Software-Controlled Network Traffic Monitoring

Tato disertační práce se zabývá návrhem nového způsobu softwarově řízené (definované) hardwarové akcelerace pro moderní vysokorychlostní počítačové sítě. Hlavním cílem práce je formulace obecného, flexibilního a jednoduše použitelného konceptu akcelerace použitelného pro různé bezpečnostní a monitorovací aplikace, který by umožnil jejich reálné nasazení ve 100 Gb/s a rychlejších sítích. Disertační práce začíná rozborem aktuálního stavu poznání v oborech síťového monitorování, bezpečnosti a způsobů akcelerace zpracování vysokorychlostních síťových dat. Na základě tohoto rozboru je formulován a navržen zcela nový koncept s názvem Softwarově definované monitorování (SDM). Klíčová funkcionalita uvedeného konceptu je postavená na hardwarově akcelerované, aplikačně specifické (řízené), na tocích založené, informované redukci a distribuci zachycených síťových dat. Toto je zajištěno spojením vysokorychlostního hardwarového zpracování s flexibilním softwarovým řízením, které tak společně umožňují jednoduchou tvorbu různých komplexních a vysoce výkonných síťových aplikací. Pokročilé optimalizace a vylepšení základního SDM konceptu a jeho vybraných komponent jsou v práci též zkoumány, což vede k návrhu zcela unikátní a obecně použitelné FPGA architektury modulárního analyzátoru hlaviček paketů a vysoce výkonného klasifikátoru paketů založeného na kukaččím hashovaní. Nakonec je vytvořen vysokorychlostní SDM prototyp postavený nad FPGA akcelerační síťovou kartou, který je podrobně ověřen v podmínkách nasazení do reálných sítí. Jsou změřeny a diskutovány dosažitelné zlepšení výkonností v několika vybraných monitorovacích a bezpečnostních případech užití. Vytvořený SDM prototyp je rovněž nasazen v produkčním monitorování reálné páteřní sítě sdružení Cesnet a byl komercializován společností Netcope Technologies