网络性能与业务质量监测系统和应用,该文是关于监测系统类学术论文怎么写与监测系统和网络性能和质量有关论文范文集.
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【摘 要】 随着电网通信网络规模、结构复杂度的急速增长,用户对电网内部业务系统操作应用的流畅性、稳定性、安全性提出了更高的要求,加之综合数据网网管设备监测、运行保障等方面的局限性,仅通过网管接口数据获取信息进行管理的传统方式已经无法实现对综合数据网业务质量的有效监测.本文分析了传统网管系统存在的局限性,提出一种基于流量的动态基线分析技术监测系统,该系统在汕头供电局综合数据网中进行了应用,取得较好的效果,弥补了之前汕头局综合数据网网管流量监测方面的空白,并能与传统网管系统形成互补,提升了电力综合数据网络运行的安全性和可靠性.
【关键词】动态基线 流量分析
引言
随着汕头供电局综合数据网业务数量不断增加,在各个业务应用领域的逐步深入,网络规模持续扩张,网络流量激增.依靠现有网管系统作为运维的支撑手段已经无法满足数据通信网络承载业务需求,尤其是故障预防及故障排查工作的需求.合理、有效地疏导流量,对网络流量进行科学、严谨的分析势在必行.
一、基于流量的动态基线分析技术
动态基线分析是基于通信端口信息流基线,从SNMP（Simple Network Management Protocol,简单网络管理协议）、netflow/ netstream[1-3]（“流”报文统计）、DPI（Deep PacketInspection,深度报文检测）探针的流量记录中可以获得网络每天不同时段的流量,网络流量包含的packets（封包数目）以及bytes（字节数）,bits（比特数）,将每天相同时段的正常流量计算出其平均值,这些连续不同时段的流量平均值便形成了流量基线[4].
基线反映了网络正常行为下所呈现的流量变化趋势,是一项重要的流量指标.
而一旦网络中有异常流量发送,异常流量表现方式是发送大量的封包,且网络流量也会增加.因此使用网络进出流量所占带宽比率建立基线比较容易监测异常流量的发生[5].
1.1 计算对象的基线值
对于综合数据网来说,其网络流量是有一群具有集体相识行为的组织成员所贡献.随着组织成员的作息,网络流量通常会以一天为周期呈现规律性变化,或有明显的波峰波谷分布情况.
因此我们将一天分成多个时段,假设y 为今日时段的正常情况的流量,而b1 为至昨天为止的此时段的基线值,经过今日此时段之后,新的基线值b 更新如下：
b 等于 a× y + (1? a)×b1,其中,0<a<1 (1)
a 代表今日此时段的网络流量在基线中所占的比重,如果我们只针对周一至周五的网络流量进行基线分析,我们可以将a 设置为0.2 即（1/5）,意味着y 代表一周五天统计的其中一天的流量,b1 则代表五天中前四天的加权平均.
事实上,a 用于上述公式的加权平均是反映我们对最近一次流量的重视程度,这可使b 很快的反映最近的正常网络流量变化,在进行基线值b 更新计算时,我们必须首先确定动态基线 流量分析y 是正常流量的统计值,如果此时段的流量是异常流量,则不进行基线值b 的更新.
由于基线值b 将被用来作为判断流量是否正常的依据,所以在流量基线的计算初期,由于统计资料尚不够多,b 值不具有一定的代表性,此时若使用基线值b 筛选正常流量,很有可能将正常的流量y 视为异常,而无法将y 反映至基线值b 中,导致b 本身的计算不正确,进而影响往后的异常监测和基线更新.因此在流量基线计算初期应先收集一段时间正常的网络流量,然后利用此时间段的y 值建立正确的基线值b.
1.2 制订动态分级告警规则
由于网络流量存在波峰与波谷,且根据流量告警分级制,每一个告警状态都是一个区域范围,只要在区域内,就适用相应的分级.因此,单纯用动态基线值b 来判断流量是否异常,会产生一定的误差,造成较多的异常流量信息的误报.于是,我们制定了动态临界区域,进行网络流量分级告警,具体如下：
假设前t 天与待检验相同世界的历史流量y1,y2,y3,…,yt 为样本,则待检验流量与基线的偏离程度可表示为：
1.3 说明流量异常的信息
当某一时段的流量超过特定动态临界值时,该时段会被系统标示为异常时段,针对异常时段我们可以进一步分析该时段的netflow/netstream 或探针记录,找出可能出现问题的主机,一个被攻击的主机或者受到感染的主机会引起网络流量过多或过少,因此在netflow/netstream 或探针中会留下多笔记录.我们采用三个步骤来辨别异常流量的来源,分别是（a）计算流量偏离值；（b）依据netflow/netstream 或探针的流量进行主机排序；（c）累计主机的流量值至偏离值找出异常的主机.
计算流量偏离值,是指此异常时段的流量与基线值间的距离,假设异常时段的流量偏离值为f,则此时段的流量偏离值为:
F 代表了异常流量所带来的流量偏差值,F 越大则表示异常的强度越大,受感染的主机数目越多.
根据netflow/netstream 或探针的流量排序,贡献较多流量偏差的主机,较可能是产生异常流量的主机,因此我们从netflow/netstream 中将该异常时段的各相同主机的流量值相加,并根据相加结果进行递减排序,显示所有流量从高到低排列的主机名单.
累计至偏离值找出异常的主机：步骤（b）执行后所列出的主机排名中,前几名最有可能产生异常流量,我们可以推测偏离值f 主要是由排列与名单前面的主机所造成,因此我们将名单中前n 个主机的流量相加,当n 为最小使得主机流量总合超过偏离值f 时,即找到了异常流量增大的主机群.
另外,根据比对排名后n 个主机的历史网络流量与异常时段流量,参考流量偏差值,亦可找出异常流量减少的主机群.综上,可根据以上分析步骤,得出异常流量的持续时间、大小强度、以及相关主机特征,为最后确定产生异常流量的主机提供可靠依据.
二、流量动态基线监测技术对监测系统的优化升级
2.1 存在的问题
现阶段所使用综合网网管系统主要关注链路可用性、设备运行状态的监测和告警,但依然存在诸多局限性：（1）现有网管系统仅能实现被动的监测,缺乏针对综合数据通信网特点的分布式业务质量监测的技术手段.（2）现有网管系统提供了网络设备性能及链路通断的监测和管理,但是无法提供链路性能及业务质量的监测与管理.面对综合数据网所承载的业务呈现多样性、流量突发性、调整频繁和质量要求不同,难以主动探测例如延迟、丢包率、网络带宽等网络运行状态以及业务运行质量.
（3）现有的网管系统难以提供有说服力的量化数据,对数据网络运行质量进行有效的评价.
（4）现有数据网承载的业务流量缺乏实时采集、分析和信息发布平台,以确保数据通信网的基础设施能够正常、可靠地运行.
2.2 优化方案与设备配置
根据汕头供电局综合数据网组网构架,本方案建设计划配置1 套高速数据采集及业务系统分析测试装置接入到综合数据网核心层, 业务质量主动评测头端设备分别接入到核心、汇聚、接入交换机的其中一个端口,部署数据网络运行质量管理系统对测试硬件发起全网网络性能与业务质量监测.数据业务流量分析系统通过高速数据采集设备对核心交换机骨干链路的业务流量进行实时采集和DPI 分析,业务质量主动拨测系统通过仿真技术主动方式进行端到端的性能测量和管理,来帮助网络运维部门预先和实时掌握网络业务系统和运行质量状况.
2.3 优化升级后的实际效用
在运维分析优化方面,首先,该系统具备数据流量*能力,可实现对链路层、网络层、传输层的流量和流数目进行统计分析.从应用、用户、外部地址三个不同的角度对流量的趋势、排名进行统计分析,查看最近5 分钟、最近3 小时、最近1 天、最近一月、最近一年等不同时间段里哪些应用所产生的流量最大,可确定异常流量来源、识别其所对应的应用类型、记录其发生的时刻和存在的时间、追踪其传输的路径和目的地,对异常流量进行定位、跟踪、溯源.
其次,传统的网管监测,对链路性能进行监测时,只有通过运维人员ping 链路IP,才能看出链路的延迟、丢包率等数据,无法监测出链路实时带宽.而动态流量监测系统可以实时看出网络的延迟、抖动、丢包率,甚至是可用带宽、瓶颈带宽等性能参数.能对链路上运行的业务进行深度分析得出有价值的性能数据和统计数据,依据统计数据可分析出链路中哪种业务运行更加顺畅,定位业务性能瓶颈,有助于合理分配业务资源,快速解决因业务分配不合理导致的网络拥塞现象.
最后,有助于即时发现网络设备配置故障、路由环回故障、显著性能下降等网络故障,避免了传统逐段排查的费时费力.
针对企业各类业务（包括web、DNS、视频、流媒体、FTP、数据库、邮件、内部生产业务等）实时运行性能进行可视化深度分析,可实时感知DDos 攻击、蠕虫爆发、大规模病毒传播和非规律的流量变化等网络异常情况,精准定位问题根源组件,有助于区分故障是在网络侧还是服务器侧.通过对网络流量动态基线分析,维护人员无须为每一异常流量数据包特征寻求或开发专属的侦测程序,高精度、高同步性的动态流量监测测量数据为运维人员提供了更可靠、更精确网络流量告警.使运维人员对综合数据网巡视维护效率大大提升,误报率从原来的22.4% 降低到1.2%、漏报率由6.8% 降低到1%；从传统的被动排查,到现在及时主动发现,提高故障响应速度,降低网络性能分析成本,从而提升网络整体的可靠性及运维效率.
三、结束语
本文重点研究基于流量动态基线分析技术的网络性能及业务质量监测系统在汕头供电局综合数据网上的应用,在实际应用中,有效弥补了传统综合数据网网管监测的不足,协助网管运维人员快速定位网络流量异常,设备配置异常,对准确识别网络业务层的拥塞、泛洪以及防范由此带来的网络瘫痪风险起到关键作用,在电力综合数据网网络性能及业务质量监测优化改造中具有一定的典型意义和参考价值.
参 考 文 献
[1] 郑焕时. 基于Netflow 的互联网流量分析系统的设计与实现[D]. 哈尔滨工业大学,2011
[2] 黄伟成. NetStream 网络流量统计分析系统的设计与实现[D]. 西安电子科技大学,2015
汇总,此文为关于监测系统和网络性能和质量方面的相关大学硕士和监测系统本科毕业论文以及相关监测系统论文开题报告范文和职称论文写作参考文献资料.
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