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一網(wǎng)絡(luò)流量分析的目的

隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的不斷發(fā)展，以因特網(wǎng)為代表的IP網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷擴大，各種各樣的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、流量規(guī)模不同的業(yè)務(wù)應(yīng)用的創(chuàng)造性出現(xiàn)使得網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)流量及網(wǎng)絡(luò)管理日益紛繁復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)通信、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)流量設(shè)計、故障診斷和性能優(yōu)化是保障網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定可靠、低延時、低丟包、高命中和降低人工操作勞動強度的基礎(chǔ)。

1網(wǎng)絡(luò)流量分析的內(nèi)容

網(wǎng)絡(luò)通信流量分析的目的是了解網(wǎng)絡(luò)工況，及早發(fā)現(xiàn)可能存在的數(shù)據(jù)流量問題和應(yīng)對措施。需明確的是，計算機網(wǎng)絡(luò)通信的核心作用是傳輸數(shù)據(jù)，而網(wǎng)絡(luò)流量的分析就是采集和分析計算機網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)暮Ａ繑?shù)據(jù)流，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流的分析從計算機及傳輸相關(guān)的物理硬件底層的數(shù)據(jù)流到應(yīng)用層的數(shù)據(jù)流分析，也稱為網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議分析。網(wǎng)絡(luò)管理人員若想了解和管控好一個網(wǎng)絡(luò)，其最重要的就是對網(wǎng)絡(luò)的了解，所謂知己知彼，包括并不限于了解網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)、配置參數(shù)和設(shè)備類型等，但要保證網(wǎng)絡(luò)通信的服務(wù)質(zhì)量，這樣的認(rèn)知是還是遠遠不夠。對網(wǎng)絡(luò)通信流量的分析能使網(wǎng)管更深入地了解計算機網(wǎng)絡(luò)，包括計算機網(wǎng)絡(luò)運行規(guī)律、網(wǎng)絡(luò)運行模式和用戶的上網(wǎng)行為。

2網(wǎng)絡(luò)異常的行為

計算機網(wǎng)絡(luò)異常的發(fā)現(xiàn)是建立在充分認(rèn)知和網(wǎng)絡(luò)閥值為基礎(chǔ)的，一旦網(wǎng)絡(luò)流量突破了網(wǎng)管人員預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)流量閥值，就需要通過發(fā)現(xiàn)、詢因、流控等技術(shù)手段，以防止網(wǎng)絡(luò)流量的無限暴增，進而能為網(wǎng)絡(luò)通信保持一定的高性能運行提供重要的保障。通常的網(wǎng)絡(luò)異常情況如下：(1)網(wǎng)絡(luò)運行異常：網(wǎng)絡(luò)中流量的異常，包括資源利用率、數(shù)據(jù)包數(shù)的異常。(2)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用異常：進程連接數(shù)量、用戶應(yīng)用響應(yīng)、應(yīng)用程序流量的異常，都能通過長期的主動分析來及時預(yù)警和發(fā)現(xiàn)。(3)用戶的異常上網(wǎng)行為：異常的上網(wǎng)行為也有鮮明的流量特征，如被蠕蟲病毒感染、不知情的情況下安裝了后門程序等，長期的數(shù)據(jù)流量分析能及時發(fā)現(xiàn)上網(wǎng)用戶的這些異常網(wǎng)絡(luò)行為，如何及時發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)用戶的異常上網(wǎng)行為是解決其影響網(wǎng)絡(luò)正常高效運行的關(guān)鍵。

二建立機器學(xué)習(xí)的計算機網(wǎng)絡(luò)通信流量分析

模型計算機網(wǎng)絡(luò)流量的突變性、弱耦合性和影響的非線性等特性，對傳統(tǒng)計算機網(wǎng)絡(luò)通信理論提出了新的挑戰(zhàn)，導(dǎo)致對網(wǎng)絡(luò)流量和協(xié)議概率分布的準(zhǔn)確建模變得異常困難。

1模型擬解決的問題

針對計算機網(wǎng)絡(luò)通信流量分析的特點，提出了一個基于機器學(xué)習(xí)的計算機網(wǎng)絡(luò)通信的流量分析概念模型。提出該模型的真正目的在于：最大限度地利用獲得的流量數(shù)據(jù)和網(wǎng)管人員的監(jiān)測信息，自動完成流量分析的各個任務(wù)，自適應(yīng)各種上層應(yīng)用及對網(wǎng)絡(luò)的性能優(yōu)化。同時，模型通過計算機主動學(xué)習(xí)，指導(dǎo)主動式監(jiān)測的進行。從通信流量分析的具體任務(wù)而言，如果已經(jīng)較好地獲得了數(shù)據(jù)流量的概率分布特性，有兩個基本的問題：（1）正常情況，計算機監(jiān)控程序能否利用已得到的概率統(tǒng)計特性來預(yù)測可能發(fā)生未知的數(shù)據(jù)流量情況；（2）數(shù)據(jù)流量的特性突變之時，計算機監(jiān)控程序能否快速、有效地發(fā)現(xiàn)這種流量突變。這分別對應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量預(yù)測和異常網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量檢測，可以通過具有自學(xué)習(xí)能力的計算機程序自動實現(xiàn)上述預(yù)測和檢測。

2機器學(xué)習(xí)的概念

模型所謂機器學(xué)習(xí)的本質(zhì)是計算機程序的性能隨著經(jīng)驗的累積能自我完善。恰當(dāng)選擇計算機的機器學(xué)習(xí)算法，可最大限度地使用上述經(jīng)驗和監(jiān)測信息，從而完成流量分析各任務(wù)的自動化處理，并根據(jù)應(yīng)用環(huán)境對網(wǎng)絡(luò)的性能進行優(yōu)化。為此，機器算法是處理上述問題的理想選擇。首先給出基于機器學(xué)習(xí)的網(wǎng)絡(luò)流量分析模型，接著從機器學(xué)習(xí)的角度，闡明基于改進Boosting的機器學(xué)習(xí)算法。機器學(xué)習(xí)的本質(zhì)是將人類的經(jīng)驗積累和長期的監(jiān)測到的統(tǒng)計數(shù)據(jù)通過計算機程序以自動提高其性能，根據(jù)計算機通信網(wǎng)絡(luò)分析的一般流程，提出機器學(xué)習(xí)模型。此類模型利用網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測算法測量獲得的流量數(shù)據(jù)，然后利用機器學(xué)習(xí)的方法，自動完成流量分析的各項作業(yè)任務(wù)，支持各種上層應(yīng)用對網(wǎng)絡(luò)的性能優(yōu)化。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)管理人的監(jiān)督信息可以獲得的時候，該數(shù)據(jù)信息可以作為機器學(xué)習(xí)算法的儲備和先驗知識，結(jié)合人類的智慧以進一步提高算法的性能，如此往復(fù)，循環(huán)提升，不斷提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流量分智能。

3改進Boosting算法

改進Boosting算法是一類使得學(xué)習(xí)算法的性能得以提高的學(xué)習(xí)策略。基于Boosting的學(xué)習(xí)算法的思路：找到許多簡單粗略的判斷準(zhǔn)則要比找到一條非常準(zhǔn)確的準(zhǔn)則容易得多。通過不斷調(diào)用這種算法，每次用訓(xùn)練樣本的不同子集對它進行訓(xùn)練，循環(huán)多次后，這些準(zhǔn)則就會結(jié)合成一條基本學(xué)習(xí)規(guī)則。

三計算機網(wǎng)絡(luò)通信流量分析的意義

計算機網(wǎng)絡(luò)通信流量的分析能為網(wǎng)絡(luò)通信和數(shù)據(jù)流量的分析提供依據(jù)，通過計算機軟件編程將網(wǎng)絡(luò)IP包解包為數(shù)據(jù)流量進行系統(tǒng)自動監(jiān)測，以深入了解網(wǎng)絡(luò)狀況，同時預(yù)警給網(wǎng)絡(luò)管理人員，為管理人員的決策提供科學(xué)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，最終實現(xiàn)對計算機網(wǎng)絡(luò)通信中的數(shù)據(jù)流量進行認(rèn)知和管控，以盡可能發(fā)揮現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源的數(shù)據(jù)傳輸和服務(wù)能力，為人類的信息化建設(shè)提供重要的網(wǎng)絡(luò)保障，以促進人類數(shù)字文明發(fā)展進程。

作者：杜天宇 單位：亞信科技（中國）有限公司