[发明专利]一种基于置信传播的路由器所有权推断方法

说明书

本发明提供了一种基于置信传播的路由器所有权推断方法。与通常依赖于经验知识进行启发式推断的现有方法不同，本发明利用马尔科夫随机场图模型来编码路由器之间属于同一AS的可能性，进而针对目标AS进行路由器所有权推理，通过置信传播算法计算出路由器节点的边缘概率分布，最终得到每个路由器属于目标AS的概率，实验结果表明，本发明的模型对于参数选择具有鲁棒性，可以实现路由器所属AS的高精度推断。其F1值可达到91％,与现有的典型算法相比增加了5.6％～37.7％。

技术领域

本发明涉及计算机网络技术领域，尤其涉及一种基于置信传播的路由器所有权推断方法。

背景技术

自治系统(Autonomous System，简称AS)是由一个或多个网络运营商运营和管理的一组路由器，具有单一且明确定义的路由策略。路由器所有权推断是推断路由器所属AS，即管理、运营路由器的AS的技术，是互联网拓扑研究中的一个挑战。

在互联网中正确推断路由器所属AS具有如下意义：(1)使得研究人员能够将路由器级和AS级的互联网拓扑合并起来，掌握AS内部和AS之间的真实连接细节，进而在一个较细粒度上了解Internet的构成；(2)有助于网络管理人员进行网络性能维护，例如检测主要出现在AS之间链路上的拥塞点、分析故障并确定Internet中的可靠性瓶颈；(3)能够帮助分析网络弹性和稳健性，例如估计哪些路由器、链路和互连设施将流量传输到Internet的大部分地区，以及一个攻击或中断会破坏连接的可能性；(4)可以识别出AS的边界，获得作为重要网络基础设施的边界路由器，有重要的应用意义和安全价值。

在实际互联网中，有很多因素会增加路由器所有权推断的难度。例如，(1)第三方地址：当响应traceroute探测时，路由器可能会使用不同的接口地址，包括第三方地址，为确定路由器的所属AS带来了干扰因素；(2)AS间IP地址共享：AS间连接的IP子网地址空间通常来自其中一个AS，导致准确识别域间连接是一个具有挑战性的问题；(3)缺少标注数据：考虑到安全和竞争因素，运营商倾向于隐藏自身的网络拓扑结构，导致难以获得部分真实的标注数据用于建模。

现有的路由器所有权推断研究一般是在网络拓扑探测、别名解析和IP-to-AS映射的基础上，结合理论知识和Internet架构实践中的经验规则，使用启发式方法推断确定。虽然现有研究已经取得了较好的成果，但是目前尚无相关研究给出推断结果的置信度，导致无法对结果的真实性水平进行衡量。

发明内容

针对现有的路由器所有权推断研究无法给出推断结果的置信度问题，本发明提供一种基于置信传播的路由器所有权推断方法，与现有的启发式方法不同，本发明利用马尔科夫随机场来编码路由器之间属于同一AS的可能性，进而针对目标AS进行路由器所有权推理。通过置信传播算法计算出路由器节点的边缘概率分布(置信度)，以得到路由器属于目标AS的置信度。

本发明提供给的一种基于置信传播的路由器所有权推断方法，包括：

步骤1：对收集到的traceroute数据中的所有路径进行预处理；

步骤2：根据预处理后的路径生成IP级网络拓扑，对所述IP级网络拓扑进行别名解析生成路由器级网络拓扑；

步骤3：利用IP-to-AS映射对所述IP级网络拓扑中的所有IP注释其所属的AS；

步骤4：选择具有属于目标AS的IP的路由器及其邻居路由器，根据路由器级网络拓扑生成子图作为目标网络拓扑；

步骤5：从所述目标网络拓扑中选取锚节点，所述锚节点是指可以确定属于目标AS的路由器节点；

步骤6：结合经验知识，对所述目标网络拓扑进行分类分析，提取共存特征以评估两个相连接的路由器共存情况及对应的可能性；其中，两个相连接的路由器共存情况分为：两个路由器都属于目标AS、两个路由器都不属于目标AS，以及其中一个属于目标AS；所述共存特征是指对路由器共存情况具有区分性的特征；