基于終端的戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)路由分析技術(shù)研究* 1

莫皓穎，曾康娟，陳治國(guó)

(重慶金美通信有限責(zé)任公司,重慶 400030)

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基于終端的戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)路由分析技術(shù)研究* 1

莫皓穎，曾康娟，陳治國(guó)

(重慶金美通信有限責(zé)任公司,重慶 400030)

摘要：提出了一種基于終端的網(wǎng)絡(luò)路由分析技術(shù)，該技術(shù)通過(guò)分析服務(wù)器軟件對(duì)終端服務(wù)軟件進(jìn)行控制，終端服務(wù)利用Tracert命令采集網(wǎng)絡(luò)信息并將信息上報(bào)至分析服務(wù)器，分析服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理整合，通過(guò)鏈路樹的生成算法形成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌凑胀負(fù)錅y(cè)試出路由鏈路信息并進(jìn)行收集。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了利用終端得到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、鏈路狀態(tài)、路由選路、點(diǎn)到點(diǎn)多鏈路路由開銷等數(shù)據(jù)信息的方法，為戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)路由選路與分析提供手段。

關(guān)鍵詞：路由分析；戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)；Tracert；終端

0引言

新的戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)[1]系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)既不同于傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)，也與純粹的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)[2-3]不同。戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)可能既包含了有線IP網(wǎng)絡(luò)的成份，又含有無(wú)線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的組成部分。戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)還可能具有衛(wèi)星鏈路與數(shù)據(jù)鏈鏈路。網(wǎng)絡(luò)路由設(shè)備構(gòu)成復(fù)雜，使得對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的路由鏈路進(jìn)行分析有一定的難度，在該種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，網(wǎng)絡(luò)算法[4]混合使用、各種路由設(shè)備相互之間交互有可能產(chǎn)生路由不優(yōu)化、迂回路由多等情況，并且對(duì)實(shí)際接入終端的業(yè)務(wù)信息的路由沒(méi)有集中地進(jìn)行分析，往往不能滿足用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)狀態(tài)掌控的需求；用戶需要一種方法能夠?qū)ΜF(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)路由進(jìn)行分析，使其可以判斷網(wǎng)絡(luò)路由是否正常、是否優(yōu)化，并且為用戶修改路由以保障指定鏈路的優(yōu)先與暢通。

本文提出了一種基于終端的戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)路由分析技術(shù)，該技術(shù)通過(guò)分析服務(wù)器軟件對(duì)終端服務(wù)進(jìn)行控制，終端服務(wù)利用Tracert采集網(wǎng)絡(luò)信息并將信息上報(bào)至分析服務(wù)器，分析服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理整合，按照鏈路樹算法形成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，并按照拓?fù)錅y(cè)試出路由及鏈路信息并進(jìn)行收集，用戶可以利用該技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)路由算法實(shí)現(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)測(cè)試、網(wǎng)絡(luò)管理與業(yè)務(wù)質(zhì)量服務(wù)保障。

1采集網(wǎng)絡(luò)路由

1.1分析模型

本文所述方法實(shí)現(xiàn)模型由分析服務(wù)器、業(yè)務(wù)終端和交換網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，如圖1所示。

圖1　網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)模型

S系列代表分析服務(wù)器，分析服務(wù)器位于交換網(wǎng)絡(luò)的邊緣，它接入網(wǎng)絡(luò)后定時(shí)向網(wǎng)絡(luò)各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)發(fā)送探測(cè)命令，以發(fā)現(xiàn)終端節(jié)點(diǎn)的存在，該分析服務(wù)器用于對(duì)業(yè)務(wù)終端進(jìn)行命令下達(dá)、數(shù)據(jù)回收、數(shù)據(jù)處理分析等功能。

C系列代表業(yè)務(wù)終端，業(yè)務(wù)終端部署于交換網(wǎng)絡(luò)邊緣的終端上，通常從網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)接入節(jié)點(diǎn)接入，用于接收分析服務(wù)器的工作指令、執(zhí)行工作任務(wù)與提交數(shù)據(jù)信息至分析服務(wù)器。

1.2Tracert原理

Tracert是一款常用的網(wǎng)絡(luò)路由跟蹤[5]程序的跟蹤命令，命令通過(guò)終端發(fā)送 IP數(shù)據(jù)報(bào)文來(lái)獲取訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)所通過(guò)的網(wǎng)絡(luò)路徑。當(dāng)數(shù)據(jù)報(bào)文從你的計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)多個(gè)網(wǎng)關(guān)傳送到目的地時(shí)，Tracert命令可以用來(lái)跟蹤數(shù)據(jù)報(bào)文所經(jīng)過(guò)的網(wǎng)絡(luò)路由器的地址。采用這種方法可以得到一條源計(jì)算機(jī)到目的地的網(wǎng)絡(luò)路徑，反映了該條報(bào)文在當(dāng)時(shí)的情況下路由器的路由轉(zhuǎn)發(fā)表為該路徑。但是不能證明所有的數(shù)據(jù)報(bào)文都會(huì)按照該路徑進(jìn)行路由，Tracert本身使用很簡(jiǎn)單，只需要在控制臺(tái)中敲入關(guān)鍵字以及鍵入所需到達(dá)的目的ip地址，便可以進(jìn)行跟蹤，但是運(yùn)行需要時(shí)間，因?yàn)樗旧淼倪\(yùn)行是較慢的，對(duì)每一個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)都會(huì)發(fā)送多條網(wǎng)絡(luò)包來(lái)確認(rèn)該路徑的正確性，所以在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)較遠(yuǎn)的時(shí)候，速度較慢。Tracert在戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)用較為廣泛，因?yàn)樗梢詸z查網(wǎng)絡(luò)的故障，對(duì)于判斷路由是否按照正常路徑執(zhí)行非常重要。Tracert的執(zhí)行是靠控制報(bào)文的TTL來(lái)實(shí)現(xiàn)的，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)對(duì)TTL值為0的報(bào)文將予以丟棄，并對(duì)丟棄報(bào)文的源地址發(fā)送丟棄信息報(bào)文，而網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中，每經(jīng)過(guò)一個(gè)路由器，TTL都會(huì)減1。

Tracert命令發(fā)送報(bào)文時(shí)，第一個(gè)報(bào)文設(shè)置的TTL值為1，那么報(bào)文在經(jīng)過(guò)第一個(gè)路由器時(shí)，便會(huì)被路由器拋棄，路由器拋棄該報(bào)文將回復(fù)一條信息給源發(fā)送端，該信息采用Icmp[6]報(bào)文格式。當(dāng)源發(fā)送端接收到數(shù)據(jù)被丟棄的Icmp報(bào)文時(shí)，便會(huì)記錄該報(bào)文的源地址以確認(rèn)剛才是在哪個(gè)路由器丟失的，記錄完成后，Tracert程序會(huì)發(fā)一個(gè)TTL值為2的報(bào)文，目標(biāo)地址仍然是我們想要通信的目標(biāo)。但該報(bào)文會(huì)在按照業(yè)務(wù)路由經(jīng)過(guò)第二個(gè)路由器時(shí)被丟棄，那么第二個(gè)路由器返回Icmp包給源發(fā)送端，按照這種方式，源發(fā)送端可以記錄到達(dá)目的地節(jié)點(diǎn)所經(jīng)過(guò)的所有路由轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。并且可以得到報(bào)文時(shí)延及丟包等情況的狀態(tài)信息。Tracert在windows的基本用法如下：

tracert [-h] target_addr

-h：指定搜索目標(biāo)的最大躍點(diǎn)數(shù)。

target_addr：目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的Ip地址。

1.3網(wǎng)絡(luò)路由的實(shí)現(xiàn)

采集網(wǎng)絡(luò)路由的行動(dòng)受分析服務(wù)器的集中控制，分析服務(wù)器收集到了各個(gè)終端的信息后，首先進(jìn)行智能規(guī)劃并將規(guī)劃的任務(wù)下發(fā)給其所有的終端服務(wù)軟件，然后終端服務(wù)軟件向自己任務(wù)節(jié)點(diǎn)發(fā)起tracert跟蹤，并將返回的數(shù)據(jù)結(jié)果記錄下來(lái)，最后將保存下來(lái)的該節(jié)點(diǎn)到任務(wù)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)上傳至分析服務(wù)器中，分析服務(wù)器對(duì)全網(wǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集并保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中。通過(guò)該種方式，可以采集到終端到終端的網(wǎng)絡(luò)路由經(jīng)過(guò)的節(jié)點(diǎn)及路由的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)信息。該工作任務(wù)如表1所示。

表1　終端到終端的跟蹤路由

1.4采集鏈路信息的實(shí)現(xiàn)

采集網(wǎng)絡(luò)路由受分析服務(wù)器的集中控制，分析服務(wù)器收集到了各個(gè)業(yè)務(wù)終端的所采集的網(wǎng)絡(luò)路由信息后，整理提取出網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)地址信息，并將該信息下發(fā)給其所有可控業(yè)務(wù)終端。終端收到該信息后，將對(duì)信息中所包含的網(wǎng)絡(luò)地址進(jìn)行tracert任務(wù)，并統(tǒng)計(jì)該任務(wù)數(shù)據(jù)。通過(guò)該種方式，可以實(shí)現(xiàn)終端與路由器之間的網(wǎng)絡(luò)路由及參數(shù)狀態(tài)信息，分析服務(wù)器根據(jù)該信息可以提取出某兩個(gè)路由器之間的網(wǎng)絡(luò)鏈路信息，及時(shí)延、連通性等信息。工作任務(wù)如表2所示。

表2　終端到網(wǎng)絡(luò)的路由跟蹤

2網(wǎng)絡(luò)路由分析

2.1拓?fù)浣M成分析

分析服務(wù)器采集網(wǎng)絡(luò)路由及鏈路信息完成后，將在數(shù)據(jù)庫(kù)中形成大量點(diǎn)到點(diǎn)的路由數(shù)據(jù)，分析服務(wù)器提取該數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)信息，按照節(jié)點(diǎn)拓?fù)錁渖伤惴ㄟM(jìn)行整理形成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，如圖2所示。

圖2　拓?fù)浣M成分析

節(jié)點(diǎn)拓?fù)錁渖伤惴ǎ核惴ㄏ冉⒁豢脴?，以第一組數(shù)據(jù)作為樹的根，然后循環(huán)遍歷所有的根數(shù)據(jù)，找到與該組樹有相同節(jié)點(diǎn)元素的數(shù)據(jù)，并將該組數(shù)據(jù)合并進(jìn)樹。合并完成后將新構(gòu)建的樹作為根，循環(huán)遍歷所有根數(shù)據(jù)，找到與該組樹有相同節(jié)點(diǎn)的元素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行合并，直到合并到最后一組數(shù)據(jù)，便產(chǎn)生了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)拓?fù)洹?/p>

網(wǎng)絡(luò)信息：分析服務(wù)器從業(yè)務(wù)終端所取得的網(wǎng)絡(luò)路由及鏈路信息，通過(guò)對(duì)該信息進(jìn)行提取，使每條數(shù)據(jù)信息形成鏈表式的節(jié)點(diǎn)關(guān)系，該關(guān)系為路由或鏈路信息的先后順序，或?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)路由順序。

鏈路整理：

步驟一：算法首先從網(wǎng)絡(luò)信息中取出第一條數(shù)據(jù)，將該條數(shù)據(jù)信息作為源數(shù)據(jù)建立一張圖。

步驟二：取出上一步所取數(shù)據(jù)的下一條數(shù)據(jù)，將該數(shù)據(jù)信息的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)和上一步所構(gòu)建的圖做匹配。若發(fā)現(xiàn)該數(shù)據(jù)的某一個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)存在于上一步構(gòu)建的圖中，便在該圖中所對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)處添加圖的分支，將該條數(shù)據(jù)信息的節(jié)點(diǎn)添加進(jìn)圖中，依次找完該條數(shù)據(jù)的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)。如果該數(shù)據(jù)的所有節(jié)點(diǎn)都未在上圖中，按照第一步構(gòu)建一張新圖。

步驟三：取出上一步所取數(shù)據(jù)的下一條數(shù)據(jù)，將該數(shù)據(jù)信息的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)和之前構(gòu)建的所有圖進(jìn)行匹配，若發(fā)現(xiàn)該數(shù)據(jù)的某一個(gè)節(jié)點(diǎn)在某一個(gè)圖中存在，便在該圖中所對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)處添加圖的分支，將該條數(shù)據(jù)信息的節(jié)點(diǎn)添加進(jìn)圖中，依次找完該條數(shù)據(jù)的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)。如果該數(shù)據(jù)的所有節(jié)點(diǎn)都未在上圖中，按照第一步構(gòu)建一張新圖。如果該條數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)在多張圖中存在，則將多張圖構(gòu)建成一張圖，方法為將第一張圖作為原圖，將其他圖依次連入。融合過(guò)后只保留融合后的圖。

步驟四：按照步驟三依次取出所有的網(wǎng)絡(luò)信息。最后形成一個(gè)或多個(gè)教完整的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。

2.2泛洪尋找可達(dá)鏈路

泛洪在網(wǎng)絡(luò)通信中的原理為將某個(gè)接口收到的數(shù)據(jù)流從除該接口之外的所有接口發(fā)送出去。在本文中為模擬的一種路徑查找算法。

分析服務(wù)器根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)生成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D后，按照終端與網(wǎng)絡(luò)的連接關(guān)系，模擬泛洪算法可以找到每?jī)蓚€(gè)終端之間的可達(dá)鏈路。如圖3所示，若尋找C1到C2的可達(dá)鏈路，算法可以從C1進(jìn)行泛洪查找，對(duì)每一個(gè)分支進(jìn)行遍歷，最后尋找到所有可達(dá)C2的鏈路，根據(jù)對(duì)上圖網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行泛洪得出，C1到C2的可達(dá)鏈路為a-c-e-m與a-c-b-e-m。泛洪查找過(guò)程如下：

數(shù)據(jù)源發(fā)送：如C1發(fā)出一個(gè)查找c2的信息，并流向網(wǎng)絡(luò)a節(jié)點(diǎn)。

泛洪過(guò)程1跳：網(wǎng)絡(luò)a節(jié)點(diǎn)在收到的c1的查找信息中加入自己的標(biāo)識(shí)并將查找信息流向網(wǎng)絡(luò)c節(jié)點(diǎn)。

泛洪過(guò)程2跳：網(wǎng)絡(luò)c節(jié)點(diǎn)向收到的網(wǎng)絡(luò)a節(jié)點(diǎn)的查找信息中加入自己的標(biāo)識(shí)并將查找信息流向網(wǎng)絡(luò)d節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)b節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)e節(jié)點(diǎn)。

泛洪過(guò)程3跳：網(wǎng)絡(luò)d節(jié)點(diǎn)收到網(wǎng)絡(luò)c節(jié)點(diǎn)的查找信息，由于該節(jié)點(diǎn)向下無(wú)節(jié)點(diǎn)便將報(bào)文丟棄；網(wǎng)絡(luò)b節(jié)點(diǎn)向收到的網(wǎng)絡(luò)c節(jié)點(diǎn)的查找信息中加入自己的標(biāo)識(shí)并將查找信息流向網(wǎng)絡(luò)f節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)e節(jié)點(diǎn)；網(wǎng)絡(luò)e節(jié)點(diǎn)向收到的網(wǎng)絡(luò)c節(jié)點(diǎn)的查找信息中加入自己的標(biāo)識(shí)并將查找信息流向網(wǎng)絡(luò)m節(jié)點(diǎn)。

泛洪過(guò)程4跳：網(wǎng)絡(luò)m節(jié)點(diǎn)向收到的網(wǎng)絡(luò)e節(jié)點(diǎn)的查找信息中加入自己的標(biāo)識(shí)并將查找信息流向C2；網(wǎng)絡(luò)f節(jié)點(diǎn)收到網(wǎng)絡(luò)b節(jié)點(diǎn)的查找信息，由于該節(jié)點(diǎn)向下無(wú)節(jié)點(diǎn)便將報(bào)文丟棄；網(wǎng)絡(luò)e節(jié)點(diǎn)向收到的網(wǎng)絡(luò)b節(jié)點(diǎn)的查找信息中加入自己的標(biāo)識(shí)并將查找信息流向網(wǎng)絡(luò)m節(jié)點(diǎn)。

泛洪過(guò)程5跳：c2得到一條可達(dá)鏈路a-c-e-m，并將信息返回給c1；節(jié)點(diǎn)m向收到的節(jié)點(diǎn)e的查找信息中加入自己的標(biāo)識(shí)并將查找信息流向C2。

泛洪過(guò)程6跳：c2得到一條可達(dá)鏈路為a-c-b-e-m，并將信息返回給c1。

圖3　泛洪尋找可達(dá)鏈路

2.3路由數(shù)據(jù)分析

分析服務(wù)器取得點(diǎn)與點(diǎn)可達(dá)鏈路信息、鏈路狀態(tài)信息、路由數(shù)據(jù)信息后，通過(guò)將點(diǎn)與點(diǎn)可達(dá)鏈路信息與鏈路狀態(tài)信息進(jìn)行匹配，得出點(diǎn)與點(diǎn)的每條可達(dá)鏈路的狀態(tài)信息，并進(jìn)行排序，得出較優(yōu)化的鏈路。

分析服務(wù)器根據(jù)測(cè)試得出的路由數(shù)據(jù)信息，得出了目前點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)路由狀態(tài)信息，服務(wù)器將該信息與對(duì)應(yīng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)可達(dá)鏈路狀態(tài)信息做比對(duì)，可以得出目前不是最佳網(wǎng)絡(luò)路由的數(shù)據(jù)狀態(tài)信息，并可以統(tǒng)計(jì)當(dāng)前路由的優(yōu)化程度信息。

通過(guò)當(dāng)前的路由優(yōu)化信息，分析服務(wù)器構(gòu)建出新的網(wǎng)絡(luò)路由結(jié)構(gòu)圖，并得出最佳路由表。

3結(jié)語(yǔ)

采用該種基于終端節(jié)點(diǎn)采集分析網(wǎng)絡(luò)路由的方法，實(shí)現(xiàn)了一套公用的戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)連路由分析軟件模塊，目前已經(jīng)應(yīng)用在某戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)測(cè)試系統(tǒng)中。系統(tǒng)調(diào)用該軟件模塊完成了路由數(shù)據(jù)信息和鏈路數(shù)據(jù)信息的采集，得出了已發(fā)現(xiàn)拓?fù)涞逆溌窢顟B(tài)信息、路由選路信息及路由選路方案信息，為測(cè)試系統(tǒng)提供了網(wǎng)絡(luò)評(píng)估手段和網(wǎng)絡(luò)信息狀態(tài)呈現(xiàn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。由于該方法的應(yīng)用可對(duì)未知網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行探測(cè)和發(fā)現(xiàn)分析，使得該方法的應(yīng)用為網(wǎng)絡(luò)路由分析提供了一個(gè)重要手段。

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Tactical Network Routing Analysis Technology based on Terminal

MO Hao-ying,ZENG Kang-juan,CHEN Zhi-guo

(Chongqing Jinmei Communication Co., Ltd., Chongqing 400030,China)

Abstract：A network routing analysis technology based on terminal is proposed, this technology implements control on software, by analyzing server software, and the terminal service colletcs and reports the network information to the analysis server with ‘Tracert’ command. Then the analysis server processes and integrates the data, generates network topology with link-tree generating algorithm, and collects the routing link information in accordance with the network topology. This technology, by using terminal, achieves the acquisition of data information including network topology, link state, route selection, point-to-point multi-link routing overhead and so on, thus providing a means for route selection and analysis in tactical network.

Key words：routing analysis;tactical network;Tracert;terminal

doi:10.3969/j.issn.1002-0802.2016.05.017

* 收稿日期：2015-12-16；修回日期：2016-03-29Received date:2015-12-16；Revised date：2016-03-29

中圖分類號(hào)：TP331.0

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-0802(2016)05-0599-04

作者簡(jiǎn)介：

莫皓穎(1991—)，男，學(xué)士，工程師，主研方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及通信技術(shù)；

曾康娟(1983—)，女，碩士，工程師，主研方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及通信技術(shù)；

陳治國(guó)(1984—)，男，碩士，工程師，主研方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及通信技術(shù)。