内存优化的流分类算法研究

发布时间：2017-05-16 05:05

  本文关键词：内存优化的流分类算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：伴随互联网的高速发展,网络应用与服务种类越来越复杂,用户对防火墙,路由器等网络节点设备数据处理能力的要求也越来越高。流分类技术作为网络设备的关键技术之一,可以有效的提高网络设备性能,为网络应用与服务提供全方位技术支持。本文阐述了流分类问题的研究背景、研究现状、应用技术等,对经典流分类算法进行分析比较,深入研究经典流分类算法—RFC算法。RFC算法在预处理过程生成预处理表、等价类表和交叉乘积表,这些表的容量随规则集规模增加而急剧膨胀,占用大量内存空间。因此,在大规模规则集的应用环境中,RFC算法内存消耗过大。针对这一问题,提出一种改进算法—Optimize_RFC算法,该算法采用对域的比特位进行异或运算,将32位的源／目的IP地址压缩到8位；16位的N/目的端口号压缩到8位,从而减少了预处理表、等价类表、交叉乘积表的存储空间,降低预处理过程的内存消耗。当数据包到达时,提取数据包头信息并进行比特位压缩,通过预处理表,得到各阶段索引值,根据索引值以及对应比特位图,找到最佳匹配规则。Optimize_RFC算法具有较快分类速度的同时,克服了RFC算法在大规模规则集环境中内存消耗过大的问题。本论文分析了Linux防火墙的实现机制。在netfilter框架下,基于Optimize_RFC算法设计并实现UTM网关流分类模块,提升防火墙性能。最后,构建网络测试平台,对RFC算法、文献[42]算法以及Optimize_RFC算法性能进行分析比较。实验结果表明,Optimize_RFC算法在较大规模规则集的应用环境中,具有较快的分类速度和更好的空间性能。
【关键词】：流分类 异或运算 内存优化 UTM网关
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP393.08
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-15
• 第一章 绪论15-18
• 1.1 研究背景15-16
• 1.2 流分类研究现状16
• 1.3 本文主要工作16-17
• 1.4 论文章节安排17-18
• 第二章 防火墙与UTM网关18-28
• 2.1 防火墙类型18-19
• 2.1.1 包过滤型防火墙18
• 2.1.2 应用级网关18-19
• 2.1.3 电路级网关19
• 2.2 防火墙结构19-22
• 2.2.1 双宿主主机结构19-20
• 2.2.2 屏蔽主机结构20-21
• 2.2.3 屏蔽子网结构21-22
• 2.3 防火墙关键技术22-24
• 2.3.1 包过滤技术22-23
• 2.3.2 代理服务23
• 2.3.3 状态检测技术23
• 2.3.4 NAT技术23
• 2.3.5 虚拟专用网技术23-24
• 2.4 UTM网关24-27
• 2.4.1 UTM网关结构24-25
• 2.4.2 UTM关键技术25-26
• 2.4.3 UTM网关的优缺点26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第三章 流分类算法研究28-39
• 3.1 流分类问题描述28-29
• 3.2 经典流分类算法29-37
• 3.2.1 线性查找算法29
• 3.2.2 Grid-of-Tries算法29-30
• 3.2.3 Cross-Producing算法30-31
• 3.2.4 元组空间查找算法31-32
• 3.2.5 层次式智能分割算法32-33
• 3.2.6 Hyper Cuts算法33
• 3.2.7 基于TCAM的硬件算法33-34
• 3.2.8 聚合比特向量算法34-37
• 3.3 经典流分类算法性能比较37
• 3.4 本章小结37-39
• 第四章 内存优化的递归流分类算法39-48
• 4.1 RFC算法描述39-41
• 4.1.1 RFC算法预处理过程40
• 4.1.2 RFC算法查找过程40-41
• 4.2 RFC算法分析41
• 4.2.1 RFC算法空间性能41
• 4.2.2 RFC算法缺点41
• 4.3 RFC算法改进41-42
• 4.4 Optimize_RFC算法描述42-46
• 4.4.1 Optimize_RFC算法预处理过程43-44
• 4.4.2 Optimize_RFC算法查找过程44-46
• 4.4.3 冲突处理46
• 4.5 Optimize_RFC算法性能分析46-47
• 4.5.1 Optimize_RFC算法空间复杂度46-47
• 4.5.2 Optimize_RFC算法时间复杂度47
• 4.6 本章小结47-48
• 第五章 Optimize_RFC在UTM网关中的应用及性能测试48-62
• 5.1 Netfilter内核框架分析48-50
• 5.1.1 Netfilter框架与协议栈关系48-49
• 5.1.2 钩子点与钩子函数49-50
• 5.2 iptables分析50-53
• 5.2.1 iptables规则与规则集50-51
• 5.2.2 数据包在iptables防火墙中处理流程51-53
• 5.3 基于Optimize_RFC算法的UTM网关流分类模块的设计与实现53-56
• 5.3.1 Optimize_RFC算法结构设计53-54
• 5.3.2 Optimize_RFC算法在UTM网关中实现54-56
• 5.4 流分类算法性能测试56-61
• 5.4.1 实验环境56-57
• 5.4.2 实验方案57-58
• 5.4.3 规则生成58-59
• 5.4.4 实验结果与数据分析59-61
• 5.5 本章小结61-62
• 第六章 总结与展望62-64
• 6.1 本文总结62
• 6.2 未来研究方向62-64
• 参考文献64-68
• 攻读硕士期间的学术活动及成果情况68-69

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