专利名称：：基于拓扑树的回溯式路由级网络拓扑检测方法
技术领域：
：本发明涉及一种大规模网络的快速拓扑检测方法，能有效地提高大规模网络拓扑检测的效率和减少所需的检测时间，属于网络拓扑检测领域。技术背景目前，常见的路由级网络拓扑检测方法都是基于网络数据包的生存时间(TTL)限制进行的，基本原理，是首先从检测点发送TTL字段为1的数据包到目的地址，从检测点到目的地址的网络路径中第一个路由器接收到此数据包后，向检测源发回一个ICMP"超时"数据包，此数据包中包含该路由器的接口IP地址，然后检测源发送TTL字段为2的数据包到目的地址，网络路径中第二个路由器接收到此数据包后向检测源发回ICMP"超时"数据包，从而得到第二个路由器的接口IP地址，循环往复从而得到从检测源到目的地址的整条路径中的所有路由器接口IP。通过检测大量检测源和目的地址对，就可以得到整个网络中路由器的接口IP信息，进一步处理即可得到整个网络的路由级拓扑。由于需要对网络中每条路径进行检测，因此网络中不同路径的交叉部分会被反复检测到，特别是在大规模的网络拓扑检测中这种冗余度是非常高的。为了降低冗余度、提高检测效率和降低拓扑检测时间，出现了一些改进型的方法，它们根据不同的算法将第一个检测数据包的TTL值设置为大于1的某个值，从而在一定的概率范围内降低检测的冗余度，但是这种概率是不确定的，在网络拓扑检测过程中，在整个拓扑的某些局部检测中这种改进能有效地降低冗余度，而其它一些则只能有较少的冗余度降低。
发明内容为了克服现有路由级拓扑检测方法中初始TTL值设置的不确定性，进一步降低扑检测的冗余度和提高检测效率，本发明利用目的地址集合中对检测做出响应的目的地址，取得其返回的数据包并分析出目的地址与检测源的距离，从而确定初始检测数据包的TTL值，在取得部分网络拓扑信息后进行分析，从而指导后续检测工作的继续进行。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是1)以255作为网络数据包的生存时间TTL针对所有的目的地址进行一次探测；还可以64或者128作为网络数据包的生存时间TTL;2)当某个目的地址有响应时，取得该响应数据包的TTL字段值；3)目前各种操作系统默认将响应数据包的TTL值设置为16、32、64、128或255，上述取得的响应数据包的TTL与这五个值中稍大于它的值之差的绝对值为目的地址和检测源的路径长度N;4)利用拓扑图的树状特性，从目的地址开始回溯网络拓扑，即使用TTbN-l、TTL=N-2、TTL=N-3直至TTL:1的数据包检测目的地址，并记录下得到的路由器接口地址；当探测到某个己经发现的路由器接口时，对此目的地址的探测过程中止，继续探测下一个目的地址；当目的地址集中没有对检测做出响应的地址会被忽略，拓扑检测过程以下一个目的地址为检测地址继续进行；5)完成对全部目的地址集的一次扫描之后，得到整个实际网络拓扑的一部分，此时分析得到的拓扑图，找出拓扑图中出度乘以路径长度值最大的拓扑节点作为最优节点；6)以上述最优节点的路径长度为初始检测数据包的TTL值来回溯检测目的地址集中没有响应的地址，并记录得到拓扑，完成整个拓扑检测过程。本发明的有益效果是，可以有效地降低网络拓扑检测的冗余度，减少拓扑检测时间和提高拓扑发现效率，同时操作和实施起来比较方便。图l是原始的拓扑检测算法图。图2是改进后的拓扑检测算法3是回溯式拓扑检测算法4是回溯式拓扑检测算法首轮探测后发现的网络拓扑其中R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9代表路由器l-9D(Destination)1、D2、D3、D4、D5代表目的地址l-5M(Monitor)代表检测源具体实施方式在图3所示实施例中，目的地址集合为D1、D2、D3、D4和D5，M为检测源，Rl、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8和R9为网络拓扑中的9个路由器。1)以255作为网络数据包的生存时间TTL针对目的地址集里的5个目的地址进行一次探测。2)当某个目的地址有响应时，取得响应数据包的TTL字段值。其中D1、D2和D4对探测做出响应，返回相应的响应数据包。从三个响应数据包得到各自的TTL值，分别为TTL1二251，TTL2=124，TTL4二60。3)目前各种操作系统默认将响应数据包的TTL值设置为16、32、64、128或255，上述取得的响应数据包的TTL与这五个值中稍大于它的值之差的绝对值为目的地址和检测源的路径长度N。因此D1、D2和D4的路径长度分别为Nl=255-251,N2=128-124，N4=64-60。4)利用拓扑图的树状特性，从目的地址开始回溯网络拓扑，即使用TTL二N-1、TTL二N-2、TTL二N-3.......的数据包检测目的地址，并记录下得到的路由器接口地址；当探测到某个已经发现的路由器接口时，对此目的地址的探测过程中止，继续探测下一个目的地址。对于D1，此时已经发现的路由器集合I为空。然后分别使用TTL3、TTL=2、TTL4的探测数据包对其进行探测，得到路由器R4、R3和R1的信息，因此此时I二(R4，R3，Rlh对于D2，分别使用TTL二3、TTL=2、TTL二1的数据包对其进行探测，先后得到路由器R8、R3的信息，此时因为R3在集合I中，即探测遇到已经发现的路由器，此时对D2的探测终止，1={R4，R3，Rl，R8h对于D4，分别使用TTL二3、TTL二2、TTL二1的数据包对其进行探测，先后得到路由器R6、R2、Rl的信息，此时因为R1在集合I中，即探测遇到已经发现的路由器，此时对D2的探测终止，1={R4，R3，R1，R8，R6，R2)。5)目的地址集中没有对检测做出响应的地址会被忽略，拓扑检测过程以下一个目的地址为检测地址继续进行。由于D3和D5没有对检测源M做出响应，因此在首轮探测过程中被忽略。6)当完成对全部目的地址集的一次扫描之后，将会得到整个实际网络拓扑的一部分，此时分析得到的拓扑图，找出拓扑图中出度乘以其到检测源的路径长度值S最大的拓扑节点，作为最优节点。首轮检测结束后得到图3中拓扑的一部分，如图4所示。此时得到了路由器R4、R3、Rl、R8、R6、R2及其之间的连接关系。对于这6个路由器其S值分别为S4二3xl，S3=2x2,Sl=lx3，S8=3xl，S6=3xl，S2二lxl，因此R3是最优节点。7)以最优节点的路径长度为初始检测数据包的TTL值来回溯检测目的地址集中没有响应的地址，并记录得到拓扑，从而完成整个拓扑检测过程。以最优节点R3的路径长度继续探测没有响应的目的地址D3和D5。对于D3，首先使用TT1^2的数据包对其进行探测，得到路由器R5的信息，然后使用TTL二3、TTL二4.......的数据包对其进行探测，得到路由器R7、R9的信息。因为R5不在I中，所以需要执行回溯式探测，即以TTL4的数据包回溯D3，得到路由器R1，因为R1在I中，探测中止，此时1二{R4，R3，Rl，R8，R5，R7，R9};对于D5，首先使用TT1^2的数据包对其进行探测，得到路由器R2的信息，因为R2在I中，不需要执行回溯式探测，因此探测中止，此时1={R4，R3,Rl，R8，R5，R7，R9h整个拓扑检测过程结束并发现了全部的网络拓扑。将所有的数值具体化，分步骤。效果对比(可用表格)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>权利要求1、基于拓扑树的回溯式路由级网络拓扑检测方法，其特征在于，包括以下步骤1)以255作为网络数据包的生存时间TTL针对所有的目的地址进行一次探测；2)当某个目的地址有响应时，取得该响应数据包的TTL字段值；3)目前各种操作系统默认将响应数据包的TTL值设置为16、32、64、128或255，上述取得的响应数据包的TTL与这五个值中稍大于它的值之差的绝对值为目的地址和检测源的路径长度N；4)使用TTL＝N-1、TTL＝N-2、TTL＝N-3直至TTL＝1的数据包检测目的地址，并记录下得到的路由器接口地址；当探测到某个已经发现的路由器接口时，对此目的地址的探测过程中止，继续探测下一个目的地址；当目的地址集中没有对检测做出响应的地址会被忽略，拓扑检测过程以下一个目的地址为检测地址继续进行；5)完成对全部目的地址集的一次扫描之后，得到整个实际网络拓扑的一部分，此时分析得到的拓扑图，找出拓扑图中出度乘以路径长度值最大的拓扑节点作为最优节点；6)以上述最优节点的路径长度为初始检测数据包的TTL值来回溯检测目的地址集中没有响应的地址，并记录得到拓扑，完成整个拓扑检测过程。2、根据权利要求l所述的基于拓扑树的回溯式路由级网络拓扑检测方法，其特征在于，步骤l)中以64或者128作为网络数据包的生存时间TTL。全文摘要基于拓扑树的回溯式路由级网络拓扑检测方法属于网络拓扑检测领域。当前的网络拓扑检测算法存在着检测冗余度高、效率低的缺点，无法快速而准确地检测出大规模网络的拓扑结构。该方法利用对检测有响应的目的地址回溯式检测出网络拓扑的一部分，在分析网络拓扑特性之后找到出度乘以其到检测源的路径长度值最大的拓扑节点，以其路径长度作为初始检测数据包的TTL值来回溯式检测目的地址集中没有响应的部分，从而高效地完成整个拓扑过程。经过试验，该方法只需使用原始拓扑检测算法18％左右的时间就能发现98％左右的网络拓扑信息。该方法应用于对探测时间和拓扑发现率有较高要求的网络拓扑检测，是一种快速、高效的路由级网络拓扑检测方法。文档编号H04L12/26GK101217428SQ20081005601公开日2008年7月9日申请日期2008年1月11日优先权日2008年1月11日发明者何泾沙,波李,石恒华申请人:北京工业大学