一个基础网络检测和分析工具的设计与实现

论文总字数：33010字

摘 要

计算机网络的应用已经普及到人们日常生活的方方面面，保证计算机网络持续、高效和安全地运行，对维系现代社会正常运作具有重要意义。本文从普通用户视角出发，审视计算机网络中可能出现的问题，并用现场事件来描述网络问题的特征，提出用户服务网络的概念，以网络故障定位的粒度大小为代价，将网络检测的范围扩展至整个互联网。基于用户服务网络的拓扑结构，本文设计了一种以数据采集和数据展示为核心的网络检测系统，主要内容为：

• 从普通用户设备上采集数据

定义一组能够描述用户服务网络特征的指标集合，分别按照网络接口、服务网络、网络套接字和网络进程四个维度在普通用户设备上采集数据。通过调用系统调用获取关于套接字和进程准确的基本信息，并通过抓取网络报文，获取准确的网络活动信息。

• 汇总和处理多个用户设备的数据

提供网络检测系统的“中转站”，一方面接收来自于不同用户网络的数据，统一汇总到数据库中；另一方面按照不同的维度层次分析网络状态的动态变化过程，对外提供查询不同时段网络状态的网络接口。另外，还支持对普通用户设备进行远程网络检测。

• 按照不同的粒度大小分析网络状态

根据用户服务网络的组成，分别按照不同的粒度大小获取网络状态的变化过程，为网络技术人员提供多层次、多角度的网络状态变化视图。其中，用户设备和服务网络是用户服务网络中粒度最小的组成部分。

本文定义了能够描述用户服务网络通信特征的指标集合，设计了一种以数据采集和数据展示为核心的网络检测系统，包括数据采集客户端、后台管理服务以及数据展示界面，提高网络技术人员进行网络检测的工作效率和准确性。

关键词：计算机网络，网络检测，故障排查，流量分析

ABSTRACT

Nowadays, the application of computer networks has been popularized in all aspects of people's daily life. So, ensuring the computer networks to run in a continuous, efficient and secure way is of great significance for keeping society stable. This paper examines the problems that may arise in computer networks from the perspective of ordinary users, and use live events to describe the characteristics of network problems. The concept of the User and Service Network is proposed, and the scope of network detection is extended to the entire Internet at the cost of the granularity of network fault location. Based on the topology of the User and Service Network, this paper designs a network detection system with data acquisition and display as the core functionality, the main work is listed as follows:

• Collect data from normal user devices

Define a set of indicators that can describe the characteristics of the User and Service network, and collect data on common user devices from four dimensions: network interface, service network, network socket and network process. Accurate basic information about sockets and processed is obtained by system calls, and precise network activity information is captured by grabbing network packets.

• Aggregate and process data from multiple user devices

The "data transfer station" of the network detection system is provided, on the one hand, receives data from different user networks and uniformly inserts them into the database; on the other hand, analyzes the dynamic state of the network according to different dimensional levels and provides the network interface for querying network status at different time periods. In addition, remote network detection for common user equipment is also supported.

• Analyze network status by different granularity

According to the composition of the user service network, the network state change process is obtained according to different granularity sizes, and the network technician is provided with a multi-level and multi-angle network state change view. Among them, the user equipment and service network are the smallest components in the user service network.

This paper defines a set of indicators that can describe the characteristics of the User and Service Network communication, then designs a network detection system with data acquisition and display as the core functionality, including data collection client, background management service and data display interface, which improves the efficiency and accuracy of technicians' network detection work.

Key Words: Computer Network, Network Detection, Troubleshooting, Traffic Analysis

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 论文背景 1

1.1.1 问题提出 1

1.1.2 相关技术 1

1.2 本文论点和工作 2

1.3 论文结构 4

第二章 系统需求分析 5

2.1 应用场景 5

2.1.1 用户场景 5

2.1.2 现场事件 5

2.1.3 网络视图 6

2.2 需求分析 7

2.2.1 普通用户需求分析 7

2.2.2 数据采集需求分析 8

2.2.3 数据展示需求分析 10

2.2.4 后台管理需求分析 11

2.3 本章小结 11

第三章 系统概要设计 13

3.1 数据建模 13

3.2 系统架构 17

3.3 模块设计 18

3.3.1 数据采集客户端模块设计 18

3.3.2 后台管理服务模块设计 20

3.3.3 数据展示界面模块设计 21

3.4 本章小结 22

第四章 系统设计和实现 23

4.1 网络请求/响应消息格式规范 23

4.2 数据库详细设计 24

4.3 数据采集客户端详细设计 26

4.3.1 数据采集模块详细设计 26

4.3.2 控制面板模块详细设计 28

4.3.3 网络通信模块详细设计 29

4.3.4 远程工具模块详细设计 29

4.4 后台管理服务详细设计 31

4.4.1 数据采集服务详细设计 31

4.4.2 数据展示服务详细设计 33

4.5 本章小结 34

第五章 系统部署与测试 35

5.1 系统部署 35

5.2 仿真测试 36

5.2.1 数据采集 36

5.2.2 网络检测 37

5.3 本章小结 39

第六章 总结与展望 40

6.1 论文总结 40

6.2 未来展望 41

参考文献 42

致 谢 44

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