量數(shù)據(jù)和當前流量數(shù)據(jù)分析網(wǎng)絡(luò)流量的變化趨勢，了解網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?guī)律，發(fā)現(xiàn)影響網(wǎng)絡(luò)性能的瓶頸，對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進行優(yōu)化，提高網(wǎng)絡(luò)的整體性能。在網(wǎng)絡(luò)流量管理系統(tǒng)中還可以設(shè)計流量或故障預(yù)警功能。當網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題時，系統(tǒng)自動給管理員發(fā)出告警消息，使用網(wǎng)絡(luò)故障能夠得到及時處理。網(wǎng)絡(luò)流量檢測技術(shù)也能為網(wǎng)絡(luò)安全管理提供大量的信息，是網(wǎng)絡(luò)安全研究的一項重要技術(shù)手段。

1.1 網(wǎng)絡(luò)流量分類

網(wǎng)絡(luò)流量的監(jiān)測能夠為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的優(yōu)化提供依據(jù)。網(wǎng)絡(luò)流量可以按照不同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用進行分類，如視頻流量、音頻流量、HTTP(網(wǎng)頁瀏覽)流量和FTP(文件傳輸)流量等等。按照數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋C制不同又可以劃分為常規(guī)網(wǎng)絡(luò)流量和P2P(Peer to Peer)網(wǎng)絡(luò)流量。值得注意的是，P2P是一種對等計算模型，如果網(wǎng)絡(luò)中采這種計算模型的節(jié)點越多，那么對網(wǎng)絡(luò)帶寬資源的占用率就越大。如果不對P2P應(yīng)用加以控制，可能導致網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)流量，從而引起網(wǎng)絡(luò)擁塞，影響其他業(yè)務(wù)的正常進行。對網(wǎng)絡(luò)性進行建模時，一般會把網(wǎng)絡(luò)流量分為背景流量和前景流量[3]。

1.2 網(wǎng)絡(luò)流量檢測方法

下面主要介紹常用的幾種網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)測技術(shù)，分別是基于流量像的協(xié)議分析技術(shù)、基于SNMP(Simple Network Management Protocol，簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議)的管理技術(shù)、基于探針的分布式分析技術(shù)和基于NetFlow監(jiān)測技術(shù)[4]。

(1)基于流量鏡像協(xié)議分析。流量鏡像協(xié)議分析技術(shù)的核心思想是把網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的某條鏈路(端口)上的流量數(shù)據(jù)鏡像到另外一個空閑設(shè)備端口上，然后對空閑端口上的流量數(shù)據(jù)進行分析或解碼，以得到所要檢測鏈路的流量數(shù)據(jù)信息。這種鏡像分析方法相比其他方法非常適合網(wǎng)絡(luò)故障的分析，能及時查找網(wǎng)絡(luò)中存在的問題，是網(wǎng)絡(luò)測試中常用的方法。缺點是不太適合對整個網(wǎng)絡(luò)進行流量監(jiān)控。

(2)基于硬件探針的監(jiān)測技術(shù)。硬件探針是一種檢測網(wǎng)絡(luò)流量的硬件設(shè)備，通過接入網(wǎng)絡(luò)中獲得網(wǎng)絡(luò)的流量信息。它可以串接在要檢測的網(wǎng)絡(luò)鏈路中，捕獲網(wǎng)絡(luò)中的流量數(shù)據(jù)。一個硬件探針可以檢測一條鏈路或者說是一個子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)流量數(shù)據(jù)。通過使用一系列硬件探針可實現(xiàn)對全網(wǎng)的流量檢測。將所有數(shù)據(jù)信息存入設(shè)定的數(shù)據(jù)庫中，可以實現(xiàn)對全網(wǎng)的流量信息進行長時間的檢測與分析[5]。

(3)基于SNMP的流量監(jiān)測技術(shù)。基于SNMP協(xié)議的流量監(jiān)測技術(shù)是通過軟件遠程獲取網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的流量數(shù)據(jù)。目前大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備產(chǎn)商都支持SNMP協(xié)議。在支持SNMP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中會存在一個MIB(管理對象信息庫)用來存儲設(shè)備各端口的實時流量數(shù)據(jù)。流量管理系統(tǒng)通過調(diào)用SNMP協(xié)議就可以獲得相關(guān)的流量信息。因此，使用SNMP協(xié)議對全網(wǎng)進行監(jiān)測非常方便，不過要想對全網(wǎng)流量數(shù)據(jù)進行長期的分析，還需要數(shù)據(jù)庫的支持，以便能存儲大量的歷史數(shù)據(jù)信息。

(4)基于Netflow的流量監(jiān)測技術(shù)。思科網(wǎng)絡(luò)公司開發(fā)了Netflow協(xié)議用于網(wǎng)絡(luò)流量信息的管理。在思科的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上都安裝了Netflow協(xié)議，它是思科設(shè)備的專屬協(xié)議，目前已經(jīng)標準化，也得到了眾多網(wǎng)絡(luò)設(shè)備產(chǎn)商的支持。思科公司也開發(fā)了相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)流量管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以對支持Netflow協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)進行流量監(jiān)測、統(tǒng)計和分析[6]。

2 網(wǎng)絡(luò)流量檢測系統(tǒng)的設(shè)計

綜合考慮以上各種網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)測技術(shù)，本文認為基于SNMP協(xié)議的流量監(jiān)測技術(shù)更適合于目前高校校園網(wǎng)絡(luò)的流量監(jiān)測。本節(jié)詳細分析了基于SNMP網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議，采用基于Web網(wǎng)絡(luò)管理模式設(shè)計網(wǎng)絡(luò)流量管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠在統(tǒng)一的平臺上通過瀏覽器方式集中管理校園網(wǎng)絡(luò)上所有運行SNMP協(xié)議的被管設(shè)備，及時掌握整個校園網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)流量狀況，得到有效的統(tǒng)計數(shù)據(jù)和方便直觀的信息，并對網(wǎng)絡(luò)流量數(shù)據(jù)進行深層次分析，以便網(wǎng)絡(luò)管理者更好地進行網(wǎng)絡(luò)的維護和管理。

2.1 開發(fā)平臺和開發(fā)工具

在開發(fā)平臺和開發(fā)工具的選擇中，筆者盡量選擇開源軟件。由于開源軟件公開了程序的源碼，不僅降低了開發(fā)的成本，而且有利于對系統(tǒng)和程序的理解。本系統(tǒng)的開發(fā)過程中使用了如下工具：

(1)系統(tǒng)運行的操作系統(tǒng)：操作系統(tǒng)選用Red Hat Linux 2.6.18。

(2)Web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：Web服務(wù)器選用Apache 2.2.3，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)選用Mysql 5.0.45。

(3)PHP程序編輯軟件：PHP程序編輯軟件選用Macromedia公司專為開發(fā)Web程序Dreamweaver軟件。

(4)繪圖工具：繪圖工具選用RRDTool，RRD(Round Robin Database)是環(huán)狀據(jù)庫。

(5)抓包工具：Snifer Pratable抓包工具 。

2.2 系統(tǒng)的總體架構(gòu)

系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。本系統(tǒng)采用分層方法進行構(gòu)架，從整體上將系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分為三個層次，分別是用戶界面模塊、功能模塊和通信模塊。根據(jù)系統(tǒng)的不同功能及其面向?qū)ο蟮牟煌?，三個層次內(nèi)又劃分成9個模塊。

2.3 功能模塊的劃分

該系統(tǒng)的設(shè)計遵循軟件工程方法，運用了模塊化的設(shè)計思想。因此軟件系統(tǒng)修改和維護就非常方便。本節(jié)主要描述用戶管理與認證模塊、接口管理模塊、流量管理模塊和流量異常處理模塊。

(1)用戶管理與認證模塊。本系統(tǒng)設(shè)計了強大的用戶管理功能，允許多個用戶同時使用系統(tǒng)，系統(tǒng)對用戶權(quán)限劃分了十六個種類，分別是用戶管理、數(shù)據(jù)輸入、更新數(shù)據(jù)源、更新圖形樹、更新圖形、查看圖形、控制臺訪問、更新循環(huán)歸檔、更新圖形模版、數(shù)據(jù)查詢、查看設(shè)備信息、全局設(shè)置、輸出數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)。在新建用戶時，可以為新用戶任意分配這些權(quán)限，便于對用戶的管理，以提高系統(tǒng)的安全性。

圖1 系統(tǒng)的總體架構(gòu)

進入本系統(tǒng)前首先要進行用戶認證，用戶的相關(guān)信息存儲在數(shù)據(jù)庫中，其中用戶密碼經(jīng)過加密進行存儲。

(2)接口管理模塊。接口管理模塊對被管理設(shè)備的接口進行管理，列出被管理設(shè)備的所有接口、CPU和內(nèi)存使用信息，以便用戶選擇需要監(jiān)控的接口。

接口管理模塊主要使用相應(yīng)的函數(shù)來獲取被管理設(shè)備的所有接口信息，然后將用戶選擇好的接口存入到數(shù)據(jù)庫，以便流量管理模塊對選中的接口進行處理。

(3)流量管理模塊。本系統(tǒng)的核心模塊是流量管理模塊，它隨著WEB服務(wù)器的啟動而啟動，在服務(wù)器后臺運行。流量管理模塊的主要功能是對已監(jiān)控的設(shè)備接口進行定期的輪詢，將接口的流量或設(shè)備的CPU、內(nèi)存的負載等數(shù)據(jù)傳送到圖形處理模塊。所以，流量管理模塊主要實現(xiàn)流量檢測、更新配置和存儲流量數(shù)據(jù)等功能。流量管理模塊由PHP程序與RRD數(shù)據(jù)庫共同完成，它包括網(wǎng)絡(luò)流量的檢測、存儲和流量數(shù)據(jù)分析圖表的生成，極大地提高了本系統(tǒng)的性能和可擴展性。

(4)流量異常處理模塊。網(wǎng)絡(luò)流量檢測的目的是為了及時掌握網(wǎng)絡(luò)中的流量和設(shè)備運行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的異常情況。通過給網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)設(shè)定閾值的方式來實現(xiàn)即時告警的功能。當某些網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)超過了設(shè)定的閾值時，系統(tǒng)會發(fā)出語音告警，并以郵件的方式發(fā)送給管理員。而且，重要的系統(tǒng)日志和主機宕機消息，也會發(fā)出語音告警，并以郵件的方式發(fā)送給管理員。

3 網(wǎng)絡(luò)流量數(shù)據(jù)的分析

本系統(tǒng)前臺還提供了豐富的歷史查詢功能及權(quán)限管理功能。RRD能夠管理大量周期性的數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)管理員可以對數(shù)據(jù)庫中的歷史數(shù)據(jù)進行分析，找出網(wǎng)絡(luò)流量的規(guī)律。此外本系統(tǒng)可以長期存儲收集到的網(wǎng)絡(luò)流量數(shù)據(jù)，可以根據(jù)用戶的要求，以圖表的形式顯示出一年、一個月、一個星期以及任意時段的網(wǎng)絡(luò)流量狀況。

3.1 同一網(wǎng)絡(luò)區(qū)域不同時期的網(wǎng)絡(luò)流量分析

以某校園網(wǎng)電信出口的流量為例，如圖2可以看到一小時的流量分析圖。流入的當前值是59.91 Mb/s，平均值是106.39 Mb/s，最大值是144.05 Mb/s。流出的當前值是95.98 Mb/s，平均值是156.34 Mb/s，最大值是174.17 Mb/s。

圖2直觀準確的反映了校園網(wǎng)核心設(shè)備到外網(wǎng)的流量狀況，直接點擊流量圖，還可以看到更細時間粒度的網(wǎng)絡(luò)流量狀況。圖中藍色的線表示從互聯(lián)網(wǎng)流入校園網(wǎng)的流量數(shù)據(jù)，綠色區(qū)域則表示從校園網(wǎng)到互聯(lián)網(wǎng)的流量數(shù)據(jù)。因為此時采集的是校園網(wǎng)核心交換機的監(jiān)控端口上的流量數(shù)據(jù)，所以圖形中所看到的流入和流出相對于被監(jiān)控區(qū)域來說是相反的。

圖2 每小時流量分析圖

3.2 同一時間不同網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)流量分析

以某校園網(wǎng)中文學院和學校西區(qū)網(wǎng)絡(luò)一天的網(wǎng)絡(luò)流量分析圖3和圖4作對比，這兩個區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)流量有明顯差別。文學院在上班時間的流量最大值超過了1Mb/s，在下班時間以后，大部分辦公室計算機已關(guān)閉，所以流量非常小。然后在西區(qū)教工宿舍的情況卻相反，流入流出的平均值都快接近10 Mb/s，因為監(jiān)測時段處于周末期間，西區(qū)教工宿舍上網(wǎng)的人比較多，這種現(xiàn)象符合實際的情況。

通過對校園網(wǎng)絡(luò)中各個區(qū)域的流量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，可以找出校園網(wǎng)絡(luò)流量的一些統(tǒng)計規(guī)律。這些規(guī)律可以為管理員制定網(wǎng)絡(luò)管理策略提供依據(jù)。比如，可以在白天的工作時段給教學區(qū)和行政辦公區(qū)域分配較多的流量，降低教工家屬區(qū)的網(wǎng)絡(luò)流量分配，這樣可以保證教學和行政辦公網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量。

圖3文學院網(wǎng)絡(luò)下午4時到8時流量分析圖

圖4成教樓至西區(qū)教工宿舍網(wǎng)絡(luò)下午4時到8時流量分析圖

3.3 異常網(wǎng)絡(luò)流量的分析與處理

在計算機網(wǎng)絡(luò)中，經(jīng)常會有異常流量的出現(xiàn)，異常流量會占用很大的網(wǎng)絡(luò)帶寬，影響正常業(yè)務(wù)的開展，對網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運行有很大的影響。

在分析某個區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)帶寬需求時，通常以一個月的時間跨度內(nèi)的數(shù)流量情況進行分析。在網(wǎng)絡(luò)中沒有新的用戶接入或沒有增加新的應(yīng)用時，該區(qū)域內(nèi)一個月的流量變化具有一定的規(guī)律性。如果被監(jiān)測區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)了流量異常情況，則網(wǎng)絡(luò)管理員必須加以重視，對網(wǎng)絡(luò)中的異常流量進行分析，找出產(chǎn)生異常流量的原因，這些原因有可能是網(wǎng)絡(luò)攻擊或者計算機病毒引起的。如圖5所示，在1：00和7：20分間出現(xiàn)了一個突發(fā)流量，網(wǎng)絡(luò)流量值一下上升到了56.87 Mb/s。而在以往同一時段的流量數(shù)據(jù)中并沒有發(fā)現(xiàn)這種突發(fā)流量。由此可以斷定此時校園網(wǎng)西區(qū)成教樓的網(wǎng)絡(luò)流量出現(xiàn)異常，需要及時處理。

圖5 成教樓匯聚點異常流量分析圖

在確定流量異常發(fā)生在某校區(qū)之后，對該區(qū)內(nèi)部各樓棟交換機進行調(diào)查，最后發(fā)現(xiàn)異常網(wǎng)絡(luò)流量發(fā)源來某學院教學用學生機房。學生在該時段可以自由上機，大量學生使用了P2P類網(wǎng)絡(luò)軟件，導致網(wǎng)絡(luò)異常流量發(fā)生。為了解決此類異常流量對網(wǎng)絡(luò)造成的影響，網(wǎng)絡(luò)管理人員對該機房的網(wǎng)絡(luò)出口帶寬進行限制，以保證校園網(wǎng)正常業(yè)務(wù)的順利進行。

4 結(jié)語

通過對網(wǎng)絡(luò)流量數(shù)據(jù)的檢測與分析，設(shè)計了一個校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)流量數(shù)據(jù)的長效分析和網(wǎng)絡(luò)流理異常處理與分析，全面掌握整個網(wǎng)絡(luò)的性能狀況，以合理分配網(wǎng)絡(luò)帶寬，實現(xiàn)校園網(wǎng)的高效管理。本系統(tǒng)可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)性能分析、歷史流量數(shù)據(jù)統(tǒng)計、網(wǎng)絡(luò)利用率分析和網(wǎng)絡(luò)異常預(yù)警等功能。當然，本系統(tǒng)仍存在兩個方面的問題尚待解決，主要有網(wǎng)絡(luò)流量負載均衡的問題和系統(tǒng)中設(shè)備掃描的準確性問題。該問題的有效解決能使系統(tǒng)朝著更實用、更高效、更安全的方向優(yōu)化和完善。

[參 考 文 獻]

[1] 李志芳.基于WEB的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].武漢：華中科技大學，2007.

[2] 徐方，鄧敏.基于SNMP 的網(wǎng)絡(luò)流量管理系統(tǒng)設(shè)計與分析[J].孝感學院學報，2009，29(6)：66-69.

[3] 陳俊.基于SNMP和JAVA的網(wǎng)絡(luò)流量檢測系統(tǒng)[D].武漢：武漢理工大學，2005.

[4] 網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)測的常用方法及原理介紹[EB/OL].(2007-12-27).[2014-03-02]. http://www.searchsecurity.com.cn/showcontent_1780.htm.

[5] 王風宇，云曉春，王曉峰，等.高速網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中大流量對象的提取[J].軟件學報，2007(12)：65-71.

[6] 李玉林.網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)測技術(shù)及方法的探討[J].科技信息，2010(18)：213-214.