文章目录
作业描述
MapReduce 实践题：Web 访问日志分析与异常检测
题目背景
你被要求设计和实现一个基于 MapReduce 的大规模 Web 访问日志分析与异常检测系统。该系统的目标是从每日数百万条访问日志中提取有用的信息，并检测出潜在的异常访问行为。访问日志文件格式如下：
127.0.0.1 - - [10/Oct/2021:13:55:36 -0700] "GET /index.html HTTP/1.1" 200 1043
192.168.0.1 - - [10/Oct/2021:13:56:12 -0700] "POST /login HTTP/1.1" 200 2326
...
数据集说明
- IP 地址：例如，
127.0.0.1。 - 时间戳：例如，
[10/Oct/2021:13:55:36 -0700]。 - 请求方法：例如，
"GET"或"POST"。 - 请求 URL：例如，
"/index.html"。 - HTTP 响应码：例如，
200、404或500。 - 响应大小：例如，
1043。
任务要求
- 数据预处理：
- 解析每条日志记录，提取以下字段：IP 地址、请求时间、请求方法、请求 URL、HTTP 响应码、响应大小。
- 将解析后的数据格式化为结构化格式（例如，JSON）。
- 访问统计：
- 统计每个 IP 地址在一天中的访问次数。
- 统计每个请求 URL 在一天中的访问次数。
- 异常检测：
- 检测异常高的访问频率：对于每个 IP 地址，计算访问次数的平均值和标准差，标记访问次数超过均值加三倍标准差的 IP 地址。
- 检测潜在的恶意请求：检测 HTTP 响应码为 4xx 和 5xx 的请求，统计每个 IP 地址的异常请求次数，并标记异常请求次数占总请求次数比例超过 20% 的 IP 地址。
- 结果输出：
- 输出访问统计结果：每个 IP 地址的访问次数，每个请求 URL 的访问次数。
- 输出异常检测结果：异常高访问频率的 IP 地址及其访问次数，潜在的恶意请求 IP 地址及其异常请求次数和总请求次数的比例。
输入数据示例
127.0.0.1 - - [10/Oct/2021:13:55:36 -0700] "GET /index.html HTTP/1.1" 200 1043
192.168.0.1 - - [10/Oct/2021:13:56:12 -0700] "POST /login HTTP/1.1" 200 2326
...
输出数据示例
访问统计结果：
IP访问次数:
127.0.0.1 150
192.168.0.1 200
URL访问次数:
/index.html 300
/login 400
异常检测结果：
异常高访问频率 IP:
192.168.0.1 1200
潜在恶意请求 IP:
127.0.0.1 50 25.0%
实现步骤
- 数据预处理 Mapper：
- 解析日志记录，提取必要字段并输出结构化数据。
- 访问统计 Mapper 和 Reducer：
- Mapper：统计每个 IP 地址和每个 URL 的访问次数。
- Reducer：汇总每个 IP 地址和每个 URL 的访问次数。
- 异常检测 Mapper 和 Reducer：
- Mapper：计算每个 IP 地址的访问次数，检测 HTTP 响应码为 4xx 和 5xx 的请求。
- Reducer：计算每个 IP 地址访问次数的均值和标准差，标记异常高访问频率的 IP 地址；统计每个 IP 地址的异常请求次数并计算异常请求比例，标记潜在的恶意请求 IP 地址。
解题思路
- 数据预处理 Mapper：解析日志记录，提取必要字段并输出结构化数据。
- 访问统计 Mapper 和 Reducer：统计每个 IP 地址和每个 URL 的访问次数。
- 异常检测 Mapper 和 Reducer：计算每个 IP 地址的访问次数，检测 HTTP 响应码为 4xx 和 5xx 的请求。
- 主方法：设置三个 MapReduce 作业：数据预处理、访问统计和异常检测。
1. 数据预处理
PreprocessMapper
package org.example.mapreduce.t1;
import org.apache.hadoop.io.LongWritable;
import org.apache.hadoop.io.Text;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Mapper;
import java.io.IOException;
/**
* @author 撕得失败的标签
* @version 1.0
* @description: 数据预处理
* @date 2024/6/22 22:35
*/
public class PreprocessMapper extends Mapper<LongWritable, Text, Text, Text> {
/**
* @description:
* 1. 解析每条日志记录，提取以下字段：IP 地址、请求时间、请求方法、请求 URL、HTTP 响应码、响应大小。
* 2. 将解析后的数据格式化为结构化格式（例如，JSON）。
* @author 撕得失败的标签
* @date 2024/6/23 11:09
*/
@Override
protected void map(LongWritable key, Text value, Context context) throws IOException, InterruptedException {
String line = value.toString();
String[] strings = line.split(" ");
if (strings.length == 10) {
// 提取匹配到的字段
String ipAddress = strings[0];
String timestamp = strings[3] + " " + strings[4];
String requestMethod = strings[5];
String requestUrl = strings[6];
String httpStatusCode = strings[8];
String responseSize = strings[9];
context.write(new Text(ipAddress), new Text(timestamp + "," + requestMethod + "," + requestUrl + "," + httpStatusCode + "," + responseSize));
}
}
}
2. 访问统计
AccessStatistics
package org.example.mapreduce.t1;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Mapper;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Reducer;
import org.apache.hadoop.io.Text;
import org.apache.hadoop.io.LongWritable;
import java.io.IOException;
/**
* @author 撕得失败的标签
* @version 1.0
* @description: 访问统计
* @date 2024/6/22 22:55
*/
public class AccessStatistics {
/**
* @description:
* 1. 统计每个 IP 地址在一天中的访问次数。
* 2. 统计每个请求 URL 在一天中的访问次数。
* @author 撕得失败的标签
* @date 2024/6/23 11:08
*/
public static class Map extends Mapper<LongWritable, Text, Text, LongWritable> {
@Override
protected void map(LongWritable key, Text value, Context context) throws InterruptedException, IOException {
String line = value.toString();
String[] strings = line.split(" ");
// 统计一天的，以 20/Jun/2024 为例
if (strings[3].contains("20/Jun/2024")) {
// IP
context.write(new Text(strings[0]), new LongWritable(1));
// URL
context.write(new Text(strings[6]), new LongWritable(1));
}
}
}
public static class Reduce extends Reducer<Text, LongWritable, Text, LongWritable> {
@Override
protected void reduce(Text key, Iterable<LongWritable> values, Context context) throws IOException, InterruptedException {
long sum = 0;
for (LongWritable value : values) {
sum += value.get();
}
context.write(key, new LongWritable(sum));
}
}
}
3. 异常检测
AnomalyDetection
package org.example.mapreduce.t1;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Mapper;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Reducer;
import org.apache.hadoop.io.Text;
import org.apache.hadoop.io.LongWritable;
import java.io.IOException;
import java.util.HashMap;
/**
* @author 撕得失败的标签
* @version 1.0
* @description: 异常检测
* @date 2024/6/23 11:08
*/
public class AnomalyDetection {
/**
* @description:
* 1. 检测异常高的访问频率：对于每个 IP 地址，计算访问次数的平均值和标准差，标记访问次数超过均值加三倍标准差的 IP 地址。
* 2. 检测潜在的恶意请求：检测 HTTP 响应码为 4xx 和 5xx 的请求，
* 统计每个 IP 地址的异常请求次数，
* 并标记异常请求次数占总请求次数比例超过 20% 的 IP 地址。
* @author 撕得失败的标签
* @date 2024/6/23 11:08
*/
public static class Map extends Mapper<LongWritable, Text, Text, LongWritable> {
@Override
protected void map(LongWritable key, Text value, Context context) throws IOException, InterruptedException {
String[] strings = value.toString().split(" ");
String ip = strings[0];
context.write(new Text(ip), new LongWritable(1));
String httpStatusCode = strings[8];
if (httpStatusCode.startsWith("4") || httpStatusCode.startsWith("5")) {
String anomaly = "+" + ip;
context.write(new Text(anomaly), new LongWritable(1));
}
}
}
public static class Reduce extends Reducer<Text, LongWritable, Text, LongWritable> {
private final HashMap<String, Long> ipToCount = new HashMap<String, Long>();
private final HashMap<String, Long> ipToAnomalyCount = new HashMap<String, Long>();
@Override
protected void reduce(Text key, Iterable<LongWritable> values, Context context) throws IOException, InterruptedException {
long sum = 0;
for (LongWritable value : values) {
sum += value.get();
}
// context.write(key, new LongWritable(sum));
String ip = key.toString();
if (ip.startsWith("+")) {
ip = ip.substring(1);
ipToAnomalyCount.put(ip, sum);
}
ipToCount.put(ip, sum);
}
@Override
protected void cleanup(Context context) throws IOException, InterruptedException {
// 实现异常检测的逻辑
long sum = 0;
for (String k : ipToCount.keySet()) {
sum += ipToCount.get(k);
}
double avg = (double) (sum / ipToCount.size());
double std = 0;
for (String k : ipToCount.keySet()) {
std += Math.pow(ipToCount.get(k) - avg, 2);
}
// 异常高访问频率 IP
for (String k : ipToCount.keySet()) {
if (ipToCount.get(k) > avg + 3 * std) {
context.write(new Text(k), new LongWritable(ipToCount.get(k)));
}
}
// 潜在恶意请求 IP
for (String k : ipToAnomalyCount.keySet()) {
double anomaly = (double) ipToAnomalyCount.get(k) / ipToCount.get(k);
if (anomaly > 0.2) {
context.write(new Text(k + "\t" + String.format("%.1f", anomaly * 100) + "%"), new LongWritable(ipToAnomalyCount.get(k)));
}
}
}
}
}
4. 主方法
Main
package org.example.mapreduce.t1;
import org.apache.hadoop.conf.Configuration;
import org.apache.hadoop.fs.FileSystem;
import org.apache.hadoop.fs.Path;
import org.apache.hadoop.io.LongWritable;
import org.apache.hadoop.io.Text;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Job;
import org.apache.hadoop.mapreduce.lib.input.FileInputFormat;
import org.apache.hadoop.mapreduce.lib.output.FileOutputFormat;
import java.io.IOException;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.InputStreamReader;
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;
/**
* @author 撕得失败的标签
* @version 1.0
* @description: 主方法
* @date 2024/6/22 22:34
*/
public class Main {
public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException, ClassNotFoundException {
// 创建配置信息
Configuration conf = new Configuration();
conf.set("fs.default.name","hdfs://hadoop102:9000");
// 1. 数据预处理 PreprocessMapper
Job preprocessJob = Job.getInstance(conf, "preprocess job");
preprocessJob.setJarByClass(Main.class);
preprocessJob.setMapperClass(PreprocessMapper.class);
preprocessJob.setOutputKeyClass(Text.class);
preprocessJob.setOutputValueClass(Text.class);
FileInputFormat.addInputPath(preprocessJob, new Path("/m1"));
FileSystem fs = FileSystem.get(conf);
Path outPath = new Path("/t1/preprocess");
if(fs.exists(outPath)) {
fs.delete(outPath, true);
}
FileOutputFormat.setOutputPath(preprocessJob, outPath);
preprocessJob.waitForCompletion(true);
// 2. 访问统计 AccessStatistics
Job accessStatisticsJob = Job.getInstance(conf, "access statistics job");
accessStatisticsJob.setJarByClass(Main.class);
accessStatisticsJob.setMapperClass(AccessStatistics.Map.class);
accessStatisticsJob.setReducerClass(AccessStatistics.Reduce.class);
accessStatisticsJob.setOutputKeyClass(Text.class);
accessStatisticsJob.setOutputValueClass(LongWritable.class);
FileInputFormat.addInputPath(accessStatisticsJob, new Path("/m1"));
FileSystem fs1 = FileSystem.get(conf);
Path outPath1 = new Path("/t1/statistics");
if(fs1.exists(outPath1)) {
fs1.delete(outPath1, true);
}
FileOutputFormat.setOutputPath(accessStatisticsJob, outPath1);
accessStatisticsJob.waitForCompletion(true);
// 3. 异常检测 AnomalyDetection
Job anomalyDetectionJob = Job.getInstance(conf, "anomaly detection job");
anomalyDetectionJob.setJarByClass(Main.class);
anomalyDetectionJob.setMapperClass(AnomalyDetection.Map.class);
anomalyDetectionJob.setReducerClass(AnomalyDetection.Reduce.class);
anomalyDetectionJob.setOutputKeyClass(Text.class);
anomalyDetectionJob.setOutputValueClass(LongWritable.class);
FileInputFormat.addInputPath(anomalyDetectionJob, new Path("/m1"));
FileSystem fs2 = FileSystem.get(conf);
Path outPath2 = new Path("/t1/anomaly");
if(fs2.exists(outPath2)) {
fs2.delete(outPath2, true);
}
FileOutputFormat.setOutputPath(anomalyDetectionJob, outPath2);
anomalyDetectionJob.waitForCompletion(true);
// 4. 输出结果 Output
// 访问统计结果：
FileSystem fs3 = FileSystem.get(conf);
Path outPath3 = new Path("/t1/statistics/part-r-00000");
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(fs3.open(outPath3)));
List<String> ip = new LinkedList<String>();
List<String> url = new LinkedList<String>();
String line;
while ((line = br.readLine()) != null) {
if (line.startsWith("/")) {
url.add(line);
} else {
ip.add(line);
}
}
// IP访问次数:
System.out.println("\nIP访问次数:");
for (String s : ip) {
System.out.println(s);
}
// URL访问次数:
System.out.println("\nURL访问次数:");
for (String s : url) {
System.out.println(s);
}
// 异常检测结果：
FileSystem fs4 = FileSystem.get(conf);
Path outPath4 = new Path("/t1/anomaly/part-r-00000");
BufferedReader br1 = new BufferedReader(new InputStreamReader(fs4.open(outPath4)));
List<String> potential = new LinkedList<String>();
List<String> anomaly = new LinkedList<String>();
String line1;
while ((line1 = br1.readLine()) != null) {
String[] strings = line1.split("\t");
if (strings.length == 2) {
anomaly.add(line1);
} else {
potential.add(line1);
}
}
// 异常高访问频率 IP:
System.out.println("\n异常高访问频率 IP:");
if (anomaly.size() == 0) {
System.out.println("无");
} else {
for (String s : anomaly) {
System.out.println(s);
}
}
// 潜在恶意请求 IP:
System.out.println("\n潜在异常高访问频率 IP:");
if (potential.size() == 0) {
System.out.println("无");
} else {
for (String s : potential) {
String[] strings = s.split("\t");
System.out.println(strings[0] + "\t" + strings[2] + "\t" + strings[1]);
}
}
}
}
5. 结果输出
IP访问次数:
10.0.0.1 334003
10.0.0.2 334350
10.0.0.3 333056
10.0.0.4 333947
10.0.0.5 333263
127.0.0.1 332347
127.0.0.2 333025
127.0.0.3 332450
127.0.0.4 333005
127.0.0.5 333428
192.168.0.1 334054
192.168.0.2 332883
192.168.0.3 333681
192.168.0.4 333133
192.168.0.5 333375
URL访问次数:
/cart 713975
/checkout 713453
/contact 715382
/home.html 712570
/index.html 715544
/login 714255
/products 714821
异常高访问频率 IP:
无
潜在异常高访问频率 IP:
192.168.0.2 222498 66.8%
192.168.0.1 222165 66.5%
127.0.0.5 221778 66.5%
192.168.0.4 222096 66.7%
127.0.0.4 222156 66.7%
192.168.0.3 222227 66.6%
192.168.0.5 222070 66.6%
10.0.0.4 222243 66.6%
10.0.0.3 221966 66.6%
10.0.0.5 222347 66.7%
10.0.0.2 222664 66.6%
10.0.0.1 222493 66.6%
127.0.0.3 221464 66.6%
127.0.0.2 222197 66.7%
127.0.0.1 221702 66.7%
Process finished with exit code 0
本站资源均来自互联网，仅供研究学习，禁止违法使用和商用，产生法律纠纷本站概不负责！如果侵犯了您的权益请与我们联系！
转载请注明出处： 免费源码网-免费的源码资源网站 » MapReduce 实践题：Web 访问日志分析与异常检测
发表评论 取消回复