Anàlisi en profunditat i comparació d'aplicacions dels mètodes d'adquisició de dades de trànsit de xarxa TAP i SPAN

En els camps de l'operació i el manteniment de xarxes, la resolució de problemes i l'anàlisi de seguretat, l'adquisició precisa i eficient de fluxos de dades de xarxa és la base per dur a terme diverses tasques. Com a dues tecnologies principals d'adquisició de dades de xarxa, TAP (Test Access Point) i SPAN (Switched Port Analyzer, també conegut com a port mirroring) tenen un paper important en diferents escenaris a causa de les seves característiques tècniques diferenciades. Una comprensió profunda de les seves característiques, avantatges, limitacions i escenaris aplicables és crucial perquè els enginyers de xarxa puguin formular plans de recopilació de dades raonables i millorar l'eficiència de la gestió de la xarxa.

TAP: Una solució completa i visible de captura de dades "sense pèrdues"

Un TAP és un dispositiu de maquinari que opera a la capa física o d'enllaç de dades. La seva funció principal és aconseguir una replicació i captura del 100% dels fluxos de dades de xarxa sense interferir amb el trànsit de xarxa original. En estar connectat en sèrie en un enllaç de xarxa (per exemple, entre un commutador i un servidor, o un encaminador i un commutador), replica tots els paquets de dades aigües amunt i aigües avall que passen per l'enllaç a un port de monitorització mitjançant mètodes de "divisió òptica" o "divisió del trànsit", per al seu processament posterior per dispositius d'anàlisi (com ara analitzadors de xarxa i sistemes de detecció d'intrusions - IDS).

Característiques principals: Centrades en la "integritat" i l'"estabilitat"

1. Captura de paquets de dades del 100% sense risc de pèrdua

Aquest és l'avantatge més destacat del TAP. Com que el TAP opera a la capa física i replica directament els senyals elèctrics o òptics a l'enllaç, no depèn dels recursos de la CPU del commutador per al reenviament o la replicació de paquets de dades. Per tant, independentment de si el trànsit de xarxa està en el seu punt màxim o conté paquets de dades de grans dimensions (com ara trames Jumbo amb un valor MTU elevat), tots els paquets de dades es poden capturar completament sense pèrdua de paquets causada per recursos insuficients del commutador. Aquesta funció de "captura sense pèrdues" la converteix en la solució preferida per a escenaris que requereixen un suport de dades precís (com ara la localització de la causa arrel de la fallada i l'anàlisi de la línia de base del rendiment de la xarxa).

2. Sense impacte en el rendiment de la xarxa original

El mode de funcionament del TAP garanteix que no causa cap interferència a l'enllaç de xarxa original. No modifica el contingut, les adreces d'origen/destí ni el temps dels paquets de dades, ni ocupa l'amplada de banda del port, la memòria cau o els recursos de processament del commutador. Fins i tot si el dispositiu TAP funciona malament (com ara una fallada d'alimentació o danys al maquinari), només farà que no hi hagi sortida de dades del port de monitorització, mentre que la comunicació de l'enllaç de xarxa original es manté normal, evitant el risc d'interrupció de la xarxa causada per la fallada dels dispositius de recopilació de dades.

3. Suport per a enllaços full-duplex i entorns de xarxa complexos

Les xarxes modernes adopten majoritàriament el mode de comunicació full-duplex (és a dir, les dades aigües amunt i aigües avall es poden transmetre simultàniament). El TAP pot capturar fluxos de dades en ambdues direccions d'un enllaç full-duplex i enviar-los a través de ports de monitorització independents, garantint que el dispositiu d'anàlisi pugui restaurar completament el procés de comunicació bidireccional. A més, el TAP admet diverses velocitats de xarxa (com ara 100M, 1G, 10G, 40G i fins i tot 100G) i tipus de suports (parell trenat, fibra monomode, fibra multimode), i es pot adaptar a entorns de xarxa de diferents complexitats, com ara centres de dades, xarxes troncals centrals i xarxes de campus.

Escenaris d'aplicació: centrant-se en "l'anàlisi precisa" i "el seguiment d'enllaços clau"

1. Resolució de problemes de xarxa i localització de la causa arrel

Quan es produeixen problemes com ara pèrdua de paquets, retard, jitter o retard d'aplicació a la xarxa, cal restaurar l'escenari en què es va produir l'error a través d'un flux complet de paquets de dades. Per exemple, si els sistemes empresarials principals d'una empresa (com ara ERP i CRM) experimenten temps d'espera d'accés intermitents, el personal d'operació i manteniment pot implementar un TAP entre el servidor i el commutador principal per capturar tots els paquets de dades d'anada i tornada, analitzar si hi ha problemes com ara retransmissió TCP, pèrdua de paquets, retard de resolució DNS o errors de protocol de capa d'aplicació i, d'aquesta manera, localitzar ràpidament la causa arrel de l'error (com ara problemes de qualitat d'enllaç, resposta lenta del servidor o errors de configuració de middleware).

2. Establiment de la línia de base del rendiment de la xarxa i monitorització d'anomalies

En l'operació i el manteniment de xarxes, establir una línia de base de rendiment sota càrregues empresarials normals (com ara l'ús mitjà de l'amplada de banda, el retard en el reenviament de paquets de dades i la taxa d'èxit en l'establiment de connexions TCP) és la base per a la supervisió d'anomalies. El TAP pot capturar de manera estable dades de volum complet d'enllaços clau (com ara entre commutadors principals i entre encaminadors de sortida i ISP) durant molt de temps, cosa que ajuda el personal d'operació i manteniment a comptar diversos indicadors de rendiment i establir un model de línia de base precís. Quan es produeixen anomalies posteriors, com ara augments sobtats de trànsit, retards anormals o anomalies de protocol (com ara sol·licituds ARP anormals i un gran nombre de paquets ICMP), les anomalies es poden detectar ràpidament comparant-les amb la línia de base i es pot dur a terme una intervenció oportuna.

3. Auditoria de compliment i detecció d'amenaces amb alts requisits de seguretat

Per a indústries amb alts requisits de seguretat i compliment de dades, com ara finances, afers governamentals i energia, cal dur a terme una auditoria completa del procés de transmissió de dades sensibles o detectar amb precisió possibles amenaces de xarxa (com ara atacs APT, fuites de dades i propagació de codi maliciós). La funció de captura sense pèrdues de TAP garanteix la integritat i la precisió de les dades d'auditoria, que poden complir els requisits de lleis i regulacions com ara la "Llei de seguretat de xarxa" i la "Llei de seguretat de dades" per a la retenció i auditoria de dades; alhora, els paquets de dades de volum complet també proporcionen mostres d'anàlisi riques per a sistemes de detecció d'amenaces (com ara dispositius IDS/IPS i sandbox), ajudant a detectar amenaces de baixa freqüència i ocultes amagades en el trànsit normal (com ara codi maliciós en trànsit xifrat i atacs de penetració disfressats de negoci normal).

Limitacions: Compromís entre cost i flexibilitat de desplegament

Les principals limitacions del TAP rauen en el seu elevat cost de maquinari i la baixa flexibilitat de desplegament. D'una banda, el TAP és un dispositiu de maquinari dedicat i, en particular, els TAP que admeten altes velocitats (com ara 40G i 100G) o els suports de fibra òptica són molt més cars que la funció SPAN basada en programari; d'altra banda, el TAP s'ha de connectar en sèrie a l'enllaç de xarxa original i l'enllaç s'ha d'interrompre temporalment durant el desplegament (com ara connectant i desconnectant cables de xarxa o fibres òptiques). Per a alguns enllaços principals que no permeten interrupcions (com ara enllaços de transaccions financeres que funcionen les 24 hores del dia, els 7 dies de la setmana), el desplegament és difícil i els punts d'accés TAP normalment s'han de reservar amb antelació durant la fase de planificació de la xarxa.

SPAN: Una solució d'agregació de dades "multiport" rendible i flexible

SPAN és una funció de programari integrada als commutadors (alguns encaminadors d'alta gamma també la suporten). El seu principi és configurar el commutador internament per replicar el trànsit des d'un o més ports d'origen (ports d'origen) o VLAN d'origen a un port de monitorització designat (port de destinació, també conegut com a port mirall) per a la recepció i el processament pel dispositiu d'anàlisi. A diferència de TAP, SPAN no requereix dispositius de maquinari addicionals i pot realitzar la recopilació de dades només confiant en la configuració de programari del commutador.

Característiques principals: Centrades en la "rendibilitat" i la "flexibilitat"

1. Cost addicional de maquinari zero i desplegament convenient

Com que SPAN és una funció integrada al firmware del commutador, no cal comprar dispositius de maquinari dedicats. La recopilació de dades es pot habilitar ràpidament només configurant-la a través de la CLI (Command Line Interface) o la interfície de gestió web (com ara especificant el port d'origen, el port de supervisió i la direcció de rèplica (entrada, sortida o bidireccional)). Aquesta funció de "cost zero de maquinari" la converteix en una opció ideal per a escenaris amb pressupostos limitats o necessitats de supervisió temporals (com ara proves d'aplicacions a curt termini i resolució de problemes temporal).

2. Suport per a l'agregació de trànsit multi-font / multi-VLAN

Un avantatge important de l'SPAN és que pot replicar el trànsit des de múltiples ports d'origen (com ara ports d'usuari de múltiples commutadors de capa d'accés) o múltiples VLAN al mateix port de monitorització al mateix temps. Per exemple, si el personal d'operació i manteniment de l'empresa necessita monitoritzar el trànsit dels terminals dels empleats en múltiples departaments (corresponents a diferents VLAN) que accedeixen a Internet, no cal desplegar dispositius de recopilació separats a la sortida de cada VLAN. En agregar el trànsit d'aquestes VLAN a un port de monitorització a través de l'SPAN, es pot realitzar una anàlisi centralitzada, millorant considerablement la flexibilitat i l'eficiència de la recopilació de dades.

3. No cal interrompre l'enllaç de xarxa original

A diferència del desplegament en sèrie del TAP, tant el port d'origen com el port de monitorització de l'SPAN són ports ordinaris del commutador. Durant el procés de configuració, no cal connectar i desconnectar els cables de xarxa de l'enllaç original, i no hi ha cap impacte en la transmissió del trànsit original. Fins i tot si cal ajustar el port d'origen o desactivar la funció SPAN més tard, només es pot fer modificant la configuració a través de la línia d'ordres, cosa que és convenient d'operar i no interfereix amb els serveis de xarxa.

Escenaris d'aplicació: centrats en el "monitoratge de baix cost" i l'"anàlisi centralitzada"

1. Monitorització del comportament dels usuaris en xarxes de campus / xarxes empresarials

En xarxes de campus o xarxes empresarials, els administradors sovint necessiten controlar si els terminals dels empleats tenen accés il·legal (com ara accedir a llocs web il·legals i descarregar programari pirata) i si hi ha un gran nombre de descàrregues P2P o fluxos de vídeo que ocupen l'ample de banda. En agregar el trànsit dels ports d'usuari dels commutadors de capa d'accés al port de monitorització a través de SPAN, combinat amb programari d'anàlisi de trànsit (com ara Wireshark i NetFlow Analyzer), es pot aconseguir una monitorització en temps real del comportament dels usuaris i estadístiques d'ocupació de l'ample de banda sense inversió addicional en maquinari.

2. Resolució de problemes temporals i proves d'aplicacions a curt termini

Quan es produeixen errors temporals i ocasionals a la xarxa, o quan cal dur a terme proves de trànsit en una aplicació recentment implementada (com ara un sistema OA intern i un sistema de videoconferència), SPAN es pot utilitzar per crear ràpidament un entorn de recopilació de dades. Per exemple, si un departament informa de bloquejos freqüents en videoconferències, el personal d'operació i manteniment pot configurar temporalment SPAN per reflectir el trànsit del port on es troba el servidor de videoconferència al port de monitorització. Analitzant el retard dels paquets de dades, la taxa de pèrdua de paquets i l'ocupació de l'ample de banda, es pot determinar si l'error és causat per un ample de banda de xarxa insuficient o per la pèrdua de paquets de dades. Un cop finalitzada la resolució de problemes, la configuració de SPAN es pot desactivar sense afectar les operacions de xarxa posteriors.

3. Estadístiques de trànsit i auditoria simple en xarxes petites i mitjanes

Per a xarxes petites i mitjanes (com ara petites empreses i laboratoris de campus), si el requisit d'integritat de la recopilació de dades no és alt i només es necessiten estadístiques de trànsit simples (com ara l'ús de l'amplada de banda de cada port i la proporció de trànsit de les aplicacions Top N) o auditories de compliment bàsiques (com ara el registre dels noms de domini del lloc web als quals accedeixen els usuaris), SPAN pot satisfer plenament les necessitats. Les seves funcions de baix cost i fàcils d'implementar el converteixen en una opció rendible per a aquests escenaris.

Limitacions: Deficiències en la integritat de les dades i impacte en el rendiment

1. Risc de pèrdua de paquets de dades i captura incompleta

La replicació de paquets de dades per SPAN depèn dels recursos de la CPU i la memòria cau del commutador. Quan el trànsit del port d'origen està en el seu màxim (com ara si supera la capacitat de memòria cau del commutador) o el commutador processa un gran nombre de tasques de reenviament alhora, la CPU donarà prioritat a garantir el reenviament del trànsit original i reduirà o suspendrà la replicació del trànsit SPAN, cosa que provocarà la pèrdua de paquets al port de monitorització. A més, alguns commutadors tenen restriccions sobre la relació de rèplica de SPAN (com ara admetre només la replicació del 80% del trànsit) o ​​no admeten la replicació completa de paquets de dades de grans dimensions (com ara Jumbo Frames). Tot això comportarà dades recollides incompletes i afectarà la precisió dels resultats de l'anàlisi posterior.

2. Ocupació dels recursos del commutador i impacte potencial en el rendiment de la xarxa

Tot i que l'SPAN no interromp directament l'enllaç original, quan el nombre de ports d'origen és gran o el trànsit és intens, el procés de replicació de paquets de dades ocuparà els recursos de la CPU i l'ample de banda intern del commutador. Per exemple, si el trànsit de diversos ports 10G es duplica a un port de monitorització de 10G, quan el trànsit total dels ports d'origen superi els 10G, no només el port de monitorització patirà pèrdua de paquets a causa d'un ample de banda insuficient, sinó que l'ús de la CPU del commutador també pot augmentar significativament, afectant així l'eficiència de reenviament de paquets de dades d'altres ports i fins i tot provocant una disminució del rendiment general del commutador.

3. Dependència de la funció en el model de commutador i compatibilitat limitada

El nivell de suport per a la funció SPAN varia molt entre els commutadors de diferents fabricants i models. Per exemple, els commutadors de gamma baixa poden admetre només un únic port de monitorització i no admetre la rèplica VLAN o la rèplica del trànsit full-duplex; la funció SPAN d'alguns commutadors té una restricció de "rèplica unidireccional" (és a dir, només rèplica del trànsit entrant o sortint i no pot rèplicar el trànsit bidireccional alhora); a més, l'SPAN entre commutadors (com ara la rèplica del trànsit del port del commutador A al port de monitorització del commutador B) ha de dependre de protocols específics (com ara RSPAN de Cisco i ERSPAN de Huawei), que tenen una configuració complexa i baixa compatibilitat, i són difícils d'adaptar a l'entorn de xarxes mixtes de diversos fabricants.

Comparació de diferències bàsiques i suggeriments de selecció entre TAP i SPAN

Comparació de diferències bàsiques

Per mostrar més clarament les diferències entre els dos, els comparem a partir de les dimensions de les característiques tècniques, l'impacte en el rendiment, el cost i els escenaris aplicables:

Suggeriments de selecció: "Coincidència precisa" basada en els requisits de l'escenari

1. Escenaris on es prefereix TAP

○Monitorització dels enllaços principals de l'activitat (com ara els commutadors principals del centre de dades i els enllaços dels encaminadors de sortida), que requereixen garantir la integritat de la captura de dades;

○Ubicació de la causa arrel d'un error de xarxa (com ara la retransmissió TCP i el retard de l'aplicació), que requereix una anàlisi precisa basada en paquets de dades de volum complet;

○Indústries amb alts requisits de seguretat i compliment (finances, afers governamentals, energia), que requereixen el compliment de la integritat i la no manipulació de les dades d'auditoria;

○Entorns de xarxa d'alta velocitat (10G i superior) o escenaris amb paquets de dades de grans dimensions que requereixen evitar la pèrdua de paquets a l'SPAN.

2. Escenaris on es prefereix SPAN

○Xarxes petites i mitjanes amb pressupostos limitats, o escenaris que només requereixen estadístiques de trànsit simples (com ara l'ocupació de l'ample de banda i les aplicacions principals);

○Resolució de problemes temporals o proves d'aplicacions a curt termini (com ara proves de llançament de nous sistemes), que requereixen un desplegament ràpid sense ocupació de recursos a llarg termini;

○Monitorització centralitzada de ports multifont/multi-VLAN (com ara la monitorització del comportament dels usuaris de la xarxa del campus), que requereix una agregació de trànsit flexible;

○Monitorització d'enllaços no essencials (com ara els ports d'usuari dels commutadors de capa d'accés), amb baixos requisits d'integritat de la captura de dades.

3. Escenaris d'ús híbrid

En alguns entorns de xarxa complexos, també es pot adoptar un mètode de desplegament híbrid de "TAP + SPAN". Per exemple, desplegueu TAP als enllaços principals del centre de dades per garantir la captura de dades de volum complet per a la resolució de problemes i l'auditoria de seguretat; configureu SPAN als commutadors de capa d'accés o de capa d'agregació per agregar trànsit d'usuaris dispers per a l'anàlisi del comportament i les estadístiques d'amplada de banda. Això no només satisfà les necessitats de monitorització precises dels enllaços clau, sinó que també redueix el cost general de desplegament.

Així doncs, com a dues tecnologies bàsiques per a l'adquisició de dades de xarxa, TAP i SPAN no tenen "avantatges o desavantatges" absoluts, sinó només "diferències en l'adaptació a escenaris". TAP se centra en la "captura sense pèrdues" i la "fiabilitat estable", i és adequat per a escenaris clau amb alts requisits d'integritat de dades i estabilitat de la xarxa, però té un cost elevat i una baixa flexibilitat de desplegament; SPAN té els avantatges de "cost zero" i "flexibilitat i conveniència", i és adequat per a escenaris de baix cost, temporals o no bàsics, però té els riscos de pèrdua de dades i impacte en el rendiment.

En l'operació i el manteniment reals de la xarxa, els enginyers de xarxa han de seleccionar la solució tècnica més adequada en funció de les seves pròpies necessitats empresarials (com ara si es tracta d'un enllaç central i si cal una anàlisi precisa), els costos pressupostaris, l'escala de la xarxa i els requisits de compliment. Al mateix temps, amb la millora de les velocitats de xarxa (com ara 25G, 100G i 400G) i l'actualització dels requisits de seguretat de la xarxa, la tecnologia TAP també està en constant desenvolupament (com ara la divisió intel·ligent del trànsit i l'agregació multiport), i els fabricants de commutadors també optimitzen contínuament la funció SPAN (com ara la millora de la capacitat de la memòria cau i la compatibilitat amb la rèplica sense pèrdues). En el futur, les dues tecnologies continuaran jugant el seu paper en els seus respectius camps i proporcionaran un suport de dades més eficient i precís per a la gestió de la xarxa.