Analiză aprofundată și comparație a aplicațiilor metodelor de achiziție a datelor de trafic de rețea TAP și SPAN

În domeniile operării și întreținerii rețelelor, depanării și analizei securității, achiziționarea precisă și eficientă a fluxurilor de date de rețea este fundamentul pentru efectuarea diverselor sarcini. Fiind două tehnologii principale de achiziție a datelor de rețea, TAP (Test Access Point) și SPAN (Switched Port Analyzer, denumit în mod obișnuit și port mirroring), joacă roluri importante în diferite scenarii datorită caracteristicilor lor tehnice distincte. O înțelegere aprofundată a caracteristicilor, avantajelor, limitărilor și scenariilor aplicabile este crucială pentru inginerii de rețea pentru a formula planuri rezonabile de colectare a datelor și a îmbunătăți eficiența gestionării rețelei.

TAP: O soluție completă și vizibilă de captare a datelor „fără pierderi”

TAP este un dispozitiv hardware care funcționează la nivelul fizic sau de legătură de date. Funcția sa principală este de a realiza o replicare și o capturare 100% a fluxurilor de date din rețea fără a interfera cu traficul original al rețelei. Fiind conectat în serie într-o legătură de rețea (de exemplu, între un switch și un server sau un router și un switch), acesta replică toate pachetele de date în amonte și în aval care trec prin legătură către un port de monitorizare folosind metode de „divizare optică” sau „divizare a traficului”, pentru procesare ulterioară de către dispozitive de analiză (cum ar fi analizoare de rețea și sisteme de detectare a intruziunilor - IDS).

Caracteristici principale: Centrate pe „integritate” și „stabilitate”

1. Captură 100% a pachetelor de date fără risc de pierdere

Acesta este cel mai important avantaj al TAP. Deoarece TAP operează la nivelul fizic și replică direct semnalele electrice sau optice din legătură, nu se bazează pe resursele CPU ale switch-ului pentru redirecționarea sau replicarea pachetelor de date. Prin urmare, indiferent dacă traficul de rețea este la vârf sau conține pachete de date de dimensiuni mari (cum ar fi Jumbo Frame cu o valoare MTU mare), toate pachetele de date pot fi capturate complet fără pierderi de pachete cauzate de resurse insuficiente ale switch-ului. Această caracteristică de „captură fără pierderi” îl face soluția preferată pentru scenariile care necesită asistență precisă pentru date (cum ar fi localizarea cauzei principale a defecțiunii și analiza de bază a performanței rețelei).

2. Niciun impact asupra performanței rețelei originale

Modul de funcționare al TAP asigură că nu provoacă nicio interferență cu legătura de rețea originală. Nu modifică conținutul, adresele sursă/destinație sau sincronizarea pachetelor de date și nici nu ocupă lățimea de bandă, memoria cache sau resursele de procesare ale portului switch-ului. Chiar dacă dispozitivul TAP în sine funcționează defectuos (cum ar fi o pană de curent sau o deteriorare a hardware-ului), acest lucru va duce doar la lipsa ieșirii de date din portul de monitorizare, în timp ce comunicarea legăturii de rețea originale rămâne normală, evitând riscul de întrerupere a rețelei cauzată de defecțiunea dispozitivelor de colectare a datelor.

3. Suport pentru legături full-duplex și medii de rețea complexe

Rețelele moderne adoptă în mare parte modul de comunicare full-duplex (adică datele în amonte și în aval pot fi transmise simultan). TAP poate captura fluxuri de date în ambele direcții ale unei legături full-duplex și le poate transmite prin porturi de monitorizare independente, asigurându-se că dispozitivul de analiză poate restabili complet procesul de comunicare bidirecțională. În plus, TAP suportă diverse rate de rețea (cum ar fi 100M, 1G, 10G, 40G și chiar 100G) și tipuri de medii (catenă răsucită, fibră monomodală, fibră multimodală) și poate fi adaptat la medii de rețea de diferite complexități, cum ar fi centre de date, rețele centrale și rețele de campus.

Scenarii de aplicare: Concentrare pe „Analiza precisă” și „Monitorizarea legăturilor cheie”

1. Depanarea rețelei și localizarea cauzei principale

Când apar probleme în rețea, cum ar fi pierderea pachetelor, întârzierea, jitter-ul sau lag-ul aplicației, este necesar să se restabilească scenariul în care a apărut eroarea, printr-un flux complet de pachete de date. De exemplu, dacă sistemele principale ale unei întreprinderi (cum ar fi ERP și CRM) se confruntă cu timeout-uri de acces intermitente, personalul de operare și întreținere poate implementa un TAP între server și switch-ul principal pentru a captura toate pachetele de date dus-întors, a analiza dacă există probleme precum retransmisia TCP, pierderea pachetelor, întârzierea rezoluției DNS sau erori de protocol la nivelul aplicației și, astfel, a localiza rapid cauza principală a erorii (cum ar fi probleme de calitate a legăturii, răspuns lent al serverului sau erori de configurare middleware).

2. Stabilirea nivelului de referință al performanței rețelei și monitorizarea anomaliilor

În operarea și întreținerea rețelei, stabilirea unei linii de bază pentru performanță în condiții normale de încărcare (cum ar fi utilizarea medie a lățimii de bandă, întârzierea de redirecționare a pachetelor de date și rata de succes a stabilirii conexiunii TCP) este baza pentru monitorizarea anomaliilor. TAP poate captura stabil date de volum complet ale legăturilor cheie (cum ar fi cele dintre switch-urile principale și dintre routerele de ieșire și ISP-uri) pentru o perioadă lungă de timp, ajutând personalul de operare și întreținere să calculeze diverși indicatori de performanță și să stabilească un model de linie de bază precis. Atunci când apar anomalii ulterioare, cum ar fi creșteri bruște de trafic, întârzieri anormale sau anomalii de protocol (cum ar fi solicitări ARP anormale și un număr mare de pachete ICMP), anomaliile pot fi detectate rapid prin compararea cu linia de bază și se poate interveni la timp.

3. Auditul conformității și detectarea amenințărilor cu cerințe de securitate ridicate

Pentru industriile cu cerințe ridicate de securitate și conformitate a datelor, cum ar fi finanțele, afacerile guvernamentale și energia, este necesar să se efectueze un audit complet al procesului de transmitere a datelor sensibile sau să se detecteze cu precizie potențialele amenințări la nivelul rețelei (cum ar fi atacurile APT, scurgerile de date și propagarea codului malițios). Funcția de captură fără pierderi a TAP asigură integritatea și acuratețea datelor de audit, putând îndeplini cerințele legilor și reglementărilor precum „Legea privind securitatea rețelelor” și „Legea privind securitatea datelor” pentru păstrarea și auditarea datelor; în același timp, pachetele de date cu volum complet oferă, de asemenea, mostre bogate în analiză pentru sistemele de detectare a amenințărilor (cum ar fi dispozitivele IDS/IPS și sandbox), ajutând la detectarea amenințărilor de joasă frecvență și a celor ascunse în traficul normal (cum ar fi codul malițios din traficul criptat și atacurile de penetrare deghizate în activități comerciale normale).

Limitări: Compromisul dintre cost și flexibilitatea implementării

Principalele limitări ale TAP rezidă în costul ridicat al hardware-ului și flexibilitatea redusă a implementării. Pe de o parte, TAP este un dispozitiv hardware dedicat și, în special, TAP-urile care suportă rate mari (cum ar fi 40G și 100G) sau mediile de fibră optică sunt mult mai scumpe decât funcția SPAN bazată pe software; pe de altă parte, TAP trebuie conectat în serie în legătura de rețea originală, iar legătura trebuie întreruptă temporar în timpul implementării (cum ar fi conectarea și deconectarea cablurilor de rețea sau a fibrelor optice). Pentru unele legături centrale care nu permit întreruperi (cum ar fi legăturile de tranzacții financiare care funcționează 24/7), implementarea este dificilă, iar punctele de acces TAP trebuie de obicei rezervate în avans în timpul fazei de planificare a rețelei.

SPAN: O soluție de agregare a datelor „multi-port” eficientă din punct de vedere al costurilor și flexibilă

SPAN este o funcție software încorporată în switch-uri (unele routere high-end o suportă și ele). Principiul său este de a configura intern switch-ul pentru a replica traficul de la unul sau mai multe porturi sursă (Source Ports) sau VLAN-uri sursă către un port de monitorizare desemnat (Destination Port, cunoscut și sub numele de mirror port) pentru recepție și procesare de către dispozitivul de analiză. Spre deosebire de TAP, SPAN nu necesită dispozitive hardware suplimentare și poate realiza colectarea de date doar bazându-se pe configurația software a switch-ului.

Caracteristici principale: Centrate pe „Eficiență din punct de vedere al costurilor” și „Flexibilitate”

1. Zero costuri suplimentare cu hardware-ul și implementare convenabilă

Întrucât SPAN este o funcție încorporată în firmware-ul switch-ului, nu este nevoie să achiziționați dispozitive hardware dedicate. Colectarea datelor poate fi activată rapid doar prin configurarea prin CLI (Command Line Interface) sau prin interfața de administrare web (cum ar fi specificarea portului sursă, a portului de monitorizare și a direcției de oglindire (intrare, ieșire sau bidirecțională)). Această caracteristică de „cost hardware zero” o face o alegere ideală pentru scenarii cu bugete limitate sau nevoi temporare de monitorizare (cum ar fi testarea aplicațiilor pe termen scurt și depanarea temporară).

2. Suport pentru agregarea traficului multi-sursă / multi-VLAN

Un avantaj major al SPAN este acela că poate replica traficul de la mai multe porturi sursă (cum ar fi porturile utilizator ale mai multor switch-uri de nivel de acces) sau mai multe VLAN-uri către același port de monitorizare în același timp. De exemplu, dacă personalul de operare și întreținere al întreprinderii trebuie să monitorizeze traficul terminalelor angajaților din mai multe departamente (corespunzătoare diferitelor VLAN-uri) care accesează Internetul, nu este nevoie să se implementeze dispozitive de colectare separate la ieșirea fiecărui VLAN. Prin agregarea traficului acestor VLAN-uri către un singur port de monitorizare prin SPAN, se poate realiza o analiză centralizată, îmbunătățind considerabil flexibilitatea și eficiența colectării datelor.

3. Nu este nevoie să întrerupeți legătura de rețea originală

Spre deosebire de implementarea în serie a TAP, atât portul sursă, cât și portul de monitorizare al SPAN sunt porturi obișnuite ale switch-ului. În timpul procesului de configurare, nu este nevoie să conectați și să deconectați cablurile de rețea ale legăturii originale și nu există niciun impact asupra transmiterii traficului original. Chiar dacă este necesar să ajustați portul sursă sau să dezactivați funcția SPAN ulterior, acest lucru se poate face doar prin modificarea configurației prin linia de comandă, ceea ce este convenabil de utilizat și nu interferează cu serviciile de rețea.

Scenarii de aplicații: Concentrare pe „monitorizare cu costuri reduse” și „analiză centralizată”

1. Monitorizarea comportamentului utilizatorilor în rețelele de campus / rețelele de întreprinderi

În rețelele de campusuri sau rețelele de întreprinderi, administratorii trebuie adesea să monitorizeze dacă terminalele angajaților au acces ilegal (cum ar fi accesarea site-urilor web ilegale și descărcarea de software piratat) și dacă există un număr mare de descărcări P2P sau fluxuri video care ocupă lățimea de bandă. Prin agregarea traficului porturilor de utilizator ale switch-urilor de nivel de acces către portul de monitorizare prin SPAN, combinată cu software de analiză a traficului (cum ar fi Wireshark și NetFlow Analyzer), monitorizarea în timp real a comportamentului utilizatorilor și statisticile de ocupare a lățimii de bandă pot fi realizate fără investiții suplimentare în hardware.

2. Depanare temporară și testare pe termen scurt a aplicațiilor

Când apar defecțiuni temporare și ocazionale în rețea sau când este necesar să se efectueze teste de trafic pe o aplicație nou implementată (cum ar fi un sistem OA intern și un sistem de videoconferință), SPAN poate fi utilizat pentru a construi rapid un mediu de colectare a datelor. De exemplu, dacă un departament raportează blocări frecvente în videoconferințe, personalul de operare și întreținere poate configura temporar SPAN pentru a oglindi traficul portului în care se află serverul de videoconferință către portul de monitorizare. Prin analizarea întârzierii pachetelor de date, a ratei de pierdere a pachetelor și a ocupării lățimii de bandă, se poate determina dacă defecțiunea este cauzată de o lățime de bandă insuficientă a rețelei sau de pierderea pachetelor de date. După finalizarea depanării, configurația SPAN poate fi dezactivată fără a afecta operațiunile ulterioare ale rețelei.

3. Statistici de trafic și auditare simplă în rețele mici și mijlocii

Pentru rețelele mici și mijlocii (cum ar fi întreprinderile mici și laboratoarele din campusuri), dacă cerința privind integritatea colectării datelor nu este ridicată și sunt necesare doar statistici simple de trafic (cum ar fi utilizarea lățimii de bandă a fiecărui port și proporția de trafic a aplicațiilor Top N) sau auditarea conformității de bază (cum ar fi înregistrarea numelor de domenii ale site-urilor web accesate de utilizatori), SPAN poate satisface pe deplin nevoile. Caracteristicile sale reduse și ușor de implementat îl fac o alegere rentabilă pentru astfel de scenarii.

Limitări: Deficiențe în integritatea datelor și impactul asupra performanței

1. Riscul de pierdere a pachetelor de date și de captare incompletă

Replicarea pachetelor de date de către SPAN se bazează pe resursele CPU și cache ale switch-ului. Când traficul portului sursă este la vârf (cum ar fi depășirea capacității cache a switch-ului) sau switch-ul procesează un număr mare de sarcini de redirecționare în același timp, CPU-ul va acorda prioritate asigurării redirecționării traficului original și va reduce sau suspenda replicarea traficului SPAN, rezultând pierderea pachetelor la portul de monitorizare. În plus, unele switch-uri au restricții privind rata de oglindire a SPAN (cum ar fi suportul pentru replicarea a doar 80% din trafic) sau nu suportă replicarea completă a pachetelor de date de dimensiuni mari (cum ar fi Jumbo Frames). Toate acestea vor duce la date colectate incomplete și vor afecta acuratețea rezultatelor analizelor ulterioare.

2. Ocuparea resurselor comutatorului și impactul potențial asupra performanței rețelei

Deși SPAN nu întrerupe direct legătura originală, atunci când numărul de porturi sursă este mare sau traficul este intens, procesul de replicare a pachetelor de date va ocupa resursele CPU și lățimea de bandă internă a switch-ului. De exemplu, dacă traficul mai multor porturi 10G este oglindit către un port de monitorizare 10G, atunci când traficul total al porturilor sursă depășește 10G, nu numai că portul de monitorizare va suferi pierderi de pachete din cauza lățimii de bandă insuficiente, dar și utilizarea CPU a switch-ului poate crește semnificativ, afectând astfel eficiența de redirecționare a pachetelor de date ale altor porturi și chiar provocând o scădere a performanței generale a switch-ului.

3. Dependența de funcție de modelul comutatorului și compatibilitate limitată

Nivelul de suport pentru funcția SPAN variază foarte mult între switch-urile de la diferiți producători și modele. De exemplu, switch-urile low-end pot suporta un singur port de monitorizare și nu suportă oglindirea VLAN sau oglindirea traficului full-duplex; funcția SPAN a unor switch-uri are o restricție de „oglindire unidirecțională” (adică oglindirea doar a traficului de intrare sau de ieșire și nu poate oglindi traficul bidirecțional în același timp); în plus, SPAN-ul cross-switch (cum ar fi oglindirea traficului portului switch-ului A către portul de monitorizare al switch-ului B) trebuie să se bazeze pe protocoale specifice (cum ar fi RSPAN de la Cisco și ERSPAN de la Huawei), care au o configurație complexă și o compatibilitate redusă și sunt dificil de adaptat la mediul de rețele mixte ale mai multor producători.

Compararea diferențelor principale și sugestii de selecție între TAP și SPAN

Compararea diferențelor de bază

Pentru a arăta mai clar diferențele dintre cele două, le comparăm din punct de vedere al caracteristicilor tehnice, impactului asupra performanței, costului și scenariilor aplicabile:

Sugestii de selecție: „Potrivire precisă” bazată pe cerințele scenariului

1. Scenarii în care se preferă TAP

○Monitorizarea legăturilor principale ale activității (cum ar fi switch-urile principale ale centrelor de date și legăturile routerului de ieșire), necesitând asigurarea integrității captării datelor;

○Localizarea cauzei principale a erorilor de rețea (cum ar fi retransmisia TCP și întârzierea aplicației), necesitând o analiză precisă bazată pe pachete de date cu volum complet;

○Industrii cu cerințe ridicate de securitate și conformitate (finanțe, afaceri guvernamentale, energie), care necesită respectarea integrității și nealterării datelor de audit;

○Medii de rețea cu rată mare de transfer (10G și peste) sau scenarii cu pachete de date de dimensiuni mari, care necesită evitarea pierderii de pachete în SPAN.

2. Scenarii în care se preferă SPAN

○Rețele mici și mijlocii cu bugete limitate sau scenarii care necesită doar statistici simple de trafic (cum ar fi ocuparea lățimii de bandă și aplicațiile de top);

○Depanare temporară sau testare pe termen scurt a aplicațiilor (cum ar fi testarea lansării unui sistem nou), care necesită implementare rapidă fără ocuparea resurselor pe termen lung;

○Monitorizare centralizată a porturilor multi-sursă/multi-VLAN-urilor (cum ar fi monitorizarea comportamentului utilizatorilor din rețeaua campusului), care necesită agregare flexibilă a traficului;

○Monitorizarea legăturilor non-core (cum ar fi porturile de utilizator ale switch-urilor de nivel de acces), cu cerințe reduse pentru integritatea captării datelor.

3. Scenarii de utilizare hibridă

În unele medii de rețea complexe, se poate adopta și o metodă de implementare hibridă „TAP + SPAN”. De exemplu, implementați TAP în legăturile principale ale centrului de date pentru a asigura capturarea volumului complet de date pentru depanare și auditarea securității; configurați SPAN în switch-urile de nivel de acces sau de nivel de agregare pentru a agrega traficul dispersat al utilizatorilor pentru analiza comportamentului și statistici privind lățimea de bandă. Acest lucru nu numai că satisface nevoile de monitorizare precisă a legăturilor cheie, dar reduce și costul total de implementare.

Așadar, fiind două tehnologii de bază pentru achiziția de date în rețea, TAP și SPAN nu au „avantaje sau dezavantaje” absolute, ci doar „diferențe în adaptarea la scenarii”. TAP este centrat pe „captura fără pierderi” și „fiabilitate stabilă” și este potrivit pentru scenarii cheie cu cerințe ridicate pentru integritatea datelor și stabilitatea rețelei, dar are un cost ridicat și o flexibilitate redusă de implementare; SPAN are avantajele „costului zero” și „flexibilității și confortului” și este potrivit pentru scenarii cu costuri reduse, temporare sau non-esențiale, dar prezintă riscuri de pierdere a datelor și impact asupra performanței.

În operarea și întreținerea rețelelor, inginerii de rețea trebuie să selecteze cea mai potrivită soluție tehnică în funcție de propriile nevoi de afaceri (cum ar fi dacă este vorba de o legătură centrală și dacă este necesară o analiză precisă), costurile bugetare, scalabilitatea rețelei și cerințele de conformitate. În același timp, odată cu îmbunătățirea ratelor de rețea (cum ar fi 25G, 100G și 400G) și modernizarea cerințelor de securitate a rețelei, tehnologia TAP este, de asemenea, în continuă dezvoltare (cum ar fi suportul pentru divizarea inteligentă a traficului și agregarea multi-port), iar producătorii de switch-uri optimizează continuu și funcția SPAN (cum ar fi îmbunătățirea capacității cache și suportul pentru mirroring fără pierderi). În viitor, cele două tehnologii își vor continua rolul în domeniile respective și vor oferi un suport de date mai eficient și mai precis pentru gestionarea rețelei.