CN108616420A - 基于网络设备缓存信息传输延时序列提取平均延时的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于网络设备缓存信息传输延时序列提取平均延时的方法，获取存在交换机或路由器缓存的网路延时序列后，通过一系列区间划分统计以及范围过滤得到去除交换机缓存影响的数据，然后将该数据进行进一步区间划分统计、计算平局延时并过滤出延时序列中在平均延时阈值上下的延时，绘制出拟合的正态分布函数。被测量的网络中如果存在交换机或路由器，以太帧信息会被缓存，会导致检测到连续多个来自发送端的信息(接收端的信息)以及连续多个来自接收端的信息(发送端的信息)，从而影响延时序列中的数据，本发明能很好地处理存在交换机或路由器时的“缓存现象”。

Description

基于网络设备缓存信息传输延时序列提取平均延时的方法
技术领域
本发明属于网络安全领域，特别涉及一种网络中存在交换机或路由器缓存的信息传输延时序列中提取平均延时的方法。
背景技术
IP溯源技术是当前和未来一段时间的网络研究的热点和难点问题，目前来说IP溯源技术利用路由器作为中间媒介，可以追溯到发送带有伪造地址报文的攻击者的真实位置。研究简单有效的IP溯源技术，对杜绝DOS攻击，维护网络环境的安全稳定，将产生重要意义。
但IP溯源技术无法确定拥有相同IP地址的信息的来源，即目前的溯源技术对IP有强烈的依赖行，然而用户很容易伪造自己的IP地址、大量动态IP地址和私有IP地址的使用、设备很少能长时间保存日志等不利因素，使得溯源时查找特定时间的特定地址租用者比较困难。
网络中如交换机、路由器等的网络设备存在缓存机制，会对经过的数据包进行缓存转发。
发明内容
为排除网络中交换机或路由器缓存对网络延时序列平均延时计算的影响，本发明获取存在交换机或路由器缓存的网路延时序列后，通过循环设定过滤范围来过滤延时序列并计算其极值差直到序列极值差满足条件为止来获得排除交换机或路由器缓存影响后的数据，将该数据进行区间划分统计、计算平均延时并过滤出延时序列中在平均延时阈值上下的延时并绘出拟合的正态分布函数。
本发明技术方案提供一种基于网络设备缓存信息传输延时序列提取平均延时的方法，获取存在交换机或路由器缓存的网路延时序列后，通过一系列区间划分统计以及范围过滤得到去除交换机缓存影响的数据，然后将该数据进行进一步区间划分统计、计算平局延时并过滤出延时序列中在平均延时阈值上下的延时，绘制出拟合的正态分布函数。
而且，所述一系列区间划分统计以及范围过滤，是指循环进行区间划分并统计，包括将数据划分为若干个区间并进行区间内的数据统计，根据判断条件决定是否继续进行区间划分统计循环；并且将延时序列中不在范围内的数据剔除掉。
而且，设将序列分成scale个区间，分别统计每个区间的延时个数，输出为直方统计h，记h中最大值为h_max，取h中大于h_max/sacle的数据，并获取相应区间号，记为h_id，根据以下公式确定新范围R＝[rang_min,range_max]，
其中，range_min为新范围的最小值，range_max为新范围的最大值，原数据中最大值为newmax，最小值为newmin，h_idmin为h_id中最小值，h_idmax为h_id中最大值，scale为区间数。
而且，在去除交换机缓存影响的数据基础上，进行进一步区间划分统计，包括划分为scope个区间并提取直方统计h，计算平均延时如下，
其中，记h中最大值为max，在h中相应的区间号为indh，h中最小值为min。
而且，在去除交换机缓存影响的数据基础上，根据预设的阈值δ，过滤出在范围[mu-δ，mu+δ]的数据，并绘制出一个拟合数据的正态分布曲线，用于研究网络信号在网线中传输延时的分布规律。
与现有技术相比，本发明的主要优点为：在实际网络中，交换机或路由器会对网络中的数据进行缓存，从而影响发送端到接收端的信息的监测最终影响到最终获得的延时序列，本发明能够处理交换机或路由器缓存对延时序列的影响
附图说明
图1为本发明实施例的方法示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例详细说明本发明的技术方案。
在网络两端分别实时监测网络中信号并将信号添加时间戳后通过交换机发往主机，主机接收来自发送端装置和接收端装置的加有精确时间戳信息的以太网信号，持续监控两端延时，可以生成延时序列。具体实施时，在网络两端分别用GNSS授时机输出的时间校准本地时间，可得到ns级精确度的时间。
本发明考虑到，当被测量的网络中存在交换机或路由器等网路设备时，延时序列中可能会存在“缓存现象”，这是由网络设备的缓存机制所造成的，即会出现连续多个来自发送端的信息(接收端的信息)再继续出现连续多个来自接收端的信息(发送端的信息)。
因此，本发明提出，获取存在交换机或路由器缓存的网路延时序列后，通过一系列区间划分统计以及范围过滤得到去除交换机缓存影响的数据，再次将该数据进行区间划分统计、计算平局延时并过滤出延时序列中在平均延时阈值上下的延时并绘出拟合的正态分布函数。
所述一系列区间划分统计，是指循环进行区间划分并统计，即将数据划分为若干个区间并进行区间内的数据统计，根据判断条件决定是否继续进行上述区间划分统计循环。
所述范围过滤，是指根据计算范围公式给定数据过滤范围，将延时序列中不在范围内的数据剔除掉。
所述判断条件，是指经过范围过滤后得到的新序列的极值差与原序列的极值差达到一定比值后结束循环。实施例设定为，判断新序列极值差是否小于旧序列的极值差的一半。
所述再次经过区间划分统计，将数据划分为特定个区间并进行区间内的数据统计。
参见图1，本发明实施例执行以下步骤：
步骤1，从被交换机或路由器缓存影响的延时序列txt文档中获取数据101，计算101的极值差r(序列最大值减最小值)作为新序列极值差；给定初始的上一次极值差last_r(具体实施时，预设一个非常大的数值即可，保证初始序列极值差r<0.5×last_r)
步骤2，判断新序列极值差r是否小于旧序列的极值差last_r的一半(判断1)，第一次执行步骤2时，旧序列的极值差是步骤1给定的值；
如果否，则进入步骤4；
如果是，则进入步骤3；
步骤3，进行区间划分统计以及范围过滤，包括以下子步骤，
步骤3.1，将序列分成scale个区间(具体实施时可以预先设置，本发明实施例中scale＝100)，分别统计每个区间的延时个数，输出为直方统计h(如图中102)，记h中最大值为h_max，取h中大于h_max/scale的数据，并获取相应区间号，记为h_id(判断2)，
步骤3.2，在h基础上根据公式(1)(2)确定新范围R＝[rang_min,range_max]。
(记range_min为新范围的最小值，range_max为新范围的最大值，记101中最大值为newmax，最小值为newmin，h_idmin为h_id中最小值，h_idmax为h_id中最大值，scale为区间数)
步骤3.3，过滤出101中在范围R中的数据103，并计算其极值差，
步骤3.4，返回步骤2，根据步骤3.3过滤结果作为新序列，将步骤3.3计算所得极值差作为新序列极值差r，将前一次迭代时的r作为旧序列的极值差last_r，继续循环判断1过程，
步骤4，再次将数据103进行区间划分统计和范围过滤，包括再将区间划分为scale个区间，进行直方统计h，同样记h中最大值为h_max，取h中大于h_max/10的数据取其区间号为h_id，从当前的数据103中利用公式(1)(2)确定范围进行过滤得到数据104，然后进入步骤5。
本步骤是为了在步骤2判断直接进入步骤4时，保证至少进行一次区间划分统计和范围过滤。
步骤5，区间划分统计、计算平均延时并绘制拟合正态曲线：
在数据104的基础上，再划分为scope个区间(具体实施时可以预先设置，本发明实施例中scope＝1000)并进行直方统计h，计算平均延时，其公式为：
(记h中最大值为max，其在h中的区间号为indh，h中最小值为min)
对数据104，给定阈值δ(本发明在含一个交换机或路由器的网线延时测试场景中给定δ为500)，过滤出在范围[mu-δ，mu+δ]的数据存为数组105。本发明最终绘制出一个拟合数据105的正态分布曲线来研究网络信号在网线中传输延时的分布规律，从而为后续建模做准备。
具体实施时，本领域技术人员可采用软件技术实现以上过程的自动运行。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (5)

1.一种基于网络设备缓存信息传输延时序列提取平均延时的方法，其特征在于：获取存在交换机或路由器缓存的网路延时序列后，通过一系列区间划分统计以及范围过滤得到去除交换机缓存影响的数据，然后将该数据进行进一步区间划分统计、计算平局延时并过滤出延时序列中在平均延时阈值上下的延时，绘制出拟合的正态分布函数。
2.如权利要求1所述基于网络设备缓存信息传输延时序列提取平均延时的方法，其特征在于：所述一系列区间划分统计以及范围过滤，是指循环进行区间划分并统计，包括将数据划分为若干个区间并进行区间内的数据统计，根据判断条件决定是否继续进行区间划分统计循环；并且将延时序列中不在范围内的数据剔除掉。
3.如权利要求2所述基于网络设备缓存信息传输延时序列提取平均延时的方法，其特征在于：设将序列分成scale个区间，分别统计每个区间的延时个数，输出为直方统计h，记h中最大值为h_max，取h中大于h_max/scale的数据，并获取相应区间号，记为h_id，根据以下公式确定新范围R＝[rang_min,range_max]，
其中，range_min为新范围的最小值，range_max为新范围的最大值，原数据中最大值为newmax，最小值为newmin，h_idmin为h_id中最小值，h_idmax为h_id中最大值，scale为区间数。
4.如权利要求1或2或3所述基于网络设备缓存信息传输延时序列提取平均延时的方法，其特征在于：在去除交换机缓存影响的数据基础上，进行进一步区间划分统计，包括划分为scope个区间并提取直方统计h，计算平均延时如下，
其中，记h中最大值为max，在h中相应的区间号为indh，h中最小值为min。
5.如权利要求4所述基于网络设备缓存信息传输延时序列提取平均延时的方法，其特征在于：在去除交换机缓存影响的数据基础上，根据预设的阈值δ，过滤出在范围[mu-δ，mu+δ]的数据，并绘制出一个拟合数据的正态分布曲线，用于研究网络信号在网线中传输延时的分布规律。
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