[发明专利]一种路由器级网络拓扑推断方法

说明书

本发明提出了一种路由器级网络拓扑推断方法，用于解决现有技术存在的推断效率与准确性不能兼顾的问题。实现步骤为：获取网络测量数据文件或公开的路由器级网络数据文件，并从该文件中提取节点集合、链路集合和监测集合；确定节点集合中各节点的类型；根据链路集合，创建邻接矩阵；将节点集合中的两两节点组成节点对，进行合并条件的判断，将满足条件的节点对加入可合并节点对集合；对可合并节点对集合中的节点对依次进行合并，得到最终邻接矩阵；根据最终邻接矩阵，画出网络拓扑结构图。本发明在保证了推断效率的前提下，提高推断准确性，可用于网络管理、流量分析和网络协议分析。

技术领域

本发明属于计算机网络管理技术领域，涉及一种网络拓扑推断方法，具体涉及一种路由器级网络拓扑推断方法，可用于网络管理、流量分析、网络协议分析等。

背景技术

随着网络的快速发展，网络已经渗透到当今社会的各行各业，各种各样的网络应用正在深刻地影响着人们的生活。网络结构的复杂化、多样化，促使人们对网络的稳定性与安全性的重视程度不断的增加。作为网络运营、网络研究的基石，网络拓扑在网络管理、流量分析、网络协议评估、防止恶意入侵和攻击等领域都有着重要的作用。

网络拓扑是指网络中各个设备和链路的连接方式，而网络拓扑推断是指推断网络中各个设备和链路连接方式的过程。根据网络的层次关系，可以将网络拓扑推断分为路由器级网络拓扑推断、链路层网络拓扑推断和overlay网络拓扑推断。路由器级网络拓扑推断作为其他类别网络拓扑推断的基础，具有重要的研究意义和指导作用，故本发明所涉及的就是路由器级网络拓扑推断。

在路由器级拓扑推断中，traceroute是掌握网络拓扑的重要技术手段之一。然而，基于traceroute的方法进行网络测量时所面临的问题是：并不是所有的节点都会对探测报文正确响应。特别在非合作网络探测中，不响应探测包或者直接丢弃探测包的情况时有发生，这就使得人们无法得知该类节点的IP地址，故在拓扑结构中通常把这类节点标记为“*”。然而，由于不知道这类节点的IP地址，我们无法区分哪些“*”属于同一个节点，很可能将一个节点当做多个节点加入到拓扑结构中，从而导致拓扑图错误，这就是所谓的匿名节点问题。

匿名节点问题虽然是基于traceroute网络拓扑推断研究领域的固有问题，但并没有的得到很多的关注，许多已有的网络拓扑推断算法存在诸多问题。例如，B.Yao等人在INFOCOM上发表的“Topology inference in the presence of anonymous routers”论文中，提供了一种网络拓扑推断方法。该方法将匿名节点问题当做优化问题来看待，其主要通过计算节点之间的相似度来判断节点是否可以合并，将可合并匿名节点进行合并，从而得到最小规格的拓扑结构，而最小规格的拓扑结构即为最终的网络拓扑结构。该方法的不足之处是计算节点间相似度的方法，其计算复杂度很高，使得该方法并不适用于实际网络中的拓扑推断。

Brett Holbert等人在其发表“Network Topology Inference With PartialInformation”(IEEE Transactions on Network and Service Management，2015)的论文中，提供了一种通过部分信息来推断网络拓扑结构的方法。该方法通过链接的类型和节点间距离来判断链接是否可以合并，合并满足条件的链接来获得最终的网络拓扑结构。该方法的不足之处是，在合并链接的过程中，将在之前网络状态可以合并、但在目前网络状态下并不能合并的链接进行了合并，导致拓扑图中出现环的情况，使得推断出的拓扑图准确性较低。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提出了一种路由器级网络拓扑结构推断方法，旨在保证推断效率的前提下，提高推断的准确性。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案，包括如下步骤：