發(fā)布時(shí)間：2019-11-23 20:15

【摘要】：隨著互聯(lián)網(wǎng)上應(yīng)用的豐富和網(wǎng)絡(luò)帶寬的增長(zhǎng),帶來的安全問題也與日劇增,除了傳統(tǒng)的垃圾郵件、病毒傳播、DDoS攻擊外,還出現(xiàn)了新型的隱蔽性強(qiáng)的攻擊方式.網(wǎng)絡(luò)探針工具是一種部署在局域網(wǎng)出口處的旁路設(shè)備,能夠收集當(dāng)前進(jìn)出網(wǎng)關(guān)的全部流量并進(jìn)行分析,而網(wǎng)絡(luò)探針工具中最重要的模塊就是數(shù)據(jù)包的捕獲.傳統(tǒng)的Linux網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧在捕獲數(shù)據(jù)包時(shí)有諸多性能瓶頸,無法滿足高速網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的要求.介紹了基于零拷貝、多核并行化等技術(shù)的多種新型的數(shù)據(jù)包捕獲引擎,并基于Intel DPDK平臺(tái)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)包捕獲系統(tǒng),它能夠利用接收端擴(kuò)展(receiver-side scaling,RSS)技術(shù)實(shí)現(xiàn)多核并行化的數(shù)據(jù)包捕獲、模塊化的上層處理流程.除此之外,還討論了更有效、更公平的將數(shù)據(jù)包分發(fā)到不同的接收隊(duì)列所應(yīng)使用的Hash函數(shù).經(jīng)過初步的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)接近線速的收包并且多個(gè)CPU核心間實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡.
【圖文】：

條流的往返數(shù)據(jù)包被分配到不同的ＣＰＵ核上時(shí)，就會(huì)造成低效的跨核訪問．３）內(nèi)存映射．使用這種方法，應(yīng)用程序的內(nèi)存區(qū)域可以映射到內(nèi)核態(tài)的內(nèi)存區(qū)域，應(yīng)用能夠在沒有中間副本的情況下讀寫這片內(nèi)存區(qū)域．用這種方式我們可以使應(yīng)用直接訪問網(wǎng)卡的ＤＭＡ內(nèi)存區(qū)域，這種技術(shù)被稱為零拷貝．但零拷貝也存在潛在的安全問題，向應(yīng)用暴露出網(wǎng)卡環(huán)形隊(duì)列和寄存器會(huì)影響系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性［１１］．Ｆｉｇ．３ＰＦＲＩＮＧｓｃｈｅｍｅ圖３ＰＦＲＩＮＧ機(jī)制４）數(shù)據(jù)包的批處理．為了避免對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)包的重復(fù)操作的開銷，可以使用對(duì)數(shù)據(jù)包的批量處理．這個(gè)策略將數(shù)據(jù)包劃分為組，按組分配緩沖區(qū)，將它們一起復(fù)制到內(nèi)核／用戶內(nèi)存．運(yùn)用這種技術(shù)減少了系統(tǒng)調(diào)用以及隨之而來的上下文切換的次數(shù)；同時(shí)也減少了拷貝的次數(shù)，從而減少了平攤到處理和復(fù)制每個(gè)數(shù)據(jù)包的開銷．但由于分組必須等到一個(gè)批次已滿或定時(shí)器期滿才會(huì)遞交給上層［１６］，批處理技術(shù)的主要問題是延遲抖動(dòng)以及接收?qǐng)?bào)文時(shí)間戳誤差的增加．５）親和性與預(yù)�。�由于程序運(yùn)行的局部性原理，為進(jìn)程分配的內(nèi)存必須與正在執(zhí)行它的處理器操作的內(nèi)存塊一致，這種技術(shù)被稱為內(nèi)存的親和性．還有一些其他的考慮因素是ＣＰＵ的中斷親和性．ＣＰＵ親和性是一種技術(shù)，它允許進(jìn)程或線程在指定的處理器核心上運(yùn)行．在內(nèi)核與驅(qū)動(dòng)層面，軟件和硬件中斷可以用同樣的方法指定具體的ＣＰＵ核或處理器來處理，稱為中斷親和力．每當(dāng)一個(gè)線程希望訪問所接收的數(shù)據(jù)，如果先前這些數(shù)據(jù)已被分配到相同ＣＰＵ核的中斷處理程序接收，則它們?cè)诒镜兀悖幔悖瑁迥軌蚋�容易被訪問到．這項(xiàng)策略可以與先前

能在支持ＮＵＭＡ數(shù)據(jù)放置的優(yōu)勢(shì)．同樣，ＰＳ在用戶層面也提供了并行化的分組處理，同時(shí)能夠隨著ＣＰＵ核的數(shù)目和隊(duì)列數(shù)目實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展性．為了減少每個(gè)包的處理開銷，ＰＳ在用戶層面實(shí)現(xiàn)了批處理．每次批處理請(qǐng)求都將巨大的數(shù)據(jù)包緩沖區(qū)映射到連續(xù)內(nèi)存區(qū)域，應(yīng)用可以從該區(qū)域訪問驅(qū)動(dòng)并復(fù)制數(shù)據(jù)．為了減少ｃａｃｈｅ未命中的次數(shù)，改進(jìn)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序會(huì)預(yù)取當(dāng)前分組的下一個(gè)分組（包括分組數(shù)據(jù)和分組描述符），如圖４所示：Ｆｉｇ．４ＰａｃｋｅｔＳｈａｄｅｒＲＸｓｃｈｅｍｅ圖４ＰａｃｋｅｔＳｈａｄｅｒ收包機(jī)制３）ＮｅｔｍａｐＮｅｔｍａｐ和ＰａｃｋｅｔＳｈａｄｅｒ體系結(jié)構(gòu)的特征有很多相同之處．即在初始化階段預(yù)分配大小固定的緩存空間（也為２０４８Ｂ），批處理和并行直接數(shù)據(jù)通路．它也實(shí)現(xiàn)了內(nèi)存映射技術(shù)，以允許用戶的應(yīng)用程序直接訪問內(nèi)核包緩存（到ＮＩＣ直接訪問被保護(hù)起來）中簡(jiǎn)化和優(yōu)化過的元數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這種簡(jiǎn)化的元數(shù)據(jù)叫做Ｎｅｔｍａｐｒｉｎｇ，其結(jié)構(gòu)體包含環(huán)的大小，一個(gè)指向緩存的指針（當(dāng)前數(shù)據(jù)包），緩存中收到的包的數(shù)目，或緩存中可用的空槽的數(shù)目．在接收和發(fā)送時(shí)會(huì)分別設(shè)置有關(guān)狀態(tài)位、內(nèi)存中包緩存的偏移值以及元數(shù)據(jù)信息數(shù)組；同時(shí)還包含每個(gè)數(shù)據(jù)包的一個(gè)存儲(chǔ)位置，包括該數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度、在緩存中的索引和一些標(biāo)志位．需要注意的是每個(gè)ＲＳＳ隊(duì)列，接收和發(fā)送都可以使用Ｎｅｔｍａｐｒｉｎｇ實(shí)現(xiàn)并行化的直接數(shù)據(jù)通道．４）ＰＦＱＰＦＱ是一種新型的數(shù)據(jù)包捕獲引擎，，它允許在應(yīng)用進(jìn)程中進(jìn)行并行化的包捕獲．ＰＦＱ的方法與以前的研究不同，區(qū)別于完全繞過ＮＡＰＩ的中斷方案或使用

【相似文獻(xiàn)】

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1 查達(dá)仁;荊繼武;林t燂

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