网络拓扑测量中末跳与子网发现技术研究

发布时间：2020-06-24 13:53

【摘要】：本文主要研究网络拓扑测量中末跳路由器探测和子网发现技术。末跳路由器探测技术,旨在用较小的测量负载,发现到目标的最后一跳路由器,为进一步对目标网络实施高效拓扑探测提供依据。传统traceroute方法由于存在较多冗余测量不适合专门用于末跳发现。本文结合网络距离预测技术,提出并实现了三种高效发现末跳路由的方法:基于网络侦查包获取精确网络距离的探测方法,基于TTL指纹估计网络距离的步进探测法,基于二分策略的二分探测法。综合使用三种方法进行大规模末跳路由器探测,并对其发现率,单目标平均发包量进行评估后发现,精准探测法虽然只能用于20%左右的目标,但该方法的平均发包量仅为2,步进探测法和二分法适用于所有存活目标,二分法平均发包量为5,步进法平均发包量最小为3。但步进探测法的性能依赖于预测距离偏差的分布情况。基于上述结果,本文的另一个贡献是,提出了一种动态调整测量方式的适应性末跳发现方法,能够在测量过程中,根据中间结果和三种测量方法的性能表现,选择最优方法,以获得最高的发现率和探测效率。实验表明最优组合法的平均发包量不超过5,效果优于三种方法单独使用时的表现。Traceroute测量是发现拓扑路径的主要手段,然而在用其进行大规模网络拓扑测量时,会产生测量冗余,尤其在对子网进行拓扑发现时,会在网络核心处产生大量重复探测。对此,本文利用子网地址划分机制等外部信息,和目标子网拓扑具有近似树形结构等经验认识,提出了三种子网发现技术:子网分支生长探测技术、正向反向探测技术以及多类型探测包探测技术。子网分支生长技术在探测过程中使用深度优先搜索的思想,不断将目标网段划分成更小的子网,对不同子网的起止目标进行递归探测;正向反向探测技术,重复遇到已测IP时,根据到同一子网的路径相同的假设,会提前停止逐跳探测的过程,降低测量冗余;多类型探测包探测技术,在超时后更换探测包类型,以提高回复的几率。综合这三种技术,本文基于NSE实现了一个高效子网发现工具fastrace。在150个虚拟专用服务器上对fastrace进行测量实验,并与traceroute工具的结果在拓扑规模,发包量等方面进行对比后发现,fastrace能在不损失发现拓扑完整性的前提下,显著地降低测量冗余。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP393.02
【图文】：

对比图,技术获取,对比图,主机

哈尔滨工业大学硕士学位论文但是，此方法存在一个问题：并非所有的目标主机都响应源发送的口探测包。经过对大量存活主机进行 UDP 大端口发包实验，统计结果仅有 20%~30%左右的目标主机对 UDP 大端口探测包进行响应，互联中存活主机对 UDP 大端口报文不做响应，也就是说网络侦查包技术只0%目标主机的网络距离，因此末跳获取率也不会超过 20%。该方案虽但是不具有普适性。

对比图,二分法,对比图,区间长度

使用从 Caida 一天的 traceroute 数据选取 10 万个目标主机，对目标使进行网络距离计算及末跳路由获取实验，同样对比 traceroute。统计发并对结果进行分析。(1)平均发包量分析对能够成功获取网络距离的目标发送的数据报进行统计，得出获取网的平均发包量，如图 2-7 所示。从图中可以看出，二分法的平均发包4，traceroute 获取网络距离平均发包量为 13.9。理论上，二分法每次将一半，因此发包的数量为区间的 2 的指数。用公式表示为：D-1 D2 < SL <= 2 ，SL 为区间长度加 1，D 为理论需要发包的数量。根据区间长度 30 结2-2)得出理论发包数量为 5，与实验平均发包量 5.14 基本相符。实验中量略大是因为二分过程中存在中间路由器未响应的情况，需要重复发 2.3.2 中步骤 5。traceroute 平均发包量 13.9 说明探测源到目标的平均为 13.9，符合真实的网络环境。相对于 traceroute 获取网络距离，二分降低了 63%，发包量有了显著的改善。

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