大型ISP网络拓扑多点测量及其特征分析实例

深入了解Internet拓扑的结构性质有利于更好地设计和发展Internet.由于Internet规模巨大,以及获得完整的路由器级Internet拓扑方面的困难,目前无法研究整个路由器级Internet拓扑.因此,分别研究每个国家级或跨国因特网服务供应商(Internet service provider,简称ISP)网络拓扑结构成为了解Internet拓扑特征的一种可选方法.以中国教育科研网为例,简要描述了多点测量其路由器级拓扑结构的测量结果.分析了该实例拓扑图的节点度分布特征、较大特征值的有关性质以及谱密度分布特征.分析了该实例拓扑图的无符号拉普拉斯谱(SLS)、规格化拉普拉斯谱(NLS)以及群集系数等度量特征.分析结果表明,大型ISP拓扑确实具有某些幂律特征;不同于自治系统级拓扑的情形,对ISP拓扑的节点度补累积分布来说,幂律分布未必拟合得最好;ISP拓扑是一种无标度图,但不符合Barabasi-Albert(BA)生长模型;SLS和NLS具有区分不同的路由器级拓扑结构的能力;Internet路由器级拓扑的发展可能遵循一种不同于BA模型的生长过程.     

基于无尺度网络的路由级拓扑建模与仿真

即使遵循相同节点度幂律分布的无尺度网络也可能具有完全不同的拓扑结构.采用混合建模的方法,综合考虑节点的层次性、权重分布、统计特性,并利用雷达图划分拓扑象限,从网络动力学的角度对节点分类、动态增长分布和连接规则添加约束性条件,构建了与实际网络符合程度更高的路由级拓扑模型,并给出了生成算法.最后结合仿真实验,给出了多种网络统计特征值的计算结果,分析了该模型的有效性和实用性.     

基于多点测量的网络节点度分布研究

首先简要描述了单点测量网络存在的采样偏见问题,认为通过增加探测源节点,可以最大限度地降低网络连接边遗漏的采样偏差.在此基础上,以CAIDA分布于世界范围内的多个探测源点得到的采样拓扑数据,分别考察了网络的节点度三种不同的规律分布.frequency-degree分布表明实际的网络节点度分布服从幂律,但幂指数随着采样偏见影响的降低呈减,卜的趋势,degree-rank服从幂律分布说明了网络节点的度分布存在着较高的不均匀性,补累积函数表明Weibull分布对节点度分布的拟合效果更好.     

Internet自治系统级拓扑发现系统的研究与实现

Internet由多个自治系统相互连接而成，AS间的互联结构体现了Internet的宏观结构。研究AS间的连接关系可以辅助分析网络特性。该文研究了Internet AS级拓扑发现，实现了一个Internet AS级拓扑发现系统。该系统分析BGP路由表得到Internet AS级拓扑并直观显示出来。分析了AS级拓扑的度分布属性，分析结果显示生成的拓扑具有幂律分布特性。     

Internet路由仿真系统研究与实现

随着Internet不断的发展扩大,如何测量路由协议实现在实际网络环境中的运行特性成为一个重要难题.针对这个问题,设计实现了Internet路由仿真系统IRES(Internet routing emulation system),为这种特性的测试和评价提供了试验床.首先提出了一种将Internet拓扑生成和路由协议实现相结合的思想,并基于此给出了IRES的总体结构.接着研究了将GT-ITM网络拓扑模型转换到面向BGP-OSPF的Internet拓扑结构的方法.最后给出了IRES的应用实例,通过与CISCO2600路由器的路由交互,分析得到了被测系统OSPF协议实现的复杂度为O((lgN)⁴),并给出了其所支持的网络规模上限.实验证明,IRES系统作为试验床,具有其他测试系统不可取代的重要作用.     

Internet网络拓扑建模

首先概述Internet网络拓扑建模的意义和分类;总结现阶段已发现的主要网络拓扑特性与度量指标;然后分析、讨论自治域级和路由器级的Internet网络拓扑建模与最新的研究成果;最后针对目前拓扑建模中存在的难点和问题给出总结,并展望未来的研究发展方向.     

Internet拓扑建模综述

Internet拓扑建模是在更高层次上开发、利用Internet的基础.Internet拓扑模型研究经历了从随机型到层次型,再到无尺度(scale-free)网络的过程.对包括幂率(power law)在内的多种Internet拓扑特征及其相应度量进行了分析,对现有的拓扑模型、拓扑生成算法以及拓扑生成器进行了全面的综述.最后论述了目前研究中遇到新的问题与挑战,并对今后技术路线进行了总结.     

基于属性演化和空间影响的路由级拓扑建模

引入吸引度的概念,对国家级ISP网络拓扑结构进行分析,认为Internet网络拓扑的生长是节点带宽等内在因素与地理位置等外在因素共同作用的结果。综合考虑节点属性的演化及地理空间对网络拓扑的影响,给出一种新的Internet路由级拓扑建模算法,通过实验分析幂律及无符号拉普拉斯谱等度量特征,证明该算法能较真实地模拟Internet路由级拓扑结构。     

二谱分聚类的复杂网络社团检测方法

近年来,复杂网络中的社团发现越来越受到研究人员的关注并且许多方法被提了出来。为有效地检测复杂网络中的社团结构,优化了评估与发现社团的模块密度函数(即D值)。通过模块密度的优化进程,证明了模块密度函数能写成模块密度矩阵迹的最大化表达形式。利用模块密度矩阵的谱分分解,提出了一种新的二谱分的聚类检测复杂网络社团方法。在LFR标准人工模型网络中验证了二谱分方法的有效性。实验结果显示这种新的方法在发现复杂网络社团上有较高的准确性。     

基于概率分布的流程工厂模型拓扑相似度计算

为了解决流程工厂模型拓扑相似度计算问题,提出基于概率分布函数的相似度计算方法.首先利用隐马尔可夫建模及状态序列推断,从工厂拓扑结构中挖掘隐含的拓扑语义;然后通过隐含狄利克雷分配模型将拓扑语义映射成长度固定的特征向量;最后用概率模型描述全体特征向量分布,并用分布函数计算2个拓扑结构间的相似度.依据流程工厂专家设计建模的专业知识及从业经验,验证了该方法的准确性和有效性.     

一种新的因特网拓扑的序列分析方法:dM序列分析方法

网络拓扑研究的一项重要内容是分析网络拓扑的特征并生成满足这些特征的拓扑图。拓扑图特征的dK序列分析技术是一种系统化的拓扑分析技术,它能够以不同的精度描述拓扑图的特征,随着d的增加,其生成的拓扑图能够在各种重要的拓扑度量方面越来越接近原始拓扑图,因而对因特网拓扑研究具有重要意义。dK序列分析技术的问题在于状态数较多,生成算法复杂,当d>2时没有直接的生成算法。本文提出了一种新的基于邻接图分布的拓扑图特征的序列分析技术:dM序列分析技术。与dK序列分析技术相比,dM序列分析技术具有状态数少、生成算法简单的优势,因此更适合于大规模拓扑图如因特网AS拓扑的研究。     

S-BITE: A Structure-Based Internet Topology gEnerator

The modeling and analysis of large-scale complex systems, such as the Internet, has recently become a hot research topic. We propose a Structure-Based Internet Topology gEnerator (S-BITE) aimed at accurately reproducing the Internet at the Autonomous System (AS) level. The proposed generator exploits a technique that partitions the network topology into two distinct blocks: the Core, which captures the underlying community structure of the Internet, and the Periphery, representing the “tendrils” of the topology. The benefits of this innovative technique are twofold. First, it deals with the high heterogeneity of the Internet by highlighting a small yet well-structured core. This leads to a huge reduction in complexity and shows that the core of the large-scale Internet is not that large, and can further be broken down into a two-layer graph. Second, thanks to the simplifications introduced by the topology layering, it leads us to the definition of a new topology generator, first at the core level and then for the whole Internet.To the best of our knowledge, S-BITE is the first generator that successfully targets the problem of both matching classical graph metrics, such as the degree distribution, and representing the Internets structure, in the form of maximal cliques. A comparison shows how S-BITE outperforms the reference generators in the literature when looking at both statistical and structural properties of the Internet.     

The impact of IXPs on the AS-level topology structure of the Internet

The AS-level topology of the Internet has been quite a hot research topic in the last few years. However, only a small number of studies have been developed that give a structural interpretation of this graph. Such an interpretation is crucially important in order to test protocols and optimal routing algorithms, to design efficient networks, and for failure detection purposes. Moreover, most research does not highlight the role that IXPs have on the AS-level structure of the Internet, although their role is recognized as fundamental.The initial contribution of this study is an analysis of the most important AS-level topologies that are publicly found on the web and an analysis of the topology obtained when they are merged. We compiled structural information from this topology making considerable use of the k-core decomposition technique to delineate various particular classes of nodes. Next, we associated node properties with a reasonable modus operandi of the ASs on the Internet. The second contribution is a study of the impact that ASs connected to IXPs and BGP connections crossing IXPs have on the AS-level topology. To achieve this, we developed a procedure to gather reliable information related to IXPs and their participants.     

一种基于复杂网络特性的Internet拓扑模型

文章从复杂网络研究的角度出发,根据Internet的统计特征及其形成机制提出了一种基于消息传递的自组织Internet拓扑模型。该拓扑模型动态模拟整个Internet的生长过程:平面上随机分布的孤立节点通过相互发送消息,消息中保存消息源的优先度等信息,每个节点根据接收到的消息决定如何建立连接。网络由初始的孤立节点自下而上自组织形成一个具有层次结构的Internet拓扑结构。仿真试验表明由该模型生成的拓扑结构在度分布以及聚集系数等方面能够准确地吻合现实Internet拓扑结构。     

生成Internet As级拓扑图的Core-Tree算法研究

Internet拓扑图为大范围开发、利用Internet提供了一个有力的工具。InternetAs级拓扑图在自治系统的层次上刻画Internet特征,它在当前很多领域有着广泛的应用。论文提出了一种生成InternetAs级拓扑图的Core-Tree(C-T)算法,它生成具有核心网络和树形拓扑两层结构的As级拓扑图,生成图在结点度分布、树大小分布以及树深度分布等方面比较符合Internet特征。     

生成Internet As拓扑图CWT层次算法研究

Internet拓扑图为大范围开发、利用Internet提供了一个有力的工具。Internet As级拓扑图在自治系统层次上刻画Internet特征，它在当前很多领域有着广泛的应用。该文提出了一种生成Internet As级拓扑图的Complete-Waxman-Tree算法，它生成具有三层结构的As级拓扑图，生成图在结点度分布、树大小分布以及树深度分布方面与Internet比较吻合。     

因特网拓扑特征之间的关联性研究

研究拓扑特征之间的关联性对于简化拓扑建模具有重要的意义。dK特征序列理论上能够计算得到所有的网络拓扑特征,因此可以用来进行拓扑特征的关联性研究。在分析dK序列定义的基础上,推导出一些重要的网络拓扑特征与dK序列之间的关系,这些关系可以用来简化拓扑图特征比较,因此有助于减少因特网拓扑建模研究的模型验证部分的工作量。     

一种计算因特网AS拓扑的最短路径的快速算法

最短路径是因特网AS(autonomous system)拓扑的一个重要特征,AS间的路由路径一般是AS之间的最短路径.因特网服务提供商之间复杂的商业关系导致AS之间存在复杂的路由关系,从而影响AS路由路径的选择,因此在计算AS拓扑中最短路径时需要考虑AS间的路由关系.提出了一种计算AS拓扑中最短路径的算法,算法基于无向图的宽度优先最短路径算法,时间复杂度为O(nm),这里n和m分别为拓扑图中节点和边的个数.通过实验发现,与现有的计算AS拓扑最短路径的时间复杂度为O(n3)的算法相比,该算法在实现同样精确度的前提下大幅缩短了计算时间.     

一种基于AS的Internet拓扑模型

分析Internet中AS的变化规律,提出一种拓扑模型。根据对Internct拓扑变化的统计计算出模型参数。仿真结果表明,该模型生成拓扑的特性比BA模型更接近Internet。