基于OVS的网络流量统计分析系统的设计与实现

发布时间：2020-07-13 08:50

【摘要】：随着云计算的蓬勃发展,由于其灵活性、高扩展性、按需服务等优势,越来越多的企业将服务部署到云上,因此云计算环境中的网络流量也随之骤增。然而,网络中也充斥着大量的恶意流量,这些恶意流量可能会对网络状态造成巨大的影响,因此对云计算环境中的网络进行监控具有重要意义。对网络进行监控一般依赖于底层网络设备及其提供的流量统计数据。其中,OVS(Open vSwitch,开源虚拟交换机)因其出色的性能被广泛应用于云计算场景以构建虚拟网络。但是,OVS目前支持的网络流量统计分析方法不够灵活,并且提供的配置选项较为简单,不可逐包采样,更不能将网络流量信息持久化保存以离线分析网络状况。针对上述问题,本文采用NetStream技术并以OVS为基础架构实现了一个改进的网络流量统计分析系统,该系统可根据用户需求对OVS进行流量统计配置。用户开启流量统计后,系统会对网络中的IP报文采样生成NetStream流从而进行流信息统计。而当NetStream流满足老化条件时,系统发送带有流统计信息的NetStream报文至指定服务器,并可选择将老化流的统计信息保存在采用SQLite设计的本地数据库中。系统也提供了一个流查询工具,可对保存在数据库中的流统计信息按照指定条件进行查询,并能将查询结果清晰、直观地展现在用户面前。此外,系统还可以通过在Ryu控制器上接收NetStream报文,并基于报文中的流统计信息使用信息熵和指数平滑算法相结合的方法来实时检测TCP SYN flooding攻击。在系统的设计完成后,本文使用Mininet和Ryu控制器搭建系统测试环境,设计了多个测试用例对系统功能进行验证。测试结果表明,本系统能对网络中的IP流量进行正确地统计、存储和查询,并可检测TCP SYN flooding攻击,满足了系统的正确性、安全性和稳定性的要求。
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP393.06
【图文】：

流程图,报文转发,流程图,报文

用于查询和配置ｖｓｗｉｔｃｈｄ，进行配置时会更通过ＯＶＳＤＢ管理协议与ｏｖｓｄｂ－ｓｅｒｖｅｒ交互来用于创建和管理ＯＶＳ数据库，不需要与ｏｖｓ流程逡逑在ｄａｔａｐａｔｈ内核模块和ｖｓｗｉｔｃｈｄ模块指导示。首先，ｄａｔａｐａｔｈ从绑定的网卡接收到进行匹配，由于内核空间有限，只有部执行流表项中的指令。否则，将报文通过ｕ，ｕｐｃａｌｌ实质上通过ｎｅｔｌｉｎｋ来完成内核与整的流表，ｖｓｗｉｔｃｈｄ收到ｄａｔａｐａｔｈ传递过匹配成功则将此报文重新交由ｄａｔａｐａｔｈ进到内核中的流表以便之后在内核中处理相上报给控制器进行处理或者直接丢弃该报

功能图,网络流,系统组成,核心

服务器以进一步对流量信息进行分析从而提供计费、网络监控等功能。逡逑２．３．１邋ＮｅｔＳｔｒｅａｍ邋基本原理逡逑如图２．６所示，ＮＤＥ邋（ＮｅｔＳｔｒｅａｍ邋Ｄａｔａ邋Ｅｘｐｏｒｔｅｒ，网络流数据输出器）、ＮＳＣ逡逑（ＮｅｔＳｔｒｅａｍ邋Ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ，网络流数据收集器）和邋ＮＤＡ邋（ＮｅｔＳｔｒｅａｍ邋Ｄａｔａ邋Ａｎａｌｙｚｅｒ，逡逑网络流数据分析器）这三部分构成了一个ＮｅｔＳｔｒｅａｍ系统。ＮＤＥ为使能ＮｅｔＳｔｒｅａｍ逡逑１１逡逑

系统架构,模块

逦应模块逦理模块逡逑图３．１系统功能模块逡逑配置管理模块主要负贵为用户提供ＮｅｔＳｔｒｅａｍ配置的相关命令。配置响应模逡逑块主要负责读取ＮｅｔＳｔｒｅａｍ配置并将配置应用到ＯＶＳ网桥和ｄａｔａｐａｔｈ，并检测强逡逑制老化。流统计模块主要负贵对采样到的ＩＰ报文在流缓存区创建、更新流，并逡逑检测ＴＣＰ邋ＦＩＮ／ＲＳＴ报文老化和统计字节数超出限制老化。流检测模块主要负责逡逑发送Ｎｅｔｓｔｒｅａｍ报文，检测非活跃流老化和活跃流老化，并将老化流的统计信息逡逑写入流记录数据库。流查询模块主要负责查询流统计信息并将结果显示在终端界逡逑面。异常检测模块则根据流统计信息实时检测ＴＣＰ邋ＳＹＮ邋ｆｌｏｏｄｉｎｇ攻击。逡逑３．２．２系统架构逡逑如图３．２所示，系统架构以ＯＶＳ的架构为基础，可分为三个部分。各部分逡逑的详细描述如下：逡逑（１）第一部分为系统进行流量统计分析的核心部分，包括配置管理模块、逡逑配置响应模块、流统计模块和流检测模块。配置管理模块通过ｏｖｓ－ｖｓｃｔ丨工具来对逡逑用户输入的配置命令进行解析，接着将命令下发至配置数据库以保存配置。当逡逑ｖｓｗｉｔｃｈｄ进程检测到配置数据库发生变化时便会读取配置数据库的内容并进入逡逑１８逡逑

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