可抵御膨脹攻擊的網(wǎng)絡物理帶寬測量方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明設及一種可抵御膨脹攻擊的網(wǎng)絡物理帶寬測量方法，尤其是設及一種可W 有效防止被測量端惡意膨脹其與測量端之間網(wǎng)絡物理帶寬的測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在互聯(lián)網(wǎng)（Internet)中，網(wǎng)絡路徑上數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣瓤蒞用網(wǎng)絡帶寬來表示。常 用的網(wǎng)絡帶寬一般可分為物理帶寬和可用帶寬兩種。物理帶寬是指由網(wǎng)絡路徑上物理設備 所決定的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸速度的最大值（當網(wǎng)絡路徑上的物理設備確定后，其物理帶寬可W 認為是一個恒定值）。與此不同，可用帶寬是考慮到不同網(wǎng)絡數(shù)據(jù)流可能在同一時刻通過某 一網(wǎng)絡路徑而導致的該時刻在該網(wǎng)絡路徑上物理帶寬的剩余值（顯而易見，網(wǎng)絡路徑上的 可用帶寬是一個時變值，它隨著網(wǎng)絡狀態(tài)的變化而時刻變化著）。由于物理帶寬能比較恒定 的反應網(wǎng)絡設備的數(shù)據(jù)處理和傳輸能力，網(wǎng)絡服務提供商往往按照物理帶寬的大小向互聯(lián) 網(wǎng)用戶收取租金。因此，為了防止受到欺騙，互聯(lián)網(wǎng)用戶常采用非合作式帶寬測量方法來驗 證自己接入互聯(lián)網(wǎng)服務的實際物理帶寬是否達到了網(wǎng)絡服務提供商承若的標準。除此之 夕h很多第Ξ方網(wǎng)絡監(jiān)察機構(gòu)也需要使用非合作式帶寬測量方法來監(jiān)測整個互聯(lián)網(wǎng)的物理 帶寬資源和分布狀況，從而指導網(wǎng)絡服務提供商優(yōu)化其服務。
[0003] 現(xiàn)有的非合作式物理帶寬測量方法一般是在多次可用帶寬測量的結(jié)果上通過濾 掉旁路數(shù)據(jù)流帶來的影響而得到物理帶寬值。具體做法是，測量端可-定的時間間隔 多次發(fā)送兩個(測量包對)或兩個W上(測量包鏈)的測量數(shù)據(jù)包，被測量端在每次收到測量 數(shù)據(jù)包后其TCP/IP協(xié)議找將會自動回送對應的響應包。測量端可W用測量數(shù)據(jù)包的大小除 W多次測量結(jié)果中最不受旁路數(shù)據(jù)流影響的相鄰響應包接收時間間隔來計算網(wǎng)絡物理帶 寬的大小?，F(xiàn)階段，選擇最不受旁路數(shù)據(jù)流影響的時間間隔的方法有兩種:第一種是選擇多 次測量中最小的相鄰響應包時間間隔，第二種是選擇每次測量中固定位置上測量包和響應 包的最小往返時延來計算相鄰響應包時間間隔。理論分析和大量的實驗都表明第二種方法 比第一種方法能更快更準的估計出物理帶寬。然而，運些算法在設計時完全沒有考慮安全 的問題。惡意的被測量端可W很容易的通過延遲響應前一個測量包或提前響應后一個測量 包來欺騙測量端，使其計算得到一個比真實值更大的物理帶寬測量值。
[0004] 雖然已經(jīng)有一些研究設計了可W檢測帶寬膨脹攻擊的測量方法，如機會主義帶寬 巧慢算法和帶寬測量積累概率分布函數(shù)(CDF)對稱性分析法，他們都局限于對可用網(wǎng)絡帶 寬的測量。運些方法即不能用來測量物理帶寬也不能檢測物理帶寬膨脹攻擊。
[000引綜上所述，當前尚無方法可W在測量物理帶寬的同時檢測物理帶寬膨脹攻擊，從 而導致互聯(lián)網(wǎng)用戶和第Ξ方監(jiān)察機構(gòu)很難確定其物理帶寬的測量值是否被網(wǎng)絡服務提供 商或其它攻擊者惡意膨脹過。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種可抵御膨脹攻擊的網(wǎng)絡物理帶寬測量方 法，其為了使測量端能在非合作的模式下，對網(wǎng)絡物理帶寬進行測量同時防止被測量端惡 意膨脹其帶寬。
[0007] 本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的：一種可抵御膨脹攻擊的網(wǎng)絡 物理帶寬測量方法，其特征在于，其包括W下步驟：
[0008] 步驟一，測量端預先設定測量參數(shù)，并初始化記錄數(shù)組；
[0009] 步驟二，測量端調(diào)用原始套接字生成測量包鏈并將其發(fā)送給被測量端；
[0010] 步驟Ξ，測量端發(fā)送完測量包鏈后調(diào)用libPcap函數(shù)包接收被測量端發(fā)送回來的 響應包，并根據(jù)TCP時間戳將測量包與其相應的響應包進行關(guān)聯(lián)；
[0011] 步驟四，測量端將根據(jù)往返時延下降法將對應位置上更小的測量-響應往返時延 更新到記錄數(shù)組中；
[0012] 步驟五，判斷測量的結(jié)束條件;首先，本次測量是否需要更新記錄數(shù)組，如果不需 要，則表示測量結(jié)果已經(jīng)收斂，在運個情況下，判斷本次測量是收斂后的第幾次測量，如果 運個次數(shù)超過N，則測量結(jié)束并執(zhí)行步驟六;如果不滿足前一條件，則判斷測量的總次數(shù)，如 果超過Μ，則測量結(jié)束；
[001引步驟六，現(xiàn)慢端利用相鄰時延計算法，根據(jù)記錄數(shù)組中的每對相鄰的最小往返時 延計算一個物理帶寬值，運樣總共可W得到的物理帶寬計算值的個數(shù)是記錄數(shù)組長度減 -* · ，
[0014] 步驟屯，測量端計算出所有物理帶寬計算值的平均值和標準差；
[0015] 步驟八，應用本發(fā)明提出的統(tǒng)計檢測算法，根據(jù)物理帶寬計算值的標準差是否大 于其平均值的Η。倍來判斷被測量端是否在發(fā)動物理帶寬膨脹攻擊，如果大于則執(zhí)行步驟 九，否則執(zhí)行步驟十；
[0016] 步驟九，測量端檢測到被測量端在進行物理帶寬膨脹攻擊；
[0017] 步驟十，測量端確認被測量端不在進行物理帶寬膨脹攻擊，并W所有物理帶寬計 算值的平均值作為物理帶寬的測量值輸出。
[001引優(yōu)選地，所述測量包鏈包含的測量包個數(shù)是]；和￡之間的一個隨機數(shù)，同時每個 測量包的身份信息都是隨機數(shù)，2是隨機生成測量包鏈長度的最小值，L是隨機生成測量 包鏈長度的最大值。
[0019] 本發(fā)明的積極進步效果在于:本發(fā)明可W在測量網(wǎng)絡物理帶寬的同時檢測被測量 端是否發(fā)動了帶寬膨脹攻擊。在本發(fā)明前尚無方法可W用于檢測物理帶寬膨脹攻擊。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明測量過程中不斷選取測量包-響應包最小往返時延的例子示意圖。
[0021] 圖2為本發(fā)明五十次測量中包鏈前六對測量-響應包往返延遲收斂到最小值的過 程圖。
[0022] 圖3(a)為本發(fā)明滯后回應攻擊且真實帶寬為100肺PS的實驗結(jié)果圖。
[0023] 圖3(b)為本發(fā)明滯后回應攻擊且真實帶寬為1Mbps的實驗結(jié)果圖。
[0024] 圖3(c)為本發(fā)明混合攻擊且真實帶寬為100肺PS的實驗結(jié)果圖。
[0025] 圖3(d)為本發(fā)明混合攻擊且真實帶寬為1Mbps的實驗結(jié)果圖。
[0026] 圖4為本發(fā)明可抵御膨脹攻擊的網(wǎng)絡物理帶寬測量方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明較佳實施例，W詳細說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0028] 整個測量過程在測量端完成，被測量端只是通過其TCP/IP協(xié)議找自動回應接受到 的測量數(shù)據(jù)包，本發(fā)明不需要在被測量端上實施任何額外的步驟?；诖耍景l(fā)明的測量方 法可W歸納為非合作式網(wǎng)絡測量。
[0029] 如圖4所示，本發(fā)明可抵御膨脹攻擊的網(wǎng)絡物理帶寬測量方法包括W下步驟：
[0030] 步驟101，測量端預先設定測量參數(shù)1；(隨機生成測量包鏈長度的最小值），￡ (隨 機生成測量包鏈長度的最大值），N(測量結(jié)果收斂后的最大測量次數(shù)），M(最大測量次數(shù)），Τ (相鄰測量間的時間間隔）W及He(物理帶寬膨脹攻擊的檢測闊值），并初始化記錄數(shù)組。在 本發(fā)明的配套實驗中，取1 = ]；〇:, ￡ = 5.0::，N= 10，M= 10000，Τ = 10分鐘W及也=0.〇8。
[0031] 步驟102,測量端調(diào)用原始套接字(RAW socket)生成測量包鏈并將其發(fā)送給被測 量端。測量包鏈包含的測量包個數(shù)是主和￡:之間的一個隨機數(shù)，同時每個測量包的身份信 息(包括IPIDW及TCP序列號等)都是隨機數(shù)。測量端的通過調(diào)用rand函數(shù)獲得隨機數(shù)。
[0032] 步驟103,測量端發(fā)送完測量包鏈后調(diào)用libPeap函數(shù)包（libpeap函數(shù)包是Unix/ linux平臺下的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包捕獲函數(shù)包)接收被測量端發(fā)送回來的響應包，并根據(jù)TCP時間 戳將測量包與其相應的響應包進行關(guān)聯(lián)。接收響應包的結(jié)束條件是，所有測量包對應的響 應包都被正確接收，或者等待超時。本發(fā)明建議的等待超時時間是一秒鐘。
[0033] 步驟104,測量端根據(jù)往返時延下降法將對應位置上更小的測量-響應往返時延更 新到記錄數(shù)組中。
[0034] 步驟105，判斷測量的結(jié)束條件;首先，本次測量是否需要更新記錄數(shù)組，如果不需 要，則表示測量結(jié)果已經(jīng)收斂，在運個情況下，判斷本次測量是收斂后的第幾次測量，如果 運個次數(shù)超過N，則測量結(jié)束并執(zhí)行步驟106;如果不滿足前一條件，則判斷測量的總次數(shù)， 如果超過M，則測量結(jié)束。否則，開始下一次測量。
[0035] 步驟106,測量端將利用相鄰時延計算法，根據(jù)記錄數(shù)組中的每對相鄰的最小往返 時延計算一個物理帶寬值，運樣總共可W得到的物理帶寬計算值的個數(shù)是記錄數(shù)組長度減 〇
[0036] 步驟107,測量端計算出所有物理帶寬計算值的平均值和標準差。
[0037] 步驟108,應用本發(fā)明提出的統(tǒng)計檢測算法，根據(jù)物理帶寬計算值的標準差是否大 于其平均值的出倍(檢測闊值)來判斷被測量端是否在發(fā)動物理帶寬膨脹攻擊，如果大于則 執(zhí)行步驟109，否則執(zhí)行步驟110。
[0038] 步驟109,測量端檢測到被測量端在進行物理帶寬膨脹攻擊。
[0039] 步驟110,測量端確認被測量端不在進行物理帶寬膨脹攻擊，并W所有物理帶寬計 算值的平均值作為物理帶寬的測量值輸出。
[0040] 本發(fā)明在測量端生成長度隨機的測量包鏈，并保證每一個測量數(shù)據(jù)包和其觸發(fā)的 被測量端響應包可W關(guān)聯(lián);測量端根據(jù)測量數(shù)據(jù)包的發(fā)送時間和其響應包的接收時間計算 每一測量-響應包對的往返時間延遲;每次測量完成后，如果得到的相應位置上新的測量- 響應包對往返時間延遲比舊結(jié)果更小，則用新結(jié)果替換舊結(jié)果，否則保持舊結(jié)果不變;按一 定的時間間隔重復執(zhí)行上述步驟，直到包鏈所有位置上往返時間延遲的舊結(jié)果都比新結(jié)果 小則停止測量。根據(jù)包鏈中相鄰位置上往返時間延遲的差值可W計算出多個網(wǎng)絡物理帶寬 測