高性能网络协议还原平台的研究

发布时间：2019-08-03 14:08

【摘要】：在计算机网络日益发展的今天,网络上的信息传播正在逐步取代传统媒体,因而计算机网络上的安全问题也越来越受到人们的重视。针对当前大流量网络的普及和多核处理器的广泛应用,提出并实现一种高效的网络数据包重组还原平台。该平台完全工作在用户空间,主要对以旁路监听方式下在网络链路捕获到的网络数据包进行重组及协议还原。扼要地介绍协议还原所涉及到的数据包捕获、数据包重组以及应用层协议还原等关键技术。实验证明,该平台能够高效地将网络数据流还原到TCP层,并可根据需要加入多种应用层协议还原模块,具有很好的可扩展性。
【图文】：

高性能网络协议还原平台的研究

?然后是TCP流重组中的内存池设计，其结构如图1所示，该内存池是由N个内存池链表组成的，当一个内存池满了以后，就会从下一个内存池中提取空间来使用。其中last表示当前数据区域的已经使用的数据的结尾;end表示当前内存池的结尾;next表示下一个内存池;failed表示申请空间时在本内存池中失败的次数;max表示本内存池中最大可用空间;current表示当前正在使用的内存池;cleanup_pt是一个函数指针，其中保存着需要清理的数据指针以及相应的清理函数，让内存池销毁或其它需要清理内存池的时候，可以调用此结构体中的handler。图1TCP流重组内存池2．4系统并行化在单核处理器时代，虽然程序是可以在处理器上并发执行的，但对于同一个程序而言，只能串行地运行在处理器上。随着多核处理器的普及和多线程编程技术的出现，使得同一个应用程序能够以多任务的方式并行运行在不同的处理器内核上，防止出现处理器核心有闲有忙的情况，充分发挥了多核处理器的强大处理能力。本系统采用多线程程序设计［6］，一个线程负责数据包的捕获，其他线程(称为任务线程)负责数据包的处理。其中任务线程数可以通过配置文件设定。(1)任务分配在本系统的实现中，由数据包捕获线程将捕获到的数据包放入内存缓冲区，然后由任务分发器交给各个任务线程处理。由于捕获到的IP数据包有可能是分片的，如果同属于一个IP报文的不同IP分片被分发给了不同的线程处理，就会导致IP分片重组失败;同样的，如果属于同一个连接的不同TCP报文被分发给了不同的线程，也会导致TCP流重组的失败。因此必须保证属于同一个连接的数据包必须交由同一个线程进行处理。在本实现中采用hash算法，根据数据包所属二元组信息(源IP和目的IP)将属于同一连接的数据包分发给同一线程处理，既防?

高性能网络协议还原平台的研究

第1期贾荣来等:高性能网络协议还原平台的研究255图3任务线程流程3系统实现及性能评估3．1系统实现系统框架如图4所示，本系统采用模块化编程思想，由数据包捕获模块、IP分片重组模块、TCP流重组模块及应用层协议还原模块组成。应用层协议模块以压栈的形式加入到系统中，，因而可以根据需要编写不同应用层协议的还原模块并加入到系统中。图4系统框架系统工作流程是:系统首先通过循环调用libpcap函数库的捕包函数pcap_next函数进行捕包，该函数返回指向捕获到的网络数据包的内存地址，每当捕获一个数据包，我们将此数据包拷贝到内存缓冲区中保存下来，然后通过任务分发器根据数据包的二元组信息将数据包交由不同的线程进行并行处理，IP分片重组模块负责进行分片重组，最后将重组后的IP数据包交由TCP流重组模块进行TCP会话重组，最后，由应用层协议还原模块进行应用层协议还原并根据需要进行存储。系统工作流程如图5所示。图5系统流程图3．2实验环境及实验方法实验所用测试服务器带有25GB内存和两个Quad-CoreAMDOpteron(tm)Processor2382处理器，每个处理器有4个运行在2．61GHz的核心，采用64位RedhatEnterpriseLinuxServerrelease5．4(Tikanga)系统，网卡型号为nVidiaCorporationMCP55Ethernet(reva3)。测试数据为局域网网关真实网络数据。我们通过BPF规则限定只捕获TCP数据包，并在数据包处理过程中加入适当延迟，然后统计成功还原到应用层的数据包占Libpcap捕获的原始数据包的百分比，来验证该协议还原平台的性能。作为参照，我们将在同一个网络中同时运行基于Libnids的协议还原测试程序。3．3实验步骤及实验结果分析实验中分别将协议还原平台任务线程数设定为1、2、4、7、10，测试并统计实验结果。结果如图6所示，其中横?
【作者单位】：哈尔滨工业大学计算机学院网络与信息内容安全中心;
【分类号】：TP393.04

【共引文献】