NetFlow交換及其在網(wǎng)絡管理中的應用

2019-11-04 12:24:20

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供稿：網(wǎng)友

　　Internet/Intranet的部署和使用正在迅猛成長，并且導致了企業(yè)和消費者計算模式的重大轉(zhuǎn)變。市場已經(jīng)提出了對流量統(tǒng)計和治理技術的需求，并要求這一技術能有效提供記錄網(wǎng)絡和應用資源利用率所必須的信息。為此，Cisco系統(tǒng)公司在其IOS交換體系結構中引入一種新的交換技術——NetFlow交換。NetFlow交換在虛擬局域網(wǎng)（VLAN）技術的基礎上，在同一個平臺上提供了交換和路由兩種功能。
　　
　　---- Cisco路由和交換平臺中的NetFlow服務可提供內(nèi)置在快速、最優(yōu)和CEF交換路徑之中的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)流統(tǒng)計功能。NetFlow服務可利用網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)流創(chuàng)造價值，并可在最大限度減小對路由器/交換機性能的影響的前提下提供具體的數(shù)據(jù)流統(tǒng)計信息。非凡是作為其交換功能的一部分，它能夠為企業(yè)提供網(wǎng)絡的容量規(guī)劃、趨勢分析以及數(shù)據(jù)優(yōu)先級等方面的信息，這些統(tǒng)計信息包括用戶、協(xié)議、端口和服務類型等。NetFlow交換可以部署在網(wǎng)絡中的任何位置，作為對現(xiàn)有尋徑基礎設施的擴展。NetFlow還可對訪問列表進行有效的處理，進而實現(xiàn)數(shù)據(jù)包過濾和安全性服務。NetFlow數(shù)據(jù)可被用于多種多樣的用途，如網(wǎng)絡治理與規(guī)劃、企業(yè)財務、基于利用率的計費以及針對市場營銷目的的數(shù)據(jù)倉庫和數(shù)據(jù)采集等。
　　
　　一、NetFlow交換及其特點
　　
　　---- NetFlow交換在網(wǎng)絡層實現(xiàn)高性能的交換，它提供一個高效的機制，可以用來處理安全訪問列表，從而不必像其他交換方式那樣，為完成同樣的任務而付出很高的性能代價。NetFlow交換識別主機之間的網(wǎng)絡流量，并在提供相關服務的同時，對網(wǎng)絡流量中的分組進行交換。在傳統(tǒng)的網(wǎng)絡交換中，每一個輸入分組是單獨處理的，路由器為每個分組進行一系列獨立的查詢，利用一系列函數(shù)去檢查訪問列表、獲取記賬數(shù)據(jù)、交換該分組。然后將它發(fā)送（即交換）到目的地。這些查詢包括確定是否采用安全訪問過濾，以及更新網(wǎng)絡統(tǒng)計計賬記錄。而在NetFlow交換中，查詢過程僅對分組流中的第一個分組進行，當一個網(wǎng)絡流被識別并確定了與其相關的服務后，那么后面所有的分組都作為該信息流的一部分，在面向連接的基礎上進行處理，這樣就繞過了訪問列表的檢查，進而依次對分組進行交換和獲取統(tǒng)計信息。
　　
　　---- NetFlow交換中要創(chuàng)建一個信息流高速緩存，里面包含對所有活動信息流進行交換和訪問列表檢查所需要的信息，利用標準的快速交換路徑先處理信息流中的第一個分組，這樣就生成了NetFlow高速緩存，這樣每個信息流都與一個即將到來的接口端口號和要發(fā)出的接口端口號相關聯(lián)，并且有一個特定的安全訪問權限和加密策略。高速緩存中還包含用于數(shù)據(jù)流統(tǒng)計的條目。隨著后面分組的交換，這些條目也不斷地更新。NetFlow高速緩存被創(chuàng)建后，那些被標識為屬于現(xiàn)有的一個信息流的分組即可以依據(jù)高速緩存信息被交換，從而繞過了安全訪問列表檢查。對于所有活動信息流，在NetFlow高速緩存中保留相應的信息。
　　
　　---- 對分組進行交換，并且一個任務接一個任務地按順序為分組提供服務。這種流線型處理分組的方式提高了網(wǎng)絡服務的能力，提高了Cisco IOS有關安全性、服務質(zhì)量（QoS）和網(wǎng)絡流量計賬的服務性能。同時，NetFlow交換提供了以每個用戶和每個應用（即會話）為基礎的更有效的服務。
　　
　　二、NetFlow的數(shù)據(jù)格式
　　
　　---- NetFlow以UDP數(shù)據(jù)報文的形式輸出信息流，它有2種格式: （1）版本1格式。這是最初發(fā)布的格式; （2）版本5格式。這是后來發(fā)布的一種加強格式，它增加了邊界網(wǎng)關協(xié)議（BGP）的自治系統(tǒng)（AS）信息和信息流的序列號。
　　
　　---- 在版本1和版本5 格式中，數(shù)據(jù)報文由一個頭標信息、一個或多個信息流記錄構成。通常情況下，接收程序不管接收哪種格式，它都會分配一個足夠大的緩沖區(qū)，以便數(shù)據(jù)報文到來時，可以容納下最大的數(shù)據(jù)。此外，它使用頭標信息中的版本信息來決定如何理解這些數(shù)據(jù)報文。頭標信息中的第二個字段是數(shù)據(jù)報文中記錄的個數(shù)，可以用它來對記錄進行索引。
　　
　　---- 因為NetFlow輸出采用UDP協(xié)議來發(fā)送輸出的數(shù)據(jù)報文，所以可能會丟失數(shù)據(jù)。為了確定信息流輸出信息是否丟失，版本5的頭標信息格式中包含了一個信息流序列號。這個序列號等于前一個序列號加上剛剛過去的數(shù)據(jù)報文中信息流的個數(shù)。當接收到一個新的數(shù)據(jù)報文后，接收程序可以從頭標信息中的序列號中提取出預期的序列號，這樣即可以獲取丟失信息流的數(shù)目。
　　
　　三、配置NetFlow交換
　　
　　---- 在一個路由器中，NetFlow交換涉及到標識分組信息流、執(zhí)行交換和處理訪問列表。它不涉及路由器之間的任何連接設置協(xié)議，也不涉及對其他任何網(wǎng)絡設備或端點工作站的連接設置協(xié)議。它也不要求對分組本身或其他任何網(wǎng)絡設備進行任何外部修改。所以，NetFlow交換對現(xiàn)有的網(wǎng)絡，包括端點工作站、應用軟件和網(wǎng)絡設備（如局域網(wǎng)交換機）是完全透明的。此外，因為NetFlow交換在每個互聯(lián)的網(wǎng)絡設備中獨立地進行，所以并不需要在網(wǎng)絡中的每個路由器中都操作它，網(wǎng)絡規(guī)劃人員可以在路由器/接口的基礎上有選擇地激活NetFlow交換（和NetFlow數(shù)據(jù)輸出），這樣就可以在特定的網(wǎng)絡位置上進行數(shù)據(jù)流交換、控制和記賬。
　　
　　---- 在一個接口上配置NetFlow時，這個接口就不再使用其他交換模式了。為了配置NetFlow交換，在接口配置模式下，利用以下面命令為ip路由啟用NetFlow交換：
　　---- ip route-cache flow
　　
　　---- 該命令的no格式可以禁用NetFlow交換，具體命令如下：
　　---- no ip route-cache flow
　　
　　---- 通常，NetFlow高速緩存的默認值可以滿足需求。然而網(wǎng)絡治理員也可以通過增加或減少高速緩存中保留的條目數(shù)，來滿足信息流比率的需要。系統(tǒng)的默認值是64KB個流動高速緩存條目，每個高速緩存條目大約占用64B的存儲空間。為了在NetFlow高速緩存中自定義條目的個數(shù)，在全局配置模式下，使用下面的命令即可改變NetFlow高速緩存中保留的條目的個數(shù)：
　　---- ip flow-cache entries number
　　
　　---- 其中number為條目的個數(shù)，范圍是1024～524288，默認值是65536。
　　
　　---- Cisco公司的部分路由器帶有路由/交換處理器（RSP）和VIP控制器。對VIP控制器可以這樣配置：通過VIP交換接收分組，而不必每個分組都要RSP參與，這種處理稱為分散式交換，可以降低對RSP的需求。可以通過配置VIP硬件，使之進行NetFlow交換。
　　
　　---- 為了在VIP上配置分散式交換，首先要根據(jù)所使用的協(xié)議為IP路由配置路由器，然后就可以使用下面的命令，在全局配置模式下，開始配置IP分散式交換和NetFlow交換了。
　　---- interface type slot/port-adapter/port；指定接口，并且進入接口配置模式
　　---- ip route-cache distributed;在該接口中啟用IP分組的VIP分散式交換
　　---- ip route-cache flow; 指定信息流交換
　　
　　---- 當RSP或VIP進行信息流交換時，它們使用信息流高速緩存取代目的地網(wǎng)絡高速緩存來交換IP分組。信息流高速緩存使用源頭和目的地的網(wǎng)絡地址、協(xié)議以及源頭和目的地的端口號來區(qū)分各條目。
　　　

　　四、治理和使用NetFlow交換的統(tǒng)計信息
　　
　　---- 通過NetFlow交換，還可以獲取豐富的統(tǒng)計信息，這些統(tǒng)計信息包括IP分組大小的分布、IP信息流交換的高速緩存信息，以及信息流信息，例如協(xié)議、總的信息流數(shù)量和每秒的信息流數(shù)量等。上述信息可以幫助網(wǎng)絡治理員分析路由器的運行情況。為了治理NetFlow交換的統(tǒng)計信息，可以在授權的可執(zhí)行模式下，利用“show ip cache flow”命令顯示NetFlow交換的綜合統(tǒng)計信息，以便網(wǎng)絡治理人員了解當前網(wǎng)絡的流量以及各種應用的數(shù)據(jù)流情況。附圖是使用該命令的輸出信息范例。 IP packet size distribution給出分組大小分布的情況（百分比），如這里的.554表明55.4%的分組數(shù)在33～64B之間；接下來的數(shù)字描述了Netflow高速緩沖區(qū)的使用情況; 后面的2個表中具體地給出了使用各種協(xié)議的分組和當前信息流的統(tǒng)計信息。 NetFlow交換的信息還可以輸出到網(wǎng)絡治理應用程序中。為了在信息流到期時，將NetFlow高速緩存中保留的NetFlow交換的統(tǒng)計信息輸出到一個工作站中，在全局配置模式下，利用下面的命令即可： ip flow-eXPort ip-address udp-port version 5 [origin-as peer-as] 在版本5中，用這條命令來配置路由器，把NetFlow高速緩存條目輸出到工作站，可以選擇指定最初的AS或同等的AS，默認值是2種AS都不輸出，這樣可以提高性能。為了保證數(shù)據(jù)來自有效的NetFlow源頭，Cisco公司建議接收程序檢查數(shù)據(jù)報文，首先檢查數(shù)據(jù)報文的大小，確定它至少可以容納版本字段和計數(shù)字段。然后，應該證實版本是有效的版本1或5，而且接收到的字節(jié)數(shù)足以容納頭標信息和對信息流記錄進行計數(shù)。 NetFlow交換的這些信息用途很廣，可以用來為企業(yè)網(wǎng)絡治理與分析提供依據(jù)，為網(wǎng)絡治理員合理規(guī)劃企業(yè)的網(wǎng)絡結構、均衡網(wǎng)絡負載和優(yōu)化網(wǎng)絡性能提供參考等，為ISP提供計費根據(jù)、為診斷網(wǎng)絡入侵和查找網(wǎng)絡攻擊提供線索以及幫助企業(yè)實現(xiàn)進行數(shù)據(jù)采集等等。

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