ip级网络拓扑测量技术探究和实现

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1、IP级网络拓扑测量技术探究和实现　　摘要：对现有的常用的两种网络拓扑测量技术进行了分析研究，实现了基于traceroute技术的网络拓扑测量系统并用其测量了中国网络，通过与Iplane的测量结果对比评价了其可用性。首先讨论了基于SNMP协议的拓扑测量方法，并指出其优缺点。随后讨论了基于traceroute技术的拓扑测量方法，描述了基于traceroute技术的拓扑测量系统的设计构架和关键技术。最终利用拓扑测量系统测量了中国网络拓扑，然后将其测量结果同Iplane测量的中国网络拓扑进行复杂网络特征分析。通过特征对比发现，测量系统挖掘出的拓扑呈现

2、出更显著的非相称性、更弱的聚集和更短的距离，证明了该系统的可用性。关键词：SNMP协议；traceroute技术；拓扑测量；复杂网络中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：2095-2163（2014）01-0094-040引言11伴随着全球互联网络规模的不断扩大以及计算机软件和硬件技术的飞速发展，当今的互联网络已经变得愈加庞大和复杂，这一过程致使人们对网络本身将缺乏准确的表述和认识，并在一定程度上制约了对当前网络资源的有效利用，限制了网络技术的发展。为了深入了解当前全球网络，人们开始着手对网络特征进行研究。其中，网络拓扑的发现在整个网

3、络特征研究中即占有十分重要的地位。对网络拓扑结构的深入研究与探讨，便于对整个网络进行宏观管理，同时对国家及地区的网络安全也起着至关重要的作用。1IP级网络拓扑测量的常用方法IP级网络拓扑测量是发现待测网络元素的IP地址间的互联情况。目前，IP级网络拓扑的测量主要有两种方式：基于SNMP协议[1]的测量方式和基于traceroute技术[2]的测量方式。1.1基于SNMP协议的网络拓扑测量方法SNMP协议（SimpleNetworkManagementProtocol，简单网络管理协议）包含在IETF（InternetEngineeringTa

4、skForce，互联网工程工作小组）定义的协议簇中，属于一种TCP/IP体系下的应用层协议。该协议使得网络管理者同代理之间传递管理指令和数据成为可能，已在很多的应用中被广泛采用。1.1.1SNMP的管理模型SNMP的管理模型[3]如图1所示。从体系结构上进行描述，主要包括三个关键元素。（1）SNMP管理站11管理站通常可以理解为某个网络中的一台单机设备，网络管理员可以通过管理站同系统进行信息交互。其工作方式类似于C/S体系结构（Client/Server，客户端/服务器）下的客户端。管理站可以接收网络管理员或某种应用发出的操作请求，也可以接收

5、来自系统代理的数据信息。（2）SNMP管理代理管理代理通常运行在某个共享网络中支持SNMP协议的部件上，这是一种可以应答来自SNMP管理站发出的请求的软件，其地位同C/S体系结构中的服务器极为相似。管理代理可以收到从SNMP管理站发出的SNMP请求，并根据需要对其进行响应，SNMP管理代理也可以通过异步发送的方式向管理站提供某些非请求数据。（3）管理信息库MIB（ManagementInformationBase，管理信息库）是通过SNMP协议进行访问的数据库，所有支持SNMP协议的代理均保证能够应答对MIB信息库中的对象信息的查找请求；任何

6、支持SNMP协议的网络管理站应该确保自身欲对代理的请求信息都应包含在MIB数据库的数据范围内。1.1.2算法描述算法可以通过SNMP请求获取目标网络中各个路由器中的路由表数据并进行综合分析，从而获得目标网络中路由器及子网之间的连接情况。基于SNMP协议的拓扑测量算法过程如下[4]：11（1）任意选择待测网络中的某台路由器作为初始化的起点路由器，将其压入待发现路由队列。（2）从队列中弹出队首路由器作为当前路由器。发送SNMP请求，读取当前路由器中的MIB数据库，从中提取其路由表。（3）遍历MIB路由表。如果表中的记录为直接连接，则将目的子网掩码

7、同目的IP地址进行与运算，从而获得当前路由器与这个目的网络的连接情况；如果记录为间接连结且与当前路由器直接连接的下一跳路由器不在待发现路由器队列中，则将下一跳路由器压入待发现路由器队列的队尾，同时将其压入已发现路由器队列队尾。（4）若待发现队列为空，则终止算法。否则，从待发现路由器队列中弹出队首路由器并将其作为当前路由器，返回第二步继续执行。1.1.3基于SNMP协议的网络拓扑测量方法的优缺点基于SNMP协议的方法的优点是算法的测量结果通常较为完整和精确，同时还具有易于实现，测量过程开销较小的特点。而其缺点主要表现在其对带测量的网络要求支持S

8、NMP协议，且普适性较弱。1.2基于traceroute技术的网络拓扑测量方法11traceroute方式通过测量源向目标节点发起traceroute测量以探测各个