骨干网拓扑可视化系统的设计与实现

作     者：郭剑池 

作者单位：北京邮电大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吴志刚

授予年度：2021年

学科分类：12[管理学] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 08[工学] 081201[工学-计算机系统结构] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：边界网关协议 拓扑还原 骨干网 拓扑显示 

摘      要：骨干网是Internet流量的中枢传输系统,骨干网上的微小扰动会影响整个Internet的运行。骨干网拓扑可视化有助于快速定位网络故障,保障路由安全。本文设计并实现了一个骨干网拓扑可视化系统,用于对骨干网拓扑信息的重建、采集、分析、存储及可视化展示,从而为运营商及国家网络安全管理提供技术支撑。本文的主要工作包含以下几个部分:首先,对系统进行了需求分析和概要设计。需求分析包含总体需求分析、功能需求分析和系统性能需求分析三个方面;对系统的整体架构进行了设计,确定了系统的四大功能模块:拓扑信息采集模块、数据解析与存储模块、拓扑查询与AS路径预测模块和局部拓扑可视化模块;简要介绍了各个功能模块的设计思路。其次,基于Kafka和DoubleTree算法,对拓扑信息采集模块进行了详细设计和实现,解耦了模块间的联系,提升了主动探测效率;基于对BGP协议运作原理的理解,对数据解析与存储模块进行了详细设计和实现,完成了对BGP流量的三轮解析和骨干网拓扑信息的存储;基于Libevent网络库,对拓扑查询与AS路径预测模块进行了详细设计和实现,解决在高并发场景下的数据检索问题;基于Vis-network 组件,对局部拓扑可视化模块进行了详细设计与实现,完成了骨干网AS级和骨干路由器级局部拓扑的展示。最后,对系统进行了全面的测试,包括功能测试和性能测试,并分析了测试结果。利用本系统对跨境BGP流量进行被动分析结合主动探测的方法对骨干网的网络拓扑进行收集。三个月的时间里,获取到了 105171条骨干IP信息、9015个骨干路由器信息以及67687个AS域信息。系统在并发场景下的查询响应时间约为36.42毫秒,能够满足用户的查询需求。