基于终端的战术网络路由分析技术研究* 1

2016-07-08莫皓颖曾康娟陈治国

通信技术 2016年5期

关键词：终端

莫皓颖，曾康娟，陈治国

(重庆金美通信有限责任公司,重庆 400030)

基于终端的战术网络路由分析技术研究* 1

莫皓颖，曾康娟，陈治国

(重庆金美通信有限责任公司,重庆 400030)

摘要：提出了一种基于终端的网络路由分析技术，该技术通过分析服务器软件对终端服务软件进行控制，终端服务利用Tracert命令采集网络信息并将信息上报至分析服务器，分析服务器进行数据处理整合，通过链路树的生成算法形成网络拓扑，并按照拓扑测试出路由链路信息并进行收集。该技术实现了利用终端得到网络拓扑、链路状态、路由选路、点到点多链路路由开销等数据信息的方法，为战术网络路由选路与分析提供手段。

关键词：路由分析；战术网络；Tracert；终端

0引言

新的战术网络[1]系统中，网络既不同于传统有线网络，也与纯粹的Ad Hoc网络[2-3]不同。战术网络可能既包含了有线IP网络的成份，又含有无线Ad Hoc网络的组成部分。战术网络还可能具有卫星链路与数据链链路。网络路由设备构成复杂，使得对于网络的路由链路进行分析有一定的难度，在该种网络环境下，网络算法[4]混合使用、各种路由设备相互之间交互有可能产生路由不优化、迂回路由多等情况，并且对实际接入终端的业务信息的路由没有集中地进行分析，往往不能满足用户对网络业务状态掌控的需求；用户需要一种方法能够对现有网络业务路由进行分析，使其可以判断网络路由是否正常、是否优化，并且为用户修改路由以保障指定链路的优先与畅通。

本文提出了一种基于终端的战术网络路由分析技术，该技术通过分析服务器软件对终端服务进行控制，终端服务利用Tracert采集网络信息并将信息上报至分析服务器，分析服务器对数据进行处理整合，按照链路树算法形成网络拓扑，并按照拓扑测试出路由及链路信息并进行收集，用户可以利用该技术进行网络路由算法实现、网络测试、网络管理与业务质量服务保障。

1采集网络路由

1.1分析模型

本文所述方法实现模型由分析服务器、业务终端和交换网络构成，如图1所示。

图1　网络实现模型

S系列代表分析服务器，分析服务器位于交换网络的边缘，它接入网络后定时向网络各个终端节点发送探测命令，以发现终端节点的存在，该分析服务器用于对业务终端进行命令下达、数据回收、数据处理分析等功能。

C系列代表业务终端，业务终端部署于交换网络边缘的终端上，通常从网络的各个接入节点接入，用于接收分析服务器的工作指令、执行工作任务与提交数据信息至分析服务器。

1.2Tracert原理

Tracert是一款常用的网络路由跟踪[5]程序的跟踪命令，命令通过终端发送 IP数据报文来获取访问节点所通过的网络路径。当数据报文从你的计算机经过多个网关传送到目的地时，Tracert命令可以用来跟踪数据报文所经过的网络路由器的地址。采用这种方法可以得到一条源计算机到目的地的网络路径，反映了该条报文在当时的情况下路由器的路由转发表为该路径。但是不能证明所有的数据报文都会按照该路径进行路由，Tracert本身使用很简单，只需要在控制台中敲入关键字以及键入所需到达的目的ip地址，便可以进行跟踪，但是运行需要时间，因为它本身的运行是较慢的，对每一个关键节点都会发送多条网络包来确认该路径的正确性，所以在网络节点较远的时候，速度较慢。Tracert在战术通信网络中运用较为广泛，因为它可以检查网络的故障，对于判断路由是否按照正常路径执行非常重要。Tracert的执行是靠控制报文的TTL来实现的，网络节点对TTL值为0的报文将予以丢弃，并对丢弃报文的源地址发送丢弃信息报文，而网络数据包在网络中，每经过一个路由器，TTL都会减1。

Tracert命令发送报文时，第一个报文设置的TTL值为1，那么报文在经过第一个路由器时，便会被路由器抛弃，路由器抛弃该报文将回复一条信息给源发送端，该信息采用Icmp[6]报文格式。当源发送端接收到数据被丢弃的Icmp报文时，便会记录该报文的源地址以确认刚才是在哪个路由器丢失的，记录完成后，Tracert程序会发一个TTL值为2的报文，目标地址仍然是我们想要通信的目标。但该报文会在按照业务路由经过第二个路由器时被丢弃，那么第二个路由器返回Icmp包给源发送端，按照这种方式，源发送端可以记录到达目的地节点所经过的所有路由转发节点。并且可以得到报文时延及丢包等情况的状态信息。Tracert在windows的基本用法如下：

tracert [-h] target_addr

-h：指定搜索目标的最大跃点数。

target_addr：目标节点的Ip地址。

1.3网络路由的实现

采集网络路由的行动受分析服务器的集中控制，分析服务器收集到了各个终端的信息后，首先进行智能规划并将规划的任务下发给其所有的终端服务软件，然后终端服务软件向自己任务节点发起tracert跟踪，并将返回的数据结果记录下来，最后将保存下来的该节点到任务节点的数据上传至分析服务器中，分析服务器对全网的数据进行收集并保存到数据库中。通过该种方式，可以采集到终端到终端的网络路由经过的节点及路由的网络参数信息。该工作任务如表1所示。

表1　终端到终端的跟踪路由

1.4采集链路信息的实现

采集网络路由受分析服务器的集中控制，分析服务器收集到了各个业务终端的所采集的网络路由信息后，整理提取出网络节点的网络地址信息，并将该信息下发给其所有可控业务终端。终端收到该信息后，将对信息中所包含的网络地址进行tracert任务，并统计该任务数据。通过该种方式，可以实现终端与路由器之间的网络路由及参数状态信息，分析服务器根据该信息可以提取出某两个路由器之间的网络链路信息，及时延、连通性等信息。工作任务如表2所示。

表2　终端到网络的路由跟踪

2网络路由分析

2.1拓扑组成分析

分析服务器采集网络路由及链路信息完成后，将在数据库中形成大量点到点的路由数据，分析服务器提取该数据库中的数据信息，按照节点拓扑树生成算法进行整理形成网络拓扑图，如图2所示。

图2　拓扑组成分析

节点拓扑树生成算法：算法先建立一棵树，以第一组数据作为树的根，然后循环遍历所有的根数据，找到与该组树有相同节点元素的数据，并将该组数据合并进树。合并完成后将新构建的树作为根，循环遍历所有根数据，找到与该组树有相同节点的元素数据进行合并，直到合并到最后一组数据，便产生了网络节点拓扑。

网络信息：分析服务器从业务终端所取得的网络路由及链路信息，通过对该信息进行提取，使每条数据信息形成链表式的节点关系，该关系为路由或链路信息的先后顺序，或为网络路由顺序。

链路整理：

步骤一：算法首先从网络信息中取出第一条数据，将该条数据信息作为源数据建立一张图。

步骤二：取出上一步所取数据的下一条数据，将该数据信息的每一个节点数据和上一步所构建的图做匹配。若发现该数据的某一个节点数据存在于上一步构建的图中，便在该图中所对应的节点处添加图的分支，将该条数据信息的节点添加进图中，依次找完该条数据的每一个节点。如果该数据的所有节点都未在上图中，按照第一步构建一张新图。

步骤三：取出上一步所取数据的下一条数据，将该数据信息的每一个节点数据和之前构建的所有图进行匹配，若发现该数据的某一个节点在某一个图中存在，便在该图中所对应的节点处添加图的分支，将该条数据信息的节点添加进图中，依次找完该条数据的每一个节点。如果该数据的所有节点都未在上图中，按照第一步构建一张新图。如果该条数据的节点在多张图中存在，则将多张图构建成一张图，方法为将第一张图作为原图，将其他图依次连入。融合过后只保留融合后的图。

步骤四：按照步骤三依次取出所有的网络信息。最后形成一个或多个教完整的网络拓扑图。

2.2泛洪寻找可达链路

泛洪在网络通信中的原理为将某个接口收到的数据流从除该接口之外的所有接口发送出去。在本文中为模拟的一种路径查找算法。

分析服务器根据数据库中的数据生成网络拓扑图后，按照终端与网络的连接关系，模拟泛洪算法可以找到每两个终端之间的可达链路。如图3所示，若寻找C1到C2的可达链路，算法可以从C1进行泛洪查找，对每一个分支进行遍历，最后寻找到所有可达C2的链路，根据对上图网络拓扑树结构进行泛洪得出，C1到C2的可达链路为a-c-e-m与a-c-b-e-m。泛洪查找过程如下：

数据源发送：如C1发出一个查找c2的信息，并流向网络a节点。

泛洪过程1跳：网络a节点在收到的c1的查找信息中加入自己的标识并将查找信息流向网络c节点。

泛洪过程2跳：网络c节点向收到的网络a节点的查找信息中加入自己的标识并将查找信息流向网络d节点、网络b节点、网络e节点。

泛洪过程3跳：网络d节点收到网络c节点的查找信息，由于该节点向下无节点便将报文丢弃；网络b节点向收到的网络c节点的查找信息中加入自己的标识并将查找信息流向网络f节点、网络e节点；网络e节点向收到的网络c节点的查找信息中加入自己的标识并将查找信息流向网络m节点。

泛洪过程4跳：网络m节点向收到的网络e节点的查找信息中加入自己的标识并将查找信息流向C2；网络f节点收到网络b节点的查找信息，由于该节点向下无节点便将报文丢弃；网络e节点向收到的网络b节点的查找信息中加入自己的标识并将查找信息流向网络m节点。

泛洪过程5跳：c2得到一条可达链路a-c-e-m，并将信息返回给c1；节点m向收到的节点e的查找信息中加入自己的标识并将查找信息流向C2。

泛洪过程6跳：c2得到一条可达链路为a-c-b-e-m，并将信息返回给c1。

图3　泛洪寻找可达链路

2.3路由数据分析

分析服务器取得点与点可达链路信息、链路状态信息、路由数据信息后，通过将点与点可达链路信息与链路状态信息进行匹配，得出点与点的每条可达链路的状态信息，并进行排序，得出较优化的链路。

分析服务器根据测试得出的路由数据信息，得出了目前点对点的网络路由状态信息，服务器将该信息与对应的点对点可达链路状态信息做比对，可以得出目前不是最佳网络路由的数据状态信息，并可以统计当前路由的优化程度信息。

通过当前的路由优化信息，分析服务器构建出新的网络路由结构图，并得出最佳路由表。

3结语

采用该种基于终端节点采集分析网络路由的方法，实现了一套公用的战术网络连路由分析软件模块，目前已经应用在某战术网络的网络测试系统中。系统调用该软件模块完成了路由数据信息和链路数据信息的采集，得出了已发现拓扑的链路状态信息、路由选路信息及路由选路方案信息，为测试系统提供了网络评估手段和网络信息状态呈现的基础数据。由于该方法的应用可对未知网络进行探测和发现分析，使得该方法的应用为网络路由分析提供了一个重要手段。

参考文献：

[1]张传金,王剑锋,姜永广.一种新的战术网络路由与组网方法[J].通信技术,2010,43(03):75-78.

ZHANG Chuan-jin, WANG Jian-feng, JIANG Yong-guang. A New Routing and Networking Method for Tactical Network[J]. Communications Technology, 2010, 43(03):75-78.

[2]谢晓川,韦岗,吴克平.用于Ad Hoc网络的多径混合路由[J].通信技术,2009,42(01):225-227.

XIE Xiao-chuan, WEI Gang, WU Ke-ping. Multipath Hybrid Routing for Ad Hoc Network[J]. Communications Technology, 2009,42(01):225-227.

[3]郭中华,史浩山. Ad Hoc网络路由协议性能分析[J].通信技术,2008,41(11):111-113. GUO Zhong-hua,SHI Hao-shan. Analysis and Evaluation on Performance of Ad Hoc Network Routing Protocols[J]. Communications Technology, 2008,41(11):111-113.

[4]王东平,李绍荣.禁忌搜索算法用于解决网络路由问题[J].计算机科学,2003,30(06):55-57.

WANG Dong-ping, LI Shao-rong. Tabu Search Technique for Solving the Routing Problem[J]. Computer Science, 2003, 30(06): 55-57.

[5]魏涛.路由跟踪命令在网络故障诊断中的应用分析[J]. 信息通信, 2012(06):3-5.

WEI Tao. Application and Analysis of Routing Tracking Command in Network Fault Diagnosis[J]. Information Communication, 2012(06):3-5.

[6]牛逸飞．基于ICMP协议的IP网络安全机制[J]．河南科技学院学报，2005,33(04):68-71.

NIU Yi-fei. Security Mechanism of IP Network based on ICMP Protocol. Journal of Hennan Institute of Science and Technology, 2005,33(04):68-71.

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

中图分类号：TP331.0

文献标志码：A

文章编号：1002-0802(2016)05-0599-04

作者简介：