DPI深度包检测技术

1 DPI技术介绍

1.1 DPI技术产生的背景

近年来，网络新业务层出不穷，有对等网络（Peer-to-Peer，简称P2P）、VoIP、流媒体、Web TV、音视频聊天、互动在线游戏和虚拟现实等。这些新业务的普及为运营商吸纳了大量的客户资源，同时也对网络的底层流量模型和上层应用模式产生了很大的冲击，带来带宽管理、内容计费、信息安全、舆论管控等一系列新的问题。尤其是P2P、VoIP、流媒体等业务，当前P2P业务的流量已

图1 各种业务对带宽的抢占

占互联网数据流量的50%-70%，如果再加上流媒体等业务，新业务的数据流量是相当巨大的，这打破了以往“高带宽、低负载”的IP网络QoS提供模式，在很大程度上加重了网络拥塞，降低了网络性能，劣化了网络服务质量，妨碍了正常的网络业务的开展和关键应用的普及。同时，P2P的广泛使用也给网络的信息安全监测管理带来了极大的挑战。由于P2P流量的带宽吞噬特性，简单的网络升级扩容是无法满足运营商数据流量增长需要的，加上网络设备缺乏有效的技术监管手段，不能实现对P2P/WEB TV等新兴业务的感知和识别，导致网络运营商对网络的运行情况无法有效管理。

传统的网络运维管理，往往通过设备网管实现对网元级的管理，后来发展至网络级管理，可以对上层的简单应用进行管控，而这些应用级管控技术大多采用简单网络管理协议SNMP 或者基于端口的流量识别进行进行分析和管理。

因此，如何深度感知互联网/移动互联网业务，提供应用级管控手段，构建“可运营、可管理”的网络，成为运营商关注的焦点。

1.2 DPI能够为运营商解决什么问题

互联网及移动互联网面临大量“高消耗、低价值”的业务对带宽的吞噬压力，网络安全和服务质量问题亟待解决，主要面临如下问题：

⏹网络出口带宽增加了一倍，可没几天还有大量用户投诉上网慢，收邮件慢，流媒

体缓冲时间长，为什么？

⏹不断升级换代交换机、路由器等核心网设备，投资不少可网络设备的性能总是无

法跟上带宽的增长速度。

⏹核心网络的服务质量现状如何？互联互通出口链路带宽占用率情况？链路丢包

率？链路延时？关键业务的平均带宽？最大带宽？最小带宽？WAP/WEB浏览的

平均延时？最大延时？最小延时？

⏹整个宽带业务网络中流量是如何构成的？哪些业务占据了主要的带宽？WAP浏览

/彩信/139邮箱/WEB浏览/流媒体/P2P/VoIP/IM等热点业务各占据了多大带宽？

⏹核心网到各个其它运营商的流量流向如何？同各运营商的互联带宽多大？为此所

缴纳的互联带宽费用是否与用户量的增长成比例？

⏹目前的出口带宽占用情况是否需要扩容？同各地市汇聚网的链路性能、带宽如

何？业务性能如何？

⏹用户投诉上网慢，网管系统也无法找到故障源，性能故障到底在哪里？

⏹集团客户的上网或视频会议总是很慢，问题根源在哪里？

⏹P2P/流媒体等高消耗、低价值业务占用带宽过大，怎么精细化控制其带宽？

⏹网络中产生异常流量（包括端口扫描、DDOS攻击、广播风暴），如何定位发起攻

击源？

⏹能否有种设备，能按时、按人、按集团客户、按业务来调整带宽分配，限制哪些

无节制占用网络的次要业务，保障WAP/彩信/WEB/视频会议/VOIP/ERP等关键业

务畅通无阻。

⏹交换机、路由器、防火墙、IDS等等等等，装了一大堆设备和软件，还要不断升级

病毒库，可病毒和攻击还是防不住。能否从网络上拦截这些异常流量，防止其对

网络造成破坏性影响？

1.3 DPI为运营商带来的好处

DPI技术的出现，为互联网和移动互联网运营商带来了曙光，通过部署DPI系统，运营商可以：

⏹可视化全网。可以深入了解整个网络带宽由哪些应用占用（P2P/WEB TV/流媒体

/IM/Games等。），哪些用户（手机号码/上网账号）是大用户，哪些小区是带宽吞

噬大户，哪些手机终端使用业务最多…

⏹流量精细化管理。通过灵活的带宽管理机制（带宽整形、QoS管理、限速、提速、

封堵等。。），来限制“高消耗、低价值”的业务和用户，从而有效的保障关键业务、

关键用户，提升用户感知，提高带宽使用的性价比。

⏹丰富的QoS提供能力。根据不同的QoS需求，可提供CBR、VBR、UBR业务，

可以在IP网络中提供虚拟专线业务。

⏹及时发现和抑制异常流量。可从网络通路上第一时间拦截异常流量，避免其对网络

造成破坏性影响。

⏹透视全网服务质量，保障关键业务质量。可透视全网各种业务的延时、抖动、带宽

占用等QoS指标，从而精确定位QoS劣化点。

⏹智能业务性能分析，减少网络瘫痪和性能劣化的时间。

⏹减少或延迟带宽投入，降低网络运营成本。通过××产品解决方案所提供的长期统

计报告，可以准确了解网络带宽过去、现在和将来的总体使用情况，识别出实际带

宽需求小于实际分配（租用）带宽的链路。对于广域网（W AN）连接，可以减少

或者推迟网络升级计划（例如升级为千兆网，购买新的路由器等）；从而节省了大

笔费用。通过量化依据为带宽扩容提供科学的决策支持。

⏹转变被动维护局面，先于用户发现故障。××产品以其迅捷的故障响应机制和完善

的主动监测流程为宽带网络的运营维护提供全面的保障机制，加快故障响应处理速

度，缩短平均故障响应时间，大大提高了维护效率。

⏹提高市场竞争力，树立移动宽带精品网品牌。

1.4 传统的业务识别方法

普通的报文检测往往仅分析IP分组的四层以下内容，一般包括源地址、源端口、目的地址、目的端口以及协议类型，如图1.1所示。

图1.1 传统的IP头部报文分析

然而，仅通过分析IP地址和端口来识别业务存在很多的问题，包括：

1．端口可变的业务。比如BT/EDK等业务，可以由用户自行设定端口。

2．隐藏在合法端口之后的隧道业务。比如为躲避防火墙封锁而隐藏在80端口通过隧道传输V oIP语音或数据的应用。

3．IP地址可变业务。比如部分应用为了逃避封锁，不断变换IP地址。

4．交互式业务。比如FTP/流媒体/V oIP等，其媒体流的端口是通过交互协商出来的，非固定端口。

1.5 深度分组检测－DPI

DPI，Deep Packet Inspection，深度分组检测，通常简称为DPI。所谓深度分组检测是相对普通报文检测而言的一种新的检测技术，即对第七层，也即应用层的内容（净荷）进行深度分析，从而根据应用层的净荷特征识别其应用类型或内容。如图1.2所示。当IP数据包、TCP或者UDP数据流经过基于DPI技术的网络设备时，DPI引擎通过深入读取IP包载荷的内容来对OSI 7层协议中的应用层信息进行重组，从而识别出IP包的应用层协议。

图1.2 DPI技术对应用特征的分析

1.6 传统业务识别与DPI的对比

传统的业务识别方法是通过分析5元组或7元组信息（增加输入输出接口索引信息），无法细分不同的应用类型，尤其是应用类型不依赖于5元组或7元组信息的应用。

而DPI技术是通过深入重组、分析第七层分组的净荷内容，匹配业务特征，从而判断业务和应用类型，DPI技术可以细分不同的应用类型。