[發明專利]主動和被動測量結合的自治系統級網絡拓撲識別方法

有效

• 申請號: 201410424858.0
• 申請日: 2014-08-25
• 公開（公告）號: CN104202211B
• 公開（公告）日: 2017-09-26
• 發明（設計）人: 費高雷;陳路璐;胡光岷
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H04L12/26
• 分類號: H04L12/26
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務所(普通合伙)51227
• 代理人: 周永宏

技術領域

本發明屬于網絡拓撲識別方法技術領域，尤其涉及一種主動和被動測量結合的自治系統級網絡拓撲識別方法。

背景技術

過去的幾十年中，Internet的規模以指數速度高速增長，短短的幾十年，網絡已經演化成為一個龐大的“生態系統”，該系統作為信息社會的基礎設施滲透到了社會的各個方面，使人們的工作方式甚至生活方式發生了巨大的變化。但是這個看似無序的龐大系統的內在特性和形成機理的研究還未能有足夠多的能夠達到共識的成果。這主要受以下幾個因素的制約：首先，Internet發展的迅速超過了人們的預料；其次，人們更傾向于新協議和應用的研究開發；最后，隨著互聯網規模的不斷擴大，其拓撲結構越來越復雜，完整的拓撲測量數據很難獲得。網絡拓撲是各個網絡研究的基礎，具有非常重要的作用。其主要意義在于：(1)網絡拓撲的結構是網絡協議和網絡算法設計的基石。高效的網絡協議的設計無疑應該考慮底層網絡拓撲的特性；(2)網絡仿真環境的建立需要擬合實際網絡的拓撲結構，網絡拓撲結構的研究能為網絡仿真環境的建立提供理論基礎；(3)對于網絡拓撲結構的了解能夠對網絡的行為進行預測；(4)網絡拓撲結構對于網絡的安全特性和抗攻擊能力的研究具有重要價值；(5)網絡拓撲結構的宏觀特征能夠用于優化網絡的應用。所以，對網絡拓撲的測量是十分有必要的。網絡拓撲一般可分為三層：overlay網絡拓撲、鏈路層網絡拓撲、網絡層網絡拓撲。在這三者中，對網絡層網絡拓撲的研究最多。對網絡層的實體分類，可以得到四個層次的網絡拓撲：AS級(自治域)、POP(Point of Presence)級、路由器級、IP接口級。所謂AS(Autonomous System)，即自治系統，一個自治系統是一個有權自主地決定在本系統中應采用何種路由協議的小型單位。而所謂的AS級拓撲，指的是各個自治系統之間的連接關系。拓撲測量是指測量網絡的拓撲結構或者邏輯拓撲關系圖，以及具有地理信息的拓撲圖。自治系統(AS)級拓撲的測量與分析是一項互聯網絡的基礎研究，測量的目的在于尋找包含Internet結構信息的圖并探索其內在規律，從而預測網絡結構與技術、政策、經濟之間的互動。基于BGP的測量主要思想是通過偵聽BGP路由表和Update報文或BGP路由表中的AS_PATH屬性(BGP-AS-path)獲得大量AS級拓撲信息以得到AS級拓撲。BGP的路由信息獲得的是控制層的信息，反映在BGP路由層面上期望數據經過的鏈路，由于所連接的邊界網關路由器只會向采集點通告其最佳路由，所以即使其到某一目的地存在多條AS路徑，實際也只能捕獲其中一條，故以此方法獲得的拓撲存在很大的不完整性。基于Traceroute的主動測量主要思想是使用Traceroute進行大規模測量可以直接獲得IP級拓撲，再以此為基礎推斷得到路由器、PoP及AS級拓撲。這種主動探測的方式雖然獲得的信息量較大，能夠真實反映策略路由路徑，但與基于BGP的測量方法相比，后者更完整。原因之一是后者的源AS都來自于路由表，但在相同節點集上，后者比前者發現更多邊，特別是p2p的，然后由于前者是可信的，較大差異暗示后者可能含有實際不存在的邊，可信度較差，得到的拓撲必然會出現不正確。互聯網路由注冊(IRR)是一組全球分布的路由策略注冊數據庫，其注冊信息由人們自愿填寫，可以查詢公布的注冊路由的地址信息等，包含了基于BGP和Traceroute測量沒有探測到的路徑信息。可通過查詢IRR數據庫獲取AS路徑，從而獲得全球AS級拓撲。由于IRR數據是由ISP直接提供，而不是基于網絡的實際狀態，因此，這種數據源有一定的限制.其原因有兩個：(1)由于安全和管理的原因，這種數據往往不完整；(2)IRR的數據質量是值得懷疑的，同一個對象在不同的注冊信息可能不同，甚至有沖突。由于其固有的特性，不能精確反映網絡路由的實際狀態，因此，該測量方法也是有缺陷的。現有的AS級拓撲測量方法中，均是采用單一的數據源進行拓撲的測量，而Internet的規模龐大、結構復雜，要獲取完整的網絡拓撲信息單靠單一的數據源是不完整的，甚至是有錯誤的，比如在利用基于BGP的拓撲測量方法時，我們通過BGP路由表得到的AS級拓撲信息是不完整的，主要原因就是由于邊界網關路由器只會向采集點通告最佳路由，即如果到某一個目的地存在多條AS路徑時，我們通過該路由表只能獲得其中的一條最佳路徑。而基于Traceroute的拓撲測量方法本身較基于BGP的測量就存在嚴重的不完整性，加之該測量方法中間用到的IP-to-AS就會存在不可預知的映射錯誤，所以該測量方法也是不可靠的。其次，測量技術與數據源的多樣性可以改善拓撲完整性的問題，但目前尚未解決。

發明內容