数据压缩与网络监测实用技术解析

# 数据压缩与网络监测实用技术解析 ## 一、数据压缩技术 ### 1.1 有损压缩与 JPEG 文件 在处理 JPEG 文件时，如果将其作为程序输入，最终结果会得到一个质量比原始文件更低的 JPEG 文件。这是因为在处理过程中可能会进一步压缩，导致信息丢失。 ### 1.2 视频压缩 随着家庭宽带技术的普及，按需向普通用户提供视频服务即将成为现实。若不进行压缩，所需带宽将非常巨大。目前已开发出多种视频数据压缩标准，其中最成功的是运动图像专家组（MPEG）。MPEG 编码器价格较高，但能提供比其他格式更好的压缩效果。 较为廉价的替代方案是音频 - 视频交错（AVI）格式，它内置于 Windows API 中。虽然其压缩能力远不及 MPEG，但能节省开发专有格式的时间。创建 AVI 文件的一个不错资源是 www.shrinkwrapvb.com，代码示例为 Visual Basic 6.0，可在 Visual Studio .NET 中移植到 VB.NET。 视频压缩与音频压缩类似，但有三个成像数据通道和一个音频通道。每个像素由红、绿、蓝（RGB 格式）三种颜色组合而成。 #### 1.2.1 子采样技术 子采样是 MPEG 和 JPEG 在编码过程开始时采用的一种重要压缩技术。该过程首先将 RGB 格式转换为 YUV 格式，YUV 格式根据亮度和色度来定义每种颜色。色度定义颜色（从红色到蓝色），亮度定义饱和度或灰度。由于亮度变化比色度更频繁，因此可以发送较少的颜色数据。例如，一辆红色汽车在阴影下可能会变成深红色，但很少会自发变成蓝色。 在电影压缩中应用此现象时，色度级别每帧更新，而饱和度级别仅每隔几帧更新。在 H.261 标准中，色度与亮度采样的比例为 4:1。 #### 1.2.2 MPEG 编码的运动估计算法 MPEG 编码最独特的部分是运动估计算法。该算法将图像分割成宏块，即 8×8 的像素块，然后将这些块与前一帧或后一帧中的块进行相似度比较。由于大多数图像在帧与帧之间变化不大，因此这是一种有效的压缩技术，但对编码器的处理器要求较高。所以，MPEG 压缩很少能实时进行，必须在提供服务前进行预编码。MPEG 解压缩速度比压缩速度快约 10 倍，可在接收数据时进行。 MPEG 压缩的最后阶段是使用 JPEG 图像压缩对每个宏块进行压缩。 ### 1.3 压缩的权衡与优势 在很多情况下，为了在更短时间内向客户端提供更多数据，需要在数据完整性、及时性或质量方面进行权衡，但这种权衡通常是完全合理的。例如，很多人能分辨出 CD 质量音频和 Mp3 音频的区别，但在下载 20MB 的波形文件或等效的 2MB Mp3 文件时，很少有人会为了追求质量差异而愿意多等 10 倍的时间来听音乐。 无损数据压缩能保证数据的完整性，还能将高熵数据（如纯文本或 XML）压缩到原始大小的一小部分。只要服务器和客户端有足够的处理能力，以比通过网络传输数据更快的速度进行压缩和解压缩，那么压缩就是加速应用程序通信的绝佳方法。 ## 二、网络监测协议 ### 2.1 DNS 协议 #### 2.1.1 DNS 概述 DNS 运行在 UDP 端口 53 上，相关规范在 RFC 1010、RFC 1304、RFC 1035 和 RFC 1183 中描述。DNS 的最常见用途是将域名转换为 IP 地址，因为人们很难记住超过九位的数字字符串。 没有中央计算机存储域名与 IP 地址的对应列表，而是由全球的 DNS 服务器网络保存这些信息。每个网站通常会在两个 DNS 服务器上列出，这些服务器在该域名中具有权威性。DNS 服务器会定期相互查询更新信息，因此如果更改网站的托管提供商，新的 DNS 信息可能需要长达 48 小时才能在互联网上传播。 可以使用 `DNS.GetHostByName` 将域名（字符串）转换为 IP 地址（`IPHostEntry`），使用 `DNS.GetHostByAddress` 实现反向转换。不过，DNS 的功能不止于此，实际上，大多数 DNS 处理是在后台进行的，大多数高级网络编程很少需要知道与之通信的服务器或客户端的 IP 地址。 #### 2.1.2 DNS 在电子邮件中的作用 DNS 在收发电子邮件中也发挥着重要作用。SMTP 服务器使用 DNS 邮件交换（MX）来发现目标 POP3 服务器。具体做法是向任意 DNS 服务器发送一个特殊格式的 DNS 查询，服务器会返回与指定域名关联的邮件服务器列表，并按优先级排序。 这种技术可用于提供电子邮件地址验证，还能简化电子邮件软件，让最终用户无需输入 SMTP 服务器详细信息。此外，它比通过 SMTP 中继更快，可提高电子邮件软件的性能。 #### 2.1.3 实现 DNS MX 查询 以下是实现 DNS MX 查询的具体步骤： 1. 在 Visual Studio .NET 中打开一个新项目，绘制三个文本框，分别命名为 `tbDNSServer`、`tbDomain` 和 `tbStatus`，将 `tbStatus` 的 `multiline` 属性设置为 `true`，并添加一个名为 `btnFind` 的按钮。 2. 点击“Find”按钮，添加以下代码： ```csharp private void btnFind_Click(object sender, System.EventArgs e) { byte[] DNSQuery; byte[] DNSReply; UdpClient dnsClient = new UdpClient(tbDNSServer.Text , 53); DNSQuery = makeQuery(DateTime.Now.Millisecond * 60,tbDomain.Text); dnsClient.Send(DNSQuery,DNSQuery.GetLength(0)); IPEndPoint endpoint = null; DNSReply = dnsClient.Receive(ref endpoint); this.tbStatus.Text = makeResponse(DNSReply,tbDomain.Text); } ``` ```vbnet Private Sub btnFind_Click(ByVal sender As Object, ByVal e As System.EventArgs) Dim DNSQuery() As Byte Dim DNSReply() As Byte Dim dnsClient As UdpClient = New UdpClient(tbDNSServer.Text, 53) DNSQuery = makeQuery(DateTime.Now.Millisecond * 60, tbDomain.Text) dnsClient.Send(DNSQuery, DNSQuery.GetLength(0)) Dim endpoint As IPEndPoint = Nothing DNSReply = dnsClient.Receive(endpoint) Me.tbStatus.Text = makeResponse(DNSReply, tbDomain.Text) End Sub ``` 3. 编写 `makeQuery` 函数来准备 MX 查询： ```csharp public byte[] makeQuery(int id,string name) { byte[] data = new byte[512]; byte[] Query; data[0] = (byte) (id >> 8); data[1] = (byte) (id & 0xFF ); data[2] = (byte) 1; data[3] = (byte) 0; data[4] = (byte) 0; data[5] = (byte) 1; data[6] = (byte) 0; data[7] = (byte) 0; data[8] = (byte) 0; data[9] = (byte) 0; data[10] = (byte) 0; data[11] = (byte) 0; string[] tokens = name.Split(new char[] {'.'}); string label; int position = 12; for(int j=0; j<tokens.Length; j++) { label = tokens[j]; data[position++] = (byte) (label.Length & 0xFF); byte[] b = System.Text.Encoding.ASCII.GetBytes(label); for(int k=0; k < b.Length; k++) { data[position++] = b[k]; } } data[position++] = (byte) 0 ; data[position++] = (byte) 0; data[position++] = (byte) 15; data[position++] = (byte) 0 ; data[position++] = (byte) 1 ; Query = new byte[position+1]; for (int i=0;i<=position;i++) { Query[i]= data[i]; } return Query; } ``` ```vbnet Public Function makeQuery(id as Integer,name as String) as Byte() Dim data() As Byte = New Byte(512) {} Dim Query() As Byte data(0) = CType((id >> 8), Byte) data(1) = CType((id And &HFF), Byte) data(2) = 1 : data(3) = 0 data(4) = 0 : data(5) = 1 data(6) = 0 : data(7) = 0 data(8) = 0 : data(9) = 0 data(10) = 0 : data(11) = 0 Dim tokens() As String = Name.Split(New Char() {"."}) Dim label As String Dim position As Integer = 12 Dim j As Integer For j = 0 To tokens.Length - 1 label = tokens(j) data(position) = CType((label.Length And &HFF), Byte) position = position + 1 Dim b() As Byte = System.Text.Encoding.ASCII.GetBytes(label) Dim k As Integer For k = 0 To b.Length - 1 data(position) = b(k) position = position + 1 Next Next data(position) = 0 position = position + 1 data(position) = 0 position = position + 1 data(position) = 15 position = position + 1 data(position) = 0 position = position + 1 data(position) = 1 Query = New Byte(position + 1) {} Dim i As Integer For i = 0 To position Query(i) = data(i) Next Return Query End Function ``` 4. 编写 `makeResponse` 函数分析响应： ```csharp public string makeResponse(byte[] data,string name) { int qCount = ((data[4] & 0xFF) << 8) | (data[5] & 0xFF); int aCount = ((data[6] & 0xFF) << 8) | (data[7] & 0xFF); int position=12; for( int i=0;i<qCount; ++i) { name = ""; position = proc(position,data,ref name); position += 4; } string Response =""; for (int i = 0; i < aCount; ++i) { name = ""; position = proc(position,data,ref name); position+=12; name=""; position = proc(position,dat ```