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基于网络探测的IP网络拓扑发现和性能分析的研究

时间:2014-05-20 16:24 点击:
      一、项目简介:
       IP网络已经渗透到社会生活的各个领域,它已成为人类社会最重要的信息基础设施之一。研究IP网络拓扑发现、性能测量和分析这一基础课题成为必然而迫切的需求。本项目聚焦于实施IP网络性能测量过程中遇到的各种技术难点,主要包括:探针设计,流量采集策略和同步。探针设计即主动测量中探测分组序列的设计,包括:分组类型、分组大小、发送间隔、探测分组数目和相邻两次探测之间时间间隔的大小。流量采集策略包括采集的地点、采集的粒度。采集点的选择根据所关心的指标,尽量进行优化,选取合适的位置和尽量小的采集量。传统的基于逐报文采样的采集粒度,开销很大,不能适应高速网络。我们将进一步研究实用化的分层抽样技术。对于有些单向测试技术,需要收发两端严格同步,目前国外进行的测量大多靠GPS实现同步,而GPS接收机价格较高而且与接收环境有关。若采用NTP,精度不能满足要求。Sue B. Moon等提出了基于线性优化的算法,是一有益的尝试。我们对其进行改进,得到了基于线性规划来估计收发时钟的频差和相对偏差,以获得准确的端到端时延。本项目将对其进一步的完善,以克服如时钟调整等因素的对同步算法的影响。
      网络测量的研究从20世纪70年代末已经开始了,它是伴随着网络技术的发展而发展的,大多数的研究者集中在研究表征网络性能的个别参数的测量的方法、原理,没有系统的研究网络测量的原理、方法和体系结构。在国家自然科学基金和“863”计划的支持下,国内一些科研院所对网络测试的框架、网络性能测试的方法进行了一些研究,但主要还停留在物理层、链路层点到点性能测试上,在具体网络层面和应用层面测试只做了初步探讨,所提的测量方法在准确性、适用范围和效率等方面具有很大的局限性。
      综上所述,研究互联网拓扑发现和性能测量与分析的关键技术具有很广阔的应用范围,对有效的网络运营、维护、管理及开发新的网络技术,将会产生极大的促进作用。
本成果属于电子信息科学领域。重点研究IP网络的测量和性能分析,主要研究内容包括:IP网络测量的体系结构、测量的原理与方法、IP网络安全性分析、拓扑发现和无线IP的探测和分析。
      二、主要研究内容:
      本项目的关键技术和主要创新点概括如下:
     (1)在国内首次提出了分布式网络测量与分析基础架构,采用层次化模型、模块化设计,强调根据用户需求定制测量与分析方案。
     (2)提出了一种适合于IP网络的基于非线性规划的时钟同步方法,消除了收发时钟的频差和初始相差;提出利用自适应泛函网络建立IP网络端到端时延模型,适应了时延的非线性和非平稳特点;
     (3)提出了一种基于AMS反向追踪的二维门限重构算法,该算法根据链路的流量以及路由器距离受害者的距离来调节拓扑重构门限值,提高了重构的效率及准确性。
     (4)研究并实现了基于ICMP和UDP的单点拓扑发现方法。该算法采用由远及近的方式,实行IP地址跳跃式探测,采用多线程探测大大提高了拓扑发现速度;提出了基于跳数和丢包率的组播拓扑推算方法,提高了拓扑发现的准确率;提出基于流量分析构造物理拓扑的方法。
     (5)提出了一种混合接纳控制算法,使得WLAN 的吞吐率和公平性明显提高。
    目前,IP网络承载的业务日趋多样化,网络复杂度越来越高,促使对网络的安全性、可管理性要求越来越高,基于网络测量辅助网络安全、网络性能与故障的管理,正是市场的迫切需要。网络测量关键技术的突破和在仪表中的成功应用,将会改变目前市场上便携式网络测试产品只关心物理层连通和往返性能测试,而在具体应用层面测试有很大局限性的弊端。可使我国的IP网络性能测试仪器制造水平跃上一个新的台阶,达到和赶超国际先进水平。可广泛应用于ISP(Internet服务提供商)、网络设备制造商、各类企事业单位和网络技术研发人员,具有极为广阔的市场前景。可完全替代现有的高成本进口网络测试仪产品,促进产业的发展,具有很大的社会经济效益。

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