Dybdegående analyse og applikasjonssammenligning av TAP- og SPAN-nettverkstrafikkdatainnsamlingsmetoder

Innen nettverksdrift og vedlikehold, feilsøking og sikkerhetsanalyse er nøyaktig og effektiv innsamling av nettverksdatastrømmer grunnlaget for å utføre ulike oppgaver. Som to vanlige nettverksdatainnsamlingsteknologier spiller TAP (Test Access Point) og SPAN (Switched Port Analyzer, også ofte referert til som portspeiling) viktige roller i ulike scenarier på grunn av deres distinkte tekniske egenskaper. En dyp forståelse av deres funksjoner, fordeler, begrensninger og aktuelle scenarier er avgjørende for nettverksingeniører for å kunne formulere rimelige datainnsamlingsplaner og forbedre effektiviteten i nettverksadministrasjonen.

TAP: En omfattende og synlig "tapfri" datafangstløsning

TAP er en maskinvareenhet som opererer på det fysiske laget eller datalinklaget. Kjernefunksjonen er å oppnå 100 % replikering og fangst av nettverksdatastrømmer uten å forstyrre den opprinnelige nettverkstrafikken. Ved å være seriekoblet i en nettverkskobling (f.eks. mellom en svitsj og en server, eller en ruter og en svitsj), replikerer den alle oppstrøms og nedstrøms datapakker som passerer gjennom koblingen til en overvåkingsport ved hjelp av "optisk splitting" eller "trafikkdeling"-metoder, for senere behandling av analyseenheter (som nettverksanalysatorer og inntrengningsdeteksjonssystemer - IDS).

Kjernefunksjoner: Sentrert på "Integritet" og "Stabilitet"

1. 100 % datapakkefangst uten tapsrisiko

Dette er den mest fremtredende fordelen med TAP. Siden TAP opererer på det fysiske laget og direkte replikerer elektriske eller optiske signaler i lenken, er den ikke avhengig av svitsjens CPU-ressurser for videresending eller replikering av datapakker. Derfor, uavhengig av om nettverkstrafikken er på topp eller inneholder store datapakker (som Jumbo Frames med en stor MTU-verdi), kan alle datapakker fanges opp fullstendig uten pakketap forårsaket av utilstrekkelige svitstressurser. Denne "tapfrie fangst"-funksjonen gjør den til den foretrukne løsningen for scenarier som krever nøyaktig datastøtte (som plassering av rotårsaker til feil og baselineanalyse av nettverksytelse).

2. Ingen innvirkning på den opprinnelige nettverksytelsen

TAPs arbeidsmodus sikrer at den ikke forårsaker noen forstyrrelser i den opprinnelige nettverkskoblingen. Den endrer verken innholdet, kilde-/destinasjonsadressene eller timingen til datapakker, og den opptar heller ikke svitsjens portbåndbredde, hurtigbuffer eller behandlingsressurser. Selv om selve TAP-enheten ikke fungerer som den skal (for eksempel strømbrudd eller maskinvareskade), vil det bare resultere i at det ikke sendes ut data fra overvåkingsporten, mens kommunikasjonen i den opprinnelige nettverkskoblingen forblir normal, noe som unngår risikoen for nettverksavbrudd forårsaket av feil i datainnsamlingsenheter.

3. Støtte for fullduplekskoblinger og komplekse nettverksmiljøer

Moderne nettverk bruker for det meste fullduplekskommunikasjonsmodus (dvs. oppstrøms og nedstrøms data kan overføres samtidig). TAP kan fange opp datastrømmer i begge retninger av en fullduplekskobling og sende dem ut gjennom uavhengige overvåkingsporter, noe som sikrer at analyseenheten kan gjenopprette toveiskommunikasjonsprosessen fullt ut. I tillegg støtter TAP ulike nettverkshastigheter (som 100M, 1G, 10G, 40G og til og med 100G) og medietyper (twisted pair, single-mode fiber, multi-mode fiber), og kan tilpasses nettverksmiljøer med ulik kompleksitet, som datasentre, kjerne-backbone-nettverk og campusnettverk.

Applikasjonsscenarier: Fokus på "nøyaktig analyse" og "nøkkellenkeovervåking"

1. Feilsøking av nettverk og lokalisering av rotårsak

Når problemer som pakketap, forsinkelse, jitter eller applikasjonsforsinkelse oppstår i nettverket, er det nødvendig å gjenopprette scenariet da feilen oppsto gjennom en komplett datapakkestrøm. Hvis for eksempel en bedrifts kjernevirksomhetssystemer (som ERP og CRM) opplever periodiske tilgangsavbrudd, kan drifts- og vedlikeholdspersonell distribuere en TAP mellom serveren og kjernesvitsjen for å fange opp alle tur-retur-datapakker, analysere om det er problemer som TCP-retransmisjon, pakketap, forsinkelse i DNS-oppløsning eller protokollfeil på applikasjonslaget, og dermed raskt finne rotårsaken til feilen (for eksempel problemer med koblingskvaliteten, treg serverrespons eller feil i mellomvarekonfigurasjonen).

2. Etablering av grunnlinje for nettverksytelse og overvåking av anomali

I nettverksdrift og -vedlikehold er etablering av en ytelsesbaseline under normale forretningsbelastninger (som gjennomsnittlig båndbreddeutnyttelse, forsinkelse for videresending av datapakker og suksessrate for etablering av TCP-tilkobling) grunnlaget for overvåking av avvik. TAP kan stabilt fange opp fullvolumsdata for viktige lenker (som mellom kjernesvitsjer og mellom utgående rutere og internettleverandører) over lang tid, noe som hjelper drifts- og vedlikeholdspersonell med å telle ulike ytelsesindikatorer og etablere en nøyaktig baselinemodell. Når påfølgende avvik som plutselige trafikkøkninger, unormale forsinkelser eller protokollavvik (som unormale ARP-forespørsler og et stort antall ICMP-pakker) oppstår, kan avvik raskt oppdages ved å sammenligne med baseline, og rettidig inngripen kan utføres.

3. Samsvarsrevisjon og trusseldeteksjon med høye sikkerhetskrav

For bransjer med høye krav til datasikkerhet og samsvar, som finans, offentlige anliggender og energi, er det nødvendig å gjennomføre full prosessrevisjon av overføringsprosessen for sensitive data eller nøyaktig oppdage potensielle nettverkstrusler (som APT-angrep, datalekkasje og spredning av ondsinnet kode). Den tapsfrie fangstfunksjonen til TAP sikrer integriteten og nøyaktigheten til revisjonsdata, som kan oppfylle kravene i lover og forskrifter som "nettverkssikkerhetsloven" og "datasikkerhetsloven" for datalagring og revisjon. Samtidig gir fullvolumsdatapakker også rike analyseprøver for trusseldeteksjonssystemer (som IDS/IPS og sandkasseenheter), noe som bidrar til å oppdage lavfrekvente og skjulte trusler skjult i normal trafikk (som ondsinnet kode i kryptert trafikk og penetrasjonsangrep kamuflert som normal virksomhet).

Begrensninger: Avveining mellom kostnad og fleksibilitet ved distribusjon

De viktigste begrensningene til TAP ligger i den høye maskinvarekostnaden og den lave fleksibiliteten ved utplassering. På den ene siden er TAP en dedikert maskinvareenhet, og spesielt TAP-er som støtter høye hastigheter (som 40G og 100G) eller optiske fibermedier er mye dyrere enn den programvarebaserte SPAN-funksjonen. På den annen side må TAP seriekobles i den opprinnelige nettverkskoblingen, og koblingen må midlertidig avbrytes under utplassering (for eksempel ved å koble til og fra nettverkskabler eller optiske fibre). For noen kjernekoblinger som ikke tillater avbrudd (for eksempel finansielle transaksjonskoblinger som opererer døgnet rundt), er utplassering vanskelig, og TAP-tilgangspunkter må vanligvis reserveres på forhånd i nettverksplanleggingsfasen.

SPAN: En kostnadseffektiv og fleksibel "multiport"-dataaggregeringsløsning

SPAN er en programvarefunksjon innebygd i svitsjer (noen avanserte rutere støtter den også). Prinsippet er å konfigurere svitsjen internt for å replikere trafikk fra en eller flere kildeporter (Source Ports) eller kilde-VLAN-er til en angitt overvåkingsport (Destination Port, også kjent som en speilport) for mottak og behandling av analyseenheten. I motsetning til TAP krever ikke SPAN ekstra maskinvareenheter og kan bare realisere datainnsamling ved å stole på programvarekonfigurasjonen til svitsjen.

Kjernefunksjoner: Sentrert på "kostnadseffektivitet" og "fleksibilitet"

1. Ingen ekstra maskinvarekostnader og praktisk distribusjon

Siden SPAN er en funksjon innebygd i svitsjens fastvare, er det ikke nødvendig å kjøpe dedikerte maskinvareenheter. Datainnsamling kan raskt aktiveres bare ved å konfigurere via CLI (Command Line Interface) eller webadministrasjonsgrensesnittet (for eksempel å spesifisere kildeport, overvåkingsport og speilingsretning (innkommende, utgående eller toveis)). Denne "null maskinvarekostnad"-funksjonen gjør den til et ideelt valg for scenarier med begrensede budsjetter eller midlertidige overvåkingsbehov (for eksempel kortsiktig applikasjonstesting og midlertidig feilsøking).

2. Støtte for flerkildeport / fler-VLAN-trafikkaggregering

En stor fordel med SPAN er at den kan replikere trafikk fra flere kildeporter (som brukerporter for flerlagssvitsjer) eller flere VLAN-er til samme overvåkingsport samtidig. Hvis for eksempel drifts- og vedlikeholdspersonell i bedriften trenger å overvåke trafikken til ansattes terminaler i flere avdelinger (tilsvarende forskjellige VLAN-er) som har tilgang til Internett, er det ikke nødvendig å distribuere separate innsamlingsenheter ved utgangen til hvert VLAN. Ved å aggregere trafikken fra disse VLAN-ene til én overvåkingsport gjennom SPAN, kan sentralisert analyse realiseres, noe som forbedrer fleksibiliteten og effektiviteten til datainnsamlingen betraktelig.

3. Ingen grunn til å avbryte den opprinnelige nettverkskoblingen

I motsetning til seriedistribusjonen av TAP, er både kildeporten og overvåkingsporten til SPAN vanlige porter på svitsjen. Under konfigurasjonsprosessen er det ikke nødvendig å koble til og fra nettverkskablene til den opprinnelige lenken, og det påvirkes ikke overføringen av den opprinnelige trafikken. Selv om det er nødvendig å justere kildeporten eller deaktivere SPAN-funksjonen senere, kan det bare gjøres ved å endre konfigurasjonen via kommandolinjen, noe som er praktisk å bruke og ikke forstyrrer nettverkstjenestene.

Applikasjonsscenarier: Fokus på "lavkostnadsovervåking" og "sentralisert analyse"

1. Overvåking av brukeratferd i campusnettverk / bedriftsnettverk

I campusnettverk eller bedriftsnettverk må administratorer ofte overvåke om ansattes terminaler har ulovlig tilgang (som å få tilgang til ulovlige nettsteder og laste ned piratkopiert programvare) og om det er et stort antall P2P-nedlastinger eller videostrømmer som opptar båndbredde. Ved å aggregere trafikken fra brukerporter på tilgangslagssvitsjer til overvåkingsporten via SPAN, kombinert med trafikkanalyseprogramvare (som Wireshark og NetFlow Analyzer), kan man overvåke brukeratferd og statistikk over båndbreddebruk i sanntid uten ytterligere maskinvareinvesteringer.

2. Midlertidig feilsøking og kortsiktig applikasjonstesting

Når det oppstår midlertidige og sporadiske feil i nettverket, eller når det er nødvendig å utføre trafikktesting på en nylig distribuert applikasjon (for eksempel et internt OA-system og et videokonferansesystem), kan SPAN brukes til å raskt bygge et datainnsamlingsmiljø. Hvis for eksempel en avdeling rapporterer hyppige frysinger i videokonferanser, kan drifts- og vedlikeholdspersonell midlertidig konfigurere SPAN til å speile trafikken til porten der videokonferanseserveren befinner seg til overvåkingsporten. Ved å analysere datapakkeforsinkelsen, pakketapsraten og båndbreddebelegget kan det avgjøres om feilen skyldes utilstrekkelig nettverksbåndbredde eller datapakketap. Etter at feilsøkingen er fullført, kan SPAN-konfigurasjonen deaktiveres uten å påvirke påfølgende nettverksdrift.

3. Trafikkstatistikk og enkel revisjon i små og mellomstore nettverk

For små og mellomstore nettverk (som små bedrifter og campuslaboratorier), hvis kravet til datainnsamlingsintegritet ikke er høyt, og bare enkel trafikkstatistikk (som båndbreddeutnyttelse for hver port og trafikkandel for Top N-applikasjoner) eller grunnleggende samsvarsrevisjon (som registrering av nettstedsdomenenavn som brukerne har tilgang til) er nødvendig, kan SPAN dekke behovene fullt ut. De rimelige og brukervennlige funksjonene gjør det til et kostnadseffektivt valg for slike scenarier.

Begrensninger: Mangler i dataintegritet og ytelsespåvirkning

1. Risiko for tap av datapakker og ufullstendig opptak

Replikering av datapakker via SPAN er avhengig av CPU- og cache-ressursene til svitsjen. Når trafikken til kildeporten er på sitt høyeste (for eksempel når svitsjens cache-kapasitet overskrides) eller svitsjen behandler et stort antall videresendingsoppgaver samtidig, vil CPU-en prioritere å sikre videresending av den opprinnelige trafikken, og redusere eller suspendere replikeringen av SPAN-trafikk, noe som resulterer i pakketap ved overvåkingsporten. I tillegg har noen svitsjer begrensninger på speilingsforholdet til SPAN (for eksempel at de bare støtter replikering av 80 % av trafikken) eller støtter ikke fullstendig replikering av store datapakker (for eksempel Jumbo Frames). Alt dette vil føre til ufullstendige innsamlede data og påvirke nøyaktigheten av påfølgende analyseresultater.

2. Opptak av svitstressurser og potensiell innvirkning på nettverksytelse

Selv om SPAN ikke direkte avbryter den opprinnelige lenken, vil datapakkereplikasjonsprosessen oppta CPU-ressursene og den interne båndbredden til svitsjen når antallet kildeporter er stort eller trafikken er tung. Hvis for eksempel trafikken til flere 10G-porter speiles til en 10G-overvåkingsport, og den totale trafikken til kildeportene overstiger 10G, vil ikke bare overvåkingsporten lide av pakketap på grunn av utilstrekkelig båndbredde, men CPU-utnyttelsen til svitsjen kan også øke betydelig, noe som påvirker datapakkevideresendingseffektiviteten til andre porter og til og med forårsaker en nedgang i svitsjens totale ytelse.

3. Funksjonsavhengighet av brytermodell og begrenset kompatibilitet

Støttenivået for SPAN-funksjonen varierer mye mellom svitsjer fra forskjellige produsenter og modeller. For eksempel kan det hende at lavprissvitsjer bare støtter én overvåkingsport og ikke VLAN-speiling eller fulldupleks trafikkspeiling. SPAN-funksjonen til noen svitsjer har en "enveis speiling"-begrensning (dvs. bare speiling av innkommende eller utgående trafikk, og kan ikke speile toveis trafikk samtidig). I tillegg må SPAN på tvers av svitsjer (som å speile porttrafikken til svitsj A til overvåkingsporten til svitsj B) stole på spesifikke protokoller (som Ciscos RSPAN og Huaweis ERSPAN), som har kompleks konfigurasjon og lav kompatibilitet, og er vanskelig å tilpasse seg miljøet med blandet nettverk av flere produsenter.

Kjerneforskjellssammenligning og utvalgsforslag mellom TAP og SPAN

Kjerneforskjellssammenligning

For å vise forskjellene mellom de to tydeligere, sammenligner vi dem ut fra dimensjonene tekniske egenskaper, ytelsespåvirkning, kostnader og aktuelle scenarier:

Utvalgsforslag: "Nøyaktig matching" basert på scenariokrav

1. Scenarier der TAP er foretrukket

○Overvåking av kjernevirksomhetskoblinger (som kjernesvitsjer i datasenteret og utgående ruterkoblinger), som krever sikring av integriteten til datafangsten;

○Plassering av rotårsak til nettverksfeil (som TCP-retransmisjon og applikasjonsforsinkelse), som krever nøyaktig analyse basert på datapakker med fullt volum;

○Bransjer med høye sikkerhets- og samsvarskrav (finans, offentlige anliggender, energi), som krever at revisjonsdata overholdes, og at de ikke må manipuleres;

○Nettverksmiljøer med høy hastighet (10G og over) eller scenarier med store datapakker, som krever at pakketap i SPAN unngås.

2. Scenarier der SPAN er foretrukket

○Små og mellomstore nettverk med begrensede budsjetter, eller scenarier som bare krever enkel trafikkstatistikk (som båndbreddebruk og toppapplikasjoner);

○Midlertidig feilsøking eller kortsiktig applikasjonstesting (som testing av nye systemer), som krever rask utrulling uten langvarig ressursbruk;

○Sentralisert overvåking av porter/VLAN-er med flere kilder (som overvåking av brukeratferd på campusnettverk), som krever fleksibel trafikkaggregering;

○Overvåking av ikke-kjernekoblinger (som brukerporter for tilgangslagssvitsjer), med lave krav til datafangstintegritet.

3. Hybride bruksscenarier

I noen komplekse nettverksmiljøer kan en hybrid distribusjonsmetode med «TAP + SPAN» også tas i bruk. For eksempel kan du distribuere TAP i kjernekoblingene i datasenteret for å sikre full datafangst for feilsøking og sikkerhetsrevisjon; konfigurer SPAN i tilgangslags- eller aggregeringslagssvitsjer for å aggregere spredt brukertrafikk for atferdsanalyse og båndbreddestatistikk. Dette oppfyller ikke bare de nøyaktige overvåkingsbehovene til viktige koblinger, men reduserer også den totale distribusjonskostnaden.

Så, som to kjerneteknologier for nettverksdatainnsamling, har TAP og SPAN ingen absolutte "fordeler eller ulemper", men bare "forskjeller i scenariotilpasning". TAP er sentrert rundt "tapfri opptak" og "stabil pålitelighet", og er egnet for nøkkelscenarier med høye krav til dataintegritet og nettverksstabilitet, men har høye kostnader og lav distribusjonsfleksibilitet; SPAN har fordelene med "null kostnad" og "fleksibilitet og bekvemmelighet", og er egnet for lavkostnads-, midlertidige eller ikke-kjernescenarier, men har risiko for datatap og ytelsespåvirkning.

I faktisk nettverksdrift og -vedlikehold må nettverksingeniører velge den mest passende tekniske løsningen basert på sine egne forretningsbehov (som om det er en kjernekobling og om nøyaktig analyse er nødvendig), budsjettkostnader, nettverksskala og samsvarskrav. Samtidig, med forbedringen av nettverkshastigheter (som 25G, 100G og 400G) og oppgraderingen av nettverkssikkerhetskrav, er TAP-teknologi også i stadig utvikling (som støtte for intelligent trafikkdeling og flerportsaggregering), og svitsjprodusenter optimaliserer også kontinuerlig SPAN-funksjonen (som forbedring av hurtigbufferkapasitet og støtte for tapsfri speiling). I fremtiden vil de to teknologiene spille sine roller ytterligere på sine respektive felt og gi mer effektiv og nøyaktig datastøtte for nettverksadministrasjon.