开发单个节点对网络的感知能力，构造实时的网络性能度量系统，从而获知网络的状态参数，并优化对网络的使用方式，具有非常高的研究价值和应用前景。本书以主动探测技术为基础，从可用拓扑结构和带宽的度量入手，研究如何提高节点的网络感知能力。《网络拓扑和带宽度量技术研究》(作者周辉)包括五个方面的内容：度量端到端瓶颈属性的BNeck，研究可用带宽度量的分类、原理及问题，拓扑结构度量工具TopDetect，网络拓扑和带宽的度量系统RichMap，大规模网路试验及数据分析。对从事相关研究的工作人员及学者都有较高的参考价值。

在过去的20年中，互联网取得了巨大的成功。互联网的成功，很大程度上归功于它简单易行的通信模式：一个节点只需要按照指定的协议发送和接收数据包，而不必了解负责传输数据的网络是如何运行的。互联网从设计之初至今，都没有显式地提供一种协议以支持节点去感知周围的网络。

尽管互联网的通信模式简单易行，但如果反过来要求一个节点去获知其所处网络的运行状态，将是非常困难的。而最近5年中，越来越多的新需求开始涌现，迫切要求提高单一节点感知网络的能力。例如，网络管理员需要实时度量局部网络的拥塞情况，从而升级或更新设备。安全工具需要能够快速感知网络中流量的异常变化，从而提供有效的预警。越来越多的流媒体传输应用，都要求感知端到端可用带宽的变化，从而实时调整数据传输策略，以期达到最佳的视频效果。我们的调查和实验都表明：传统的网络监控工具，已经无法满足网络管理和新型网络应用的需求。

开发单个节点对网络的感知能力，构造实时的网络性能度量系统，从而获知网络的状态参数，并优化对网络的使用方式，具有非常高的研究价值和应用前景。本书以主动探测技术为基础，从可用拓扑结构和带宽的度量人手，研究如何提高节点的网络感知能力，《网络拓扑和带宽度量技术研究》并在以下五个方面作出创新性贡献。

(1)度量端到端瓶颈属性的BNeck。提出了度量瓶颈链路的物理带宽、可用带宽及位置的算法，并据此实现了BNeck。这是第一个能够并发度量多个瓶颈属性的系统，我们的NS2仿真和大规模网络实验都表明：BNeck能够快速且准确地度量瓶颈链路的物理带宽、可用带宽和位置。

(2)研究可用带宽度量的分类、原理及问题。在大量实验数据的基础上，《网络拓扑和带宽度量技术研究》(作者周辉)分析了十三个常见度量系统的工作原理及软件实现，将其分为单双终端系统两类，进而总结了系统中普遍存在的十类基本问题。  (3)拓扑结构度量工具TopDetect。为了获知网络的拓扑结构，我们开发了TopDetect。TopDetect运行在单一节点上，通过发送IP包触发路由器的ICMlP报错机制，从而获知周边存在的路由器，并据此构造网络拓扑。试验证明：在LAN和WAN中，TopDetect都能实现高达80％的覆盖率。

(4)网络拓扑和带宽的度量系统RichMap。RichMap允许我们以图的方式浏览网络的拓扑结构，及其上所有链路的可用带宽。为了开发Rich—Map，我们整合了BNeck和TopDetect中的数据探测功能，并优化探测数据包构建算法、IcMP收集和绘图模块，从而确保拓扑探测和带宽度量高效地重叠在一起。

(5)大规模网络试验及数据分析。分析在企业网和校园网内安装、调试和运行BNeck、TopDetect及RichMap时收集到的数据，得到很多有价值的结论。特别是分析了拓扑探测中采样偏差问题，反向路由中背景数据流对度量精度的影响，以及不同路由器缓存算法对探测数据包队列的干扰。

第一章 引言

1．1 背景

1．2 涉及的领域

1．3 主要贡献

1．4 全文结构

第二章 相关研究

2．1 网络度量

2．1．1 网络性能

2．1．2 度量误差

2．2 研究机构、会议和期刊

2．3 软件工具

2．4 拓扑结构探测

2．5 丁用带宽度量

2．5．1 可用带宽定义

2．5．2 系统分类

2．5．3 工作原理及假设

2．6 工作比较

第三章 拓扑结构探测系统TopDeteet

3．1 目标和要求

3．2 TopDetect的设计与实现

3．3 拓扑探测

3．3．1 ISP团的基本信息

3．3．2 度量节点

3．3．3 数据收集

3．3．4 其他问题

3．4 拓扑验证

3．5 数据分析

3．5．1 拓扑覆盖率

3．5．2 节点分散度

3．5．3 结构性指标

3．6 讨论

第四章 可用带宽度量系统BNeck

4．1 通信链路模型

4．2 工作原理

4．3 设计和算法

4．3．1 定位拥塞链路

4．3．2 度量拥塞链路的容量

4．3．3 度量拥塞链路的可用带宽

4．3．4 确认瓶颈链路

4．4 NS2仿真试验

4．4．1 容量决定的瓶颈链路

4．4．2 负载决定的瓶颈链路

4．4．3 瓶颈链路的切换

4．4．4 反向路径中的负载

4．4．5 度量时间

4．5 小结

第五章 实时监控系统mchMap

5．1 带宽区间的问题

5．2 系统实现

5．2．1 生成随机地址

5．2．2 选择待测路径

5．2．3 构建探测队列

5．2．4 获取备用路径

5．3 仿真验证

5．4 系统输出及分析

5．5 系统评估

5．5．1 带宽度量准确性

5．5．2 网络拓扑覆盖卒

5．6 讨论

第六章 试验及数据分析

6．1 拓扑探测中的采样误差

6．2 带宽度量系统基本问题

6．2．1 单双终端系统共有的问题

6．2．2 单终端系统独有的问题

6．2．3 双终端系统独有的问题

6．3 LAN／wAN实验分析

6．3．1 局域网

6．3．2 广域网

6．4 小结

第七章 结论及未来工作展望

附录 ANS2网络模拟器及其扩展

A．1 四种网络模拟器简单比较

A．2 组成模块及代码结构

A．3 功能扩充

A．4 数据生成代理的改造

A．5 小结

附录B 网络拓扑与带宽相关名词中英文对照表

参考文献