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本文主要以BT为研究对象,分析现有的各种P2P流量检测识别技术,对比各种检测识别技术的优缺点。在深入分析BT协议和源码的基础上,提出了基于MSE协议特征的BT加密流量检测方法和基于节点列表的BT流量预识别技术,并进行了实验验证。本文主要工作及创新点如下: (1)对BT及相关应用层协议的研究。通过对Peer wire协议、TCP-Tracker协议、UDP-Tracker协议、DHT(Distributed Hash Table,分布式哈希表)协议和实际网络流量的分析,找出各协议中的特征字符串,从而利用特征字符串匹配对BT明文流量进行识别。 (2)提出了对BT加密流量进行有效识别的技术,这是本文的创新点之一。本文通过对MSE协议、Diffie-Hellman密钥交换协议的研究,在分析MSE协议在握手阶段前三个消息具有的传输层特征的基础上,对TCP流进行重组,进一步还原为应用层消息流,并基于此进行加密流量识别。实验结果表明,这种方法对标准的BT加密流量的识别率较高。 (3)提出了基于TCP-Tracker、UDP-Tracker、DHT协议获取的节点列表,对BT流量进行预识别方法,这是本文
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毕业论文(设计)
目 录
前 言 1
第一章 绪 论 2
1.1 研究背景及意义 2
1.2 BitTorrent 概述 3
1.3 本文的主要工作及创新点 4
1.4 本文的组织结构 5
第二章 P2P 流量检测识别技术 6
2.1 P2P 流量识别的难点 6
2.2 研究现状分析 6
2.2.1 基于端口的检测技术 6
2.2.2 深度数据包检测技术 7
2.2.3 基于传输层特征的检测技术 7
2.3 本章小结 8
第三章 BitTorrent 明文流量识别方法10
3.1 BitTorrent 协议及其应用层签名 10
3.1.1 Peer wire 协议 10
3.1.2 TCP-Tracker 协议 11
3.1.3 UDP-Tracker 协议 12
3.1.4 DHT 协议 13
3.2 BT 流量检测识别软件 Porpoise 14
3.3 实验与分析 16
3.3.1 Vuze 哑客户端 16
3.3.2 网络拓扑与实验环境 16
3.3.3 Trace 数据集 17
3.3.4 指标定义 17
3.3.5 实验数据分析 17
3.4 本章小结 18
第四章 基于 MSE 协议特征的 BT 加密流量识别方法 19
4.1 P2P 加密流量检测识别技术 19
4.2 MSE 协议 19
4.2.1 MSE 协议握手过程 19
4.2.2 MSE 协议特征 20
4.3 BT 加密流量识别方法 21
4.4 实验与分析 22
4.4.1 网络拓扑与实验环境 22
4.4.2 Trace 数据集 22
4.4.3 实验数据分析 22
4.5 本章小结 23
第五章 基于节点列表的 BT 流量预识别方法 25
5.1 节点信息来源 25
5.1.1 Tracker 服务器 25
5.1.2 DHT 网络 25
5.2 BT 流量预识别 25
5.2.1 预识别表的建立 25
I
毕业论文(设计)
摘 要
近年来,P2P(Peer-to-Peer)系统在内容共享、协同计算、即时通信、流媒体等领域
获得了广泛应用。据统计,截至 2009 年,在全球不同国家和地区,P2P 流量已经占据了
ISP 业务总量的 43%~70%不等,消耗了大部分网络带宽,使网络性能降低,服务质量下
降,导致传统的 Web、Email 等关键应用受到影响。另一方面,P2P 应用带来了知识产权
和安全问题。因此,如何实现对 P2P 流量的有效识别和管理是当前亟需解决的问题。
BitTorrent 是一种重要且具有代表性的 P2P 应用。据统计,2009 年,BT 流量已经占
据全部 P2P 流量的 30%~81%不等。因此,本文主要以 BT 为研究对象,分析了现有的各
种 P2P 流量检测识别技术,对比各种检测识别技术的优缺点,深入分析了 BT 协议和源码,
并对传统的 BT 流量检测识别技术进行改进,除了采用串匹配方法对 BT 明文流量进行识
别外,还提出了利用 BT 加密协议特征,对 BT 加密流量进行有效识别的方法,以及基于
节点列表的 BT 流量识别方法。将上述方法的检测结果与 BT 哑客户端 Vuze 所收集的真实
BT 流量信息进行对比,结果表明,本文所提出的两种方法都能有效识别 BT 流量。尤其
是基于节点列表的 BT 流量识别方法,在提高识别准确性和降低开销方面,都有明显的优
势。
关键词:对等网络;流量识别;消息流加密;预识别
III
毕业论文(设计)
前 言
P2P(Peer-to-Peer,对等网络)是目前计算机网络领域的研究热点。P2P 系统基于分
布式模型,能极大地提高网络中信息、带宽和计算资源的利用率,为大规模数据交换提
供了一种充分使用网络资源的方法。由于在数据分发、容错等方面,与传统的 C/S 模型相
比有明显的优势,近年来,P2P 系统在内容共享、协同计算、即时通信、流媒体等领域获
得了广泛应用。由于大部分 P2P 应用对带宽是一种侵占式的占用,造成网络拥塞,甚至
影响到传统的 Web、Email 等应用。因此,网络运营商、内容提供商及校园网都有对 P2P
流量进行管理的强烈要求。而要实现对 P2P 流量的管理,首先要解决的问题是实现对 P2P
流量的检测。
按照技术发展历程,P2P 流量检测技术分为基于端口的检测技术、深度数据包检测技
术(DPI,Deep Packet Inspection)和基于流量特征的检测技术。但由于部分 P2P 协议不
公开,对数据流进行加密等原因,很难有通用的检测技术对其进行有效检测。上述各种
检测技术均有其适用的场合和网络环境。目前最为成熟的 P2P 流量检测技术仍为 DPI 技
术,但存在无法识别未知 P2P 协议或加密流量的问题。基于传输层特征的检测技术虽能
检测加密流量,但无法达到实时性的要求,且准确率相比 DPI 技术较低。
本文主要以 BitTorrent(简称 BT)协议为研究对象,分析现有的各种 P2P 流量检测识
别技术,对比各种检测识别技术的优缺点。在深入分析 BT 协议和源码的基础上,实现了
对 BT 流量的有效识别,并进行了实验验证。本文完成的主要工作及创新点有:
(1)利用 BT 协议的特征字符串,通过串匹配方法对 BT 明文流量进行识别。
(2)分析了 BT 加密协议——MSE(Message Stream Encryption,消息流加密)协议
的特征,并基于此进行 BT 加密流量的识别。
(3)通过捕获 BT 节点获取的节点列表,有效实现对 BT 流量的预识别。
(4)利用 BT 哑客户端——Vuze,收集真实的 BT 流量信息,以此作为标准的对比数
据。通过充分的实验数据分析,验证了本文所提出的第(2)和第(3)种方法的正确性
尤其是第(3)种方法在提高准确性和降低开销方法,都有明显的优势。
1
毕业论文(设计)
第一章 绪 论
本章首先介绍了 P2P 流量识别技术的研究背景和意义,其次简单介绍了 BitTorrent 系
统的各个组成部分及其作用,并概述了本文所做的主要工作和贡献以及创新点,在本章
的最后介绍了论文的组织结构。
1.1 研究背景及意义
P2P(Peer-to-Peer,对等网络)是目前计算机网络领域的研究热点。P2P 系统基于分
布式模型,能极大地提高网络中信息、带宽和计算资源的利用率,为大规模数据交换提
供了一种充分使用网络资源的方法。由于在数据分发、容错等方面,与传统的 C/S 模型相
比有明显的优势,近年来,P2P 系统在内容共享、协同计算、即时通信、流媒体等领域获
得了广泛应用。自 1999-2000 年 P2P 诞生以来,呈现出快速、持续增长的势头。根据
IPOQUE 的一项全球性统计数据,截至 2009 年,在全球各个地区 P2P 流量已经占据当地
ISP 业务总量的 43%~70%不等
[1]
,如图 1.1 所示。而在中国固网运营商的网络中,P2P 流
量白天大约占据了全部带宽的 35%~60%,晚上则能占到 50%~90%
[2]
。
图1.1 网络协议流量比例
由于 P2P 应用的特点,给互联网业务带来了极大的挑战,主要存在以下问题:
(1)侵犯知识产权:在 P2P 网络中,所有信息分散存储在各个节点中,在目前缺乏
有效的监管机制情况下,对知识产权的侵犯也是必然的。
(2)抢占网络带宽:P2P 的贪婪性导致网络带宽越高占用得越多。P2P 流量长时间
占用 ISP 的 Internet 链路,对网络业务的正常开展产生很大的影响。
(3)运营商经营成本上升:通常的网络设计成上下行不对称即下行大于上行,但是
P2P 的出现使得上行流量大大增加,另一方面,P2P 使得夜间下载流量增加,这两方面都
增加了网络负载的压力。P2P 减少了服务提供商的利润,同时还增加了结算成本。
(4)传播网络病毒:病毒或木马伪装成可用资源供人们下载,借助 P2P 的强大传播
能力,比一般的网络传播危害大得多。
(5)分发不健康内容:在 P2P 共享中提供了搜索功能,而搜索出来的内容中色情内
2
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