網絡空間測繪--原理、技術與應用

本書全面介紹了網路空間測繪領域中的主要理論、技術體系和應用問題，圍繞網路空間測繪技術體系中的資源探測層、資源展示層、映射與定位層、繪製與視覺化層等關鍵研究內容展開，具體包括網路空間表達模型與資源描述、網路空間資源探測及服務發現與識別、網路空間實體連接關係與網路拓撲發現、IP地理定位、網路空間測繪視覺化以及網路空間測繪應用等，此外本書還專門介紹了面向IPv6的網路空間測繪的初步研究成果及面臨的挑戰。
 
本書適合電腦網路、網路空間安全等相關專業的研究生以及從事網路安全領域研究的科研人員閱讀。

第1章 引言 1
1.1 互聯網與網路空間 1
1.1.1 互聯網的概念與內涵 2
1.1.2 網際網路的發展簡史 2
1.1.3 網路空間的概念及演變 4
1.2 網路測量與網路空間測繪 8
1.2.1 網路測量：用途與定義 9
1.2.2 網路空間測繪 11
1.3 網路空間測繪的研究內容和關鍵技術 13
1.3.1 網路空間測繪的研究內容 14
1.3.2 資源探測技術 16
1.3.3 測繪分析與映射技術 19
1.3.4 繪製與視覺化技術 20
1.3.5 網路空間資訊建模與資源表達 22
1.4 本章小結 25
參考文獻 25

第2章 網路空間表達模型與資源描述 27
2.1 地理空間及其表達 27
2.1.1 地理坐標系 28
2.1.2 投影坐標系及地圖投影 29
2.2 網路空間及其與地理空間的關係 31
2.3 網路空間資源標識方法 32
2.3.1 MAC 地址 34
2.3.2 IP 地址 34
2.3.3 自治系統號 34
2.3.4 埠號 35
2.4 網路空間座標表示與表達模型 35
2.4.1 基於網路拓撲的網路空間表達模型 36
2.4.2 基於地理資訊系統的網路空間表達模型 39
2.4.3 基於網路空間坐標系的表達模型 42
2.5 本章小結 46
參考文獻 47

第3章 網路空間資源探測、服務發現與識別 49
3.1 網路空間資源與服務概述 49
3.2 主機存活性掃描 50
3.2.1 ICMP ECHO 請求 / 回應的基本原理 51
3.2.2 ICMP Sweep 掃描 51
3.2.3 ICMP 廣播掃描 52
3.2.4 基於其他 ICMP 報文類型的主機掃描 52
3.2.5 基於其他 ICMP 報文類型的 Sweep 掃描 54
3.2.6 基於其他 ICMP 報文類型的廣播掃描 55
3.2.7 利用 ICMP 錯誤報文進行主機檢測 55
3.2.8 基於 ICMP 的其他主機檢測 56
3.3 埠開放性掃描 62
3.3.1 埠掃描分類與基本原理 63
3.3.2 埠高速掃描 73
3.4 協定與服務識別 76
3.4.1 基於埠的服務識別 77
3.4.2 基於 Banner 資訊的服務識別 77
3.4.3 基於指紋的服務識別 78
3.5 基於指紋的作業系統識別 82
3.5.1 經典的指紋識別方法 83
3.5.2 主動指紋識別技術 85
3.5.3 被動指紋識別技術 94
3.5.4 基於機器學習的指紋識別方法 96
3.6 服務掃描與識別基礎工具 107
3.6.1 Nmap 107
3.6.2 ZMap 112
3.6.3 Masscan 116
3.6.4 Xprobe/Xprobe2 117
3.6.5 Scapy 118
3.6.6 Unicornscan 120
3.6.7 NAST 120
3.6.8 Knocker 121
3.6.9 Blackwater 122
3.6.10 IP Scaner 123
3.6.11 p0f 124
3.7 國內外測繪平臺（專案）簡介 126
3.7.1 “藏寶圖計畫” 126
3.7.2 “X 計畫” 127
3.7.3 “SHINE 計畫” 128
3.7.4 Shodan 128
3.7.5 Censys 129
3.7.6 ZoomEye 130
3.7.7 FOFA 131
3.7.8 RaySpace 132
3.8 本章小結 132
參考文獻 133

第4章 網路拓撲發現 137
4.1 拓撲發現概述 137
4.2 介面級拓撲發現 138
4.2.1 traceroute 139
4.2.2 traceroute 改進 142
4.3 路由器級拓撲發現 147
4.3.1 基於別名解析的路由器級拓撲發現 147
4.3.2 基於域內路由式通訊協定的路由器級拓撲發現 150
4.3.3 基於 SNMP 的路由器級拓撲發現 151
4.3.4 子網發現 152
4.4 PoP 級拓撲發現 154
4.4.1 traceroute 數據聚合 155
4.4.2 基於時延聚類 156
4.4.3 基於 ISP 公佈的資訊 156
4.5 AS 級拓撲發現 156
4.5.1 基於 BGP 157
4.5.2 基於 traceroute 的間接映射 160
4.6 本章小結 162
參考文獻 163

第5章 面向 IPv6 的網路空間測繪 165
5.1 IPv6 網路空間測繪面臨的挑戰 165
5.2 活躍 IPv6 地址發現 166
5.2.1 開放資料提取 166
5.2.2 被動收集 177
5.2.3 主動探測 180
5.3 IPv6 拓撲發現 204
5.3.1 基於種子地址的 IPv6 介面級拓撲發現 204
5.3.2 基於 ICMP 限速的路由器別名解析 205
5.3.3 基於誘導分片的路由器別名解析 206
5.4 本章小結 207
參考文獻 208

第6章 IP 地理定位研究 211
6.1 IP 地理定位研究簡介 211
6.2 IP 地理定位技術研究 215
6.2.1 IP 地理定位技術的分類方法 215
6.2.2 用戶端獨立的 IP 地理定位技術 216
6.3 IP 地理定位地標挖掘與評估 247
6.4 IP 地理定位方法評估 250
6.4.1 IP 地理定位技術測量 250
6.4.2 影響 IP 地理定位精度的因素 253
6.5 IP 地理定位對其他應用的影響 254
6.6 IP 地理定位框架下的綜合性研究 255
6.7 本章小結 257
參考文獻 258

第7章 網路空間測繪視覺化 261
7.1 網路空間測繪視覺化概述 261
7.2 網路空間資源要素視覺化 263
7.2.1 海底光纜視覺化 264
7.2.2 網站視覺化 264
7.2.3 IP 地址資源視覺化 267
7.2.4 功能變數名稱資源視覺化 269
7.2.5 有爭議的研究 272
7.3 網路空間拓撲視覺化 273
7.3.1 IP 級互聯網拓撲視覺化 273
7.3.2 AS 級互聯網拓撲視覺化 276
7.4 網路空間事件視覺化 279
7.4.1 網路空間態勢感知和網路事件視覺化 279
7.4.2 網路空間動態視覺化及分析 282
7.4.3 網空戰地圖 285
7.5 新型網路空間視覺化技術 287
7.6 本章小結 290
參考文獻 290

第8章 網路空間測繪應用 293
8.1 概述 293
8.2 網路資產發現 294
8.2.1 背景意義 294
8.2.2 從網路識別字發現網路識別字 295
8.2.3 從網路識別字發現網路資產 297
8.2.4 從網路資產發現網路識別字 298
8.2.5 從網路資產發現網路資產 299
8.2.6 小結 299
8.3 暗網測繪 300
8.3.1 背景意義 300
8.3.2 Tor 橋節點發現 302
8.3.3 Tor 隱藏服務分析 305
8.3.4 小結 307
8.4 物聯網設備漏洞和弱點發現 307
8.4.1 背景意義 307
8.4.2 物聯網設備發現和識別 308
8.4.3 物聯網設備漏洞和弱點發現 309
8.4.4 小結 314
8.5 “掛圖作戰” 314
8.5.1 背景意義 314
8.5.2 “掛圖作戰”內涵分析 315
8.5.3 “掛圖作戰”應用探討 317
8.5.4 小結 318
8.6 網路空間測繪應用案例 318
8.6.1 網路空間資產導航地圖 318
8.6.2 物聯網安全治理 324
8.6.3 供應鏈安全管理 327
8.6.4 資產威脅精准定位和審查評估 330
8.7 本章小結 332
參考文獻 333

第9章 總結與展望 336
9.1 總結 336
9.1.1 資源探測層 336
9.1.2 資源展示層 338
9.1.3 映射與定位層 339
9.1.4 繪製與視覺化層 340
9.2 未來研究展望 341

楊家海，清華大學網路科學與網路空間研究院長聘教授、博士生導師、學術委員會主任，中關村實驗室雙聘研究人員。長期從事互聯網體系結構、網路管理與測量、網路空間安全及態勢感知等方面的教學和科研工作，先後承擔30多項國家重點科研項目，作為主力成員獲6項省部級科技進步獎和1項省部級技術發明獎，在國內外核心期刊及重要國際會議上發表論文200多篇，取得30多項國家授權發明專利，擔任多個國際重要學術期刊的編委。
 
何林，清華大學網路科學與網路空間研究院助理研究員，中關村實驗室雙聘研究人員。主要研究方向包括網路空間測繪、互聯網體系結構、可程式設計網路等。主持和參與多項國家重點科研專案，在國內外核心期刊及重要學術會議上發表論文40餘篇，申請發明專利30余項。研究成果獲NDSS2023傑出論文獎。
 
李城龍，清華大學網路科學與網路空間研究院副研究員，中關村實驗室雙聘研究人員。曾任國家互聯網應急中心正高級工程師。主要研究方向包括網路測繪、態勢感知、物聯網安全、匿名通信系統等。作為負責人承擔多項國家重點研發計畫課題等。