[发明专利]一种自治系统级网络拓扑识别方法

说明书

技术领域

本发明属于网络拓扑技术领域，具体涉及一种自治系统级网络拓扑识别方法的设计。

背景技术

在如今这样一个信息技术高速发展的时代，网络早已渗透于当今社会各行各业，并且深深地影响与改变着人们的生活，人们也逐渐有意识地想要对网络拓扑结构进行识别与分析。作为实践与理论网络研究的基石，互联网的网络拓扑分析和建模在如今越来越引起更广泛的关注。网络流量特性、安全特性、性能特性，应用、路由程序和协议性能评价、网络在遭遇攻击时的健壮性等，都有网络的拓扑结构决定。所以，学者们都更倾向于研究各种网络识别技术从而捕获网络拓扑结构，并且希望可以从真实的数据中获取真实的网络拓扑。

依据网络的定义可以将网络拓扑划分为三个层次：基于网络层、基于链路层以及Overlay网络拓扑。在这三类网络拓扑中，对网络层的网络拓扑研究最多，所以现在已经有很多的研究均是对网络层的拓扑进行分析与研究。

根据网络层的实体，可以将网络拓扑分为四个层次：AS级(自治系统级)、IP级、PoP(PointofPresence)级、路由器级，由于其构成元素不同，测量方法也有所区别。而本专利主要研究的是AS(AutonomousSystem)级网络拓扑识别。所谓AS(AutonomousSystem)，即自治系统，一个自治系统由许多路由器组成，这些路由器有相同的自治系统号(ASN)，每个路由器有两个以上的接口，每个接口分配不同的IP地址，该层次结构如图1所示。一个自治系统是一个有权自主地决定在本系统中应采用何种路由协议的小型单位。所谓的AS级拓扑，指各个自治系统之间的连接关系。AS级(自治系统级)拓扑的测量和分析是一项关于互联网络的基础研究，其测量目的在于寻找包含Internet结构信息的图并探索其内在规律，从而预测网络结构与技术、政策、经济之间的互动。

网络拓扑测量是各个网络行为研究的基础，具有相当重要的作用，其主要意义在于：

(1)网络拓扑的结构是网络路由协议和网络算法设计的基石，高效的网络协议的设计必须考虑整个底层网络拓扑的特性；

(2)网络中的各种仿真恤建立网络拓扑的模型来拟合实际的网络拓扑结构，所以研究网络拓扑结构能为仿真环境的建立提供更坚实的理论基础；

(3)对网络拓扑结构的了解能够对网络中的各个行为进行良好的预测和检测；

(4)网络拓扑结构对于网络的安全特性和抗攻击能力的研究具有重要价值；

(5)网络拓扑结构识别对于网络安全特性以及对抗网络外界攻击能力的研究具有非常重要的价值。

综上所述，网络拓扑测量是一项意义重大的研究工作，而随着互联网规模的不断扩大，拓扑结构越来越复杂，如何获得一个完整而准确的全球互联网拓扑成为了一个异常艰巨的任务。

1、基于Traceroute路由信息收集的主动测量

在UNIX中的Traceroute，及Windows中的Tracert程序，都是用来追踪一个分组从源点到终点的路径。这个程序很巧妙地使用了两个ICMP报文(超时报文和终点不可达报文)来找出一个分组的路由，它是应用级的程序，使用UDP服务。

图2可以说明程序Traceroute的工作原理。给出了这个拓扑，就可以知道分组从主机A到主机B要经过路由器R1和R2，但是在大多数时间，实际是不知道拓扑的。在A和B之间可能会有很多路由器。Traceroute使用ICMP报文和IP分组的生存时间(TTL)字段就可以找到这一条路由。

Traceroute使用以下步骤找到路由器R1的地址和主机A到路由器R1之间的往返时间。

(1)主机A的程序Traceroute使用UDP向终点B发送一个分组，这个报文被封装成IP分组，其TTL为1，这个程序记录该分组的发送时间；

(2)路由器R1收到这个分组，把TTL值减到0，路由器R1丢弃这个分组；但是路由器R1要发送一个超时ICMP报文(类型：11，代码：0)，表示TTL值为0而该分组被丢弃；

(3)主机A的程序Traceroute收到这个ICMP报文，利用封装ICMP的IP分组的源地址找到路由器R1的地址，这个程序记录下该分组的到达时间；步骤(1)的时间和这个时间之差就是往返时间。

Traceroute重复步骤(1)到(3)三次，以便得到往返时间更好的平均值。第一个往返时间可能会比第二或第三个大得多，因为程序ARP找到路由器R1的物理地址需要花费时间，对于第二和第三个往返时间，ARP可使用高速缓存中的地址。