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      VoIP特征識(shí)別研究與應(yīng)用

      2015-05-30 16:17:07曾繁超
      中國新通信 2015年9期
      關(guān)鍵詞:網(wǎng)絡(luò)流量數(shù)據(jù)包語音

      曾繁超

      【摘要】 VoIP是用lP數(shù)據(jù)包代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電路交換進(jìn)行語言數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N技術(shù)。隨著這種技術(shù)日益廣泛的應(yīng)用,帶來了一些新的安全問題,必須進(jìn)行有效的識(shí)別。本文通過分析VoIP數(shù)據(jù)包的特性,給出了兩個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)流量行為的統(tǒng)計(jì)特征,從而可以對(duì)Voip語音通訊進(jìn)行有效識(shí)別。

      【關(guān)鍵字】 VoIP Skype 流量識(shí)別

      一、引言

      VOIP是一種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,它利用分組交換網(wǎng)絡(luò)傳輸語音數(shù)據(jù)包。傳統(tǒng)的語音數(shù)據(jù)是通過電路交換網(wǎng)進(jìn)行傳輸?shù)?,電路交換網(wǎng)雖然可以提供更可靠通訊,但成本更昂貴。而利用分組交換網(wǎng)進(jìn)行聲音數(shù)據(jù),成本更低,同樣也能提供比較可靠的通訊?,F(xiàn)在有很多VOIP軟件,其中應(yīng)用比較廣泛的是Skype。在越來越廣泛應(yīng)用的同時(shí),VOIP也嚴(yán)重增加了網(wǎng)絡(luò)營運(yùn)的設(shè)備負(fù)荷,同難于管理。要對(duì)其進(jìn)行控制,必須要對(duì)它的流量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

      二、傳統(tǒng)的流量識(shí)別方法

      當(dāng)前Internet中的流量依據(jù)應(yīng)用的不同可以分成不同類別。傳統(tǒng)的流量識(shí)別方法,大概分為三種:1、基于端口的流量識(shí)別方法;2、基于字符特征的流量識(shí)別方法;3、基于協(xié)議流程分析的流量識(shí)別方法。流量識(shí)別技術(shù)有如下要求:準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性、可擴(kuò)展、健壯性。如何在這四個(gè)要求之間做到有效的權(quán)衡是流量識(shí)別方法研究要解決的問題。

      三、基于數(shù)據(jù)包大小的概率分布特征

      基于網(wǎng)絡(luò)流量行為的特征,進(jìn)行VOIP的流量識(shí)別,應(yīng)該是一種可行的方法。所謂網(wǎng)絡(luò)流量行為,就是指流量的一些主要要素所表現(xiàn)出來的相似性,或者穩(wěn)定性。比如,流量的數(shù)據(jù)包大小固定在某一范圍內(nèi),再比如流量數(shù)據(jù)包大小,隨著時(shí)間的推移,有個(gè)明顯的變化等。這些都是流量行為的特征。voIP的數(shù)據(jù)包,數(shù)量巨大,用統(tǒng)計(jì)的方法對(duì)其網(wǎng)絡(luò)流量行為進(jìn)行分析,應(yīng)該是一個(gè)可行的方法。首先,每個(gè)數(shù)據(jù)包都有一些特性,包長(zhǎng),包到達(dá)時(shí)間等,其次數(shù)據(jù)包之間也有一些關(guān)聯(lián)特性,如包長(zhǎng)的變化,前后兩個(gè)數(shù)據(jù)包的到達(dá)時(shí)間間隔等。根據(jù)這些特性,就可以不考慮數(shù)據(jù)包的負(fù)載數(shù)據(jù)的內(nèi)容,不通過字符特征進(jìn)行分析,直接對(duì)這些特性進(jìn)行分析,這樣可以顯著地提高識(shí)別的速度。當(dāng)抓取了一系列數(shù)據(jù)包后,數(shù)據(jù)包的大少的分布就確定了,根據(jù)這可以對(duì)這些數(shù)據(jù)包進(jìn)行分析。首先,數(shù)據(jù)包負(fù)載的大小必定大于等于O。而且,根據(jù)IP數(shù)據(jù)包的特性,其最大長(zhǎng)度理論上為65535,但一般上遠(yuǎn)小于這一數(shù)值,一般小于1500字節(jié)。由于,skype主要使用UDP包進(jìn)行傳輸語音數(shù)據(jù),所以這里先對(duì)UDP包進(jìn)行分析。對(duì)十次skype通話進(jìn)行抓包,得到五組UDP包,用a,b,c,d,e代表這五組數(shù)據(jù)。為了便于觀察,先劃分出以下區(qū)間[0,40),[40,50),[50,60),[60,80),[80,100),[100,130),[130,150),[150,200),[200,250), [250,300),[300,350),[350,400),[400,512),[512,+∞)?skype的包長(zhǎng)都處于這些區(qū)間中。skype通話的UDP數(shù)據(jù)包在包長(zhǎng)分布上有比較相似的特性:主要為包長(zhǎng)在[130,150),[100,130)這連個(gè)區(qū)間的數(shù)據(jù)包;而在[40,50)這個(gè)區(qū)間的數(shù)據(jù)包,是在skype通話雙方靜音時(shí)產(chǎn)生的,數(shù)量也比較巨大。

      每一個(gè)到達(dá)的UDP數(shù)據(jù)包,其大小都是隨機(jī)的,而且為大于28,小于65535的整數(shù)。這樣,數(shù)據(jù)包的抓取,可以看作隨機(jī)試驗(yàn)E,事件Ai為抓到的IP數(shù)據(jù)包大小為i,所以隨機(jī)試驗(yàn)E有A0到A65535,共65536個(gè)事件。事件Ai出現(xiàn)的概率為Pi,所以有以下等式(1):

      事件Ai的概率如何確定?每抓到一個(gè)數(shù)據(jù)包,就可以認(rèn)為完成了一次隨機(jī)試驗(yàn)E,當(dāng)抓了N次數(shù)據(jù)包,就認(rèn)為完成了N次隨機(jī)試驗(yàn)E。在這N次隨機(jī)試驗(yàn)中.ni表示事件Aj在這N次試驗(yàn)中出現(xiàn)的次數(shù),所以 為事件Ai出現(xiàn)的頻率,當(dāng)N比較大時(shí),該頻率就趨于穩(wěn)定,我們就認(rèn)為 是事件Ai的概率Pi,即公式(2):

      由以上分析可知,數(shù)據(jù)包的大小為一離散隨機(jī)變量X,其取值范圍為大于等于0,小于等于512的整數(shù)。隨機(jī)變量X的概率分布為公式(3):

      所以,必須分別統(tǒng)計(jì)出大小為x的數(shù)據(jù)包的個(gè)數(shù),然后再計(jì)算X=x時(shí)的概率

      四、結(jié)束語

      本文從網(wǎng)絡(luò)流量行為的角度得到了SKYPE的兩個(gè)特征,都是根據(jù)數(shù)據(jù)包的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的。對(duì)其它的VOIP應(yīng)用,我們也可以同樣提取出它們的數(shù)據(jù)包包長(zhǎng)的概率分布特征,從而對(duì)這些VOIP流量進(jìn)行識(shí)別。

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