Internet域間路由建模與分析研究.pdf

1、二十世紀九十年代以來，工業(yè)界基本沒有對邊界網(wǎng)關協(xié)議（Border Gateway Protocol，BGP）進行改良，然而BGP協(xié)議服務的對象—Internet在人類社會生活中卻扮演著越來越重要的角色。隨著Internet的網(wǎng)絡規(guī)模、通信體量以及應用種類的快速增長，那些在BGP設計之初并不重要的缺陷逐漸成為限制Internet發(fā)展的關鍵因素。因為BGP協(xié)議可擴展性差、控制語義模糊，所以理解和預測BGP的路由行為十分困難，這導致網(wǎng)絡性能難

2、以優(yōu)化、路由故障難以定位、網(wǎng)絡應用服務質(zhì)量難以保障。因為BGP協(xié)議不檢驗路由的可信性和有效性，所以無效的、甚至惡意篡改的路由內(nèi)容極易在BGP路由系統(tǒng)中擴散，這導致網(wǎng)絡流量易被劫持，進而給網(wǎng)絡用戶造成經(jīng)濟損失。此外，Internet和BGP協(xié)議都采用分布式控制，并以經(jīng)濟利益為驅(qū)動。無論Internet是否以地址為核心，這個運作模式不會改變。因此，對于BGP協(xié)議的研究不但有助于改善目前BGP協(xié)議的性能，還對未來域間路由協(xié)議的開發(fā)具有指導意義

3、?；谏鲜鲈颍疚膶GP路由系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)、路由的決策過程、傳播過程和安全問題進行研究，并在深化已有認識和理解的基礎上，對現(xiàn)有研究的不足之處提出改進。具體的，本文的主要工作和貢獻包括：
　　第一，評價AS（Autonomous System，自治域）級拓撲的測量覆蓋范圍。被動測量是目前測量AS級拓撲的主要方法，其測量結(jié)果受限于每個測量點的位置。本文從理論角度分析并描述了測量點的在理論上的測量覆蓋結(jié)果上限，并比較實際測量結(jié)果與理

4、論測量上限的差距。發(fā)現(xiàn)實際測量結(jié)果覆蓋理論上限中大部分的C-P（Customer-Provider，客戶-供應商）邊，但只覆蓋理論上限的大約30％的P-P（Peer-Peer，對等）邊。本文進一步討論了測量點的測量覆蓋范圍與哪些因素有關，發(fā)現(xiàn)測量點對被測AS的拓撲覆蓋率隨著被測AS與測量點間距離、測量點和被測AS鄰居數(shù)量的增大而降低，而且測量覆蓋率與測量點的路由策略沒有明顯關系?；谠u價結(jié)論，本文進一步提出了優(yōu)化測量點部署算法，相比于目

5、前最優(yōu)的測量點部署算法，該算法測得P-P邊多11%，相比于隨機選點，該算法測得P-P邊多30%。
　　第二，量化BGP路由策略的變化。BGP路由策略的變化導致路由行為規(guī)律發(fā)生變化，這會導致相關研究的結(jié)論出現(xiàn)偏差。本文提出鄰居優(yōu)先級模型以對BGP路由策略進行細粒度建模，并討論了該模型的正確性。基于鄰居優(yōu)先級模型，本文提出量化BGP路由策略動態(tài)性的算法，并將該算法應用于2012年的Routeviews數(shù)據(jù)。進一步的分析發(fā)現(xiàn)：至少20%

6、的前綴的選路策略在6個月內(nèi)至少發(fā)生了一次變化；一個AS的路由策略以恒定的速率變化，但是非頂級AS可能會經(jīng)歷大規(guī)模的路由策略突變；拓撲結(jié)構(gòu)和AS商業(yè)關系的變化不是路由策略變化的主因。
　　第三，AS級路徑預測。預測一對AS間的路徑有助于網(wǎng)絡診斷、流量工程和協(xié)議行為分析，然而目前存在的解決方案只能預測最佳路徑，無法在網(wǎng)絡配置發(fā)生動態(tài)變化時預測相應的路徑變化。為了預測在動態(tài)的網(wǎng)絡環(huán)境中的AS級路徑，本文基于鄰居優(yōu)先級模型提出從累積的BG

7、P路由數(shù)據(jù)中抽取網(wǎng)絡拓撲和選路配置，并討論了如何模擬動態(tài)網(wǎng)絡環(huán)境以進行AS路徑預測。本文從理論上證明了本文構(gòu)建的模型網(wǎng)絡的路由是收斂的。進一步的實驗評價表明，本文提出的方法能夠更準確且更充分的預測AS路徑。
　　第四，BGP異常路由檢測。BGP路由系統(tǒng)在配置不當時或者受到惡意攻擊時十分脆弱，因此需要實時檢測BGP路由系統(tǒng)的異常路由行為。如果異常路由檢測的誤報率很高，系統(tǒng)的使用者就需要通過其它方式進一步驗證，這降低了異常路由的檢測的