基于協議分析儀的IP網絡應用設計 - 全文

引言

　　計算機網絡技術快速發展給我們帶來諸多驚喜的同時，其存在的各種問題也困擾著大家，特別是網絡*蔓延和網絡黑客的攻擊，使I n t r a n e t 網絡性能下降，故障頻繁。對此，網絡工程技術人員與網絡管理人員需要借助各種網絡管理和維護的工具來加強對網絡的監控、故障診斷和處理。在所有的工具中，網絡協議分析儀P A ( p r o t o c o l a n a l y z e r )在網絡故障診斷方面具有不可替代的作用，隨著網絡精細化管理程度的提高，協議分析儀必將為越來越多的網絡工程技術員及人網絡管理員所廣泛運用。

　　1 IP 網絡維護與協議分析儀的特點

　　基于T C P / I P 的I n t r a n e t 成為當今局域網組網技術的潮流，該協議在設計之初更多考慮的是網絡的開放性，其存在著不可靠性、不安全性、流量突發性等特點，使得對其進行管理維護也非常困難。當前，國內對I P 網絡的管理維護手段盡管多種多樣，但還沒有非常成熟的可以被普遍采用的方案。采用協議分析儀則為網絡故障診斷提供了一種“ 透視” 方案[ 3 ]。協議分析儀對網絡進行實時監測，對網絡中I P 數據包進行捕獲、解析，從而了解網絡當前的狀況，準確定位故障源節點的I P 或M A C ，可以快速診斷網絡故障。協議分析儀工作在被動模式和透明狀態下，不會影響網絡的正常運行；同時協議分析儀又可以靈活部署在各種網絡環境中，在I P 網絡故障診斷中可以方便地應用。

　　2 協議分析儀的工作原理

　　協議分析儀就是能夠C a p t u r e（捕獲）分析網絡中傳輸數據的設備，其硬件部分主要是處于混雜模式（ P r o m i s c u o u s）的網卡，其軟件部分包含數據包捕獲模塊和數據解碼分析模塊兩大部分。

　　2 . 1 數據包捕獲模塊的基本原理

　　數據包捕獲模塊由處于混雜模式的網卡、網卡驅動程序、中間程序、網絡協議程序、應用程序以及網絡驅動接口規范組成，其結構如圖1 所示。

圖 1 數據包捕獲模塊的結構圖

其中網絡驅動接口規范N D I S ( N e t w o r k D r i v e r I n t e r f a c e S p e c i f i c a t i o n ) 是數據包捕獲模塊的核心，它集成了多種數據包捕獲規則的操作函數，為還原I P 數據包提供服務，能將各種以太網網卡設置為混雜模式。N D I S 支持多種工作模式，并提供一套 N D I S 庫( L i b r a r y ) 來完成各種規則下的數據包的捕獲。協議分析儀捕獲數據包的過程共分為網卡模式設置、接收網絡數據、數據分類、數據過濾、數據提交及關閉網卡等六大步驟。

　　2 . 2 數據解碼分析模塊原理

　　協議分析儀對捕獲的海量數據進行解碼分析，主要是基于各種網絡協議的不同特征并用協議定義數據結構規則解析模塊來完成的。協議分析儀一般使用層次化的協議分析方法和插件技術來實現對捕獲數據的解碼分析。層次化分析方法是基于O S I 分層模型的思想，按照數據在發/收端的封裝與解包的過程對捕獲的數據流進行逐層處理還原重組解析。利用插件技術來擴展協議分析儀適應網絡新的協議及應用的解析。

　　3 協議分析儀的主要功能

　　協議分析儀的主要功能有網絡數據的采集、數據的解碼分析、網絡狀況的統計、故障的診斷等，綜合這些信息來完成對網絡運行情況的分析與故障診斷。

　　協議分析儀能實時監測各個網絡節點和每條指定鏈路的連接情況、流量、負載率、數據收發的錯誤率、數據包S i z e 分布情況等，并且可以用統計圖或者表格的形式顯示。可以提供非常詳細的網絡狀況的統計信息，包括對全局數據的統計和針對關鍵信息的統計。

　　可以提供非常準確的網絡故障診斷結果（ E x p e r t S y s t e m 專家系統），能智能地對網絡通信情況進行故障診斷，提供對網絡故障的原因分析，以及如何處理等。這對快速定位網絡故障極其重要，可以極大地提高網絡故障診斷的效率。

　　4 協議分析儀在IP 網絡故障診斷中的應用模型

　　實際I P 網絡中部署協議分析儀的策略隨網絡的拓撲、組網設備的不同而異，主要有以下三種應用模型：

　　4 . 1 共享式網絡環境

　　基于H U B 集線器組網的共享式網絡，數據包以廣播的方式傳送，在網絡中任一節點部署協議分析儀都可以捕獲到網絡中的全部數據信息。

　　4 . 2 有鏡像功能的交換式網絡環境

　　基于交換機組網的網絡環境，由于其每個端口只轉發與本端口直接相連設備的數據包以及廣播包和組播包，協議分析儀要捕獲其他端口的數據包則要對有端口鏡像功能的交換機配置起用其鏡像功能，將協議分析儀接入鏡像端口上實現抓包，如圖2 所示。