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虎宝宝001
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CISSYZHANG74

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【摘要 】 本文论述了网络通信监测的实现原理与实现过程,遵照国际标准化开放系统互联(OSI)七层体系结构,利用网络驱动接口规范WinDis32 技术,实现了在应用层对数据链路层的控制,完成了对网上流动数据帧的实时截获、解封与分析。

关键词】 网络分层 WinDis32技术 网络信息截获 数据帧 NDIS网络适配器

1.前言

随着计算机网络技术的发展,各类网络规模的扩大,远程访问的增加,虚拟专用网(VPN)的出现和Internet的普及,网络安全性已成为计算机网络领域一门重要的研究学科。

网络监控是保障网络安全性的基本措施之一。网络监控,用于监测网上流动信息,并对网络信息给予适当控制。网络监控,可用于调试网络应用程序,判断应用程序是否正确地发送或接收了数据包。网络监控,还可用于监视网络信息,杜绝不健康站点的不健康内容,维护网络环境。应用于安全防范,可监视我方信息内容、保障网络安全,截获情报、分析怀有敌意方的网站。在计算机网络上实施有效的攻击与保护,是网络监控技术在军事上的重要发展方向之一。

本文论述的网络通信实时监测的实现,是用于特殊目的数据通信程序设计的突破口,是网络监控技术的'基础部分,其实现基于网络体系结构与WinDis32技术。

2.网络体系结构

现代计算机网络设计是按高度的结构化方式进行的,国际标准化组织(ISO)为更广泛的计算机互联制定了标准化的开放系统互联(OSI)网络体系结构,如图1所示。

OSI参考模型用结构描述方法,即分层描述的方法,将整个网络的通信功能划分为七个部分(也叫七个层次),每层各自完成一定的功能。由低层至高层分别称为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。两台网络主机之间进行通信时,发送方将数据从应用层向下传递到物理层,每一层协议模块为下一层进行数据封装,数据流经网络,到达接收方,接着再由下而上通过协议栈传递,并与接收方应用程序进行通信。

在通用网络中,数据链路层由网络适配器实现,本文中网络通信监测的立足点在于数据链路层,基于电缆是固有的广播性介质,通过对网络适配器的控制,实时截获与分析经过网络适配器的所有网上流动信息。

技术

WinDis32全称为Win32 NDIS(Network Driver Interface Specification)网络驱动接口规范,用于开发Windows产品,可在Windows 9X和Windows NT上直接访问NDIS媒体访问控制(MAC)驱动接口。图2显示了Windows网络驱动组件与Win32 NDIS结构组件:

图网络驱动组件与Win32 NDIS结构组件

WinDis32网络组件由四部分组成:NDIS适配器、PCANDIS5 NDIS协议驱动、W32N50 WinDis32 API DLL、WinDis32应用程序。WinDis32应用程序调用动态链接库提供的API应用程序接口,通过NDIS协议驱动模块,实现对NDIS适配器进行的存取操作。网络驱动接口规范NDIS的主要特征是所有适配器相关驱动均由NDIS接口打包,例如,最底层NDIS NIC驱动不能对网卡直接执行I/O,它通过NDIS打包服务来访问硬件;高层Windows NDIS网络组件使用NDIS打包界面与适配器相关驱动通信。只有NDIS协议驱动可以调用NDIS打包,访问NDIS适配器。

WinDis32应用程序接口函数包括:W32N_OpenAdapter(),打开一个已被命名NDIS适配驱动器,若操作成功,则生成一个面向适配器对象WinDis32适配器句柄,这一句柄被随后多个在该适配器上操作的W32N_XXX函数所用; W32N_CloseAdapter(),关闭已打开的适配器句柄;W32N_PacketRead(),数据帧读操作;W32N_PacketReadEx(),数据帧异步读操作;W32N_PacketSend(),发送数据帧操作;W32N_PacketSendEx()、W32N_MakeNdisRequest()等等。

WinDis32技术使得从Win32应用层进行NDIS请求如同在一个内核模式的驱动器内部进行请求一样简单,并支持多个网络适配器同时打开,完成各自的信息发送与接收。

4.网络信息监测的实现

网络信息监测程序分为信息截获与信息分析两大部分,其中信息截获程序流程如图3所示,采用多进程与多线程技术,完成数据的实时截获。

其中网络适配器列表通过读取系统注册表生成;网络适配器详细信息包括适配器型号、网络适配器物理地址、传输最大帧、传输速率以及机内标识符,通过函数W32N_MakeNdisRequest()获得。

协议过滤部分是包括PCAUSA端口的PCANDIS5协议驱动,BPF过滤器是由UNIX环境到Windows的模拟机制,为Win32应用程序提供了一种普通而又便利的机制,可过滤指定协议,由协议驱动执行,拒绝不想要的数据帧。支持协议包括:传输控制协议TCP、互连网协议IP、地址解析协议ARP、反向地址解析协议RARP、互连网控制报文协议ICMP、互连网组管理协议IGMP、Novell SPX/IPX协议IPX、用户数据报协议UDP、NetBEUI协议、AppleTalk协议。

信息分析部分利用已获知的媒体访问控制协议,提取出数据帧中的有效域值,如源主机物理地址、目的主机物理地址、帧长度等。并同时为每一被截获的数据包打上时标,注上序列号,为下一步数据重组提供可靠依据。

接收数据帧显示与信息统计结果范例如下:

包序列号:0000000032 时间:0005860470 msec 长度:54/54

Ethernet 目的: 源: 类型:0x0800

000000: 00 40 05 39 A2 B0 00 00 : B4 86 74 FA 08 00 45 00 .@.9......t...E.

000010: 00 28 26 03 40 00 20 06 : A3 25 64 64 64 7A 64 64 .(&.@. ..%dddzdd

000020: 64 65 04 06 00 8B 00 40 : BF 14 00 6C 24 B9 50 10 de.....@...l$.P.

000030: 22 38 12 EA 00 00 : "8..............

包序列号:0000000033 时间:0005860764 msec 长度:109/109

Ethernet 目的: 源: 类型:0x0800

000000: 00 40 05 39 A2 B0 00 00 : B4 86 74 FA 08 00 45 00 .@.9......t...E.

000010: 00 5F 27 03 40 00 20 06 : A1 EE 64 64 64 7A 64 64 ._'.@. ...dddzdd

000020: 64 65 04 06 00 8B 00 40 : BF 14 00 6C 24 B9 50 18 de.....@...l$.P.

000030: 22 38 DE C6 00 00 00 00 : 00 33 FF 53 4D 42 1A 00 "8.........

000040: 00 00 00 00 00 80 00 00 : 00 00 00 00 00 00 00 00 ................

000050: 00 00 03 08 25 2D 03 08 : 01 4C 08 01 08 00 80 10 ....%-...L......

000060: 00 00 10 00 00 00 00 00 : 00 00 00 00 00 ................

包序列号:0000000034 时间:0005860766 msec 长度:1514/1514

Ethernet 目的: 源: 类型0x0800

000000: 00 00 B4 86 74 FA 00 40 : 05 39 A2 B0 08 00 45 00 ....t..@.9....E.

000010: 05 DC 64 0B 40 00 80 06 : FF 68 64 64 64 65 64 64 ..d.@....hdddedd

000020: 64 7A 00 8B 04 06 00 6C : 24 B9 00 40 BF 4B 50 10 dz.....l$..@.KP.

000030: 20 B7 86 DA 00 00 00 00 : 10 00 7E 8B 77 DA D2 D0 .........~.w...

000040: D7 27 59 9A 8F 18 D3 77 : 15 D5 6C 86 0F 2C 62 3E...

停止数据帧接收应用统计:

已接收数据帧数目 :34

已发送数据帧数目 : 0

5.进一步研究与发展

本文所研究的网络信息监测属于计算机网络系统安全对策研究的一部分,属于网络信息监测的基础性研究。以此研究成果为基础,可进行进一步的软件开发,从而实现网络通信状况实时监测、情报获取、网上各站点地址分析、站点类型分析,为计算机网络的安全维护提供监测手段,因此,具有特别的意义。

参考文献:

32 文档

2.刘锦德等计算机网络大全电子工业出版社

Jamsa等INTERNET编程电子工业出版社

C++技术内幕清华大学出版社

5.廖湖声面向对象的Windows程序设计基础人民邮电出版社

6.张国峰C++语言及其程序设计教程电子工业出版社

7.汤子瀛等计算机操作系统西安电子科技大学出版社

8.刘彦明等实用网络编程技术西安电子科技大学出版社

9.何莉等计算机网络概论高等教育出版社

10.杜毅Unix系统组网技术电子工业出版社

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宅基腐闹不住

android论文参考文献「范文」

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没腰的麦兜

计算机在处理速度、存储容量、网络化,以及软件的精巧化方面经过数十年的发展,已经以难以想象的方式渗入科学、商业和文化领域中,而智能工程又将令其从量变转向质的飞跃。 计算功能日益变成模拟和执行。在科学领域,计算可以模拟气候变化,破解人类基因;在商业领域,低成本的计算、因特网和数字通信正在改变全球经济;在文化领域,计算类产品,如iPod、YouTube和计算机动画等无所不在。 2006年9月,美国计算机科学与通信委员会在华盛顿举办了名为“2016”的研讨会,主题是计算机未来如何发展。 会议代表来自学术界和产业界。论题有:社会网络、数字图像、网络媒体、计算机对工作及就业的影响等。讨论主要集中在两方面:计算的影响在深度上将渗入自然科学中,在广度上将进入社会科学中;政策问题突出,计算技术的功能将更加强大、无所不及。 计算机对科学研究的深刻影响主要是高速运算的巨型计算机。虽然通过网格的群体式计算,可以将许多计算机的功能通过软件联结,实现可与巨型计算机媲美的高速运算,但要解决最复杂的动态问题,尤其是涉及国家安全的问题,还必须依靠单个巨型计算机。能广泛影响社会大众的计算则从台式机向集计算、娱乐、通信于一体的手持多功能产品转变。 一、巨型计算机的发展目标 速度对于科学计算中的巨型计算机就像它对于战场上的战斗机一样重要。美国国防部高级研究计划局(DARPA)制定的高生产力计算系统(HPCS)计划,要求每秒1000万亿次浮点运算的巨型计算机在2010年前进入市场,装备美国的武器实验室及科学研究中心。 DARPA将此类巨型计算机看作是开发先进的空中飞行器、武器、军事作战的谋划和执行、美国核储备的维护、安全系统研究,以及图像处理及密码破译等的关键技术。DARPA负责该计划的主管哈罗德说,这是“满足国家安全和经济竞争力需要的关键技术”。 2006年11月,克雷公司推出了新型XT4巨型计算机,它是由3万个opteton处理器组成的系统。克雷公司声称其新系统在试验期间稳定的运算速度为每秒10万亿次浮点运算,当前可达54万亿次/秒,预计2005年底达到250万亿次/秒。XT4的新型体系结构很容易升级到1000万亿次浮点运算/秒的最高速度。 XT4的关键技术是克雷公司的SeaStar2连接芯片。系统中每个处理器有一个这样的连接芯片,而不是像其他巨型计算机那样所有处理器共用一个通信接口。这一技术使大量并行处理系统在运行中不会因其间的数据传输而减慢。橡树岭国家实验室、国家能源科学计算中心和芬兰IT科学中心都订购了XT4。公司负责政府计划的副总裁说,这种类型的计算机特别适用于空气动力学问题,也适用于其他航空航天的设计。例如,美国空军的研究人员一直用其上一代的XT3来模拟新型天线的设计与评价。 2006年11月,DARPA与克雷公司签订了亿美元,的合同,用于开发其最新的混合式体系结构的巨型计算机;这是高生产力计算系统计划第三阶段的项目之一,克雷公司称之为自适应巨型计算机。迄今,巨型计算机只用一种处理器,克雷公司的巨型计算机的混合结构是将标量、矢量不同类型的处理器集成在一起,还要加上另外两个其他处理器,将处理器和任务编制得最适合缓存,从而达到最高效率和最大利用。 IBM公司也签订了亿美元的HPCS计划第三阶段的巨型计算机合同。目标是开发实时应用的1000万亿次/秒巨型;计算机心在2006年11月公布的第28次全球最高速的500巨型计算机名单上,IBM的Gene/L系统位居榜首,是该公司为美国能源部劳伦斯·利弗莫亦国家实验室研制的,运算速度为万亿次/秒,大约是DARPA要求克雷公司和IBM于2010年前交货的原型计算机速度的1/3。克雷公司在桑迪亚国家实验室中运行的红色风暴巨型计算机为万亿次/秒,仅次于IBM的Gene/L。 二、台式计算机逐渐变成网络多媒体娱乐工具 台式计算机最终走向了移动通信领域,从光纤通信中数据量的激增可看到这一趋势。计算机用户通过接到MySpaee和ESPN的网址,正在越来越多地利用手机处理文件、短信。 先进手机操作系统的开发商、Symbian公司的副总裁帕纳格罗斯西说:“我们看到了屏幕的逐渐演变,从电影、电视、计算机屏幕发展到今天第四代的智能手机屏幕。” 最新屏幕是将台式计算机的许多功能展示出来,下一代屏幕将包含音像通信、电子邮件、短信等功能在内的多种形式的融合。为此,苹果计算机公司已更名为苹果公司,即将推出的iPhone代表公司的最新战略,即进入因特网数据处理手持装置的新领域。这种接近台式计算机的手持装置可以通过光纤及其他无线网络,简易地处理音乐、图像、娱乐、生产任务和通信。苹果公司的举动好像引发了一场核战争,诺基亚和摩托罗拉都将作出反应。不过,在此领域,苹果公司还只是后来者,其对手有:诺基亚、摩托罗拉、索尼·埃得克森、微软等商业巨头,他们都进入了娱乐电子领域。即将进入这一领域的还有Google等强大的因特网公司。他们都经不起台式计算机用户兴趣转移的诱惑。 在移动电话与台式计算机之间伪竞争还产生了新型的复合装置。诺基亚和索尼最近都推出了集创新的物理设计和各种通信功能为一体的新产品,其共同特征是比掌上机更小巧,其屏幕更便于读取。无线数据通信的软件开发也是重要的商业领域。苹果公司的优势是在无线数据通信市场中可同时开发硬件和软件,这就是其新近推出的iPhone,其新颖设计引人注目。 三、计算对科学及社会经济的影响 计算为何对科学、社会网络及人们的文化生活产生重大影响? 在计算机对科学的影响方面,加州伯克利大学教授卡普经长期探索,提出了科学理论的算法性质的概念。数学和计算机科学的核心概念就是算法。算法,简而言之就是对计算的分步求解。它擅长描述动态过程,而科学公式或方程式适于静态现象。科学研究越来越多地探索动态过程,计算机科学就是算法的系统研究。 计算机应用在当前发展最快的生物学领域尤其突出。卡普近年的研究已经超出计算机科学领域,进入到微生物领域。他认为,现在生物学已经被当作信息科学看待。科学家设法将生物过程,如蛋白质的生成用算法来描述,这“自然就是算法。” 在社会网络方面,社会科学家早在技术网络出现之前就对其分析了数十年。随着因特网的出现,社会网络和技术网络不可避免地连接起来,社会网络也就可能发展到前所未有的规模。新的社会—技术网络包括电子邮件方式、商业网站(如Amazon)的购物推荐、通信网站(如MySpace和Facebook)的短信或小帖子,还有新闻、见解、时尚、都市神话、网络商品和服务等。 当前,人们在探索,能否用算法分析为何某些网络社区兴旺而另一些则萎缩或消失?利用计算技术研究社会网络对社会学家、经济学家、人类学家、心理学家和教育家而言是丰富的宝藏,对营销人员和政客也同样有用。康乃尔大学教授克莱因伯格说:“这是将计算及算法用于社会科学和实践中的最主要的方式,当前还只是处于起步阶段。” 计算机图像和存储的未来趋势可能用于个人,将微波传输的数字装置和微型电话和摄像机组装到一起,可将人一生中的主要事件录入其中。这对于通信、媒体和个人生活意义重大。微软研究实验室主任、计算机科学家拉斯希德说,他愿意看到他的儿子如何迈出第一步,倾听几年前与他去世的父亲的对话。“我愿看到往事,在未来这是可能的。” 不过,任何技术的广泛应用都有正反两面作用。拥有跟踪群体和个人的网络行为的新工具,也会引起严重的隐私问题。2006年夏天,美国在线无意中透露了65万个用户的网络搜索日志,显然将这一问题暴露出来了。它有可能成为监视社会的工具。拉斯希德说:“我们有这种能力,但要由社会来决定如何使用它,而不是由科学家来决定。”

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