高速網絡數據采集產品的測試及應用研究

1 引 言

隨著一體化綜合艦船信息系統的發展，作戰系統網絡節點數及數據流量大幅增加，網絡環境也從原來的百兆網絡環境提高到千兆網絡環境，網絡結構日趨復雜，所以對網絡數據監控記錄設備，普通網卡的數據采集性能已不能滿足使用需求[1,2]。為了保證數據采集的全面、可靠和有效，需要使用高速網絡數據采集卡進行網絡數據的監控和記錄。

為了選擇符合功能及性能需求并有利于二次開發的高速網絡數據采集卡，本文對Finisar和Clearsight這兩種目前較為成熟的網絡數據采集產品進行了測試研究，比較了兩種數據采集產品的功能、性能，并對基于Finisar采集卡自行開發的錄取程序進行了測試，考察了兩種產品二次開發的難易程度，為選擇更符合使用要求并有利于進一步開發的數據采集產品提供參考。

2 設備基本情況

Finisar網絡數據采集產品是專注于網絡數據捕獲、網絡流量統計、協議類型及報文內容的綜合分析和處理產品，具有強大的網絡數據捕獲和網絡報文分析功能。其網絡數據的捕獲由硬件采集卡完成，并且可以實現多卡同步工作，共同完成大流量網絡數據的采集。利用Finisar公司的配套商用軟件，各個采集節點之間可以互相進行遠程控制，并可以獲取各遠程節點的網絡數據采集統計信息。

Clearsight網絡數據采集產品同樣具有強大的網絡數據捕獲和網絡報文分析功能。其網絡數據的捕獲也是由專門的硬件采集卡完成，但不具備多卡同步協同工作能力。與Finisar網絡數據采集產品一樣，Clearsight的各個采集節點之間也可以互相進行遠程控制，并獲取各遠程節點的網絡統計信息。

3 測試內容

3.1 被試設備

具體的被試設備參數配置見表1。

表1 被試設備配置

3.2 配試設備

具體的配試設備參數配置見表2。

配試所用數字視頻的基本參數見表3、表4。

表2 配試設備配置

表3 被測數字視頻參數

表4 數字視頻網絡流量統計

3.3 數據采集性能測試

3.3.1 1 000 Mbps流量數據采集測試

1) 測試環境

1 000 Mbps流量數據采集測試環境如圖1所示。被試設備(Finisar網絡數據采集卡或Clearsight網絡探針)與Finisar協議分析儀數據口通過雙絞線直接相連，從而避免因交換機性能引起的丟包；協議分析儀、PC機均與交換機相連，通過監控協議分析儀的PC機控制網絡數據收發、查看統計信息[3,4]。

圖1 1 000 Mbps流量數據采集測試環境示意圖

2) 測試過程

在以太網中報文長度在64～1 518 B之間[5]，所以測試中選擇了64 B和1 518 B這兩種極端長度的報文。由于協議分析儀模擬流量時報文之間存在間隔，所以在線速下發送64 B長度報文時的網絡利用率最高可達到73.3%，而發送1 518 B長度報文的網絡利用率最高可達97.8%[6]。

測試時，協議分析儀在1 000 Mbps線速下發送長度為64 B或1 518 B的廣播報文，被試設備接收報文，利用設備配套軟件統計報文接收數量，并與協議分析儀統計數據比對，測試其在1 000 Mbps數據流量下的數據采集能力(表5)。

表5 1 000 Mbps流量數據采集測試數據

3) 測試結果

兩種網絡采集產品均可以在1 000 Mbps流量下實現數據的完全采集。

3.3.2模擬復雜環境數據采集測試

1) 測試環境

由于實際使用環境中，網絡各節點通過交換機互連，各節點間傳遞的報文類型、長度各不相同，模擬艦用網絡環境如圖2所示。交換機1和交換機2均為1 000 Mbps的24口交換機，兩個交換機直連；模擬節點1～6為PC機，節點7為筆記本電腦，分別接交換機1的普通口，用于模擬數據流；硬盤錄像機接交換機1的普通口，用于模擬數字視頻，提高網絡流量；模擬節點8為PC機，接交換機2的普通口，用于遠程操控硬盤錄像機；協議分析儀接交換機2鏡像口，用作測試基準；被測設備接交換機1鏡像口。

圖2 模擬復雜環境數據采集測試環境示意圖

2) 測試過程

測試時，數據流方向如圖2中箭頭所示，模擬節點1～7發送一定長度的廣播數據(虛線)，節點8遠程操控并獲取硬盤錄像機16路動態數字視頻信息(實線)。被試設備和協議分析儀分別在兩個鏡像口過濾掉其他數據而只接收廣播數據， 利用設備配套軟件統計報文接收數量， 并與協議分析儀統計數據比對， 測試其在大流量復雜網絡環境里對指定數據類型數據的采集能力(表6)。

表6 模擬艦用環境數據采集測試數據

3) 測試結果

兩種數據采集產品在模擬實際使用環境中對指定廣播數據都可以實現完全采集，在數據采集性能上均可滿足使用需求。

3.4 二次開發測試

二次開發工作主要利用產品提供的相關開發接口所編寫的適應用戶個性化需求的數據采集程序。

利用第3.3節中的兩個測試環境，用兩個自行開發的程序對兩種采集產品進行了進一步測試。測試結果顯示自行開發的數據采集程序對于兩種卡的數據采集性能及功能基本沒有影響。

1) 數據采集性能 兩種產品所提供的開發接口均可實現在1 000 Mbps數據流量下數據的完全采集；

2) 數據采集功能 兩種產品均可實現網絡數據發送、網絡數據過濾后錄取、網絡數據實時存儲以及流量等相關信息的實時統計及分析、存儲數據的過濾與顯示等基本功能；

3) 二次開發靈活性 Clearsight僅提供了少量對數據處理及相關操作的接口，而Finisar提供的是對數據采集卡的操作接口。兩相比較，Finisar網絡數據采集卡在二次開發時需要做的工作更多一些，但正因為如此，開發用戶程序時無論是在功能還是在界面上靈活性更大。

4 結束語

通過對兩種網絡數據采集產品的功能、性能以及二次開發的測試，在基本數據采集功能和性能方面兩種數據采集產品都可滿足1 000 Mbps網絡環境下數據完整采集的要求。在二次開發過程中，由于Finisar網絡數據采集卡提供的是對板卡本身的操作接口，可以在開發時做更多的個性化工作，開發靈活性更大，而Clearsight探針僅提供了部分數據解析處理接口，開發靈活性不夠，但完成主要功能的二次開發工作較為簡單。

兩種網絡數據采集產品都可以滿足1 000 Mbps網絡數據監控記錄設備使用需求，可根據不同應用環境選擇適合的網絡數據采集產品。其中，Finisar網絡數據采集卡已被選用于某型艦艇的數據錄取設備。

參考文獻:

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[2] COMER D E.計算機網絡與因特網[M].第三版.北京.清華大學出版社，2002.

[3] 戴漢平，陳建成.局域網組網中的選型與實踐[J].軟件世界, 1994(7):12-13,7.

[4] 王廷堯,馬克成.以太網知識講座(8)——以太網網絡組織及其管理[J].天津通信技術， 2003(4):50-58.

[5] TANENBAUM A S.計算機網絡[M].北京：清華大學出版社， 1998.

[6] BRADNER S, MCQUAID J. RFC2544 benchmarking methodology for network interconnection device[S].RFC Editor,1999.

[7] QUINN L B,RUSSELL R G.快速以太網[M].鄺堅，龔向,劉曉梅,譯.北京：人民郵電出版社, 2000.