基于統(tǒng)計學原理的網(wǎng)絡滲透測試技術(shù)研究

1、應用技術(shù)太原科技文章編號：10064877（2010）01008802年第期TAIYUANS CI-TECH基于統(tǒng)計學原理的網(wǎng)絡滲透測試技術(shù)研究宋摘進，王平，王袆蘭州）（蘭州交通大學電子與信息工程學院，甘肅要：介紹了推斷分析理論方法，并對網(wǎng)絡滲透測試技術(shù)做了進一步的論述，最后指出了網(wǎng)絡滲透測試技術(shù)需研究的方向。關鍵詞：網(wǎng)絡滲透；網(wǎng)絡測量；統(tǒng)計推斷中圖分類號：文獻標志碼：傳統(tǒng)的網(wǎng)絡測量（Network Measurement ，NM ）是基于網(wǎng)絡內(nèi)部的測量機制即在網(wǎng)絡內(nèi)部的相關節(jié)點上通過測量代理采集有關測量數(shù)據(jù)1，如報文丟失率、延遲和流量等。但這種傳統(tǒng)的網(wǎng)絡測量需要網(wǎng)絡內(nèi)部單元之間的協(xié)作，并存在

2、許多缺陷。一是在一定程度上給網(wǎng)絡帶來潛在的負載；二是測量依賴于自治系統(tǒng)內(nèi)部節(jié)點的協(xié)作，出于網(wǎng)絡安全原因，有些自治系統(tǒng)并不對外開放，難以實現(xiàn)內(nèi)部節(jié)點的協(xié)作和信息交流，對測量的準確性無法保證。隨著技術(shù)的進步，國際上提出了一種網(wǎng)絡滲透測試技術(shù)2，它引用的是醫(yī)學上的計算機掃描技術(shù)思想，也就是通過網(wǎng)絡邊界的測量來分析和推斷網(wǎng)絡內(nèi)部性能和拓撲結(jié)構(gòu)。筆者主要對網(wǎng)絡滲透測試技術(shù)進行理論分析，并基于數(shù)學模型從統(tǒng)計學、測量技術(shù)等不同角度對網(wǎng)絡滲透測試的關鍵技術(shù)和研究現(xiàn)狀進行綜述。統(tǒng)計分析模型推算在網(wǎng)絡邊界上測量接收的報文數(shù)量丟失率和報文延遲時間。在網(wǎng)絡滲透測試中使用鏈路和路徑概念來描述網(wǎng)絡內(nèi)部節(jié)點之間的內(nèi)在聯(lián)系3

3、。由于源節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包經(jīng)過共享路徑上若干個節(jié)點的傳送而到達目的節(jié)點，鏈路級和路徑級的測量中就存在隨機性。于是統(tǒng)計學原理就廣泛的應用于網(wǎng)絡滲透測試技術(shù)中，網(wǎng)絡滲透測試問題可近似為一種線性模型1，即Y =A +，其中，Y 為測量向量；A 為路由矩陣；為待估計的數(shù)據(jù)包的參數(shù)向量；為誤差向量。網(wǎng)絡推斷問題就是在獲得網(wǎng)絡測量向量Y 的情況下對網(wǎng)絡參數(shù)的估計問題。網(wǎng)路滲透測試的關鍵技術(shù)2.1數(shù)據(jù)的采集與測量網(wǎng)絡滲透測試技術(shù)中最重要的部分就是數(shù)據(jù)的采集與測量。因為所有統(tǒng)計推斷都建立在測量值的基礎上，測量的方法不同會直接影響推斷的結(jié)果。根據(jù)數(shù)據(jù)采集的方式，目前測量方法有主動測量與被動測量，而且主動測量有多播測

4、量與單播測量。網(wǎng)絡滲透測試思想網(wǎng)絡滲透測試技術(shù)是國際上提出的一種引用了醫(yī)學上計算機CT 掃描技術(shù)思想的新的測試理論，它彌補了傳統(tǒng)網(wǎng)絡測邊緣測量技術(shù)來獲取網(wǎng)絡中一些不能直接觀察到的信息，通過發(fā)送多種探測包給指定的接收器，觀測并分析接收器所獲得的信息，最后通過統(tǒng)計和推斷來獲得多種網(wǎng)絡信息。目前，網(wǎng)絡滲透技術(shù)的應用研究通過兩方面進行：一方面，基于網(wǎng)絡邊界上進行端到端的測量的鏈路級參數(shù)估計。通過測量端到端的通信行為來推斷網(wǎng)絡內(nèi)部的性能，無需內(nèi)部網(wǎng)絡的任何協(xié)作，從而降低測量所帶來的網(wǎng)絡負載。另一方面，通過對自治系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡設備的密切協(xié)作來對網(wǎng)絡元素的丟包率、延遲等特性進行測量。鏈路級測量是利用1）單播測

5、量。基本原理是通過將每個單個報文發(fā)送到一個固定接收點，以測量端到端的特性，即根據(jù)所發(fā)送的報文總數(shù)與接收節(jié)點接收的報文數(shù)量來推算報文的丟失率4-5，或根據(jù)所用的時間推算路徑延時，這樣就能得到每條路徑參數(shù)的簡單數(shù)學期望值。如果在單播測量中路徑參數(shù)與鏈路參數(shù)之間無嚴格的一一映射，那么在單播測量中推算鏈路參數(shù)就相對比較困難。為解決這一難題，研究人員提出了一種背靠背報文對（back-to-back ）的測量收稿日期：20091101；修回日期：20091210作者簡介：宋進（），男，山西和順人，在讀碩士，主要從事網(wǎng)絡檢測研究，：。··88應用技術(shù)太原科技年第期TAIYUANS CI-

6、TECH方法。報文對就是指從根節(jié)點0連續(xù)發(fā)送2個報文到不同的葉子節(jié)點，也就是接受節(jié)點，報文對經(jīng)過一部分相同的鏈路。如果其中一個報文能成功通過鏈路，那么另一個報文也能成功通過該鏈路。在主動隊列策略中，每組報文對的兩個報文經(jīng)過相同鏈路后延遲性基本相同。另外，單播測量的缺點是每次只能將報文發(fā)送到一個接收點，無法估計所有內(nèi)部鏈路的參數(shù)。為此，通過發(fā)送一組報文在網(wǎng)絡中模擬多播技術(shù)，將報文對以納秒級的間隔一個接一個地發(fā)送到多個接收點，然后利用類似多播的方法統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)。解成若干簡單的子問題并忽略它們之間的相關性，然后把子問題邊緣似然函數(shù)相乘得到概似然函數(shù)。該函數(shù)的最大表示參數(shù)的MPLE2，6，PLE 把對

7、全局參數(shù)的分析轉(zhuǎn)換成一些邊緣概率的分析。顯然MPLE 可以產(chǎn)生許多子期望值。3）期望最大值算法。期望最大值算法主要應用于非完全數(shù)據(jù)參數(shù)估計的兩種情況，一是由于觀察的缺陷所造成的觀察數(shù)據(jù)不完全；二是似然函數(shù)的表達方式過于復雜而導致傳統(tǒng)的估計方法失靈。期望最大值算法通過兩種方式的迭代，一是給定觀察和當前參數(shù)估計計算完全對數(shù)似然函數(shù)關于未知數(shù)據(jù)的期望；二是最大化期望值等使每一步迭代都能保證似然函數(shù)值增加直到估計值收斂。2）多播測量。原理是通過多播樹發(fā)送多播探測包到一組預先設定的接受節(jié)點，然后從接受節(jié)點獲取極強相關性的數(shù)據(jù)經(jīng)行統(tǒng)計分析推斷。相對圖結(jié)束語網(wǎng)絡滲透技術(shù)是一種以通信網(wǎng)絡、統(tǒng)計學原理相結(jié)合的全

8、新的網(wǎng)絡鏈路級參數(shù)推理技術(shù)。研究的重點是測量方法和統(tǒng)計分析方法，但目前還存在許多問題有待于進一步研究。一是現(xiàn)有的測量方法和分析算法都是針對小規(guī)模網(wǎng)絡和有線網(wǎng)絡，如何將其移植于大規(guī)模的網(wǎng)絡和無線網(wǎng)絡中是目前面臨的關鍵問題；二是目前在NT 推斷過程中都假設路由矩陣已知且測量的時間和空間相互獨立的情況下推斷，而這種假設的前提是違背了實際網(wǎng)絡環(huán)境中鏈路和路徑相互依賴的現(xiàn)實。因此，如何尋找更具有彈性和更容易處理建模和統(tǒng)計推測方法是今后需要解決的問題。參考文獻：，（）：，：，（）：林宇，程時端，鄔海濤，等網(wǎng)端到端性能測量技術(shù)研究的進展電子學報，（）：，（）：，（）：，（）：（責任編輯梁志剛）（英文部分下轉(zhuǎn)

9、第頁）1來說，即以根節(jié)點0發(fā)送報文到葉節(jié)點，在葉節(jié)點采集測量值。在統(tǒng)計推斷時利用多播的特性以及葉節(jié)點之間的相關性，如果圖1中節(jié)點4接收到了報文而節(jié)點5沒有接收到報文，就可以判斷報文在鏈路L5上發(fā)生了丟失；如果節(jié)點4，5均未收到探測報文，其原因可能是探測報文未到達父節(jié)點2，也可能是丟失于節(jié)點4或節(jié)點5這兩條鏈路上。這種不確定性情況就需要獲取相關的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析來推斷探測報文的丟失位置。2.2統(tǒng)計推斷分析理論及方法統(tǒng)計推斷技術(shù)在網(wǎng)絡滲透測試技術(shù)中扮演著不可忽視的地位。由于網(wǎng)絡中報文丟失或者時延具有隨機性，根據(jù)所采集的數(shù)據(jù)直接作為網(wǎng)絡性能參數(shù)并不可靠。所以，需要根據(jù)統(tǒng)計推斷分析理論應用測量得到的

10、數(shù)據(jù)推斷網(wǎng)絡內(nèi)部的信息和規(guī)律。其中極大似然方法、概似然方法和期望最大值算法是常用的統(tǒng)計學方法。1）極大似然法。參數(shù)估計方法中常用的估計方法中之一就是極大似然估計。其實質(zhì)是尋找最大概率密度函數(shù)f （Y =y ；）在測量值為，y 1，y 2，贊，并且每次測量之間相互獨立，分布y n 的估計值相同。由模型Y =A x 構(gòu)造出Y 的分布函數(shù)Y =（y ；n），其似然函數(shù)可表示為L （y ；）=儀p （y i ；）。i =1極大似然估計就是尋找一個，使得L （）最大，即贊=argMaxL （y ；），但由于極大似然固有的特性，即無偏性、有效性、一致性，使得在實際問題中找到可解析的函數(shù)比較困難。2）概似然

11、方法。概似然方法5的基本思想是假設Y=A x 中所有的X 分量相互獨立，將NT 問題分··89應用技術(shù)太原科技年第期TAIYUANS CI-TECHXQuery 仍然是一種很有前途的創(chuàng)新語法定義，并且在生成XML 文檔等方面，XQuery 有著其他查詢語言無可比擬的優(yōu)勢。在計算機領域的不斷發(fā)展中，（name ，Marry ）。因此，原查詢的中間結(jié)果集需要較大的空間來存儲這些暫時的結(jié)果，而優(yōu)化后的中間結(jié)果集僅僅需要存放一個結(jié)果，這樣改變之后不單單節(jié)省了存儲空間，而且也減少了查詢匹配的時間，從而提高了執(zhí)行的效率。XQuery 也將勢必被越來越廣泛的接受，在實際的應用中還需要進一

12、步的研究。參考文獻：張晶晶，李楠查詢語言的分析與研究電腦知識與技術(shù)，（）：孟小峰，王宇，王小鋒查詢優(yōu)化研究軟件學報，（）：李效東查詢的代數(shù)表示及其查詢優(yōu)化計算機科學，（）：張曉琳，譚躍生，丁紅面向?qū)ο蟮牟樵兿到y(tǒng)的設計與實現(xiàn)計算機工程與設計，（）：畢蓉蓉，劉淵，翟學敏企業(yè)信息集成中引擎的查詢優(yōu)化計算機工程與應用，（）：（責任編輯梁志剛）結(jié)束語隨著Internet 的快速發(fā)展，XML 數(shù)據(jù)規(guī)模與日俱增，能夠準確、高效地查詢XML 數(shù)據(jù)成為目前研究的一個熱點問題。筆者通過對W3C 提出的XML 查詢語言XQuery 的特點進行了簡要的分析和介紹，并結(jié)合了一個簡單的XML 查詢系統(tǒng)的實現(xiàn)，討論了XQu

13、ery 語言在XML 查詢中的具體應用和查詢優(yōu)化的具體方案。目前，盡管XQuery 還不太成熟穩(wěn)定，但是對于查詢和恢復XML 文檔與文檔集，XML Query Language XQuery Analysis and ResearchLI Yuan-tao ，CAO Zhi-yu（Electronics and Information Engineering College of Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070, China ）Abstract:With the widely application of XML, XQuery as t

14、he query language of XML became more and more important. In this paper, we elaborated XQuery as the query language of XML, designed and realized a XML query system based on XQuery. Also we introduced the structural framework and implementation process, and put forward definite plan for optimization.

15、Key words:XML; XQuery; query optimization（上接第 頁）Measuring and Testing Technique of Internet Penetration Based onStatisticsSONG Jin ，WANG Ping ，WANG Yi（Electronic and Information Engineering College of Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070, China ）Abstract:In this paper, we introduced the analysis theory of inference. Also we elaborated measuring and testing tec