基于Traceroute的大规模路由探测方法的改进

摘要

网络测量是当今网络应用研究的重要分支,通过多种测量手段得到的网络拓扑信息对于网络应用和科研都有极大的参考价值。然而,随着网络的复杂性、开放性程度不断增强,加上网络中部分路由器使用了负载均衡(Load-balancing)策略,发往同一目的端的数据报不再沿着单一路由转发,传统的拓扑测量工具Traceroute将难以发现网络中的负载均衡链路及节点,测量精度受到影响。多路径探测算法(MultipathDetectiveAlgorithm,MDA)在端到端网络拓扑测量中能够有效地发现负载均衡链路,但探测量却是Traceroute的近十倍。针对上述问题,本文提出一种改进的多路径路由探测算法,主要的工作内容如下:
　　第一,本文较深入地研究了多种网路拓扑测量方法、复杂网络的基础理论以及大规模的互联网络拓扑特征分析。明确了网络拓扑测量的重要意义,以及研究中可能存在的一些问题及解决办法。
　　第二,当前大规模网络拓扑测量项目主要靠分布在不同地域的测量源点通过Traceroute工具采集数据。在测量中,测量源点主动向被测网络发送探测报文。为了提高网络拓扑测量的效率,本文提出一种改进的多路径路由探测算法,通过设置全局查找表,源主机能够自适应地选择探测策略以及发送探测数据报的数目,保证了较高的测量精度,同时明显减少冗余探测。实验结果表明,改进后的本文算法能够发现网络中90％以上的IP中间节点,准确地反映了网络拓扑结构。
　　第三,本文在Linux操作系统中部署了多种网络拓扑测量工具,并完成了较大规模的网络拓扑数据采集工作。通过与当前主要探测方式的对比分析,验证了改进的本文算法在探测量及测量精度两方面的优势,并验证了实际测量到的网络节点的度也近似符合幂律分布。
　　最后总结了作者在本文工作中的不足之处,如较少采用分布式测量方式、引入的理论分析、模型分析不充分等。同时,说明了当前公认的网络拓扑测量研究的新方向。

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第1章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究现状

1.3 论文的主要工作

1.4 本文的组织结构

1.5 小节

第2章 网络拓扑测量的基础理论

2.1 网络拓扑测量方法的研究

2.2 图论

2.3 幂律

2.4 网络拓扑可视化

2.5 小结

第3章 改进的多路径路由探测算法

3.1 引言

3.2 改进的具体步骤

3.3 性能分析

3.4 探测报文的选择

3.5 测量工具

3.6 小结

第4章 实验分析

4.1 实验简介

4.2 实验平台

4.3 衡量测量工具性能的指标

4.4 网络路径长度分析

4.5 幂律分布

4.6 小结

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间主要成果

附录B 攻读学位期间的科研情况