网络拓扑快速发现方法分析（精品）.docx

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1、网络拓扑快速发现方法分析网络拓扑构造研究对自治域协议安全分析、网络提供商优化网络性能和网络安全管理意义重大。网络拓扑发现根据路由等网络元素存储的转发途径信息或网络主动测量获取的逐跳途径信息，对网络拓扑构造进行获取和分析。网络拓扑发现方法分为基于路由转发表、基于简单网络管理协议和管理信息库信息以及基于因特网控制报文协议种途径探测分析方法。基于路由转发表的方法利用边界网关协议和开放式最短途径优先协议等路由协议，对自治域间和自治域内进行网络拓扑发现。该方法优点是速度快以及网络负载小，缺点是发现范围有限，范围仅取决于获取路由转发表的网络范围；基于和信息的方法是通过访问路由器、交换机或网桥中的库，通过库

2、中的路由表、接口表及其他信息分析网络拓扑构造。该方法优点是实现简单、速度快且准确率高，缺点是库的访问权限难以获取，无法对整个互联网进行网络拓扑发现。基于的途径探测分析方法一般使用回送请求和回送应答，通过存活时间设置，对互联网拓扑途径进行发现，通常包含地址集构造探测、存活主机探测、途径和时延信息探测以及拓扑构造生成与显示个阶段。该方法优点是探测地址可灵敏选择以及不依靠路由器或交换机的访问权限，缺点是网络负载大且速度慢。上述种网络拓扑发现方法各有优缺点。由于互联网地址规模庞大、自治域间和自治域内路由协议不同以及诸多网络元素访问权限获取难度大，因而对互联网网络拓扑发现主要采用基于的网络拓扑发现方法。

3、随着互联网网络拓扑构造研究的不断深化，发现了互联网网络拓扑构造的各种特性，如幂率特性、鲁棒且脆弱性和聚集特性等，以及网络拓扑构造的不同度量指标节点度分布、聚集系数、介数、核数和平均途径长度等其他特性。利用上述网络拓扑构造特性可优化拓扑构造发现方法，提高拓扑构造发现效率，降低正常网络流量的扰动。鉴于的网络拓扑发现方法存在注入网络数据量大和时效不高等问题，将互联网构造特性与网络拓扑发现方法结合，提出了一种基于途径前缀匹配和双向探测的网络拓扑发现方法，进而降低了注入网络的流量负载，有效提高了网络拓扑发现的时间效率。途径探测是最早利用进行报文传输途径探测的工具，由在年开发。其原理是发送报文递增的用户数

4、据报协议报文，在探测报文从源端到目的端的传送途径中每经过一个路由其报文值自动减，当报文值为时，路由器向源端返回报文超时的报文，当到达目的端时，由于端口选择较大的目的端口，将返回端口不可达报文。因而设置首个探测报文值为，后续探测报文值逐次加，可根据返回的超时报文和目的端返回的端口不可达报文中地址，获取源端到目的端的网络途径信息。是由加利福尼亚大学互联网应用数据分析中心开发的分布式网络测量工具，在美国、英国、加拿大和法国等国家分别部署了个测量点。基于传输控制协议报文实现，使用常用端口可确保报文到达目的端时通过防火墙的过滤规则。个测量点共用由个地址构成的目的地址集，每完成一次对地址集的途径及报文往返

5、时间的测量循环。与类似，采用分布式测量方法对大规模网络的拓扑构造和链路时延进行测量。主要区别：采用启发式地址集随机生成机制，可自适应构造探测地址集，而不依靠于解析路由表和域名解析服务数据库等手段。通过改良实现个目的：任意位置部署；无需额外输入，仅依靠有限值探测报文，但启发式地址生成机制可能产生较大的探测流量。针对网络拓扑构造进行发现和构造，采用直接探测机制和路由器接口聚合机制以提高拓扑构造发现和构造效率。直接探测机制利用路由表对经过的探测途径进行挑选，减少了探测地址和途径数量。路由器接口聚合机制可根据探测途径中路由接口特征，识别一样路由器的不同接口并聚合为唯一的路由器地址，进而提高拓扑构造发现

6、的准确性和效率。以上方法分别针对基于的网络拓扑发现的不同方面，解决了分布式网络拓扑发现、启发式地址集构造和路由器接口聚合等问题。对于每个测量点，注入网络数据量大和时间效率低还是影响互联网网络拓扑发现的重点问题。本文根据互联网网络构造特点，改良了互联网网络拓扑发现方法，进而降低了探测数据流量并提高了时间效率。双向探测基于的网络拓扑发现方法普遍采用单向增长方法，对测量点到目的网络设备的网络途径进行测量，如图所示。其中，为探测端为的探测报文；为路由丢弃超时报文时的响应报文；为目的网络地址的目的端口不可达响应报文。探测端向目的网络设备发送由开场，以为步长递增的，或报文。当的探测报文发送后，等待接收路由

7、器的超时返回报文或目的网络设备的端口不可达报文，并记录途径第跳的路由接口地址以及报文或目的网络设备报文往返时间。若接收时间超时，则对路由地址重新探测。连续次探测失败后，则以为该路由为匿名路由，设置该路由接口地址为并对的路由地址继续进行探测。若连续个路由均无法探测成功，则以为该目的网络设备无法到达，放弃该网络设备的途径探测。根据目前方法对多个地址进行测量时，由于互联网网络构造的聚集特点，途径中大量路由节点将会重复探测。图给出了网络聚集构造特点，当从探测点到目的网络设备，和进行测量时，路由器将会在每次测量中进行探测。由于互联网网络规模庞大，对整个互联网网络拓扑构造的发现和测量的工作量将是宏大的和重

8、复的，故增加了探测数据流量和时间代价。针对互联网网络拓扑构造特点以及网络拓扑发现方法重复探测率高的问题，提出了双向探测的网络拓扑构造发现方法。前缀匹配哈希表与切割线在双向探测方法递减经过中，需要每次对返回的超时报文地址进行查表，其结果断定能否继续递减探测。前缀匹配表的构造对网络拓扑发现发送的探测流量和时间效率产生较大影响，应从查询速度和表的大小方面考虑，使用哈希表能较好地知足以上项要求。探测端负责维护个哈希表组，分别以每个值建立个哈希表，第个哈希表为从探测端出发第跳的常见路由地址及其前跳的途径信息。随着的增加，路由器地址将以指数级增加。为了控制哈希表规模，当的路由地址在哈希表查询失败时，该地址

9、和途径前缀信息不插入哈希表，而插入待哈希列表。利用定期扫描待哈希列表对哈希表进行更新，进而确保命中率以及哈希表规模可控。根据文献，互联网作为小世界网络，其节点平均距离是个连接，因而取中间值作为初始切割线，分别建立的个哈希表。探测经过中不断扫描待哈希列表对哈希表更新，对个哈希表的命中率进行分析，将命中率最高的值作为分割线，对小于分割线的段和大于分割线的段进行递减和递增探测。试验验证网络拓扑构造发现方法的评价标准分为完备性、时间效率、网络负载和准确性方面。其中，完备性指拓扑发现可能获取的网络覆盖范围能否对所有网络设备进行发现；时间效率从网络拓扑构造发现所需时间衡量方法优劣性；网络负载指网络探测经过

10、中对网络流量的影响大小；准确性针对网络拓扑发现结果与真实网络的误差进行分析。为了对基于的双向网络拓扑发现方法的网络负载、时间效率和准确性进行分析，本文对中国教育网的所有网段利用进行扫描获取探测地址集，共获得活跃的主机地址个，针对该地址集分别使用传统和双向探测方法进行试验比照。传统方法以递增探测，双向探测方法以为初始值，哈希表大小设为，目的地址集为中国教育网内活跃的主机中随机抽取不同规模的个地址集，其探测结果从完备性、时间效率、网络负载和准确方面比照。完备性双向探测方法仅针对探测经过进行改良，未涉及改良探测地址集的生成技术。因而，从完备性角度，该方法与传统方法一样。时间效率从探测地址集随机抽取，

11、个地址建立不同规模的探测地址集个，探测地址集完成探测所需时间如图所示。由图可见，双向探测与传统方法相比，降低了探测时间，且在一定规模的探测地址集内，随地址集规模的增大，降低探测时间的程度也随之增加。网络负载网络拓扑发现探测所需流量是网络拓扑发现的一个重要因素，探测经过应尽可能降低正常网络业务流量的干扰。利用上述个探测地址集，对探测经过中的发包数进行统计，如图所示。由图可见，双向探测方法注入网络的数据流量较传统方法较少，故降低了对正常网络业务数据流量的影响。准确性由于难以获取实际网络拓扑构造，本文仅对双向探测和传统方法的准确性进行比照，以获取目的网络地址完全途径的比例为参考标准，在一定程度上可反

12、映网络拓扑发现方法的准确性。利用上述个探测地址集，其中最后一跳能够到达目的网络设备地址的数量比例如表所示。由表可见，在地址集中目的网络设备的探测结果中，获取完全途径的目的网络设备约为。因对中国教育网全部网段扫描需持续约，而教育网中活跃主机的地址在一定时间范围内会发生变化，因而不能获得地址集中所有地址的网络途径。从准确性角度，双向探测方法与传统方法差异不大，均能获得活跃主机的网络途径信息。结束语目前，基于的网络拓扑发现方法是互联网网络拓扑构造发现的主要方法，利用对互联网网络构造发现的各项目和工具均存在注入网络数据流量大和时间效率低的问题。本文使用双向探测和前缀匹配哈希表对传统单向递增的方法进行改良，对中国教育网中活跃主机进行了扫描和探测。试验表明，双向探测的网络拓扑构造发现方法能够减少正常网络业务数据流量的扰动，并减少互联网拓扑构造发现所需时间。