林坤

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DPI技術(shù)應(yīng)用發(fā)展研究

林坤

中國移動通信集團(tuán)山東有限公司聊城分公司，山東 聊城 252000

DPI技術(shù)是一種針對數(shù)據(jù)包的檢測技術(shù)。在互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)越來越發(fā)展的今天，這種基于數(shù)據(jù)包的檢測技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”行業(yè)內(nèi)容的不斷擴(kuò)展，大數(shù)據(jù)分析技術(shù)在各行各業(yè)得到了越來越多的重視。如何快速分析數(shù)據(jù)是一項(xiàng)非常重要的研究，對于搶占互聯(lián)網(wǎng)市場有重要的意義。

DPI；技術(shù)應(yīng)用；發(fā)展研究

當(dāng)今社會是互連網(wǎng)時代，也是大數(shù)據(jù)時代。通過對大數(shù)據(jù)的分析可以了解更多的信息，包括每個人的衣食品味，甚至可以對一個人的性格進(jìn)行評價分析，只要有足夠的數(shù)據(jù)。在這種大數(shù)據(jù)飛速發(fā)展的時代，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的方法是非常重要的，尤其是對這種龐大的數(shù)據(jù)包的處理。這項(xiàng)研究對計算機(jī)行業(yè)和大數(shù)據(jù)應(yīng)用有很大的影響，可以應(yīng)用在很多領(lǐng)域。

1 DPI技術(shù)的簡單介紹

DPI技術(shù)，也叫深度包檢測技術(shù)，是基于應(yīng)用層的一種流量檢測和控制技術(shù)。這種技術(shù)需要讀取IP地址，然后對協(xié)議中的應(yīng)用層信息進(jìn)行分析。目前這種技術(shù)主要包括對“特征字”進(jìn)行識別、對應(yīng)用層的網(wǎng)關(guān)進(jìn)行識別，以及對行為模式進(jìn)行識別。

1.1 DPI模塊的部署方式

DPI模塊的部署主要有旁路式和串聯(lián)式兩種方式。旁路式也就是并聯(lián)的方式，顧名思義就是在原有流量線路的基礎(chǔ)上部署一個并聯(lián)的線路，對數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和處理。這種旁支路線路的設(shè)置一般是通過流量分離器，例如分光器、流量鏡像，利用這些方法對流量進(jìn)行拷貝[1]。串聯(lián)式就是將DPI的處理模塊串聯(lián)地設(shè)置在用戶的應(yīng)用層流量鏈路中，對流經(jīng)的流量進(jìn)行監(jiān)控和分析。這兩種方法都能很好地對應(yīng)用層的流量信息進(jìn)行監(jiān)控和管理，應(yīng)根據(jù)不同的情況進(jìn)行合理地選用。

1.2 DPI技術(shù)的特點(diǎn)

DPI技術(shù)之所以稱之為深層包檢測技術(shù)，其“深層”的含義是相對于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)檢測手段來說的。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)檢測是基于端口，而DPI技術(shù)能夠進(jìn)行更深層次的數(shù)據(jù)解析，是基于端口的上一層源IP或者目的IP。它的準(zhǔn)確性更好，主要特征有如下幾點(diǎn)。

第一，DPI技術(shù)的研究是在端口識別技術(shù)之上進(jìn)行的，原理上有很大的相似，基本原理都是對數(shù)據(jù)包進(jìn)行拆包和分析。不同的地方在于DPI技術(shù)可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行更深層次地處理。除能對數(shù)據(jù)包的信息進(jìn)行檢測外，DPI技術(shù)還能對特征信息進(jìn)行識別，并對網(wǎng)絡(luò)的流量信息進(jìn)行協(xié)議識別。DPI技術(shù)對特征的識別是建立在自身擁有的特征數(shù)據(jù)包庫基礎(chǔ)上的，因此需要對這個數(shù)據(jù)庫進(jìn)行不斷地更新、擴(kuò)容和維護(hù)。

第二，DPI技術(shù)是一種簡單、高效的端口識別技術(shù)。這種技術(shù)在識別協(xié)議時，首先進(jìn)行端口的識別，然后是更深層次的數(shù)據(jù)包識別，這樣能夠增加整體數(shù)據(jù)的處理效率。

第三，DPI技術(shù)采用的是應(yīng)用層的網(wǎng)關(guān)識別技術(shù)，對應(yīng)用產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行高效地分流和控制，區(qū)分信息的數(shù)據(jù)來源的原地址。因?yàn)檫@樣的特征，DPI技術(shù)可以更好地識別流量數(shù)據(jù)的區(qū)別，進(jìn)行分流處理。目前的DPI技術(shù)可以識別出將近600種應(yīng)用協(xié)議，基本覆蓋了當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中常見的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，包括P2P、HTTP、網(wǎng)絡(luò)電視、流媒體協(xié)議等等比較常見的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

第四，網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀是在不停地發(fā)展，而且發(fā)展的速度非?？欤梢哉f是日新月異，每一天都會有不同的新產(chǎn)品出現(xiàn)。因此需要不斷擴(kuò)容和更新網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的數(shù)據(jù)庫，這樣才能滿足飛速發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)時代的要求，保證DPI技術(shù)的識別能力一直滿足客戶的使用需求。

2 DPI技術(shù)的應(yīng)用舉例

DPI技術(shù)是一種深層數(shù)據(jù)包解析技術(shù)。這種技術(shù)能夠高效地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量的分流處理和信息的識別，能夠幫助互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的商家對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提供更好的服務(wù)[2]。最常見的就是位置的定位，確認(rèn)位置信息后，推送附近的消息，提供更加便利的信息。另一種是服務(wù)行業(yè)的差別服務(wù)，會根據(jù)每個人的喜好，推送相關(guān)的服務(wù)或者產(chǎn)品的信息?；诖髷?shù)據(jù)的支持，深層數(shù)據(jù)包的分析技術(shù)可以分析每個人的消費(fèi)和應(yīng)用層的流量，判斷每個人的喜好，然后根據(jù)相應(yīng)的喜好推送相應(yīng)的服務(wù)，這大大增加了互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的機(jī)動性，能夠進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的服務(wù)。

2.1 DPI與SDN技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用

DPI技術(shù)和SDN技術(shù)進(jìn)行組合，能夠產(chǎn)生更加強(qiáng)大的功能，出現(xiàn)更大的推動力，讓每一個獨(dú)立的技術(shù)都發(fā)揮更大的作用。這兩者的結(jié)合可以很好地優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和性能。SDN是一種基于軟件的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以分離平面狀態(tài)和平面信息狀態(tài)，是適合軟件網(wǎng)絡(luò)的一種技術(shù)，可以對高集成化的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效地控制，非常適合軟件網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。SDN一般劃分為三層，即基礎(chǔ)設(shè)施層、控制層及應(yīng)用層。這種分成的結(jié)構(gòu)保證了集成網(wǎng)絡(luò)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)?；赟DN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在結(jié)合DPI這種簡單、高效的信息處理手段后，會出現(xiàn)相互促進(jìn)的結(jié)果。SDN網(wǎng)絡(luò)的分成可以更好地幫助SPI技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的分流，這樣DPI可以在一定程度上借鑒原有的分離進(jìn)行運(yùn)行，大大降低了DPI設(shè)備的數(shù)量，可以在網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置更少的DPI設(shè)備[3]。DPI技術(shù)是一種基于應(yīng)用層的特征識別技術(shù)，可以將DPI技術(shù)應(yīng)用于SDN軟件網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)中層中，更方便地進(jìn)行信息流的特征分析。在數(shù)據(jù)的高效分析下，SDN能夠更好地工作，提供服務(wù)，而DPI技術(shù)也因?yàn)榕cSDN技術(shù)的結(jié)合產(chǎn)生了更高效的數(shù)據(jù)分析效率。

2.2 一種網(wǎng)絡(luò)報文檢測技術(shù)

隨著網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，在良好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中也存在很多的惡意破壞網(wǎng)站或者各種負(fù)面信息。這些不好的方面表現(xiàn)在很多方面，例如有人會利用重新定向的技術(shù)對一些主流的網(wǎng)站進(jìn)行重新定向，然后劫持主流網(wǎng)站，造成用戶不能正常訪問網(wǎng)站信息，給商家和用戶帶來非常大的損失。有人會利用重定向技術(shù)劫持主流網(wǎng)站后，將地址轉(zhuǎn)移到其他的網(wǎng)站中，這樣就可以快速提高另一個網(wǎng)站的訪問量。這種跳轉(zhuǎn)是非常常見的，帶來了極差的用戶體驗(yàn)。跳轉(zhuǎn)的網(wǎng)站一般都是傳播不良信息或者違法信息的網(wǎng)站，非常不利于網(wǎng)絡(luò)文明的建立。還有些人會故意注冊很多域名，將這些域名進(jìn)行重定向，最終指向一個網(wǎng)頁，這樣也可以提高這一網(wǎng)頁的瀏覽次數(shù)[4]。對于這些問題，DPI技術(shù)可以很好地解決。相關(guān)人員基于DPI技術(shù)研發(fā)了互聯(lián)網(wǎng)的報文檢測技術(shù)，這樣就可以對這些網(wǎng)絡(luò)信息進(jìn)行分析處理。對互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)運(yùn)用DPI技術(shù)進(jìn)行識別和分析，能夠很好地定位全網(wǎng)的報文信息，對網(wǎng)絡(luò)中存在的重定向問題進(jìn)行檢測和控制。當(dāng)發(fā)現(xiàn)這些重定向的網(wǎng)絡(luò)域名時便進(jìn)行攔截，可以很好地解決那些利用客戶的感知非法牟利的行為。運(yùn)用DPI的數(shù)據(jù)分析手段，可以對用戶訪問的報文進(jìn)行細(xì)致地分析和運(yùn)算，可以提取整個網(wǎng)絡(luò)的重定向報文，監(jiān)控訪問次數(shù)多的域名，攔截異常的重定向報文。

2.3 移動互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)感知App和DPI技術(shù)的時間關(guān)聯(lián)技術(shù)

為了能夠?qū)ヂ?lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)進(jìn)行實(shí)時地感知、監(jiān)控，需要一種高效的數(shù)據(jù)處理工具。這種需求就促進(jìn)了DPI技術(shù)在互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)感知技術(shù)中的應(yīng)用。最為明顯的就是微博、新聞端、人民網(wǎng)、鳳凰網(wǎng)這樣的信息推送量比較大、用戶參與度高的軟件。對這些軟件信息進(jìn)行監(jiān)控是非常必要的，能夠保證絕大多數(shù)的用戶有良好的使用體驗(yàn)，也能對軟件中的信息流進(jìn)行管理。這兩者的共同點(diǎn)都是對業(yè)務(wù)進(jìn)行實(shí)時感知，對用戶的體驗(yàn)進(jìn)行檢測。業(yè)務(wù)感知App布置在用戶終端，采集ISP和KQI數(shù)據(jù)，對用戶的體驗(yàn)進(jìn)行實(shí)時感知。DPI技術(shù)布置與ECP側(cè)，提取分析用戶面和信令面數(shù)據(jù)，將這兩者進(jìn)行結(jié)合就可以提升用戶的感知體驗(yàn)。通關(guān)時間關(guān)聯(lián)技術(shù)，也就是在業(yè)務(wù)感知App和DPI之中設(shè)置時間節(jié)點(diǎn)，對信息流進(jìn)行分段定義。

3 DPI匹配算法

DPI技術(shù)作為底層報文的分析工具，它的匹配算法是非常關(guān)鍵的.匹配算法性能的優(yōu)越可以直接影響DPI系統(tǒng)的性能[5]。DPI匹配算法大致有三種分類，近似匹配算法、正則表達(dá)式匹配算法和精確匹配算法。每一種算法都有其優(yōu)越性，例如精確匹配算法可以在字符串中找到子字符串，而且效率比較高[6]。正則算法可以利用正則表達(dá)式獲得匹配的結(jié)果，目前這種表達(dá)式在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中使用得比較多。正則表達(dá)式的使用非常廣，但是也有些不足，使用的算術(shù)式太多就會導(dǎo)致效率的下降。為了改變這種不足，最新的研究主要是改進(jìn)正則算法[7]。對正則算法進(jìn)行改進(jìn)的核心思想是對出現(xiàn)頻率較高的特征字符進(jìn)行搜索，然后進(jìn)行分組，并將字符改為DFA，這樣就可以降低內(nèi)存的使用和資源的占用。

4 結(jié)束語

本文主要闡述了目前深度包檢測的基本應(yīng)用場景、基礎(chǔ)算法以及未來的可能性應(yīng)用。DPI作為數(shù)據(jù)分析的一種基礎(chǔ)工具，在大數(shù)據(jù)時代對于網(wǎng)絡(luò)安全以及提升網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營都具有積極的效果。

[1]程燁，周雁，徐偉杰. 大數(shù)據(jù)背景下運(yùn)營商IP城域網(wǎng)DPI部署方案研究[J]. 郵電設(shè)計技術(shù)，2015（10）：62-67.

[2]饒瑾. 深度包檢測（DPI）技術(shù)淺談及應(yīng)用[J]. 信息通信，2014（11）：245-246.

[3]徐江紅，趙婉芳. 使用DPI技術(shù)研究校園網(wǎng)站的用戶行為[J]. 微處理機(jī)，2013（4）：29-32.

[4]潘潔，郗卓寧，林鵬. 基于SDN/NFV的DPI智能化網(wǎng)絡(luò)體系的構(gòu)建[J]. 電信科學(xué)，201（6）：115-119，125.

[5]楊榮，孟進(jìn). 深度包檢測技術(shù)中模式匹配算法分析[J]. 軟件導(dǎo)刊，2014（9）：45-47.

[6]王凱. 基于DPI系統(tǒng)的改進(jìn)正則表達(dá)式算法[D]. 贛州：江西理工大學(xué)，2014.

[7]張巍，陳佼，趙美凱. 深度包檢測中一種正則表達(dá)式匹配算法的改進(jìn)[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù)，2015（5）：87-92.

DPI Technology Application Development Research

Lin Kun

China Mobile Communications Corporation Shandong Co., Ltd., Liaocheng Branch, Shandong Liaocheng 252000

DPI technology is a detection technology for data packets. Today, as the Internet and big data are more and more developed, this packet-based detection technology has been widely used. With the continuous expansion of “Internet+” industry content, big data analysis technology has received more and more attention in all walks of life. How to quickly analyze data is a very important research, and it is of great significance to the preemption of the Internet market.

DPI; technology application; development research

TN915.07

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