6EDL:高效的大规模活跃IPv6地址探测系统

作     者：宋光磊 张文健 林金磊 韩东岐 王之梁 张辉 杨家海 SONG Guang-Lei;ZHANG Wen-Jian;LIN Jin-Lei;HAN Dong-Qi;WANG Zhi-Liang;ZHANG Hui;YANG Jia-Hai

作者机构：清华大学网络科学与网络空间研究院北京100084 中关村实验室北京100081 泉城实验室济南250000 

出 版 物：《计算机学报》 (Chinese Journal of Computers)

年 卷 期：2024年第47卷第8期

页      面：1949-1969页

核心收录：

学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 08[工学] 081001[工学-通信与信息系统] 

基　　金：国家重点研发项目互联网IP地址空间与域间路由系统关键信息感知技术(No.2022YFB3105001) 中关村实验室项目、清华大学-中国电信集团有限公司下一代互联网技术联合研究中心项目资助 

主　　题：网络测量 IPv6 活跃地址探测 机器学习 IPv6活跃地址集 

摘      要：互联网规模的急剧增长导致IPv4地址资源逐渐耗尽,IPv6的大规模部署有效地解决了IPv4地址耗尽的问题.然而,IPv6地址空间庞大的特性为活跃地址的探测带来了巨大挑战.当前已有的活跃IPv6地址探测方法存在探测速度较慢、命中率偏低、探测范围受限等问题.针对这些挑战,本文提出了高效、快速、适用范围广的活跃地址探测系统6EDL.6EDL将地址探测分为无种子地址场景和有种子地址场景,并针对每种场景设计高效探测算法.在无种子地址场景下,本文提出了6EDL-N,使用神经网络挖掘BGP前缀信息与地址配置模式之间的潜在关系,实现了有种子区域到任一无种子区域的地址迁移,从而扩展了地址探测的边界.此外,本文引入了预探测机制,有效缓解了大规模地址探测中的资源浪费问题.实验表明,6EDL-N的命中率达到12.69%,覆盖度为21.97%,单位时间发现的活跃地址数(NPT)为233.09个/s.与现有工作相比,6EDL-N的命中率是其的8.13倍,NPT为14.94倍,覆盖度为1.84倍.在有种子地址场景下,本文提出基于生成对抗网络(GAN)的活跃地址探测方法6EDL-S,通过精细的种子地址分布规律学习,并采用环境反馈机制来缓解种子地址采样偏差,有效提升了命中率.实验表明,6EDL-S的命中率达到了25.91%,是已有方法的1.23~10.89倍.同时,NPT为466.72个/s,是已有方法的1.49~6.20倍.最终,经过持续探测,6EDL系统成功发现了29.77亿个活跃地址,包含5.66亿别名地址和24.11亿非别名地址,覆盖了125101个BGP前缀和40137个AS.本文构造的活跃IPv6地址集将有效支撑IPv6网络测量和安全分析等多种应用,进一步打开了IPv6网络研究的大门.