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1.論文選題的目的和意義

流量監測是網絡管理的基礎。從網絡體系架構來說，網絡流量是一切研究的基礎；它能直接反映網絡性能的好壞；更能幫助判斷網絡故障及網絡安全等狀況。隨著Ineernet重要性的日益提高和網絡結構的日益復雜．人們經常會遇到網絡擁塞和服務質量低等一系列問題．越來越有必要對網絡的整體拓撲結構和網絡行為進行深入的了解、分析，以利于發現網絡瓶頸，優化網絡配置，并進一步發現網絡中可能存在的潛在危險。為此。需要對大規模網絡結構進行動態描述，并根據網絡流量的變化分析網絡的性能，為加強網絡管理、提高網絡利用率．因此網絡流量的測量與分析一直為人們所關注。

2.課題名稱和課題來源

網絡測量技術始于上世紀70年代初，發展于80年代．90年代已漸成體系．在網絡測量的方法、工具及流量的測量模型等方面取得了長足的發展。美國在1992年開始著手IIltemet特征的研究．其中比較著名的項目有NIMIⅢationalIntemetMea．surementInfrastnlctu商。它是一個完整的網絡測量基礎框架，并且是第一個執行大規模端到端ntemet行為測量的軟件．NIMI主要采用主動測量技術．主要目的是要測量全球的Intemet．致力于建立一個總體的可擴展的網絡測量基礎框架．而不是為特定的分析目標做一組特定的測量操作。

網絡流量簡而言之就是網絡上傳輸的數據量。就象要根據來往車輛的多少和流向來設計道路的寬度和連接方式一樣，根據網絡流量設計網絡是十分必要的。在網絡中不同的位置通過不同的方法采集不同空間粒度和不同時間粒度下的網絡流量，并借助于數理統計、隨機過程和時間序列等數學手段針對預先所定義的一系列的網絡流量的相關屬性對網絡流量展開分析與研究，得到網絡流量的不同屬性在其構成、分布、相關性和變化規律與趨勢等方面的特征，簡稱流量測量；并且所得到的"特征"叫做網絡流量特征，簡稱流量特征。

網絡流量貫穿整個網絡，沒有網絡流量，網絡應用也就無從存在。如果把TCP/IP協議棧比作成為網絡的靈魂，通過網線等連接起來計算機、交換機和路由器等網絡設備比作成為網絡的骨架，那么網絡流量可以看作成是網絡中流動的血液。這樣，對于研究網絡的可用性、可靠性和穩定性而言，研究網絡流量顯然是獲得第一手有效參數的最為直接和最為基礎的手段之一。應用各種主要基于硬件或者軟件或者硬軟件相結合所實現的流量測量與分析系統，實現網絡流量的監測，并根據你的應用情況對網絡流量進行一定的干預，以保證關鍵性的應用。

3.前人在本課題研究領域的成果簡介

流量監測包括測量工具/系統的部署、流量數據的采集（包括數據包捕獲、歸并和采樣處理等）、數據包的解析和處理（包括協議解析、按照協議、流和應用等不同聚合層次進行聚合表示和流量識別與分類等）、測量實體量化數值的獲得與統計分析、流量特征化描述、流量存儲和查詢表示、流量建模等多個環節，具有相對復雜的處理和分析過程。目前存在有眾多種流量測量的實現方法，他們可適用不同的測量環境、滿足不同的測量要求，并且有著不同的實現方式。概括來看，現有的這些實現方法大致可以依據如下幾個方面進行分類：根據測量時所依賴工具的實現主體是硬件還是軟件，流量測量可以被分成基于硬件的測量和基于軟件的測量兩種。基于硬件的測量通常需要設計和應用特定的硬件設備來對流量數據進行采集和分析。如IPMON、OCxMON、InMonsFlowProbe、NavTelIW5000ATMTrafficAnalyzer等，這些硬件設備通常被稱為流量采集探針（Probe），需要配置有網絡處理器（NP，NetworkProcessor）或專用的流量捕獲板卡采用串接（in-line）、鏡像（Mirror）或者分光（OpticalTap/Splitter）等方式捕獲被測量的流量。而基于軟件的測量一般是指通過普通的商用計算機（commoditycomputer）即所完成的流量測量。這類測量的主要特點就是被測流量的采集通常是借助于現有的硬件（如市面上可隨便購買到網絡接口卡（NIC，NetworkInterfaceCard，如以太網卡（EthernetCard））或者現有的網絡設備（如網絡中已經部署且正在工作的服務器、交換機和路由器）來完成。

它主要包括兩個類別：一類是通過對操作系統內核和網絡協議棧的增改（由于代碼開放性等的限制，操作系統內核和網絡協議棧的增改通常是在開源的Linux下進行），借助普通的網絡接口卡（如將普通的以太網卡置于混雜模式（promiscuousmode）并借助于BPF完成對感興趣數據包的過濾）等將一般的商用計算機轉換成為具有數據包捕獲和分析處理能力的流量測量系統。另一類則是被測量的流量并非由普通的商用計算機直接獲得，而是需要從服務器、交換機、路由器等特定的網絡設備上經過一定處理后導出，然后再由普通的商用計算機完成后續的流量處理和統計分析等工作。需要說明的是，特定設備上所導出的流量通常并非是詳細的網絡級的原始數據包，而是根據特定設備的不同，可能是SNMP/RMON統計數據，可能是經過聚合處理后的flow數據，也可能是服務器日志，等等。不同形式的數據，對應要求在普通的商用計算機上通過不同的程序或軟件實現相應的流量處理和統計分析功能。

對于大多數的網絡用戶而言，網絡僅僅是為這些用戶的應用，如WEB網頁瀏覽、BT電影下載、QQ聊天程序、Skype網絡電話、PPLive在線視頻等等，提供連通性的媒介。以TCP/IP協議棧為基礎和核心的網絡遵循并實現了信息隱藏的原則，將具體的用戶級的網絡應用抽象為底層的數據幀/包的發送和接收，而終端的用戶無需了解網絡工作的底層細節。例如，用戶在Youtube的主頁面上點擊網頁上的超鏈接觀看所感興趣的在線視頻的時候，他不需要知道和關心會有多少個網絡數據包生成，也無需了解這些數據包是如何在網絡中進行路由的、IP協議是如何完成尋址定位功能的、TCP協議是如何提供了可靠的端到端的數據傳輸功能的、HTTP協議是如何應用超文本表示和描述頁面上不同元素的、Youtube服務器上FlashMediaServer是如何實現自動位速率選擇和動態緩沖的，等等。用戶關心的可能僅僅是：他們所想要看到的視頻內容是否能夠快速的被呈現出來？視頻內容的播放是否能夠一直都很流暢？視頻內容是否能夠下載保存到自己的電腦上來？總而言之，用戶所最為關注的是應用，可以為他們帶來更為輕松和簡便的、更為豐富和優質的網絡應用。然而，對于網絡管理人員而言，由數據包/幀這一最基本元素所形成的網絡流量卻是我們應該關注和研究的對象。這是因為網絡本身并無任何價值，其關鍵在于它所承載的業務，即人們日常所應用到的網絡應用。而不管哪一方面、什么類型、遵從什么架構、應用哪種協議、通過何種方式所實現的網絡應用都會產生流量，也必須要產生流量。這些流量會流經作為最終的發送端和接收端的計算機、完成尋址和路由功能的交換機與路由器、提供安全檢查和防護的IDS和IPS系統等網絡設備。而正是這些具有不同能力和不同功能、處在不同層次和結構上的網絡設備憑借各種形式互相連接起來構成了整個網絡。

4.研究的主要內容和方法

（1）利用QoS優化技術，按照不同網絡設備上不同的網絡應用進行網絡帶寬的分配，通過分類確定流量的優先權，并對較高的優先權提供優先服務。由于行政網段是網路的一個重要服務對象，必須首先保證其服務質量，所以將網路內部行政網段流量設為最高的優先級。

（2）通過交換機管理設置，利用VLAN技術，將不同位置上的交換機和IP地址管理集中在某個管理網段，把網絡劃分為若干子網，對訪問管理網段的流量進行限制。

（3）利用組播優化技術，在網路中的網站上動態的直播、VOD和網絡電視等均采用組播技術，在網絡上建立一個視頻服務器，點擊視頻等即可觀看。訪問網內FTP、VOD和網絡電視服務器的多媒體流應用流量，此類流量較大，在播放時段對多媒體流設置相應的優先級。

5、預期達到的目的和應用前景

網絡結構的優化在優化過程中應盡量減少節點匯聚，原先的節點可擴展為新匯聚，從核心到匯聚都采用直接邏輯連接，不再設置中間有源節點。采用以高速路由交換機為核心，多層交換機作為匯聚層，可管理性交換機作為接入層的網絡設計。在實際應用中，重要骨干設備采用雙線路連接到核心設備上，核心層至匯聚層交換機也采用雙千兆光纖做鏈路聚合（Trunking）的冗余組網方案，在加大帶寬的同時冗余了骨干鏈路，然后根據鏈路的長短來確定使用光纖鏈路，還是使用雙絞線從匯聚層交換機聯到接入層交換機，并且接入層設備采用線路捆綁連接到匯聚層，這樣在設備或物理鏈路出現故障時均可自動轉換，進而提高網絡的帶寬和穩定性。

網絡應用優化在網絡應用優化前，先對網絡內所有終端全面殺毒，檢測各種蠕蟲和Ddos的攻擊，實現網絡安全，凈化網絡運行環境。

隨著計算機網絡技術的快速發展，網絡結構越來越復雜，它所承載的內容也由單一的數據業務變成了多種業務的融合，導致網絡負擔沉重，網絡性能下降。因此，認真開展流量測量的網絡優化技術研究，對于確保網絡系統安全具有十分重要的現實意義。

下一代Intemet網絡規模進一步擴大．網絡流量高速增長．以及Ipv6、Ipv4雙協議的使用，和原有的Intemet的異構性。可擴展性。管理的無中心無政府狀態．使得網絡管理和網絡規劃進入了一個新的階段，網絡測量也面臨著新的課題。所有前期的測量數據都是在Ipv4的環境下獲得的，在Ipv6情況下，又如何展開網絡行為的測量，如何預測網絡流量的發展趨勢呢?因此，在原有的測量基礎上，開發出適應新環境的測量方法和新技術．做出更準確的網絡性能分析和網絡決策是人們努力的方向。