题目：基于Netfilter的可扩展式计费管理系统的研究与实现

校园网计费管理系统又称IP计费网关，是基于IP地址的计量、计费和用户管理系统。通常的实现方式是在校园网的范围内，通过路由器或其他设备记录每个IP地址的流量数据作为计费的原始依据，并向IP所在的单位征收费用。校园网计费管理系统通常包含流量采集/分析和用户管理两个主要模块。通过对现有计费管理系统的全面综合与分析比较，并结合校园网发展的趋势，本文设计并实现了基于Netfilter的可扩展式计费管理系统。主要工作和研究成果包括：1).设计并实现了IP地址快速检索算法。IP地址快速检索是计费管理系统实现其他功能的基础，本文通过分析IP地址空间分配的特性，引入特殊的叶结点结构，设计并实现了缩减搜索子树中间节点和叶节点的算法，对中间节点进行了充分有效的归并，从而压缩了索引表的大小，提高了IP检索的平均Cache命中率，实现了IP地址的快速检索。2).设计并实现了可扩展式的计费管理系统。经过详细的方案论证，探讨了可扩展式系统中流量采集/分析节点的负载均衡机制和数据同步机制，提出了基于静态路由的负载均衡解决方案和系统的弱一致性实现方法，设计并实现具有了多个流量采集/分析节点的分布式计费管理系统，同时实现了实时的流量统计与用户控制。本文在系统中加入错误恢复机制，增强了系统的可靠性。在我们已知的文献中，没有类似的可扩展式计费管理系统的设计和实现。3).对系统进行了较为全面的测试和分析。较为全面地对该计费管理系统的性能作了测试和分析，并比较了核心组件与现有系统的性能，证实了本文所设计的基于Netfilter的可扩展式计费管理系统较好的满足了计费管理系统的核心性能指标，并且具有实时性好，可扩展性好等优点。分析了影响系统的一些重要因素，如系统硬件平台的总线吞吐性能，网卡的吞吐性能等对计费管理系统性能的影响。