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网络分析在网络运维中的应用
摘 要：网络分析就是通过对网络数据的全面监控分析,对网络中传输的数据包进行解码、检测、分析、诊断,排除各种网络应用行为造成的网络故障和问题,准确并快速地定位网络病症,规避网络安全风险,提高网络性能,增强网络可用性.本文介绍了网络分析的位置、数据的筛选、统计方法、分析方法,使用网络分析解决性能评价、网络资源管理和决策,以及识别网络中的安全威胁等进行了详细阐述,通过实例讲解网络分析在实践中的重要作用.
关键词：网络分析；网络故障；网络安全；统计分析
中图分类号：TP311文献标识码：A
文章编号：1671-0134（2018）10-061-02DOI：10.19483/j.cnki.11-4653/n.2018.10.020
文/刘晨光
引言
网络是信息化的基础,是网络业务的高速路,网络本身的稳定性、通畅性决定了网络业务的发展.网络普及率不断提高,人类在执行各种活动的时候越来越依赖网络.不断更新的应用,规模庞大,结构复杂,面临的网络故障越来越复杂,故障处理时间越来越紧张.如何快速定位,如何进行网络溯源,是每个网络运维人员的重要职责.
在实际网络中,通常部署了大量的设备,如交换机、路由器、防火墙、VPN、均衡负载设备、各种终端、服务器等,这些设备上出现的应用故障,都会对业务造成影响.网络分析就是通过对网络数据的全面监控分析,对网络中传输的数据包进行解码、检测、分析、诊断,排除各种网络应用行为造成的网络故障和问题,准确并快速地定位网络病症,规避网络安全风险,提高网络性能,增强网络可用性价值.
1.网络运维工作中常见的故障
根据网络故障的性质可以分为物理故障与逻辑故障.
（1）物理故障是指设备或线路损坏、插头松动、网络插头误接、线路电磁干扰等故障.
（2）逻辑故障包括配置错误、服务进程或端口异常,以及系统的负载过高、恶意攻击等.
2.网络故障判断
作为一名网络管理员,在用户反映网络故障时一般会按照自下而上的顺序逐层排除故障.
（1）物理层：网络线缆的通断,交换机端口连通并UP.
（2）数据链路层：ARP解析是否正常.
（3）网络层:IP地址是否能ping通.
（4）传输层：网络上的服务能否启用,服务端口能否连通.
应用层：应用程序是否正常工作,用户是否能正常使用.
3.网络分析排查故障
针对网络中一些常见的故障,如网络连通性问题,通过简单的ping,tracert命令就可以判断.但遇到一些复杂的情况,间歇性网络故障,应用时断时通、网络速度慢等复杂情况,其原因包括局域网内设备的问题、广域网上链路问题、应用服务器或客户端主机问题、应用软件自身问题等,这就得用网络分析.
（1）网络分析的位置.网络抓包分析的位置,取决于网络拓扑图中数据源和目的服务器,以及路由途径的网络设备.我曾经遇到一个故障,用户总反映DNS解析慢,部分域名解析不成功的现象.我们首先在用户端抓包,确实有一部分DNS域名一直没有回复,然后在DNS服务器端抓包,发现所有收到的解析请求,服务器都解析并响应了.接下来在途径的网络设备上通过端口镜像等方法抓包分析,最后在一个防火墙内口和外口的包对比时,发现数据包数量有差异,这就意味着部分包被防火墙丢弃,然后对这些被丢弃的包进行分析对比,发现被丢掉的都是DNS大包,可见防火墙的MTU太小,会丢弃大包,修改DNS包为最小化或者修改防火墙MTU后,问题得到解决.这就是网络分析位置的选取,根据网络拓扑和异常数据流向设置多个数据监控点,逐个排除.
（2）网络分析的数据筛选.网络上有海量的数据包,如何从这些数据中筛选出需要的部分,减少数据分析的工作量,也是数据分析的重要步骤.数据的筛选,可以在抓包之前只抓取有用的数据,这适用于对故障有较清晰的认识,比如上面那个DNS丢包的问题,就可以限定只抓源地址、目的地址、协议DNS的数据包.也可以在获取所有故障时间段的数据后再进一步筛选,该情况适合于安装了旁路日志系统或者分析系统的情况.一般的筛选条件有限定源地址和目的地址、限定网卡、限定协议,限定服务端口、限定交换机端口等.
（3）通过对比的方法定位故障.将正常时期的数据与故障时的数据对比,分析找到不同点.有用户称在C/S模式登录应用系统时,经常登不上去,我们抓取一段时间的数据,对比这个传输用户名的数据包时,发现成功登录的数据包的大小和失败的数据包大小不一样,由此发现应用程序设计的问题.
（4）通过数据流图的方式分析.用户反映在A楼快,B楼慢,由此怀疑B楼的交换机性能或者传输策略.用测速工具测试网络速率,A楼B楼速率一样.在用户端抓取一个完整的数据交互过程,用流程图列出所有的交互和时间,发现B楼数据包有一个大约10秒钟的间隔等待,等待一个互联网域名请求超时,而A楼的终端没有配置DNS服务器,就直接进行到下一步了,这就找到问题的原因了.
（5）通过统计的方法定位故障.这个是最复杂却也是最常用的方法.有一次,用户反映同一网段内用户上网都很慢,对该交换机上的网络总流量及进出流量做出统计发现,带宽利用率达到80%左右,瞬时的利用率甚至更高,造成大量的数据包丢失,广播包数量惊人,端口频闪,此时基本可以判定为广播或路由环路故障.统计可以根据多种维度来进行,协议统计可以分析数据包中每种协议类型的占比重情况；对话统计可以分析特定端点间的所有流量；Http流量统计可以分析网络某个站点的访问情况,还有很多高级网络统计工具.
4.网络分析解决性能瓶颈
对于一个应用在网络上的传输性能,会受到带宽、延迟、抖动、丢包等参数的影响,找到影响传输性能的瓶颈因素,从而提升传输性能.在国际网络运维中,用户反映备份线路启用后,网络明显变慢,因此申请增加备线的网络带宽.但通过网络统计分析发现,备线的带宽并没有被占满,还有很大的余量.在客户端和服务器端抓包分析TCP协议的交互,耗时大部分发生在服务器端等待客户端的ACK确认,但客户端也及时回应了ACK报文,问题出在了备线的时延上,因为备线经过迂回线路,时延大概是主线的2倍.在这种情况下,单纯增加带宽是解决不了问题的,在当前链路情况下,使用并发连接的应用程序,修改操作系统TCP窗口大小,都会使得性能得到明显改观.
5.资源统计、管理、决策等
通过抓取一段时间网络流量的原始数据,进行网络行为规律及运行趋势分析,可以为网络性能优化、新业务部署、带宽规划、安全策略等决策提供科学的依据.
6.网络安全分析
通过对数据包的网络行为分析,进行深度网络通讯检测,可以快速发现网络攻击、主动外联、木马通讯、隐蔽信道、异常DNS解析、违规操作等危害网络安全的异常行为.要想识别网络上的恶意流量攻击,需要将网络正常时的流量特征了如指掌,进而快速发现异常流量,比如ARP、TCP、DNS、特定IP和端口号等突发流量.有一次,大量用户反映网络变慢、卡顿.通过抓包软件发现网络上几个IP,尝试与局域网内所有主机建立连接,连接的端口一致且连接之间相隔时间短,流量占用较大,而且这些数据包的源IP隶属于同一网段,这极有可能是感染了蠕虫病毒的主机在扫描网络.同样可以通过TCPSYN扫描、DOS攻击等也可以通过异常流量分析找到症结.
结语
以上是日常网络运维中的网络故障以及解决方法,通过实例介绍网络分析的应用,单纯的网络抓包,会捕获大量的数据,而通过各种网络分析的筛选和多种统计方法,多层网络协议分析,可以尽快找出网络中存在的异常.当前,网络分析领域有很多工具,有wireshark、sniffer、NetFlow、Jflow、Sflow、Syslog、xlog和httpwatch、tcpdump、OmniPeak等,只要能解决问题,都是好的网络分析工具.
网络分析在网络故障处理中发挥着越来越重要的作用,一切网络分析最终依赖的是网络技术人员的知识、经验和分析能力.
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（作者单位：新华社技术局）
此文总结，上文是一篇适合运维和网络运维和分析论文写作的大学硕士及关于网络本科毕业论文，相关网络开题报告范文和学术职称论文参考文献.
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