Técnicas eficientes de filtrado de tráfico para monitorización de redes de comunicaciones

Abstract

Las necesidades de intercambio de datos han crecido de manera espectacular en los últimos años y con ello la infraestructura de telecomunicaciones asociada. Además, la aparición de nuevos servicios ha requerido cada vez un control más estricto de la red. Por todo ello, la gestión de las redes de comunicaciones se ha convertido en un campo de actuación muy importante. Dentro de él se pueden enmarcar los sistemas de monitorización que ofrecen información detallada del tráfico que circula por las redes. En el presente trabajo se presenta un algoritmo de filtrado de paquetes con aplicación a los sistemas de monitorización de redes de datos que poseen una problemática particular. En concreto, el número de filtrados simultáneos que se suele requerir a los sistemas de monitorización es elevado. En una primera parte se presentan las diferentes alternativas existentes en la actualidad para el filtrado de paquetes. Por un lado están los sistemas packet filter, optimizados para filtrado de un único flujo de paquetes. Por otro lado existen multitud de propuestas para clasificación de paquetes en routers de alta velocidad, que sin embargo se centran únicamente en campos muy concretos del paquete como las direcciones IP destino para realizar la clasificación. También existen sistemas de filtrado o clasificación de paquetes en los propios sistemas operativos, para poder proveer de diferentes puntos de acceso a servicios a las aplicaciones de la misma máquina y para realizar el encaminamiento cuando la máquina posea varios interfaces de red. Existen escasas propuestas específicamente orientadas a sistemas de monitorización. Posteriormente se realiza una propuesta de técnica de filtrado que se aprovecha de las particularidades de los sistemas de monitorización: el algoritmo PAM-Tree. Su característica principal es la reutilización de bloques de subfiltrado con lo que se soporta de manera más adecuada un mayor número de filtros simultáneos. Además se incorporan en la propia estructura de filtrado los parámetros de monitorización por lo que la actualización de parámetros es inmediata a la vez que se realiza el proceso de filtrado de cada paquete. Tras su descripción, se realiza una formalización mediante teoría de autómatas que se aplica a la demostración de las propiedades del algoritmo propuesto. Una vez presentado el algoritmo, se pasa a un estudio analítico, modelando el coste de filtrado de un paquete como el tiempo de servicio en un sistema de colas M/G/1. Al comparar el modelo del algoritmo PAM-Tree con otro aplicable a los sistemas de tipo packet filter, se comprueba la mejora obtenida con PAM-Tree conforme crece el número de filtros. Tras ello, una comparativa experimental entre PAM-Tree y los packet filter BPF/LSF nos dará una visión más real del comportamiento del algoritmo propuesto sobre implementaciones de sistemas de monitorización. Los resultados experimentales obtenidos validan el modelo analítico considerado. El algoritmo propuesto se ha implementado en dos sistemas de monitorización implantados sobre las redes de datos de una empresa fabricante de coches y una operadora de cable regional, en dos versiones, una primera con funcionalidades recortadas. El algoritmo de filtrado es el núcleo fundamental de estas herramientas y su funcionamiento de terminará la flexibilidad en la definición de parámetros de monitorización de red por parte del gestor.