Ανίχνευση Ανωμαλιών σε Δίκτυα Υπολογιστών με Χρήση Τομογραφίας Δικτύου

Abstract

Στη σημερινή εποχή το Διαδίκτυο αποτελεί όλο και περισσότερο αναπόσπαστο κομμάτι κάθε ατομικής και κοινωνικής δραστηριότητας. Ωστόσο, στο πλαίσιο της νέας αυτής πραγματικότητας, τόσο το μέγεθος όσο και η πολυπλοκότητα του Διαδικτύου αυξάνονται, δημιουργώντας, έτσι, την ανάγκη για αποδοτικότερη επιτήρηση (monitoring) των επιμέρους (υπο)δικτύων που το συνθέτουν. Λαμβάνοντας υπόψη τα παραπάνω, η μέθοδος της Τομογραφίας Δικτύου αποτελεί μία πρωτοπόρα μέθοδο επιτήρησης, η οποία επιτυγχάνει την ακριβή εξαγωγή των ζητούμενων πληροφοριών του δικτύου (τοπολογία και εσωτερικές παράμετροι) με έμμεσο τρόπο, δηλαδή μέσω μετρήσεων στα άκρα του. Στην παρούσα διπλωματική εργασία, αρχικά, μελετήθηκαν διεξοδικά οι βασικές τεχνικές Τομογραφίας Δικτύου. Στη συνέχεια, και με βάση την υπάρχουσα βιβλιογραφία, επιλέχθηκε και μελετήθηκε ένας συγκεκριμένος τομογραφικός αλγόριθμος, ο οποίος επιτρέπει την ανακατασκευή ολόκληρης της τοπολογίας, καθώς και τον υπολογισμό των βασικών χαρακτηριστικών κάθε ακμής της. Έπειτα, πραγματοποιήθηκε μία θεωρητική επισκόπηση των μεθόδων στατιστικής επεξεργασίας δεδομένων offline change point detection. Όσον αφορά το πειραματικό μέρος της εργασίας, χρησιμοποιώντας το εργαλείο πειραματικών δοκιμών jFed, υλοποιήθηκε μία εφαρμογή δικτυακής επιτήρησης, η οποία αξιοποιεί τον προαναφερθέντα αλγόριθμο για την εξαγωγή αποτελεσμάτων, δημιουργεί χρονοσειρές (time series) για την απώλεια πακέτων σε κάθε ακμή της τοπολογίας και εν τέλει πραγματοποιεί στατιστική επεξεργασία των χρονοσειρών, μέσω μεθόδων offline change point detection. Το τελικό αποτέλεσμα είναι ο εντοπισμός χρονικών στιγμών για τις οποίες παρατηρείται μεγάλη απόκλιση στην απώλεια πακέτων, υποδηλώνοντας με αυτόν τον τρόπο την ύπαρξη ενδεχόμενων ανωμαλιών στο δίκτυο (network anomalies). Η συγκεκριμένη εφαρμογή μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε πραγματικές δικτυακές τοπολογίες, δίνοντας λύση σε μία σειρά από προβλήματα, όπως η εξασφάλιση της σωστής λειτουργίας του εκάστοτε δικτύου, αλλά και η ανίχνευση ενδεχόμενων επιθέσεων σε αυτό.