¿Quién propuso por primera vez el método topológico de modelado ambiental?

Dado que la tecnología actual de medición de redes no puede obtener una topología de Internet completa y precisa, los métodos de modelado de topología de redes de Internet continúan cambiando y desarrollándose en función de la comprensión de las personas sobre las características de la red. La investigación sobre los métodos de modelado de topología de redes de Internet ha pasado por tres etapas: la primera fue el modelo de gráfico aleatorio, que solo construía una red aleatoria en función del número de nodos y la probabilidad de conexión entre nodos, sin una descripción de las características reales de Internet. Luego, surgió la estructura de la red de Internet. Algunos modelos jerárquicos se pueden construir basándose en ciertos algoritmos. Estos modelos pueden construir varios niveles de estructuras topológicas basadas en ciertos algoritmos. Sin embargo, este nivel es cualitativo y no puede describir cuantitativamente las características de Internet. La tercera etapa se basa en un método de modelado para la distribución de la ley de potencia de Internet, que está dirigido principalmente a la investigación de Faloutsos et al. [1] descubrió que la topología de Internet tiene características de ley de potencia y puede modelar aún más las características de atributos cuantitativos de la topología. En la actualidad, este tipo de método sigue siendo el método principal de modelado de Internet. Con base en las limitaciones encontradas en el proceso de implementación de la red real, este artículo propone un método de modelado topológico basado en las características de ley de potencia de la distribución retenida que es más consistente con la red real a nivel de enrutador de Internet.

1 Caracterización de atributos topológicos importantes de Internet Dado que Internet en sí no tiene un mecanismo de medición topológica, la investigación sobre el descubrimiento de la topología de la red de Internet se basa en algunas funciones de protocolo de red relacionadas para completar e implementar. En la investigación actual, las características de atributos de Internet relativamente reconocidas incluyen los siguientes aspectos:

a) La distribución de grados de los nodos se ajusta a las características de la ley de potencia. La distribución de grados de nodo se utiliza para representar la probabilidad de existencia de un nodo con grado k. Desde que la literatura [1] descubrió por primera vez en 1999 que el grado de nodo en la topología de la red de Internet se ajusta a la característica de la ley de potencia p(k) ∝ k-r, esta característica se ha convertido en el principal objeto de investigación de los métodos de modelado topológico actuales.

b) Los nodos son obviamente jerárquicos. Al estudiar la topología de la red del Sistema Autónomo de Internet (AS), se encontró [2] que existen diferencias jerárquicas obvias entre sus nodos topológicos.

c) Mayor coeficiente de agrupamiento. El coeficiente de agrupamiento C (k) es un indicador de qué tan fácil es para un nodo con un grado promedio k formar un subgrupo con sus vecinos en la red. El coeficiente de agrupamiento C de toda la red se refiere al coeficiente de agrupamiento promedio C (. k) de todos los nodos valor. Una gran cantidad de estudios han demostrado que Internet tiene un alto coeficiente de agrupamiento. La literatura [3] también utiliza esta característica para medir la exactitud del algoritmo de generación de topología.

d) El coeficiente de coincidencia es negativo. El coeficiente de coincidencia es una estadística que describe si existe un grado de correlación entre nodos [4]. α0 corresponde a una red homo-clasificativa, es decir, los nodos de la red tienden a estar conectados a nodos con grados similares; αlt; 0 corresponde a una red hetero-clasificativa, es decir, los nodos con un alto grado tienden a estar conectados a nodos con un grado bajo. La literatura [5] estudió datos de topología de Internet de tres fuentes: BGP, Skitter y WHOIS y encontró que los coeficientes de coincidencia eran -0,19, -0,24 y -0,04 respectivamente, lo que muestra que la topología de Internet es una red heterogénea típica.

e) La mediana tiene propiedades de ley potencial. La mediana es un parámetro que mide la centralidad de la red. La mediana de nodos y bordes en la topología de la red está representada por el número de caminos más cortos entre dos puntos cualesquiera a través de nodos o bordes. En el proceso de análisis de los datos de Skitter y BGP, la literatura [5] encontró que la relación entre el valor medio y el grado de un nodo tiene características de ley de potencia, y los exponentes de la ley de potencia son 1,17 y 1,35 respectivamente.

2 Modelo de topología de Internet basado en distribución de grados Para las características de atributos de Internet mencionadas anteriormente, actualmente no existe ningún buen algoritmo que pueda hacer que el gráfico generado satisfaga todas estas características. Para las características de atributos de Internet anteriores, actualmente no existe ningún buen algoritmo que pueda hacer que el gráfico generado satisfaga todos estos valores. El método de modelado topológico actual basado en la distribución de grados tiene como objetivo principal caracterizar las características de la distribución de grados. El más famoso es el modelo de conexión de prioridad de crecimiento de la red: modelo BA [6] propuesto por primera vez por Barabasi et al. Al estudiar los cambios en los nodos y los bordes en las redes reales, Barabasi et al descubrieron que Internet es una red en crecimiento, con nodos y bordes en aumento, y el número de nodos y bordes en aumento.

Tanto los nodos como los bordes están aumentando, y el creciente número de bordes tiende a conectar los nodos en mayor grado en la red. Aprovechando esta propiedad de conectividad que prioriza el crecimiento, los modelos BA pueden construir fácilmente redes con distribuciones de grados de ley potencial y propiedades de mundo pequeño.

El modelo BA es el modelo inicial del algoritmo de conexión de crecimiento primero. Posteriormente, se propuso el modelo AB [7] para abordar la gran cantidad de problemas de reconexión de borde que existen en Internet; características de agrupación de la topología de Internet, el modelo DM [8], en vista del fenómeno de los clubes ricos que existe en Internet, se propuso el modelo de prioridad de retroalimentación positiva (PBP) [9]. Modelo de retroalimentación positiva primero (PFP) [9]. Al mismo tiempo, en vista de las características no lineales de una gran cantidad de nodos hoja y conexiones de prioridad de nodo en Internet, Sagy et al [10] propusieron el modelo TANG. El modelo TANG es similar al modelo PFP. Ambos se basan en la idea de agregar aristas incrementales y conexiones óptimas no lineales. Sin embargo, los factores no lineales del modelo TANG son más flexibles y pueden generar el índice de ley de potencia de la topología. según las necesidades. Los factores no lineales del modelo TANG son más flexibles y se pueden ajustar según el tamaño del exponente de la ley de potencia de la topología generada. La literatura [11] propuso un modelo de jerarquía dinámica no lineal (DNLH) basado en el modelo de conexión de prioridad no lineal TANG y las características de distribución de la ley de potencia de la red de enrutador real, y analizó la ley de potencia de la red de enrutador. Las características se describen con más detalle. .

3 Un método de modelado de topología de red a nivel de enrutador El modelo de topología de Internet mencionado anteriormente se centra principalmente en la propiedad de que la distribución de grados de los nodos en la red se ajusta a una ley de potencia y considera parcialmente un pequeño número de otros Fenómenos característicos de Internet. El mapa de topología resultante no tiene. Con una excepción, los nodos con grados de nodo más altos están conectados entre sí para formar la estructura central de la red. Esto se debe a que en el algoritmo de conexión de crecimiento primero, los nodos centrales primero se unirán a la red y luego establecerán conexiones continuamente con nuevos nodos, lo que en última instancia conduce a que los nodos centrales tengan valores de grado más altos. Esta estructura tiene cierta aplicabilidad en el modelado de topología AS de Internet, porque la topología AS es una topología lógica en la que los nodos y los bordes no representan entidades reales, por lo que no existen muchas limitaciones. Sin embargo, existe un problema grave al modelar redes a nivel de enrutador de Internet, es decir, los nodos y bordes de la red están compuestos por dispositivos de red y enlaces de transmisión reales. Afectada por los requisitos reales de construcción de la red, las condiciones de implementación técnica y los costos operativos, la conectividad de los enrutadores en la topología de la red generada no puede ser muy grande y es imposible establecer un enlace directo entre dos nodos que están muy separados. , y la probabilidad de establecer un enlace directo entre dos nodos que están lejos no puede ser muy alta. Es poco probable que la probabilidad de establecer un vínculo directo entre dos nodos distantes sea alta. Por lo tanto, mientras se cumpla la regla de prioridad de crecimiento, la conectividad y el número de conexiones de los nodos no aumentarán tanto como en el modelo anterior. En este artículo, proponemos un método de modelado de topología que es más consistente con las redes reales a nivel de enrutador de Internet en función de las limitaciones encontradas por las redes reales durante la implementación.

Durante el desarrollo de Internet, la tecnología de los routers siempre ha tenido un impacto importante en el diseño de las conexiones de red. Actualmente, los routers de cualquier fabricante tendrán un límite superior de procesamiento de paquetes por unidad de tiempo, lo que limita el número máximo de enlaces y el ancho de banda máximo de conexión que puede tener cada router. Dentro de un cierto rango, estos dos parámetros de rendimiento también tienen una relación mutuamente restrictiva. Esta relación restrictiva hace que el enrutador deba considerar el equilibrio entre los indicadores de ancho de banda y conectividad al configurar. Para los enrutadores centrales de red, el ancho de banda elevado es su principal indicador de rendimiento, por lo que, en el uso real, generalmente se utilizan configuraciones con menor conectividad. Al mismo tiempo, debido al alto costo de los enlaces que soportan un gran ancho de banda, dichos enlaces sólo aparecerán en la interconexión entre los enrutadores troncales centrales y los enrutadores troncales del siguiente nivel. Para los enrutadores de borde de red, dado que su objetivo principal es brindar servicios a una gran cantidad de clientes finales, la demanda de ancho de banda del enlace no es alta, por lo que la conectividad es su principal indicador de rendimiento. Tomando como ejemplo los enrutadores Cisco, la Figura 1 muestra el área de trabajo y el entorno de configuración del enrutador backbone de alto rendimiento de Cisco serie 12800.