网络管理中流量采集技术的应用

摘  要  对于网络员来说，理解网络流量的特性，了解用户的网络行为是网络管理的重要内容，这可以通过网络流量采集与分析来实现。本文介绍了几种流量采集技术以及各自的优缺点，并重点介绍了网络管理中的NetFlow技术的应用。

    关键字  网络流量  流量采集   NetFlow

 

    对于一个有效的网络管理系统来说，管理功能的实现都或多或少的依赖于网络流量信息的获取。因此网络流量信息采集可以说是网络管理系统得以实现的核心。无论是流量费用统计还是用来分析、预测网络运行状况，对于原始数据的可靠性和完整性的要求都是比较高的。使用一种较为合理的网络流量采集技术，不仅使所采集的原始数据较为准确、完整，而且对网络上相关设备的影响较小。目前有4种常用的方法用于网络流量数据的采集分析：

    (1)基于侦听网络数据包的包分析模式；

    (2)基于路由器MIB库的SNMP代理模式；

    (3)基于安插网络探针（PROBE）技术的IP流量数据捕获形式；

    (4)基于网络数据流(NETFLOW)技术的数据流捕获形式。

    前两种是比较传统的方法。基于侦听网络数据包的包分析模式的优点是：容易实现。缺点是：a.工作站设备的浪费；b增加网络的故障点,c.只能得到有关网络流量大小的信息，但是无法提供流量中有关应用类型的信息。基于SNMP的网络信息采集系统的优点是：可以有效地解决包监听模式的缺点。缺点：a.采集的网络流量数据没有经过任何处理，因此对数据采集数据库的性能要求很高，相应的对机器硬盘空间的要求也很高；b.对网络带宽造成一定的损耗;c.对路由器的CPU和内存资源占用较大；d.由于记录很多，因此选择一个好的采集间隔就比较困难，而且随着网络使用情况的变化，该间隔可能会不适用，从而导致数据的丢失。第三种技术出现较晚，虽然技术先进，但由于其实现依赖于固定厂家的专有设备，故具有一定的限制性。

    下面介绍一种新的网络流量数据采集方法，也就是基于网络数据流技术的数据流捕获形式。它可以有效地解决传统采集方式中存在的缺点，并且提高网络使用的效率，减轻路由器的负载情况，也就是在路由器上配置NetFlow，通过配置的NetFlow数据输出UDP来进行网络信息采集。

1  NetFlow技术简介

1.1  NetFlow交换

    NetFlow交换是Cisco公司为网络管理员提供的可以获得数据网中IP flow信息的一种新的交换技术。NetFlow交换是在网络层实现高性能的交换，它提供了一种高效的机制，可以用来处理安全访问列表，从而不必像其它交换方式那样，为完成同样的任务而付出很高的性能代价。NetFlow交换识别主机之间的网络流量，并在提供服务的同时，对网络流量中的分组进行交换。NetFlow交换对现有的网络是完全透明的，可以在单个网络设备中独立地进行，而不必在网络中的每个路由器中都操作它，网络规划人员可以有选择地激活NetFlow交换，这样可以在特定的网络位置上进行数据流交换、控制和记账。

1.2  NetFlow数据报文

    从配置了NetFlow交换的Cisco路由器上，就可以收集流量统计的NetFlow流量数据信息，NetFlow以UDP数据报文的形式来输出信息，可以通过Cisco路由器上的配置指定NetFlow流量信息的接收者。目前NetFlow输出的数据报文有V1、V5、V7、V8等不同的版本，取决于Cisco路由器的型号及其IOS的版本。但无论哪个版本，NetFlow报文都是由两部分构成，即报文头（Header）和一个或多个流信息记录（Flow Record），如图1所示：

图1  NetFlow数据报文

    报文头中的版本信息（Version number）来决定如何理解这些数据报文；记录个数（Record count）字段表明该数据报文中包含的流信息记录的个数，可以用它来对记录进行索引；序列号（Sequence number）字段可用来判断NetFlow报文是否有丢失的情况发生。

2  具体配置

    以下内容描述了在路由器上NetFlow的配置和维护。

2.1 配置NetFlow交换

    NetFlow交换是可用的交换模式之一。当在一个接口上配置NetFlow时，这个接口就不能使用其它的交换模式了。还有，利用NetFlow交换，可以把数据输出到一个远端工作站，以便进一步处理它们。在一个路由器中，NetFlow交换涉及到标识数据包信息流、执行交换和处理访问列表。它不涉及路由器之间的任何连接设置协议，也不涉及对其它任何网络设备或端点工作站的连接设置协议。它也不要求对数据包本身或其它任何网络设备进行任何外部修改。所以，NetFlow交换对现有的网络，包括端点工作站、应用软件以及诸如局域网交换机是完全透明的。并且，由于NetFlow交换是在每一个互联网设备上独立运行的，不需要在网络中的每个路由器中都操作它，网络规划人员可以在路由器/接口的基础上有选择地激活 NetFlow交换，从而就可以在特定的网络位置上进行数据流交换、控制和记账。

    完成IP路由器配置后，可以进行以下的配置：

任务	命令
第一步，指定接口，进入接口配置模式	Interface type slot/port- adapter（Cisco 7500系列路由器）
第二步，指定信息流交换	Ip route_cache flow

 

一般，NetFlow高速缓存的默认大小可以满足需要。然而还可以增加或减少高速缓存中保留的条数目，来满足信息流比率的需要。默认只是64K流动高速缓存条目，每个高速缓存条目大约占用64bytes的存储空间。假定高速缓存中的条目数为默认值，那么大概就需要4MB的DRAM。每次从自由流队列中取走一个新的信息流，就会检查自由流的个数，如果只剩下几个自由信息流，那么NetFlow就试图用一个缩短的失效时间将30个信息流“老化”。如果只剩下一个自由信息流，那么NetFlow就自动老化30个信息流，而不考虑这些信息流的以实际存在的时间是多少。这样做是为了保证总可以得到自由的信息流条目。

    在全局配置的模式下，进行以下操作定制NetFlow缓存的条目数量：

任务	命令
改变NetFlow高速缓存中保留的条目的个数。该条目数可以是1024到524288。默认值是65536。	Ip flow-cache entries number

    Cisco建议不要修改NetFlow高速缓存条目，对这个功能不正确的应用会引发网络问题。可以在全局配置模式下利用no ip flow-cache entries返回默认的NetFlow高速缓存条目。

2.2  配置NetFlow数据输出

    Netflow交换信息可以输出到网络应用程序中，为了在信息流到期时，将NetFlow高速缓存中的保留的NetFlow交换的统计信息输出到一个工作站。在输出数据时，可以指定发送的信息的格式版本。

    将一个NetFlow流的交换统计数据从NetFlow缓存的维护中输出，应该在配置模式下使用如下的操作：

任务	命令
第一步，把NetFlow高速缓存条目输出到工作站	Ip flow-export ip-address udp-port[version 1]
第二步，配置NetFlow发送信息的版本(1/5),如果你使用接收软件采用版本5。	ipflow-export version{1|5[origin-as|peer-as]}
第三步，配置NetFlow所使用的源接口以指定输出NetFlow数据的源	ip flow-export source interface

2.3 管理NetFlow交换统计数据

    用于显示或者清除NetFlow交换的统计数据。NetFlow的统计数据包括IP包的大小、IP流的交换缓存信息、以及诸如协议、总的流量、每秒的流量等的流信息。这些信息可以用来查找路由器的交通信息.下表列出了这些命令：

任务	命令
显示NetFlow交换统计数据	show ip cache flow
显示NetFlow交换统计数据	clear ip flow stats

3  结果

    通过实验与传统的网络流量采集模式所能够获得的资料对比，很明显的知道，NetFlow所取得的信息并没有对每一个网络包都做一条记录，而是对共用一条NetFlow记录的包做了统一的归类总结。这样NetFlow所能够提供给用户的信息就是已经经过了合理的处理，十分方便用户的进一步提取，分析。而且在一条流记录中，一般使用了该记录的各种包（WWW包、FTP包、SMTP包等）的数目都不止一个。因此配置了NetFlow后对整个网络管理突出的优点如下：

    *可以获得比较详细的信息，利于计费，分析等用途；

    *可以节省网络带宽和路由器CPU资源；

    *便于集中的统一管理，尤其是适于类似网络中心的单位使用；

    *配置简单 

    但也有一定的缺点：

    *只能使用在没有配置虚网的接口上；

    *对硬件平台的配置要求比较高；

    *不便与分布式的管理。

4  结束语

    总的来说，在路由器上配置NetFlow，好处还是显而易见的。特别是对于网络流量负荷比较大的网络，可以有效的节省网络带宽和处理资源，从而减少用户从网络上取得信息的延迟时间。通过配置NetFlow，网络管理者还可以方便有效的对网络流量进行分析、处理以便作为计费或者流量控制或者网络规划的参考。

参考文献：

    [1]谢希仁. 网络. 大连理工大学出版社

    [2]谭思亮. 监听与隐藏—网络侦听揭秘与数据保护技术. 求是科技. 人民邮电出版社

    [3]何海涛，罗笑南，郭清顺.  NetFlow在边界网流量采集中的应用.计算机工程与应用

    [4]李文印，周国治，张福春. 网络计费系统数据采集技术研究.计算机应用

    [5]