【摘 要】
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基于通用X86架构的纯软件网络监控系统多采用抓包API,从网卡捕获数据包,并在用户空间完成数据包的识别和控制。由于数据包需要经过网卡驱动、内核态和用户态的多次CPU中断和内存拷贝,系统开销大,处理带宽不高,无法满足企业网络大流量环境,因此,网络监控系统的性能问题是急需解决的问题。本文的主要工作是找出传统软件网络监控系统性能瓶颈,利用SDN相关技术,设计实现可以满足企业成本和带宽需求的纯软件网络监控
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基于通用X86架构的纯软件网络监控系统多采用抓包API,从网卡捕获数据包,并在用户空间完成数据包的识别和控制。由于数据包需要经过网卡驱动、内核态和用户态的多次CPU中断和内存拷贝,系统开销大,处理带宽不高,无法满足企业网络大流量环境,因此,网络监控系统的性能问题是急需解决的问题。本文的主要工作是找出传统软件网络监控系统性能瓶颈,利用SDN相关技术,设计实现可以满足企业成本和带宽需求的纯软件网络监控系统。本文首先阐述了网络监控系统的现状和意义,分析了网络监控协议的优缺点,提出了基于SDN技术实现网络监控系统。接着分析了传统网络监控系统的性能瓶颈原因,提出了利用OVS交换机的内核态转发机制,实现数据包内核态转发。没有命中内核缓存的数据表,OVS会将数据包发送到用户空间,并根据流表优先级高低一一匹配。但随着监控流表数量的增加,流表匹配的时间复杂性为O（n）,为了降低流表匹配时间,本论文设计实现了基于源IP地址的多级哈希流表结构,将数据包散列到不同流表中进行匹配,降低了流表匹配时间复杂度。没有命中流表的数据表,OVS会将数据表发送到SDN控制器,控制器解析并为该数据流生成对应的监控流表。为了均衡控制器负载和监控精度,监控流表采用软硬超时结合的流表设计,监控流表超时后,控制将统计数据同步到监控数据库,供界面查询。在相同的测试环境下,对比与基于Lib Pcap的模拟测试程序,64字节UDP小包传输带宽提升了83.4%,TCP传输带宽提升了9.4%。时延、带宽等方面的测试证明,在普通PC上部署的基于SDN的企业网络监控系统,克服了传统纯软件监控系统带宽低的缺点,可以满足企业对成本和带宽等要求。
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