[計(jì)算機(jī)]Traceroute的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)及其效率優(yōu)化措施

1、.Traceroute的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)及其效率優(yōu)化措施摘要：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)是網(wǎng)絡(luò)工程的一個重要的研究子分支，是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理的基礎(chǔ)性環(huán)節(jié)。同時，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)是對宏觀網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行科學(xué)布局的基礎(chǔ)，也是進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)信息、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)與評價以及相關(guān)網(wǎng)絡(luò)算法改進(jìn)的重要依據(jù)。本文介紹了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)的概念，重點(diǎn)分析了基于Traceroute的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)原來，探討了其發(fā)現(xiàn)效率優(yōu)化措施。關(guān)鍵詞：拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)；Traceroute；優(yōu)化措施1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn) 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫侵妇W(wǎng)絡(luò)元素及其之間的連接關(guān)系。這里所講的網(wǎng)絡(luò)元素，既可以是路由器，也可以是交換機(jī)、網(wǎng)橋等，還可以是客戶端、服務(wù)器，甚至是子網(wǎng)、AS等。這里所講的網(wǎng)絡(luò)，既可

2、抑制局域網(wǎng)，也可以使互聯(lián)網(wǎng)，也可以使互聯(lián)網(wǎng)的一部分。而網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)，就是時發(fā)現(xiàn)并確定網(wǎng)絡(luò)元素及其之間的連接關(guān)系。按照發(fā)現(xiàn)方法對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)進(jìn)行分類，可分為主動式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)和被動式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)。所謂主動式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)，是指將一組精心設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)注入北探測的網(wǎng)絡(luò)，通過對網(wǎng)絡(luò)反饋信息進(jìn)行分析，得到網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)溥B接情況。例如，各種基于Traceroute的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)方法，就是典型的主動式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)?；赟NMP的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)，從原理上也應(yīng)歸類為主動式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)方法。由于主動式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)可以根據(jù)探測需要，有探測發(fā)起者對探測數(shù)據(jù)進(jìn)行專門設(shè)計(jì)，因此適用情形較廣，可以探測網(wǎng)絡(luò)范圍可以很大，并且可通過提高

3、注入數(shù)據(jù)包的科學(xué)性和合理性，不斷提高網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮綔y的準(zhǔn)確度。主動式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮綔y的缺點(diǎn)主要是探測數(shù)據(jù)報將增大網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷。在大規(guī)模多點(diǎn)探測中，診治有可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能的嚴(yán)重降低。在極端的情況下，由于注入數(shù)據(jù)報嚴(yán)重改變了網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，甚至探測到的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑c實(shí)際情況不相符。而被動式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)，則是指對網(wǎng)絡(luò)元素間的數(shù)據(jù)進(jìn)行偵聽，通過對偵聽得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，進(jìn)而得出網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)溥B接情況。例如，通過偵聽路由器間的OSPF交換數(shù)據(jù)包來探測網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞姆椒?，就是一種被動式的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)方法。被動式的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)方法不像網(wǎng)絡(luò)注入數(shù)據(jù)包，因此對網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的影響較小。但由于被偵聽的只是局部網(wǎng)絡(luò)，因此往往通過分析也只能得到局部網(wǎng)

4、絡(luò)的拓?fù)淝闆r。另外，偵聽得到的數(shù)據(jù)可能存在很多不真實(shí)的數(shù)據(jù)，如不能對數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的分析處理，有可能得到不真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。2 Traceroute的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)展基本的Traceroute程序和經(jīng)過改進(jìn)的Traceroute方法有多種，但其基本的原理都是一樣的。如圖1是一個簡單的網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)A為探測遠(yuǎn)點(diǎn)，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)D,F是已知的（或僅僅是地址已知的），而中間各節(jié)點(diǎn)及其連接關(guān)系都是未知的。為了得到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，從探測遠(yuǎn)點(diǎn)A分別向目標(biāo)節(jié)點(diǎn)D,E發(fā)送經(jīng)過設(shè)計(jì)的探測數(shù)據(jù)報，并同時記錄數(shù)據(jù)在傳送過程中各種間節(jié)點(diǎn)B,C,E的回饋信息。通過分析這些回饋信息，就可以得到網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。雖然基本原理都相同，但不同的基于T

5、raceroute的拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)方法，其具體實(shí)現(xiàn)辦法也有所不同。EFDCBA 圖1 基于Traceroute的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)的基本原理示意圖基于Traceroute的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)的主要優(yōu)點(diǎn)：一是可以不受網(wǎng)絡(luò)管轄范圍的限制。很多的Traceroute方法不依賴于路由器的某一特定功能，而是靠采集網(wǎng)絡(luò)中可以正常傳輸?shù)男畔矸治鐾負(fù)浣Y(jié)構(gòu)，因此可以對跨域的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行探測分析。二是主動性強(qiáng)，因此，探測發(fā)起人完全可以根據(jù)自身的需要和被探測網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況，合理選擇適當(dāng)?shù)幕赥raceroute的拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)方法，甚至重新設(shè)計(jì)一種新的方法，是探測者具有很大的主動性?；赥raceroute的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)也有其固有的

6、缺點(diǎn)，這主要有：第一i，因?yàn)榛赥raceroute的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)從其本質(zhì)上屬于一種主動使得網(wǎng)絡(luò)測量方法，并且方法的基本原理限制了此方法要想網(wǎng)絡(luò)注入大量的數(shù)據(jù)報。這一方面會造成網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的增加，可能對網(wǎng)絡(luò)的正常通信產(chǎn)生影響。另一方面，甚至由于網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的改變產(chǎn)生一種“由于進(jìn)行測量而產(chǎn)生的測量誤差”，造成拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)結(jié)果的失真。第二，從目前的研究現(xiàn)狀來看，基于Traceroute的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)方法對網(wǎng)絡(luò)層拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)有比較好的效果，但對鏈路層發(fā)現(xiàn)沒有很好的辦法。這主要是因?yàn)殒溌穼釉O(shè)備對于路由器來講是透明的，因此靠路由追蹤發(fā)現(xiàn)鏈路層設(shè)備及其連接關(guān)系的難度很高。第三，基于Traceroute的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)的效率

7、一般比較低。進(jìn)行一次拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)操作，一般情況下只能發(fā)現(xiàn)很少數(shù)量的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，有時甚至只能發(fā)現(xiàn)一個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或連接。因此，此方法一般需要很高的設(shè)備資源占用和時間開銷。雖然存在明顯的缺點(diǎn)，但由于基于Traceroute的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)方法不依賴于路由器的特定功能這一顯著優(yōu)點(diǎn)，使得該方法在跨域的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮綔y中還是得到了廣泛的應(yīng)用。特別是隨著網(wǎng)絡(luò)安全環(huán)境變得越來越惡劣，迫使大部分的路由器都關(guān)閉了SNMP，基于Traceroute的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)方法受到越來越廣泛的重視，已經(jīng)成為面向大規(guī)?；ヂ?lián)網(wǎng)絡(luò)探測的主要方法。3 拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)優(yōu)化策略分析3.1 改進(jìn)探測報文發(fā)送策略在基于Traceroute的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)中，可以采

8、取各種不同的策略發(fā)送探測報文，不同發(fā)送策略的發(fā)送效率也有很大不同。（1）“packet to packet”：探測源發(fā)送一個探測報文，直到收到一個反饋報文或者等待時間超時，在發(fā)送下一個探測報文。這是一種傳統(tǒng)的探測報文發(fā)送策略，因此探測效率很低。特別是當(dāng)某一跳沒有反饋時，由于必須等待超時，更加降低了探測效率。對于packet by packet發(fā)送策略的改進(jìn)，重點(diǎn)在于合理設(shè)置超時等待時間。（2）“hop by hop”：設(shè)對每一跳的探測次數(shù)為k。探測源按照事先預(yù)設(shè)地一個延時值（通常k為50ms），依次向某一跳發(fā)送完畢全部的k個探測報文后，等待收到反饋或超時后，再轉(zhuǎn)向?qū)ο乱惶奶綔y?！癶op by

9、 hop”策略在效率上要優(yōu)于“packet to packet”策略。（3）“Concurrent”：探測源向依次向所有的探測跳數(shù)發(fā)送完畢全部的探測報文，相鄰探測報文之間的時間間隔是一個預(yù)設(shè)值（通常也為50ms）。由于不等待反饋,因此“Concurrent”策略的效率比上述兩種策略都高。然而，為了實(shí)現(xiàn)“Concurrent”策略，探測源必須預(yù)知到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的TTL值。一種可能的方法是，喜愛那個目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送Fing探測保溫，然后通過解析反饋報文獲取到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的TTL值。另一種可能的方法是，以一個很大的TTL值向目標(biāo)發(fā)送Traceroute探測報文，根據(jù)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的ICMP反饋報文，估算到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的T

10、TL。3.2 主機(jī)可達(dá)性篩選和探測停止規(guī)則的合理設(shè)置當(dāng)探測報文發(fā)送策略選定以后，影響探測效率的主要因素便是路由器反饋ICMP報文的時間或者是等待超時的時間。在上所公布的探測源中，通過選定20個探測源向50個隨機(jī)的目的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行探測試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在開始幾跳時RTT值很小，隨著跳數(shù)的增加，RTT值逐漸增大。探測的RTT值一般都在數(shù)毫秒到400毫秒之間，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的最大RTT值為504毫秒。而傳統(tǒng)Traceroute的超時等待時間默認(rèn)為3毫秒?？梢姵瑫r等待時間要大大高于正常的報文反饋往返時間。由于傳統(tǒng)的Traceroute在目標(biāo)主機(jī)不可達(dá)時，會議是否達(dá)到設(shè)定的最大TTL值（默認(rèn)為30）作為探測停止的條件，