[发明专利]基于哈希比特串复用的高速网络流量网络地址测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及网络流量测量技术，特别是有利于基于哈希比特串复用的高速网络流量网络IP地址状态测量方法，测量方法充分利用哈希比特串各个比特随机特性，进行哈希比特串复用的特性以提高需要使用多个哈希函数的网络IP地址检测技术。

背景技术

哈希函数又称散列，就是把任意长度的输入，通过相应的散列算法，变成固定长度的输出，该输出就是散列值。哈希是一种多对一的变换，通过哈希函数可以将不同空间的值建立起相应的映射关系，具体映射过程可以表示为：，其中U为输入空间，u为散列值空间，应该注意到，哈希函数的映射是一种单向的不可逆映射，是一种压缩映射，也就是，散列值的空间u通常远小于输入的空间U，不同的输入可能会散列成相同的输出，反过来却不可能通过散列值来唯一确定输入值。从安全性及运算效率的角度来说，一个好的哈希算法还需要具备较快的运算速度、单向性、抗弱碰撞性和抗强碰撞性等特性。

常用的哈希函数有IPSX、CRC和MD5等，IPSX哈希函数适用于IPv4的报文组流和抽样网络中，例如在流抽样过程中，将IP报文头部信息以及TCP/UDP的报文头信息作为IPSX哈希函数的输入，可以得到该报文的流标识所对应的哈希地址(桶号)，提高查询的速度，减少系统的资源消耗。CRC校验码算法的基本思想就是利用线性编码理论，在待发送的具有m位的数据流之后添加n个0，此时数据流的长度增加为M+n位，然后除以事先确定的最高次数为n的多项式所对应的n+1位二进制序列P(CRC除法器)，得到的余数r即为CRC校验码。MD5是一种单向散列算法，它被广泛应用到信息加解密和数字签名技术之中，它可以实现输入任意长度的明文，生成128位的指纹或信息摘要。

哈希函数是一种高效的数据存储和数据查询的方法，在数据库、密码学等领域都有着广泛的应用。随着高速网络的发展，哈希函数在报文抽样、报文IP识别等方面也得到了广泛的应用和发展。为了记录IP地址信息，当每个报文到达时，对报文头的IP地址属性进行提取，需要使用一种高效的哈希函数，实现数据的快速匹配和查找。哈希函数用于IP地址存储的主要问题是哈希冲突，哈希冲突指的是对于不同的关键字通过哈希映射可能得到同一散列地址的现象，即有，而，此时便产生了冲突。处理哈希冲突的方法有很多，如开放寻址法，再散列法，链地址法和建立一个公共溢出区等。为了减少哈希冲突的概率，可以对于同一个IP地址采用多次哈希函数生成多个相互独立的哈希比特串映射到不同的位置。

传统的哈希函数应用于网络IP地址存储的主要问题是为了减少哈希冲突等原因，同一个IP需要多次使用哈希函数生成多个独立的哈希比特串，哈希函数是网络IP地址测量过程中最为消耗测量资源的运算之一，每次使用哈希函数需要较高的系统资源，而没有充分使用全部的哈希比特串，这样使得该算法限制应用在高速网络流量测量中。本发明将完全使用全部的哈希比特串，减少哈希函数的使用次数，以提高算法在高速网络测量中的应用。

发明内容

本发明实施的目的提供一种网络流量IP地址测量方法，能够实时地对高速主干网络流量中的网络流量IP地址进行测量。

本发明的技术方案是提供了一种基于哈希比特串复用的高速网络流量网络地址测量方法，其特征在于：

步骤一：设置用于存储网络IP地址的比特矩阵B，比特矩阵B行设置为2^m，其中m为2的上标，列设置为n，m和n均为大于等于1的正整数，将比特矩阵B中所有的元素的值设置为0，进入步骤二；

步骤二：设置用于计算网络IP地址哈希比特串的哈希函数H，哈希函数H的输入为一个初始的比特串和网络IP地址，哈希函数H的输出为一个长度为k比特的哈希比特串，进入步骤三；

步骤三：计算哈希函数所使用不同初始比特串的数量a，设置a个不同的初始比特串A_i，其中i取值为1≤i≤a，i为正整数，进入步骤四；

步骤四：测量开始后，对于每个所到达的网络IP地址计算其哈希比特串，将网络IP地址的存在记录在比特矩阵中，进入步骤五；

步骤五：如果测量没有结束，回到步骤四，否则将相应的比特矩阵和初始比特串输出。

与现有技术相比，本发明具有如下优点及有效效果：

1、本发明的功能实现快速高效的基于哈希值复用的网络流量IP地址测量方法，能够在高速大规模网络环境中使用有限的存储资源记录通过测量器的网络IP地址；