网络通信流量分析技术研究

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一网络流量分析的目的

随着网络应用的不断发展，以因特网为代表的IP网络规模不断扩大，各种各样的网络设备、流量规模不同的业务应用的创造性出现使得网络拓扑结构、网络流量及网络管理日益纷繁复杂，网络通信、网络规划、网络流量设计、故障诊断和性能优化是保障网络稳定可靠、低延时、低丢包、高命中和降低人工操作劳动强度的基础。

1网络流量分析的内容

网络通信流量分析的目的是了解网络工况，及早发现可能存在的数据流量问题和应对措施。需明确的是，计算机网络通信的核心作用是传输数据，而网络流量的分析就是采集和分析计算机网络中传输的海量数据流，网络数据流的分析从计算机及传输相关的物理硬件底层的数据流到应用层的数据流分析，也称为网络通信协议分析。网络管理人员若想了解和管控好一个网络，其最重要的就是对网络的了解，所谓知己知彼，包括并不限于了解网络的拓扑结构、配置参数和设备类型等，但要保证网络通信的服务质量，这样的认知是还是远远不够。对网络通信流量的分析能使网管更深入地了解计算机网络，包括计算机网络运行规律、网络运行模式和用户的上网行为。

2网络异常的行为

计算机网络异常的发现是建立在充分认知和网络阀值为基础的，一旦网络流量突破了网管人员预设的网络流量阀值，就需要通过发现、询因、流控等技术手段，以防止网络流量的无限暴增，进而能为网络通信保持一定的高性能运行提供重要的保障。通常的网络异常情况如下：(1)网络运行异常：网络中流量的异常，包括资源利用率、数据包数的异常。(2)网络应用异常：进程连接数量、用户应用响应、应用程序流量的异常，都能通过长期的主动分析来及时预警和发现。(3)用户的异常上网行为：异常的上网行为也有鲜明的流量特征，如被蠕虫病毒感染、不知情的情况下安装了后门程序等，长期的数据流量分析能及时发现上网用户的这些异常网络行为，如何及时发现网络用户的异常上网行为是解决其影响网络正常高效运行的关键。

二建立机器学习的计算机网络通信流量分析

模型计算机网络流量的突变性、弱耦合性和影响的非线性等特性，对传统计算机网络通信理论提出了新的挑战，导致对网络流量和协议概率分布的准确建模变得异常困难。

1模型拟解决的问题

针对计算机网络通信流量分析的特点，提出了一个基于机器学习的计算机网络通信的流量分析概念模型。提出该模型的真正目的在于：最大限度地利用获得的流量数据和网管人员的监测信息，自动完成流量分析的各个任务，自适应各种上层应用及对网络的性能优化。同时，模型通过计算机主动学习，指导主动式监测的进行。从通信流量分析的具体任务而言，如果已经较好地获得了数据流量的概率分布特性，有两个基本的问题：（1）正常情况，计算机监控程序能否利用已得到的概率统计特性来预测可能发生未知的数据流量情况；（2）数据流量的特性突变之时，计算机监控程序能否快速、有效地发现这种流量突变。这分别对应于网络数据流量预测和异常网络数据流量检测，可以通过具有自学习能力的计算机程序自动实现上述预测和检测。

2机器学习的概念

模型所谓机器学习的本质是计算机程序的性能随着经验的累积能自我完善。恰当选择计算机的机器学习算法，可最大限度地使用上述经验和监测信息，从而完成流量分析各任务的自动化处理，并根据应用环境对网络的性能进行优化。为此，机器算法是处理上述问题的理想选择。首先给出基于机器学习的网络流量分析模型，接着从机器学习的角度，阐明基于改进Boosting的机器学习算法。机器学习的本质是将人类的经验积累和长期的监测到的统计数据通过计算机程序以自动提高其性能，根据计算机通信网络分析的一般流程，提出机器学习模型。此类模型利用网络监测算法测量获得的流量数据，然后利用机器学习的方法，自动完成流量分析的各项作业任务，支持各种上层应用对网络的性能优化。当网络管理人的监督信息可以获得的时候，该数据信息可以作为机器学习算法的储备和先验知识，结合人类的智慧以进一步提高算法的性能，如此往复，循环提升，不断提高系统的数据流量分智能。

3改进Boosting算法

改进Boosting算法是一类使得学习算法的性能得以提高的学习策略。基于Boosting的学习算法的思路：找到许多简单粗略的判断准则要比找到一条非常准确的准则容易得多。通过不断调用这种算法，每次用训练样本的不同子集对它进行训练，循环多次后，这些准则就会结合成一条基本学习规则。

三计算机网络通信流量分析的意义

计算机网络通信流量的分析能为网络通信和数据流量的分析提供依据，通过计算机软件编程将网络IP包解包为数据流量进行系统自动监测，以深入了解网络状况，同时预警给网络管理人员，为管理人员的决策提供科学数据和经验，最终实现对计算机网络通信中的数据流量进行认知和管控，以尽可能发挥现有网络资源的数据传输和服务能力，为人类的信息化建设提供重要的网络保障，以促进人类数字文明发展进程。

作者：杜天宇 单位：亚信科技（中国）有限公司