网络拓扑优化探测及识别方法研究

发布时间：2020-04-09 05:05

【摘要】：随着网络技术的发展和服务的普及,网络已经成为社会生活中必不可少的基础设施。然而日益增长的网络需求使得网络规模的不断增长和结构的越发复杂。作为网络的“骨骼”,网络拓扑对于网络的建设、管理和安全都具有重要的意义。为了获取网络的拓扑结构,国内外进行了大量的研究,在网络的探测方法和网络拓扑识别方面存在有大量有效和新颖的研究成果。但是在探测节点部署方面少有研究,并且在网络拓扑识别方面存在比较突出的难点问题,导致其探测和恢复出的网络拓扑效果不尽人意。在一个复杂的网络环境中,探测节点的部署方法是影响探测所获数据的有效性和探测成本的重要因素,网络拓扑识别方法则是将原始数据转化为网络拓扑的关键因素。因此本论文的研究工作将围绕着这两方面展开,并提出了以下三种相关方法:1.提出基于拓扑特征约束的的拓扑探测节点部署方法。针对实际中全局拓扑未知、部分拓扑已知的拓扑探测节点部署情况,先使用部分拓扑生成相似的全局拓扑,再进行全局拓扑下的节点部署,最终根据大量全局拓扑下的部署结果来选出最终部署方案。为了实现上述思路,首先对部分和全局网络拓扑之间的相似特征进行分析,并提出了基于层次性、幂率性和自相似性的全局拓扑生成模型。其次,还对Traceroute下节点的探测特点进行分析,提出了基于混合权重的全局拓扑部署方法。与其他部署方法比较,本方法能够显著的减少探测节点的数量和网络探测的成本,并且降低对被测量网络的性能影响。2.提出基于多源信息融合的匿名路由器识别方法。利用网络层析成像不受中间节点协作影响的特点,将网络层析成像结果与Traceroute信息进行融合,用于识别Traceroute中的匿名IP。首先对两种探测方式结果之间存在的映射关系进行分析,其次通过寻找约束将两者的映射关系转化为整数规划的数学模型,最后通过数学求解的结果来将Traceroute中的匿名IP进行合并,从而解决了匿名路由器问题。此方法通过融合两种探测方法的数据信息,在继承了两者的的优点的同时并克服了各自的缺点,且最终的结果具有较高的正确率,在一定程度上解决了匿名路由器的识别问题。3.提出基于多源信息融合的路由器别名解析方法。首先对传统的别名解析算法APAR进行分析,发现其存在信息单一且严重依赖正确IP子网信息的缺点。为此添加路由报文中的拓扑信息作为数据来源,并针对OSPF、RIP和EIGRP三种路由协议总结出提取其报文中IP地址、IP子网和IP别名的规则。最后将这些信息融入到APAR算法的每个步骤,用于增强其别名解析的效果。与传统的方法比较,此方法克服了原有缺点并大大提高了别名解析的正确率。为了验证算法的有效性,在对这些算法进行研究的同时还分别对其做了对比实验或仿真实验。对于提出的节点部署算法,使用生成大量随机拓扑作为测试环境,与其他几种节点部署方法在部署节点数量、探测范围和探测成本方面进行结果对比。对于提出的匿名路由器识别算法和别名解析算法,本文使用NS-3网络模拟器,对这两种方法进行网络拓扑探测和识别的仿真实验,并对可能影响算法效果的影响因素进行了分析和研究。上述的实验验证了本文提出的几种算法都具有很高的有效性,能够在一定程度上解决网络拓扑探测中的相关问题。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP393.02

【参考文献】