蔡艷麗

（91329部隊，山東威海264200）

基于FTP協(xié)議網(wǎng)絡(luò)流量模擬的設(shè)計與實現(xiàn)

蔡艷麗

（91329部隊，山東威海264200）

針對網(wǎng)絡(luò)實驗室中難以實現(xiàn)與真實網(wǎng)絡(luò)環(huán)境一致、需要進行網(wǎng)絡(luò)流量模擬的問題，提出了一種基于FTP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)流量模擬方案?；贔TP協(xié)議特點和網(wǎng)絡(luò)流量模擬需求，詳細分析了網(wǎng)絡(luò)流量模擬系統(tǒng)的架構(gòu)、運行拓撲結(jié)構(gòu)，設(shè)計了FTP流量的生成算法。通過實驗證明，實現(xiàn)的模擬系統(tǒng)可以對模擬流量的發(fā)送速度和時長進行設(shè)定，而且可以隨時進行更改，滿足了虛擬網(wǎng)絡(luò)流量的要求，為網(wǎng)絡(luò)安全試驗提供了模擬的網(wǎng)絡(luò)測試環(huán)境。

FTP協(xié)議；網(wǎng)絡(luò)流量；網(wǎng)絡(luò)流量模擬

目前，網(wǎng)絡(luò)安全實驗很多情況下是在獨立的實驗網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進行的，由于這些獨立的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境雖然具備了實際應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)，開放了相關(guān)的應(yīng)用服務(wù)，但是這些服務(wù)并沒有實際網(wǎng)絡(luò)那樣的用戶訪問機制，因而這種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境與實際網(wǎng)絡(luò)并不一致。網(wǎng)絡(luò)流量模擬是按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議所規(guī)定的格式構(gòu)造模擬用戶訪問網(wǎng)絡(luò)時的數(shù)據(jù)包[1-3]，并將數(shù)據(jù)包發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上，產(chǎn)生真實的網(wǎng)絡(luò)流量。網(wǎng)絡(luò)流量模擬作為一種對實際網(wǎng)絡(luò)進行模擬與分析的方法，具有可信度高、使用范圍廣、應(yīng)用成本低等特點。它已經(jīng)成為網(wǎng)絡(luò)安全性能研究和測試所不可缺少的工具[4]。本文所描述的設(shè)計主要是對目前互聯(lián)網(wǎng)上FTP網(wǎng)絡(luò)流量[5-7]進行有效的模擬，與相應(yīng)的服務(wù)器進行數(shù)據(jù)交換，從而生成符合真實網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)流量。

1 FTP概述

文件傳輸協(xié)議（File Transfer Protocol，F(xiàn)TP）是因特網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)上歷史最悠久的網(wǎng)絡(luò)工具[8]。從1971年首次提出以來，F(xiàn)TP憑借其獨特的優(yōu)勢一直都是因特網(wǎng)中最重要、最廣泛的服務(wù)之一，在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)流量中占相當大比例，是基于TCP協(xié)議，用來在Internet環(huán)境中傳送文件。它指定了客戶可向服務(wù)器發(fā)送什么樣消息，并且得到什么樣的回應(yīng)消息。每次交互由一個ASCII請求組成，隨后是一個類似與RFC 882 MIME的回應(yīng)。

2 FTP流量模擬設(shè)計

2.1 總體設(shè)計

FTP流量模擬采用一個控制端加多個代理端，代理端用于生成FTP流量，控制端用于操作人員設(shè)置和并向代理端分配流量模擬參數(shù)?？刂贫送ㄟ^接收用戶操作結(jié)果向代理端發(fā)送流量模擬的命令以及模擬所需的各種參數(shù)，代理端接收到控制端的命令后進行解析，按照模擬參數(shù)進行流量模擬，代理端將流量模擬的過程信息以及流量模擬的速度概況反饋到控制端，控制端對接收到的反饋進行處理后以用戶設(shè)置的形式進行綜合顯示，顯示分為文本和圖形兩個基本類別，便于用戶觀測流量模擬的全過程。[9]

構(gòu)架采用平臺+插件的形式，平臺+插件結(jié)構(gòu)是一種二進制的軟件集成方法，它將一個待開發(fā)的目標軟件分為2部分：一部分為程序的主體或主框架，定義為平臺；另一部分為功能擴展或補充模塊，定義為插件。FTP流量模擬以插件的形式實現(xiàn)。在進行整個軟件集成時只將需要的部件進行組裝，而不是集成各源代碼或鏈接庫進行編譯與鏈接，需要新的功能組件時也是按規(guī)定開發(fā)，之后只進行組裝軟件就可以使用。流量模擬系統(tǒng)的整體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 FTP流量模擬系統(tǒng)架構(gòu)圖Fig.1 Architecture diagram of FTP traffic simulation system

2.2 FTP流量模擬系統(tǒng)運行的拓撲結(jié)構(gòu)

流量模擬系統(tǒng)的運行需要一臺工作站作為控制端、相應(yīng)的FTP應(yīng)用服務(wù)器，根據(jù)產(chǎn)生流量大小的需求配置若干臺工作站作為代理端，如圖2所示。

圖2 FTP流量模擬拓撲結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Topology structure chart of FTP traffic simulation

2.3 FTP數(shù)據(jù)格式設(shè)計

網(wǎng)絡(luò)流量是由一系列流[10]疊加形成的，因而FTP流量的模擬可以看成是生成一系列的網(wǎng)絡(luò)流。在此基礎(chǔ)上，對FTP流量進行分析，得出其屬性，包括：

IP，目的FTP服務(wù)器的IP地址；

PORT，目的FTP服務(wù)器的端口號；

TYPE，數(shù)據(jù)包類型，即包括登錄、文件請求、傳輸控制和數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)包；

RATE，文件傳輸速率，即單位時間內(nèi)傳輸文件的個數(shù)；

SIZE，文件大小，即平均每個文件的字節(jié)大小；NFIlE，傳輸文件的路徑名稱；

USER，登錄目的服務(wù)器的用戶名；PASSWORD，登錄目的服務(wù)器的密碼。

2.4 FTP流量生成算法

整個FTP流量生成過程包括8個步驟，算法流程如圖3所示。

圖3 FTP流量生成流程圖Fig.3 Flow chart of FTP traffic generate

步驟1：構(gòu)造FTP數(shù)據(jù)包隊列；

步驟2：將FTP數(shù)據(jù)包隊列存入發(fā)送緩沖區(qū)；

步驟3：與FTP服務(wù)器建立連接，連接成功；

步驟4：向FTP服務(wù)器傳送發(fā)送緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)包；

步驟5：計算模擬過程剩余時長，時長小于零，轉(zhuǎn)到步驟8；

步驟6：校正模擬速度；

步驟7：反饋模擬過程信息，轉(zhuǎn)到步驟4；

步驟8：與FTP服務(wù)器斷開連接，結(jié)束模擬過程。

2.5 程序設(shè)計

由于FTP協(xié)議傳輸文件時分為控制連接和數(shù)據(jù)連接，直接用WinSocket[11]庫實現(xiàn)比較復(fù)雜，在編碼實現(xiàn)里并沒有采用WinSocket庫，而是采用WINET庫的API函數(shù)[12]。代碼如下：

從總發(fā)包時間內(nèi)扣除此次發(fā)包消耗時間

為了精確地生成數(shù)據(jù)包的發(fā)送時間間隔，給模擬提供高精度的計時，需要一個精確的計時器，而Windows本身提供的計時功能只能進行ms級的定時操作，無法滿足模擬過程的需要。因此，利用計算機的硬件來設(shè)計精確的計時操作。

高精度計時器主要利用2個API函數(shù)來實現(xiàn)，分別是：QueryPerformancFrequency()//取得CPU的硬件計數(shù)器頻率；QueryPerformanceCounter()//取得當前硬件的計數(shù)器值。這2個函數(shù)的使用要求計算機從硬件上支持精確定時器。

高精度計時器的實現(xiàn)步驟。

步驟1：調(diào)用QueryPerformancFrequency()函數(shù)取得高精度運行計數(shù)器的頻率，單位是每秒多少次；

步驟2：在需要定時的代碼兩端分別調(diào)用Query-PerformanceCounter()以取得高精度運行計數(shù)器的數(shù)值pre、now，2次數(shù)值的差值通過f換算成時間間隔interval，因而interval=(tStart-tEnd)/f，當interval大于或等于定時時間長度時，啟動定時器。

2.6 設(shè)計實現(xiàn)

基于FTP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)流量模擬實現(xiàn)了在局域網(wǎng)環(huán)境中產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)流量的功能，產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)流量的速率和時長可根據(jù)用戶需求調(diào)節(jié)，滿足用戶對FTP流量模擬的需求；采用集中控制方式，即由一臺控制端控制整個運行過程，用戶絕大部分操作集中在控制端，便于用戶操作和管理；產(chǎn)生流量的信息以圖形化形式顯示，便于用戶掌握網(wǎng)絡(luò)流量的整體狀況；各個代理端的運行狀態(tài)采用在控制端集中顯示的方式，便于用戶觀察分析流量產(chǎn)生過程；采用插件式開發(fā)，便于系統(tǒng)功能的擴充，提高開發(fā)效率[13]。FTP流量生成見圖4。

圖4 FTP流量生成圖Fig.4 Generated chart of FTP traffic

3 結(jié)束語

本文在與外界隔絕的網(wǎng)絡(luò)中通過模擬FTP流量生成具有真實網(wǎng)絡(luò)特性的網(wǎng)絡(luò)流量，在絕對安全的情況下對網(wǎng)絡(luò)攻擊進行研究提供了真實的網(wǎng)絡(luò)實驗環(huán)境。但是在產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)流量的性能上還存在需要進一步完善的地方，即生成流量的速率問題，尋求提高產(chǎn)生流量速度的方法，減少所需代理端的數(shù)量，以進一步提高產(chǎn)生流量的效率。

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Design and Implementatiioonn of Network Traffic Simulation Based on FTP

CAI Yan-li
（The 91329thUnit of PLA,Weihai Shandong 264200,China）

For the difficult to achieve in the laboratory network is consistent with real network environment and the need for network traffic simulation,a network traffic simulation resolution is proposed based on FTP protocol.Based on the characteristics of the FTP protocol and the needs of the network traffic simulation,the structure and the operation of the network were analyzed in detail.The network topology,traffic simulation system was also designed based on FTP traffic generation algorithm.The experiments showed that the simulation system could achieve transmission speed and duration of the flow simulation set and it,could be changed at any time to meet the requirements of the virtual network traffic.

FTP;network traffic;network traffic simulation

TP391.9

A

2014-02-20；

2014-03-17

蔡艷麗（1986-），女，碩士。

1673-1522（2014）03-0221-04

10.7682/j.issn.1673-1522.2014.03.005