一种基于子网分析的区域PoP划分方法技术

本发明专利技术公开了一种基于子网分析的区域PoP划分算法，先对给定的IP集合，利用分布式探测获取探测路径和单跳时延信息，获取IP所处区域对应的路由节点，再分析路由节点所属的子网，获取同一子网的其它IP，作为目标并探测，然后，基于相同城市IP探测路径的路由跳数及单跳时延的相似性，排除不属于上述区域的边界IP，重新获取区域内路由节点，最后，对这些路由节点进行别名解析，提取、合并Bi‑fan结构，获取IP集合对应的PoP划分结果，并利用PoP中已知地理位置的少量IP获得PoP的位置属性，本发明专利技术相比现有的典型算法更适用于特定区域的PoP网络划分，且最终能够获取特定区域更为完整、准确的PoP划分结果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于子网分析的区域PoP划分方法
本专利技术涉及PoP级网络拓扑分析
，尤其涉及一种基于子网分析的区域PoP划分方法。
技术介绍
当前，越来越多的路由器、交换机等网络设备接入到互联网中，网络规模不断扩大，拓扑结构日趋复杂。作为一种重要的网络拓扑结构，PoP(PointofPresence，入网点)级网络中，每个PoP由大量连接紧密的路由节点构成，往往位于某个确定的城市，为城市内部终端用户主机等提供服务，具有明显的城市级区域归属特性。PoP级网络拓扑，是根据不同粒度划分的网络拓扑，分别以不同的结构作为该类网络拓扑的最小单元。IP接口级、路由器级网络拓扑，分别以IP接口、路由器作为网络拓扑的最小单元，该两类网络拓扑粒度过细。子网级网络拓扑中，具有相同网络号的IP地址合并构成一个子网，并作为该拓扑中的节点，而通常子网规模往往不大，该类网络拓扑适合于小范围(如一个城市内部的特定街道小区级区域)拓扑分析。AS级网络拓扑中，每一个AS作为一个节点，由于许多AS横跨多个国家，甚至多个洲际，该拓扑中包含节点较少，对于局部特定区域的网络拓扑分析帮助不大。PoP级网络拓扑中，以PoP为节点，每个PoP通常归属于某个确定的城市，适用于特定的省、州等区域内城市级拓扑分析。此外，PoP的城市归属性使得其可用于特定目标IP的城市级定位。在复杂的网络环境中，路由节点间相互连接方式大致有包括Bi-fan结构在内的五种，经过对这些基础网络结构进行大量统计分析后发现，Bi-fan结构是最具强连接性和代表性的一种。PoP，即由大量的具有公共路由节点的Bi-fan结构相互连接构成，其内的节点都为路由器节点，并且连接紧密，地理位置分布接近，往往位于同一区域(通常为同一城市)，负责数据的传输和交换。一个城市通常包含一个或几个PoP，但一个PoP通常只位于某个确定的城市。如图1所示，PoP1、PoP2即为由多个Bi-fan结构构成的PoP示意，二者分别属于城市C1、C2。城市C1、C2内部接入互联网的主机A、B、C、D、E、F等通过PoP1、PoP2连接到ISP骨干网络，实现彼此间的数据交互。在对某城市内IP进行探测时，探测路径往往会经过该城市的PoP，到达目的IP。因此，依据PoP的这种特性，开展特定区域PoP网络划分方法的研究，对于获取区域PoP级网络拓扑，了解区域网络结构特性，掌握区域网络动态，检测网络中的重要节点，及对区域内特定目标IP进行城市级定位等实际应用意义重大。此外，利用PoP进行目标IP定位，对基于网络测量的IP定位方法，提高地标的容错性，有较大帮助。在PoP级网络拓扑分析方面，已有文献大致基于路由器域名信息、网络时延特性、网络拓扑包含的特殊结构(如Bi-fan结构)等方面开展研究。文献一《SpringN,MahajanR,WetherallD,etal.MeasuringISPTopologieswithRocketfuel.IEEE/ACMTransactionsonNetworking,2004,12(1):2-16》中通过分析大量路由探测结果发现，一些路由器域名中隐含位置信息，如域名“s1-bb11-nyc-3.0.sprintlink.net”代表了一个纽约市(“nyc”为“NewYorkCity”的缩写)的属于Sprint运营商的路由器，利用该特性，将域名中位置指示性字符相同的路由器划分到同一PoP。该方法可在一定程度上用于PoP划分，但路由器域名通常难以获取，且其命名存在不规范性，仅根据其中字符推测路由器的地理位置进而划分PoP，准确性难以保证。在文献一的基础上，文献二《MadhyasthaHV,IsdalT,PiatekM,etal.iPlane:AnInformationPlaneforDistributedServices.Proceedingsofthe7thSymposiumonOperatingSystemsDesignandImplementation,2006:367-380》提出iPlane算法，利用公开数据源Rocketfuel、Sarangworld，为尽可能多的路由节点分配域名；对域名中位置指示性字符相同的路由器进一步探测，将探测路径路由信息相似的路由器划分到同一PoP。文献三《FeldmanD,ShavittY.AutomaticLargeScaleGenerationofInternetPoPLevelMaps.ProceedingsoftheIEEEGlobalTelecommunicationsConference,2008:1-6》分析PoP的网络结构后指出，其内节点地理位置分布接近且连接紧密，节点间的通信时延应相对较小。针对探测路径，算法从中分析并提取单跳时延值低于阈值的路由连接关系及节点，构造候选节点集合，通过对节点集合的合并完成对PoP的划分。在文献三的基础上，文献四《FeldmanD,ShavittY,ZilbermanN.AStructuralApproachforPoPGeo-location.ComputerNetworks,2012,56(3):1029-1040》进行扩展，基于IP地理位置数据库，给出了PoP的位置估计。通过查询数据库，确定各个PoP中节点的位置，利用投票机制得出各个PoP所在的位置。该算法中，PoP的位置估计受地理位置数据库的准确度影响较大。文献五《LiuS,LiuF,ZhaoF,etal.IPCity-levelGeolocationBasedonthePoP-levelNetworkTopologyAnalysis.InternationalConferenceonInformationCommunicationandManagement.IEEE,2016:109-114》基于网络拓扑包含的特殊结构，对PoP进行划分。对IP集合进行探测，获取网络拓扑数据；基于Bi-fan结构的分析及提取、合并，进行PoP划分；通过分析地标的探测路径信息，确定PoP的城市级位置。上述的几种现有PoP分析方法，所利用的网络特性各不相同，在实际网络环境中的效果及适用性存在一定差异。由于路由器域名信息的不规范性，以及网络时延特性的不稳定性，仅基于路由器域名信息或时延特性的PoP分析方法效果往往一般，适用性较弱。相对而言，网络的拓扑结构相对稳定，基于网络拓扑及结构特性分析的PoP分析方法效果相对较好，适用性相对较强。然而，现有该类算法不适用于对特定区域进行PoP的划分，且探测IP数量较少，无法获取丰富的拓扑数据，划分出的PoP不够完整，在划分PoP前未进行路由别名解析，划分出的PoP准确性难以保证。目前，典型的两种PoP网络划分算法是Feldman等人提出的一种AS内部PoP划分及定位的算法及Liu等人提出的一种基于Bi-fan结构提取的PoP划分算法。一种AS内部PoP划分及定位的算法依据PoP网络所具有的紧密连接的结构特性，分析多探测源的探测结果，根据节点间的单跳时延值，及探测数据包在节点间传输的次数，将节点划分到不同的连通分量；在连通分量内，进一步寻找Bi-fan；根据Bi-fan间是否存在公共节点，及连接的时延值，进一步合并，得出Po本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于子网分析的区域PoP划分方法，其特征在于：包括以下步骤：A、选取待测区域地理多个位置数据库中位置信息一致的IP并构成输入集合T；B、跨地域分布式部署多个探测源，对输入集合T内的IP进行多次探测；C、提取探测路径，并根据探测路径相邻路由器间单跳时延“低‑高‑低”的分布特性将探测目标IPi和IPj的探测路径切分为Pathoutside和Pathinside两段；IPi∈T,IPj∈T；Pathinside表示区域内探测路径段，从进入目的IP所在城市第一跳路由节点至最后一跳路由节点的探测路径段，即“低‑高‑低”中的“低‑高”路径段；Pathoutside表示区域外探测路径段，从探测源到进入目的IP所在区域前最后一跳路由节点的探测路径段，即“低‑高‑低”中的“低”路径段；D、从Pathinside中提取待测区域路由节点；具体过程为：首先，分析所有IP的Pathinside，提取待测区域的路由节点及连接关系，进行归并及去重；然后，去除ISP骨干网节点，获取到待测区域的路由节点集合S及连接关系，此时，U＝S，U表示待测区域所有路由节点构成的集合；E、子网IP筛选及非区域内IP排除：获取其他IP集合S′subnet；具体过程为：e1：对路由节点集合S中的所有IP进行子网分析，获取属于同一子网的其他IP，构建其他IP原始集合Ssubnet；e2：排除其他IP原始集合Ssubnet中不属于待测区域的IP，构建其他IP集合S′subnet；F、将其他IP集合S′subnet作为输入集合T并迭代步骤B至步骤D，提取新路由节点并构造新节点集合S′；G、将步骤F所得新节点集合S′与待测区域所有路由节点构成的集合U中的节点进行并集，对并集后的所有节点进行别名解析，生成节点集合U′；H、根据节点集合U′内路由节点间的连接关系提取具有紧密连接特性的Bi‑fan结构，进行PoP划分。...

【技术特征摘要】
1.一种基于子网分析的区域PoP划分方法，其特征在于：包括以下步骤：A、选取待测区域地理多个位置数据库中位置信息一致的IP并构成输入集合T；B、跨地域分布式部署多个探测源，对输入集合T内的IP进行多次探测；C、提取探测路径，并根据探测路径相邻路由器间单跳时延“低-高-低”的分布特性将探测目标IPi和IPj的探测路径切分为Pathoutside和Pathinside两段；IPi∈T,IPj∈T；Pathinside表示区域内探测路径段，从进入目的IP所在城市第一跳路由节点至最后一跳路由节点的探测路径段，即“低-高-低”中的“低-高”路径段；Pathoutside表示区域外探测路径段，从探测源到进入目的IP所在区域前最后一跳路由节点的探测路径段，即“低-高-低”中的“低”路径段；D、从Pathinside中提取待测区域路由节点；具体过程为：首先，分析所有IP的Pathinside，提取待测区域的路由节点及连接关系，进行归并及去重；然后，去除ISP骨干网节点，获取到待测区域的路由节点集合S及连接关系，此时，U＝S，U表示待测区域所有路由节点构成的集合；E、子网IP筛选及非区域内IP排除：获取其他IP集合S′subnet；具体过程为：e1：对路由节点集合S中的所有IP进行子网分析，获取属于同一子网的其他IP，构建其他IP原始集合Ssubnet；e2：排除其他IP原始集合Ssubnet中不属于待测区域的IP，构建其他IP集合S′subnet；F、将其他IP集合S′subnet作为输入集合T并迭代步骤B至步骤D，提取新路由节点并构造新节点集合S′；G、将步骤F所得新节点集合S′与待测区域所有路由节点构成的集合U中的节点进行并集，对并集后的所有节点进行别名解析，生成节点集合U′；H、根据节点集合U′内路由节点间的连接关系提取具有紧密连接特性的Bi-fan结构，进行PoP划分。2.根据权利要求1所述的基于子网分析的区域PoP划分方法，其特征在于：所述步骤e2具体包括：Pathoutside分析：具体过程为：(1-1)根据IPi和IPj的路由跳数ui，uj及单跳时延最小值vix，vjx(1≤x≤u)，分别构建IPi的跳数-单跳时延向量Vi和IPj的跳数-单跳时延向量Vj，Vi＝(ui,vi1,vi2,…,vix,…,viu)，Vj＝(uj,vj1,vj2,…,vjx,…,vju)；(1-2)利用聚类算法，按照跳数-单跳时延向量相似度将集合...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘粉林，袁福祥，刘琰，朱玛，罗向阳，
申请(专利权)人：罗向阳，
类型：发明
国别省市：河南,41