CN1536830A - 利用分布过滤的辅助式端口监控 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在数字网络上利用信息过滤进行端口镜像的系统。通过将在路由器或交换器端口上的标准接口模块替换为包含过滤硬件和链接到聚集模块的无线链路的模块，可以监控感兴趣的流量。在每个所监控端口上的过滤的组合以及与聚集节点的无线通信简化了必须被处理的信息的量，并且将它从常规网络流量中分离出来。

Description

利用分布过滤的辅助式端口监控
技术领域
本发明涉及在数字网络上监控流量的技术。
背景技术
在包交换网络中，从小的局域网到某个机构的内部网，以至于到互联网，路由器和交换器都是主要的组件。正像它们的名字暗示的那样，从信源到信息包的目的地，它们对信息包进行路由和交换。
某些高端路由器和交换器具有将设备任一端口的流量镜像到专用镜像端口的能力。这里，镜像指的是对端口上的包进行一对一的拷贝并且将所得到的包发送到专用镜像端口的过程。这允许管理员监控所选择的端口上的流量，并且使用诸如控制信息的信息以作监控、管理或诊断的目的之用。
当前对端口镜像的实现产生了许多问题。
首先，只在昂贵的高端路由器和交换器上有这一功能。其次，在镜像过程中，并不总是支持可编程的包过滤。因而，所有的包都被镜像。这产生了另外的问题，因为专用镜像端口通常与被镜像的端口具有相同的有效带宽。结果，试图同时监控多于一个的端口会使该镜像端口饱和，从而导致包丢失。在许多应用中，包丢失是不能容忍的。另一个问题是镜像过程需要路由器的处理资源。如果路由器忙于进行它的主要路由工作，那么镜像过程被中断并且被保持。正是在这些繁忙的时段，镜像过程才最有用处，但是在现今的系统的条件下，镜像过程在这些繁忙时段并不适用。
发明内容
基于每个端口，客户模块提供了具有包过滤的镜像。客户模块通过无线链路与聚集设施或模块进行通信。每个客户模块都包含一个输入端口、一个输出端口和一个连接到无线链路的监控系统。所述聚集模块包含一条无线链路、一个聚集核和一个输出端口。
附图说明
参考特定的示例性实施例对本发明进行描述，并且参考附图，其中：
图1示出了接口模块(现有技术)，
图2示出了客户模块，
图3是监控器核的方框图，
图4示出了聚集模块，以及
图5是聚集核的方框图。
具体实施方式
很难对数字网络中的交换器或路由器上的多个接口上的包流量执行并发监控。由于成本的原因，在所讨论的每个接口上安装包分析器通常是不合实际的。尽管常规的端口镜像的想法可以被用于同时监控多个端口，但是其在现今高端路由器和交换器中的实现还有许多待改进之处。在高峰流量期间，专用镜像端口很容易饱和并且镜像过程会被中断。
然而在大多数情况下，执行监控的管理员只是对流量的特定方面感兴趣，例如控制流量、具有某一类型或协议的消息、包含某些地址的消息等。
由于数字包网络的传输速率提高，对于长距离，从电信号发送转换到光通信是发展趋势。一个典型的公知方案是吉比特以太网(GigabitEthernet)，它定义了电信号发送方案以及使用一对光纤的光方案，每条光纤用于一个方向的流量。尽管光信号传输有许多优点，但是当这些信号到达交换器和路由器处时，它们携带的信息必须被转换回电信号域。许多制造商使用的一种实现方法是使用接口转换器模块。GBIC，即吉比特接口转换器，是该模块的一种形式。GBIC和SFP架构规范(form factor)的模块由诸如Agilent Technologies、Finisar、JDS Uniphase、Infineon、Methode和E2O的公司制造。XENPAK架构规范的模块由Agilent Technologies、JDS Uniphase、Opnext和Mitsubishi制造。X2架构规范由AgilentTechnologies和JDS Uniphase支持。XPAK架构规范由Intel和Infineon支持。XFP由Agilent Technologies、Finisar、Intel、JDS Uniphase、E2O、Ignis和Opnext支持。
图1示出了本领域公知的典型的接口转换器模块100。第一接口110接受接收信号112并且为网络产生传输信号114。对于诸如用于短程光纤或长程光纤的光接口，接口110通常包括高速光敏二极管检测器和相关整形电路以用于将光接收信号112转换为电形式，以及具有控制电路的激光器二极管以用于为电形式产生光输出114。吉比特以太网也可以使用铜线。在这种情况下，接口110处理信号级别的转换以传输和接收数据。数据和控制信号116在接口110和主机电接口120之间流动，该主机电接口120具有输入信号122、输出信号124和未示出的控制信号。主机接口120将模块100连接到交换器、路由器或其它设备。在接口转换器100中还具有EEPROM 130，其被用于存储信息，例如序列号、设备特性、操作信息以及制造商专有标识信息。
交换器和路由器通常依赖转换模块来将信号从它们的电或光的外部形式转换为它们内部使用所需的合适的电平。同样地，交换器或路由器可以具有多个接口转换器模块，每个模块用于一个端口。
通过提供包含监控电路和无线数据链路的改进的接口转换器模块，本发明提供了使用包过滤的流量镜像，所述无线数据链路可以与在聚集模块中的相似的无线数据链路进行通信，或者与配置有相似无线链路并且被授权接收信息的任一监控装置进行通信。使用改进的接口转换器模块，可以允许监控任一端口或多个端口的流量。
图2示出了根据本发明的具有监控能力的典型的接口转换器模块。模块200具有用于输入信号212和输出信号214的输入接口210。对于吉比特以太网，接口210可以是电接口或光接口。数据216被传送到监控子系统240以用于处理。时钟250为监控子系统240提供参考计时。数据218被传输到具有输入数据222、输出数据224和未示出的控制线的主机接口220。EEPROM 230连接到输出接口220和监控子系统240，用于提供配置数据。为了清楚起见，未示出本发明的非主要特征，例如电源控制。
在本发明的一个实施例中，监控子系统240具有将数据216传送到监控核244的第一串行化器—解串化器(serializer-deserializer，SER-DES)242，用于提供诸如8B/10B或4B/5B数据编码/译码以及时钟恢复的功能。监控核执行所需的监控功能，将数据传送到串行化器—解串化器246，串行化器—解串化器246为输出模块220产生信号218。注意监控子系统240不修改在接口210和接口220之间传送的数据的内容，它也不阻碍这两个接口之间的数据流动。对于在接口210与220之间传送的符合一组标准的包，监控核244选择它们用来通过无线接口260和天线264进行传输。在优选实施例中，无线接口260是WiFi芯片组，用于实现公知的802.11协议的一个协议，例如802.11b。天线264可以是模块200的一部分，或者可以规定提供在模块200外部的天线。监控子系统240的配置可以通过EEPROM 230提供232，也可以通过数据传递262在由无线链路260和天线264提供的WiFi链路上提供。
在优选实施例中，监控子系统240在单芯片上实现。它也可在多芯片上实现。尽管图2示出的设计是从接口210取得数据216，并且通过串行化器—解串化器242和监控核244将数据216传送到串行化器—解串化器246，串行化器—解串化器246重新计时并且重新产生信号218以用于输出接口220，另一实现方法是被动地分接在接口210和220之间的直接的电连接，执行监控功能而无需在接口210和220之间重新计时以及重新产生数据。
图3示出了一部分监控核244的方框图。图3示出了接收路径，即，信号从接口210的输入212被传送到主机接口220的输出224经过的监控路径。提供了用于发送路径的类似的电路，监控信号从接口220的输入222传送到接口210的输出214。解串并且译码的输入数据302被去掉310OSI第二层的报头；一个这样报头的例子是以太网报头。310的输出是公知的OSI第三层的包。所得到的包数据被发送到包存储器320，同时通过第三层和第四层的报头提取处理330被发送到过滤器340；这样的一组报头是IP报头(第三层)和TCP报头(第四层)。第三层和第四层报头提取330将OSI第三层的包作为输入，并且将第三层和第四层的报头输出到过滤器引擎340。过滤器引擎340由来自图2的EEPROM 230中的数据所配置232，或者由WiFi管理网关350传送的数据所配置232。当过滤器340识别出感兴趣的信息时，它将发送信号342到网关350，网关350将来自包存储器320的适当的数据发送到安全块360，安全块360接着将数据发送262到图2中的WiFi无线链路260上。
安全块360可选择地执行加密和认证服务。例如，可以使用监控核244收集的信息来建立所监控网络的完整的地图。这些信息可以很容易被用于恶意的目的，例如建立复杂的对网络的攻击。为了防止信息落入他人之手，提供了加密和认证服务。通过无线链路离开模块200的数据被加密。通过无线链路进入模块200的数据被认证。通常，通过无线链路进入模块的数据是配置数据。为了防止对模块的配置进行未被授权的改变，会对所有进入的包执行认证处理。只有来自合法来源的包才被接受。许多公共协议可用于提供加密和认证功能；一个这样的协议是IP安全协议(IPSec)。
以这种方式使用，监控模块被置于感兴趣的端口之上，如所述般将标准接口转换器模块替换为监控接口转换器模块。由于监控模块使用无线链路而与聚集设施或模块进行通信，因而不必提供额外的配线定义。在另一实施例中，在两个端口处具有相同的诸如光接口或电接口的接口的监控模块可以被内置，而不用替换所选择设备的接口转换器模块。该实施例的监控模块可能需要外部电源，尤其是如果它们被内置在光路径里的话。
如图4所示，聚集模块执行来自一个或多个监控模块的所监控数据的聚集。模块400通过主机接口420使用输入422、输出424和未示出的控制线来提供所聚集的数据。EEPROM 430存储识别信息并且可以被用于存储参数。通过天线464和无线链路460接收来自一个或多个监控模块的数据。这些数据传送462到聚集模块440。聚集核442使用来自EEPROM430或是直接来自接口420的配置信息432来收集和格式化这些信息。所得到的信息被传送448到串行化器—解串化器446，并且被发送到主机接口420。时钟450为聚集核442和串行化器—解串化器446(SER-DES)提供参考信号。尽管优选实施例的包聚集模块400与监控模块使用的接口转换器模块包相同，但是聚集模块不需要采用那种架构规范。类似地，在优选实施例中，尽管天线464是模块400的一部分，但是它也可以被置于模块的外部。
注意聚集模块400是有效的第二层或第三层的端点(endpoint)。同样地，它具有有效的第二层地址比如以太网MAC地址，和第三层地址比如IP地址。同样，通过它所加入的网络，它是完全可访问的。这个连接允许聚集模块400通过接口420而被远程配置。为了防止未授权的模块的配置，要认证通过接口420进入的所有数据。
图5示出了聚集核442的方框图。来自或去往无线链路的数据462经过安全模块560。数据缩减540提供数据的进一步过滤和处理。认识到聚集器模块有足够的能力来缩减需要通过接口420发送的数据量是很重要的。例如，聚集器模块保持有基于从客户模块处接收的数据的计数器。计数器的值只需要通过接口420进行周期性的传输。这种能力的一个实际例子是在给定时间周期的期间内，计算从边界网关协议(BGP)的对等方处接收的前缀的数目。数据分析装置不需要接收所有的协议消息。当对计数器进行编程以通过接口420发送数据时，且只有当达到了预先编程的阈值时，会发生进一步的数据缩减。经过处理的数据被传送到第二层介质访问控制器(MAC)530，例如以太网第二层MAC 530，依次通过安全块520和448而与图4中的串行化器—解串化器446进行通信，以为聚集模块提供标准的第二层通信能力。安全块520为传送到信息用户的数据提供可选择的认证和加密服务。
具有被认证可以接收数据的兼容无线链路的任一节点也可以进行聚集处理。例如，可以由装有合适的无线接口和操作软件的便携式计算机或其它可编程计算机作为信息用户来提供聚集处理。
上面对于本发明的详细描述是作为说明的目的，而不是想将本发明穷尽或限制为所公开的具体的实施例。因而，本发明的范围由所附的权利要求所限定。

Claims (27)

1.一种在包交换数字网络中为信息用户聚集信息的系统，包括：
连接到数字网络上的网络设备的一个或多个过滤节点，每个过滤节点具有第一端口，与网络线相连接；第二端口，与网络设备相连接；以及第三端口，用于将在第一端口和第二端口之间流动的已过滤信息传送到聚集节点，
聚集节点，具有第一端口，用于与一个或多个过滤节点进行通信，所述聚集节点聚集所述已过滤信息并且将所聚集信息传送到在第二端口上的信息用户。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述过滤节点的所述第三端口和所述聚集节点的所述第一端口进行无线通信。
3.如权利要求1所述的系统，其中，所述过滤节点的所述第一端口是光端口。
4.如权利要求1所述的系统，其中，所述过滤节点的所述第一端口是电端口。
5.如权利要求1所述的系统，其中，所述过滤节点的所述第二端口是光端口。
6.如权利要求1所述的系统，其中，所述过滤节点的所述第二端口是电端口。
7.如权利要求1所述的系统，其中，所述过滤节点被嵌入具有架构规范的模块，所述架构规范可以与GBIC、SFP、XENPAK、X2、XPAK或XFP架构规范中的一个或多个互相操作。
8.如权利要求1所述的系统，其中，在所述过滤节点和所述聚集节点之间的通信中提供加密选项。
9.如权利要求1所述的系统，其中，在所述过滤节点和所述聚集节点之间的通信中提供认证选项。
10.如权利要求1所述的系统，其中，在所述聚集节点和所述信息用户之间的通信中提供加密选项。
11.如权利要求1所述的系统，其中，在所述聚集节点和所述信息用户之间的通信中提供认证选项。
12.如权利要求1所述的系统，其中，所述聚集节点是独立设备。
13.如权利要求1所述的系统，其中，所述聚集节点被嵌入具有架构规范的模块，所述架构规范可以与GBIC、SFP、XENPAK、X2、XPAK或XFP架构规范中的一个或多个互相操作。
14.一种过滤节点，用于在包交换数字网络设备的端口上使用，所述过滤节点包括：
第一端口，用于与包交换数字网络进行通信；
第二端口，用于与数字网络设备进行通信；
通信装置，用于在所述第一端口和所述第二端口之间传送信息；
连接到所述通信装置的过滤装置，用于过滤在所述第一端口和所述第二端口之间传送的信息，并且将已过滤信息传送到第三端口。
15.如权利要求14所述的过滤节点，其中所述第一端口是电端口。
16.如权利要求14所述的过滤节点，其中所述第一端口是光端口。
17.如权利要求14所述的过滤节点，其中所述第三端口是无线通信链路。
18.如权利要求14所述的过滤节点，其中，所述过滤节点被嵌入具有架构规范的模块，所述架构规范可以与GBIC、SFP、XENPAK、X2、XPAK或XFP架构规范中的一个或多个互相操作。
19.如权利要求14所述的过滤节点，其中，所述无线通信链路提供可选择的认证。
20.如权利要求14所述的过滤节点，其中，所述无线通信链路提供可选择的加密。
21.一种聚集节点，用于与在包交换数字网络中的一个或多个过滤节点共同使用，所述聚集节点包括：
第一通信装置，用于与一个或多个过滤节点进行通信；
连接到第一通信端口的聚集装置；以及
第二通信装置，用于将来自所述聚集装置的所聚集信息提供给信息用户。
22.如权利要求21所述的聚集节点，其中，所述第一通信装置包括无线链路。
23.如权利要求22所述的聚集节点，其中，所述第一通信装置包括可选择的认证。
24.如权利要求22所述的聚集节点，其中，所述第一通信装置包括可选择的加密。
25.如权利要求22所述的聚集节点，其中，所述第二通信装置包括可选择的认证。
26.如权利要求22所述的聚集节点，其中，所述第二通信装置包括可选择的加密。
27.如权利要求21所述的聚集节点，其中，所述聚集节点被嵌入具有架构规范的模块，所述架构规范可以与GBIC、SFP、XENPAK、X2、XPAK或XFP架构规范中的一个或多个互相操作。
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