基于AI技術(shù)的IP資源可視化管理系統(tǒng)研發(fā)

摘要：隨著國(guó)家IPv6戰(zhàn)略的推進(jìn)，IPv4與IPv6兩種資源將長(zhǎng)期雙棧并存。建網(wǎng)以來，河南聯(lián)通IP資源的維護(hù)管理，依靠傳統(tǒng)的人工手動(dòng)分配和Excel表格統(tǒng)計(jì)方式，還未實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)化數(shù)字化管理?，F(xiàn)有的維護(hù)模式，無(wú)法滿足5G時(shí)代物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等廣連接業(yè)務(wù)對(duì)IPv6地址的爆發(fā)式增長(zhǎng)需求，對(duì)未來IP地址的統(tǒng)計(jì)分析、日常維護(hù)、自動(dòng)化分配、地址溯源、IP安全審計(jì)等都將帶來極大的考驗(yàn)。本項(xiàng)目通過AI和大數(shù)據(jù)技術(shù)，對(duì)全省IPv4和IPv6地址資源進(jìn)行線上系統(tǒng)化管理，摒棄長(zhǎng)期以來使用傳統(tǒng)excel手工管理的模式，解決了河南聯(lián)通IP地址管理工作中存在人工參與度過高、手工臺(tái)賬、信息錯(cuò)漏、無(wú)法自動(dòng)稽核、缺乏全流程管控等問題，實(shí)現(xiàn)了IP資源維護(hù)管理工作的全面數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

關(guān)鍵詞：IP去重；IP異常分析；IP智能畫像；IP管理；IP可視化

1 概述

長(zhǎng)期以來，河南聯(lián)通缺乏 IP 資源維護(hù)的數(shù)字化管理手段。IP 資源由省級(jí)分公司從集團(tuán)申請(qǐng)后，按照大段地址分配至各市級(jí)分公司。各市分工公司再將大段地址按業(yè)務(wù)需求進(jìn)行細(xì)化，分配給客戶網(wǎng)絡(luò)側(cè)或骨干設(shè)備側(cè)，整個(gè) IP 資源的規(guī)劃、分配、管理都依靠電子表格（excel）的方式進(jìn)行手工靜態(tài)管理。未來 5G 物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等終端廣連接業(yè)務(wù)，對(duì) IPv6 地址的爆發(fā)式增長(zhǎng)需求，使現(xiàn)網(wǎng)環(huán)境中的 IPv4 和 IPv6 兩類資源長(zhǎng)期共存，與 IP 相關(guān)的業(yè)務(wù)越來越繁雜，基于 IP 資源的安全管理要求 也越來越嚴(yán)格。在此背景下，我們組建技術(shù)專家團(tuán)隊(duì)研 究基于 AI 和大數(shù)據(jù)技術(shù)的 IP 資源管理方案，建設(shè)全省統(tǒng)一的 IP 資源可視化管理系統(tǒng)，標(biāo)記已入庫(kù) IP 地址使用狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)全量 IP 地址的動(dòng)態(tài)管理。根據(jù)業(yè)務(wù)使用申請(qǐng)進(jìn)行自動(dòng)化分配，能夠自動(dòng)比對(duì)全網(wǎng)的活躍 IP 地址和已入庫(kù)地址，從而自動(dòng)發(fā)現(xiàn)未入庫(kù)的異常地址，能夠自動(dòng)審核 IP 地址管理信息，形成 IP 地址數(shù)字化閉環(huán)管理體系。

2 系統(tǒng)研發(fā)思路

2.1 IP資源管理現(xiàn)狀

當(dāng)前河南聯(lián)通對(duì) IP 地址資源的管理主要依賴通過手工錄入 excel 的方式管理。IP 地址管理員通過 excel 記錄已經(jīng)分配的 IP 地址，每次下面地市管理員申請(qǐng) IP 時(shí)，上級(jí) IP 管理員需要在 excel 中篩選出尚未被占用、 可供分配的 IP，易出現(xiàn)重復(fù)分配的情況。個(gè)別地市有獨(dú)立的自行維護(hù)的簡(jiǎn)易 IP 管理系統(tǒng)，但缺乏跟其他地市的 IP 數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)，在進(jìn)行系統(tǒng)間的信息傳輸時(shí)，會(huì)因技術(shù)不同、標(biāo)準(zhǔn)不同、協(xié)議不同等問題形成信息孤島。分地市建立獨(dú)立的管理系統(tǒng)，不論從經(jīng)濟(jì)費(fèi)用、人力消耗、 時(shí)間消耗、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性等方面，都不是實(shí)現(xiàn)對(duì)全省 IP 資源精準(zhǔn)智能管理的最優(yōu)方案。

2.2 存在問題

IP 資源的日常維護(hù)過程中，經(jīng)常遇到以下問題：

（1）IP 管理人員進(jìn)行 IP 規(guī)劃、IP 地址分配等工作時(shí)，因用手工方式導(dǎo)致效率低、易出錯(cuò)；

（2）已分 IP 資源缺乏信息化手段支撐，數(shù)據(jù)無(wú)法實(shí)時(shí)更新記錄?，F(xiàn)網(wǎng)中已分配但是沒有被納管的 IP 地址無(wú)法做到實(shí)時(shí)預(yù)警提示，存在使用對(duì)象不明確、監(jiān)管失效的問題；

（3）業(yè)務(wù)開通過程中，無(wú)法實(shí)現(xiàn)地址資源的自動(dòng)分配能力，造成交付效率低，稽核難度大；

（4）IP 數(shù)據(jù)繁雜，缺乏有效的技術(shù)手段，對(duì) IP 資 源進(jìn)行數(shù)字化、可視化分析，無(wú)法實(shí)現(xiàn)全量資源的數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)挖掘、資源畫像等能力。

2.3 系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

鑒于全省 IP 地址管理的現(xiàn)狀和存在的問題，明確項(xiàng)目研發(fā)目標(biāo)形成全省統(tǒng)一的 IP 地址管理體系，由河南聯(lián)通省級(jí)管理員及 18 個(gè)地市級(jí)管理員分權(quán)分域共同維護(hù)。通過 AI 和大數(shù)據(jù)分析等智能化技術(shù)，對(duì)全省的 IP 地址數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理。本系統(tǒng)主要研發(fā)方向和創(chuàng)新點(diǎn)如下：

（1）IP 智能去重計(jì)算：在量級(jí)巨大的 IPV4 和 IPV6 地址池中，通過系統(tǒng)內(nèi)置的子網(wǎng)拆分算法，在地市申請(qǐng) IP 地址時(shí)，網(wǎng)絡(luò)地址管理員通過系統(tǒng)，可以智能去重，精準(zhǔn)篩選出可供分配使用的 IP 地址，大大減少人力篩選的成本。

（2）異常 IP 分析：系統(tǒng)通過對(duì)接路由表，DNS 系統(tǒng)，結(jié)合大數(shù)據(jù)混合運(yùn)算，將各個(gè)地市上報(bào)到系統(tǒng)的 IP 與路由表、DNS 系統(tǒng)的 IP 進(jìn)行對(duì)比分析，識(shí)別出未納入系統(tǒng)管理的 IP，此類 IP 就視為異常 IP，之后通過系統(tǒng)消息發(fā)送，推送給對(duì)應(yīng)的省市管理員，方便管理員針對(duì)上報(bào) IP 數(shù)據(jù)進(jìn)行直接管控，增強(qiáng)了系統(tǒng) IP 數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性。

（3）IP 智能畫像：應(yīng)網(wǎng)安部門的要求，需要從 IP 安全角度出發(fā)，對(duì) IP 的歷史使用軌跡進(jìn)行分析，然后形成 IP 智能畫像，顯示 IP 從申報(bào)、到使用、到回收等全生命周期的歷史痕跡。在出現(xiàn) IP 安全責(zé)任事故時(shí)，方便信安、網(wǎng)安部門進(jìn)行溯源追責(zé)，滿足安全責(zé)任事故要求。

（4）IP 可視化展示：對(duì)手工錄入的 IP 數(shù)據(jù)、系統(tǒng) 自動(dòng)采集的 IP 數(shù)據(jù)、異常告警的 IP 數(shù)據(jù)等多維度數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計(jì)與分析，然后通過柱狀圖、餅狀圖等多種圖形化方式進(jìn)行 IP 可視化展示，展示維度包括告警數(shù)據(jù)、地市 IP 數(shù)據(jù)情況、地圖 IP 數(shù)據(jù)熱力圖等。系統(tǒng)使用通用 X86 服務(wù)器架構(gòu)，支持物理機(jī)和虛擬機(jī)部署。IP 智能去重使用分布式計(jì)算模式，可 組建服務(wù)器群進(jìn)行并行計(jì)算，平滑提升分析能力，可靈活調(diào)度計(jì)算能力，實(shí)現(xiàn)不同運(yùn)算速度的主機(jī)并行工作。主機(jī)故障時(shí)計(jì)算任務(wù)自動(dòng)分配到其他計(jì)算單元進(jìn)行處理。IP 異常分析使用實(shí)時(shí)監(jiān)控工作模式，對(duì)實(shí)時(shí)錄入的 IP 數(shù)據(jù)進(jìn)行合規(guī)性異常校驗(yàn)，及時(shí)將當(dāng)前 IP 資源跟 DNS 系統(tǒng)、路由表中 IP 進(jìn)行對(duì)比，梳理出異常 IP 記錄，保證 IP 地址的正?？捎眯浴P 智能畫像使用主備機(jī)工作模式，符合電信級(jí)運(yùn)營(yíng)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，負(fù)責(zé) IP 地址的申報(bào)歷史、使用歷史、回收歷史等多種信息，并具有靈活的擴(kuò)容架構(gòu)。 IP 可視化展示使用數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理工作模式，實(shí)時(shí)對(duì) IP 數(shù)據(jù)、告警數(shù)據(jù)、使用情況等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，通過可視化的方式展示 IP 多維度數(shù)據(jù)。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

3.1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

系統(tǒng)整體軟件架構(gòu)分為三層：數(shù)據(jù)管理層、數(shù)據(jù)分析處理層和結(jié)果展示層。

3.2 數(shù)據(jù)管理層

數(shù)據(jù)管理層主要針對(duì)全省錄入的 IP 地址信息形成完整的基礎(chǔ)資源庫(kù)，分為：待驗(yàn)證庫(kù)和正式資源庫(kù)兩個(gè)。待驗(yàn)證倉(cāng)庫(kù)中的 IP 資源為未確認(rèn)或存疑數(shù)據(jù)，正式資源庫(kù)中的 IP 資源數(shù)據(jù)為正式管理數(shù)據(jù)。

外部導(dǎo)入到系統(tǒng)的 IP 資源數(shù)據(jù)存在待驗(yàn)證倉(cāng)庫(kù)中需要運(yùn)維人員進(jìn)行確認(rèn)后導(dǎo)入正式資源庫(kù)。IP 資源包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)備地址、互聯(lián)中繼地址、用戶 IP 地址三類，支持對(duì) IP 資源進(jìn)行管理和維護(hù)操作。通過智能算法識(shí)別庫(kù)內(nèi) IP 資源沖突的情況，在新增資源時(shí)，系統(tǒng)使用 IP 地址去重算法，會(huì)自動(dòng)比對(duì)校驗(yàn)導(dǎo)入數(shù)據(jù)和資源庫(kù)數(shù)據(jù)的資源。先將所有數(shù)據(jù)導(dǎo)入中間件 active MQ，批量處理程序?qū)?zhí)行對(duì)比操作，將所有導(dǎo)入數(shù)據(jù)中不正確的數(shù)據(jù)標(biāo)記出來，從而反饋到頁(yè)面提醒用戶哪些數(shù)據(jù)有錯(cuò)誤，并且會(huì)提示詳細(xì)的錯(cuò)誤原因引導(dǎo)用戶進(jìn)行排查。

同時(shí)系統(tǒng)針對(duì) IP 資源進(jìn)行分權(quán)分域管理，各個(gè)地市管理員只能看到自己錄入的 IP 數(shù)據(jù)，省級(jí)管理員可維護(hù)全省的 IP 地址資源，保證 IP 地址的安全性。IP 資 源模塊會(huì)通過算法，以網(wǎng)段表、子網(wǎng)表、IP 表的結(jié)構(gòu)分塊存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)，網(wǎng)段、子網(wǎng)、IP 資源之間保留關(guān)聯(lián)關(guān)系，精確到 IP 地址的管理，最大化地利用了 IP 資源池，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)資源的分配和后續(xù)管理都有極大的幫助。

3.3 數(shù)據(jù)分析處理層

數(shù)據(jù)分析處理層主要針對(duì)錄入到系統(tǒng)的 IP 地址資源，從系統(tǒng)層面實(shí)現(xiàn) IP 地址的去重和異常 IP 的檢測(cè)分析功能。

3.3.1 IP地址去重

IP 地址去重是在 IP 自動(dòng)分配時(shí)，通過系統(tǒng)內(nèi)置的算法實(shí)現(xiàn)子網(wǎng)拆分、合并、去重，進(jìn)而從資源庫(kù)中，篩選出可供分配的 IP 地址。

（1）IP 子網(wǎng)拆分：依靠 AI 算法，將一個(gè)大的網(wǎng)段根據(jù)掩碼來拆分所得多個(gè)子網(wǎng)，并且更新 IP 資源庫(kù)中每一個(gè) IP 的網(wǎng)段歸屬情況，拆分后可以預(yù)查看拆分可得到的網(wǎng)段，并且可修改拆分出來的子網(wǎng)對(duì)應(yīng)的屬性，保存后，原先屬于拆分前子網(wǎng)的所有 IP 資源，都將根據(jù)填寫的新子網(wǎng)的信息進(jìn)行更新，歸屬于新的子網(wǎng)。

（2）IP 子網(wǎng)合并：IP 子網(wǎng)合并是將兩個(gè)或 2n 個(gè)符 合 IP 合并規(guī)則的子網(wǎng)合并成一個(gè)大的子網(wǎng)，根據(jù)最終的掩碼會(huì)根據(jù)選中的子網(wǎng)大小來計(jì)算得出合并所得到的子網(wǎng)大小。并且原有子網(wǎng)下所有 IP 都將被自動(dòng)被規(guī)劃到合并后的子網(wǎng)中。

（3）IP 去重算法：在計(jì)算 IP 地址去重的時(shí)候，先將 IPV4 地址轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制，保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中。

IP 去重算法及自動(dòng)分配算法原理：系統(tǒng)針對(duì)用戶填寫的 IP 地址掩碼，基于 AI 算法，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部規(guī)劃的 IP 子網(wǎng)地址進(jìn)行智能拆分或者合并，計(jì)算出滿足用戶需求的子網(wǎng)地址，分配算法通過對(duì)比地市、自治域、用途、掩碼（前綴）等參數(shù)，找到可分配資源池中狀態(tài)為未占用的資源，展示出所有可以選擇的網(wǎng)段出來，用戶可以自行選擇需要的網(wǎng)段下邊的符合條件的可選 IP 資源進(jìn)行分配占用，最終實(shí)現(xiàn) IP 地址的分配。

先獲取可供分配的網(wǎng)段列表，按照 30 個(gè)網(wǎng)段為一組，使用多線程和計(jì)數(shù)器分別去處理每一組網(wǎng)段。每一個(gè)線程都要檢查網(wǎng)段下是否有可供分配的子網(wǎng)，尋找到合適的網(wǎng)段，然后排除完全符合條件的子網(wǎng)，尋找可以合并或拆分的子網(wǎng)。尋找該網(wǎng)段最小子網(wǎng)，如果最小子網(wǎng)的子網(wǎng)掩碼大于輸入的掩碼，則查看是否可合并。如果最小子網(wǎng)的子網(wǎng)掩碼小于輸入的掩碼，則查看是否可合并。正序排列，取最小子網(wǎng)，掩碼數(shù)最大。計(jì)算過程中，需要判斷掩碼數(shù)是否相同，沒有被使用的子網(wǎng)個(gè)數(shù)，根據(jù)合并子網(wǎng)的需要，進(jìn)行拆分計(jì)算，同時(shí)也要計(jì)算子網(wǎng)下已經(jīng)被使用的數(shù)量，以及并子網(wǎng)需要的子網(wǎng)個(gè)數(shù)。如果某一個(gè)子網(wǎng)存在已經(jīng)分配過的 IP，需要特殊處理，判斷是否可以使用其中的一段。具體做法是獲取拆分后的子網(wǎng)中所有的 IP，查詢這些 IP 中有沒有被使用的。通過掩碼查詢到的網(wǎng)段，再通過網(wǎng)段拆分出來的子網(wǎng)去對(duì)比數(shù)據(jù)庫(kù)子網(wǎng)表數(shù)據(jù)，如果子網(wǎng)存在，則看有沒有被使用，如果被使用，則對(duì)比下一條子網(wǎng)數(shù)據(jù)。如果沒有相同掩碼的子網(wǎng)，則找有沒有掩碼位數(shù) -1 的子網(wǎng)，并用系統(tǒng)工具類拆分兩個(gè)子網(wǎng)。如果 -1 也沒有，則使用 -1-1 的方案直到找到可以拆分的子網(wǎng)為止。同理合并需要 +1 去找。最終將計(jì)算出的可供分配的網(wǎng)段數(shù)據(jù)、子網(wǎng)數(shù)據(jù)按照 IP 升序返回即可。

3.3.2 異常IP資源檢測(cè)

系統(tǒng)通過接口接收全網(wǎng)路由表信息和用戶 DNS 域 名解析數(shù)據(jù)，結(jié)合大數(shù)據(jù)混合運(yùn)算，將各個(gè)地市上報(bào)到系統(tǒng)的 IP 與路由表和 DNS 系統(tǒng)的 IP 進(jìn)行對(duì)比分析，識(shí)別出在網(wǎng)使用但未納入系統(tǒng)管理的 IP，并將此類 IP 標(biāo)記為異常IP，通過系統(tǒng)消息推送給對(duì)應(yīng)的省市管理員，方便管理員針對(duì)上報(bào) IP 數(shù)據(jù)進(jìn)行直接管控，增強(qiáng)了系統(tǒng) IP 數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性。

異常 DNS 活躍 IP 檢測(cè)原理：用戶的 DNS 域名解 析數(shù)據(jù)中，記錄了 IP 的活躍程度以及所屬地市，只要存在 IP 訪問過 DNS 系統(tǒng)就證明該 IP 為在線使用的活躍 IP。通過 sftp 的方式定期從接口獲取活躍 ip 數(shù)據(jù)，以 txt 文本方式存放 600 多萬(wàn)活躍 IP 數(shù)據(jù)。將 DNS 活 躍 IP 數(shù)據(jù)入庫(kù)。系統(tǒng)通過執(zhí)行 python 腳本，讀取 txt 中的 IP 數(shù)據(jù)，讀取過程中過濾掉私網(wǎng) IP 地址，只保留公網(wǎng) IP，最后將過濾后的 IP 數(shù)據(jù)保存到 mysql 數(shù)據(jù)庫(kù)中。通過對(duì)比系統(tǒng)內(nèi)已錄入的全量 IP 數(shù)據(jù)與 DNS 系統(tǒng)的活躍 IP 數(shù)據(jù)，當(dāng) DNS 活躍 IP 未錄入或歸屬地市信息不準(zhǔn)確時(shí)，將該數(shù)據(jù)標(biāo)記為異常 IP。針對(duì)對(duì)比出的異 常 IP 數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會(huì)保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，這些 IP 是需要管 理員進(jìn)行補(bǔ)充錄入或修改 IP 資源信息的，系統(tǒng)會(huì)推送相關(guān) DNS 異常 IP 消息到系統(tǒng)站內(nèi)信中，管理員可在系統(tǒng)內(nèi)隨時(shí)查閱異常 IP 并進(jìn)行處理。

異常路由表活躍 IP 檢測(cè)原理：全網(wǎng)路由表中記錄了 IP 資源所在的路由表相關(guān)信息，只要路由表存在的 IP，就證明該 IP 為在線使用。由于全省每個(gè)地市采用一個(gè)獨(dú)立的 AS 自治域管理，因此系統(tǒng)通過接口分地市獲取各自 AS 的明細(xì)路由，注意區(qū)分華為、貝爾等廠家不同格式的路由信息。系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)識(shí)別路由表表頭來匹配對(duì)應(yīng)的解析方法，通過程序解析路由表內(nèi)容，獲取路由表的 Network 字段、 NextHop 字段，同時(shí)過濾掉不需要的下一跳對(duì)應(yīng)的 IP 地址，然后將過濾后的數(shù)據(jù)保存到 mysql 數(shù)據(jù)庫(kù)中。將已錄入的 IP 資 源數(shù)據(jù)逐條比對(duì)路由表數(shù)據(jù)，當(dāng)匹配到用戶 IP 資源與路由表中路由數(shù)據(jù)出現(xiàn) IP 起始結(jié)束地址不一致或不存在的數(shù)據(jù)，該 IP 資源會(huì)被標(biāo)記為異常數(shù)據(jù)。針對(duì)異常 IP 數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會(huì)保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，這些 IP 是需要管理員進(jìn)行補(bǔ)充錄入或修改 IP 資源信息的，會(huì)推送相關(guān)路由表異常 IP 消息到系統(tǒng)站內(nèi)信中，管理員可隨時(shí)查閱異常 iP 并進(jìn)行處理。

所有異常數(shù)據(jù)都會(huì)以 IP 地址、IP 用途、地市、異常類型進(jìn)行存儲(chǔ)。管理人員可以通過地市來分權(quán)分域展開一場(chǎng)排查工作，根據(jù) IP 地址快速鎖定問題 IP 對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和客戶。及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決全省 IP 地址的漏覆蓋情況，避免因人為因素給公司帶來的網(wǎng)絡(luò)信息安全隱患和相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)損失。異常 IP 檢測(cè)后臺(tái)部署了一套 DNS 數(shù)據(jù)對(duì)比和路由表數(shù)據(jù)對(duì)比服務(wù)，通過定時(shí)任務(wù)執(zhí)行的方式開啟對(duì)比服務(wù)來判斷系統(tǒng)中 IP 資源的異常狀況，并通過站內(nèi)信等方式提醒用戶解決異常問題。如下圖所示：

3.4 結(jié)果展示層

結(jié)果展示層主要是對(duì) IP 數(shù)據(jù)分析處理后的結(jié)果進(jìn)行匯總展示，對(duì) IP 資源系統(tǒng)中的多維度數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析與展示，通過可視化的方式直觀了解全網(wǎng)的整理 IP 使用情況、告警情況。其中主要的創(chuàng)新點(diǎn)為 IP 智能畫像和 IP 可視化。

3.4.1 IP智能畫像

從全省網(wǎng)絡(luò)安全的角度出發(fā)，對(duì) IP 的歷史使用軌跡進(jìn)行分析，然后形成IP智能畫像能力，顯示IP從申報(bào)、分配、使用、異常檢測(cè)、回收等全生命周期的歷史痕跡。 可以在網(wǎng)絡(luò)安全責(zé)任事故時(shí)，快速協(xié)助信安、網(wǎng)安相關(guān)部門進(jìn)行溯源追責(zé)。IP 智能畫像在構(gòu)建過程中，本質(zhì)上是將 IP 數(shù)據(jù)組合成 IP 數(shù)據(jù)特征，從而形成 IP 的數(shù)據(jù)模型。IP 數(shù)據(jù)在量化之后主要是以標(biāo)簽為主，標(biāo)簽的定義拆分為三個(gè)步驟，分別是層級(jí)、生產(chǎn)以及權(quán)重。

（1）層級(jí)：分為原始標(biāo)簽、事實(shí)標(biāo)簽、模型 & 預(yù)測(cè)標(biāo)簽、策略標(biāo)簽。

原始標(biāo)簽來源于 IP 基礎(chǔ)信息、IP 地理位置、IP 訪問數(shù)據(jù)、IP 異常記錄。

事實(shí)標(biāo)簽來源于：IP 屬性、網(wǎng)絡(luò)屬性、IP 類型、訪問頻次、平均日活、異常頻次。是對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后的初步提煉結(jié)果。

模型&預(yù)測(cè)標(biāo)簽來源于：IP屬性、活躍度、網(wǎng)絡(luò)屬性、地理屬性、風(fēng)險(xiǎn)度、異常頻次、訪問偏好。模型標(biāo)簽是由一個(gè)或多個(gè)事實(shí)標(biāo)簽組合而成，是基于模型訓(xùn)練的結(jié)果。以模型標(biāo)簽“風(fēng)險(xiǎn)度”為例，它是由活躍度、異常頻次、訪問偏好這幾個(gè)事實(shí)標(biāo)簽組合而成的。以已有的模型標(biāo)簽數(shù)據(jù)作為特征，經(jīng)過機(jī)器學(xué)習(xí)生產(chǎn)的標(biāo)簽，就作為預(yù)測(cè)標(biāo)簽。

策略標(biāo)簽來源于：IP 價(jià)值分層、IP 活躍分層、IP 異常分層。策略標(biāo)簽，則是 IP 標(biāo)簽構(gòu)建的最終目的，根據(jù)目的提煉 IP，并對(duì)用戶進(jìn)行定向的活躍分析、異常分析等。

（2）生產(chǎn)：分為基于規(guī)則定義的標(biāo)簽生產(chǎn)方式、基于主題模型的標(biāo)簽生產(chǎn)方式?；谝?guī)則定義標(biāo)簽，就是根據(jù)固定的規(guī)則，通過數(shù)據(jù)查詢的結(jié)果生產(chǎn)對(duì)應(yīng)的 IP 標(biāo)簽。

主題模型，目的是找到 IP 訪問偏好，它將內(nèi)容劃分為了 3 個(gè)層級(jí)：分類、主題、關(guān)鍵詞。在 IP 標(biāo)簽中，我們可以參照分類算法將 IP 進(jìn)行聚類，使用關(guān)鍵詞的算法挖掘 IP 的偏好，從而生產(chǎn)標(biāo)簽。中間涉及的算法有：線性支持向量機(jī)、邏輯回歸、文本挖掘算法：TF-IDF。

行為類型權(quán)重，指的是對(duì)于同一類標(biāo)簽，由于其行為的輕重不同所以權(quán)重不同。時(shí)間衰減因子，時(shí)間衰減因子體現(xiàn)了標(biāo)簽的熱度隨著時(shí)間逐漸冷卻的過程。

3.4.2 IP資源可視化

對(duì)手工錄入的 IP 數(shù)據(jù)、系統(tǒng)自動(dòng)采集的 IP 數(shù)據(jù)、異常告警的 IP 數(shù)據(jù)等多維度數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計(jì)與分析，然后通過柱狀圖、餅狀圖等多種圖形化方式 進(jìn)行 IP 可視化展示，展示維度包括告警數(shù)據(jù)、地市 IP 數(shù)據(jù)情況、地圖 IP 數(shù)據(jù)熱力圖等。

（1）IP 數(shù)據(jù)概覽：通過大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析能力，在 IP 可視化大屏上展示 IP 系統(tǒng)中總體的 IP 數(shù)量、IP 網(wǎng)段 數(shù)量、不同類型告警的數(shù)量、已使用 IP 數(shù)、活躍 IP 數(shù)等，通過該模塊用戶可以快速了解 IP 的總體數(shù)據(jù)。

（2）IP 使用情況可視化展示：對(duì) IP 系統(tǒng)內(nèi)的 IP 規(guī)劃、IP 使用情況、IP 空閑等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，然后按照省市縣三級(jí)進(jìn)行歸類，再通過柱狀圖的形式進(jìn)行展示，方便用戶直觀了解 IP 數(shù)據(jù)的使用情況。

（3）IP 告警數(shù)據(jù)可視化展示：對(duì)目前的告警異常數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分類。然后通過折線圖的方式展示時(shí)不同種類告警在不同時(shí)間段的告警數(shù)量。告警數(shù)據(jù)也支持全省、全市、區(qū)縣等下鉆展示，用戶可直觀了解 IP 數(shù)據(jù)的告警情況。

（4）IP 統(tǒng)計(jì)排名可視化展示：對(duì) IP 數(shù)量、告警、使用情況等多維度數(shù)據(jù)按照地市、區(qū)縣等進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，然后通過柱狀圖的形式對(duì)地市、區(qū)縣進(jìn)行數(shù)據(jù)排名，管理人員可以快速了解各個(gè)地市和區(qū)縣的 IP 相關(guān)數(shù)據(jù)排名。

（5）IP 數(shù)據(jù)地圖可視化展示：通過地圖的形式展示各個(gè)地市、區(qū)縣的數(shù)據(jù)使用情況，不同數(shù)據(jù)量通過不同的顏色進(jìn)行區(qū)分展示；地圖上可展示 IP 數(shù)據(jù)的流向；地圖支持多層鉆取。IP數(shù)據(jù)地圖可直觀查看各個(gè)地域的 IP 數(shù)據(jù)情況。

（6）IP 可視化數(shù)據(jù)分權(quán)分域查看：可對(duì)不同用戶配置不同的數(shù)據(jù)查看權(quán)限，省級(jí)管理員可查看全省數(shù)據(jù)，地市管理員可查看地市 IP 數(shù)據(jù)，區(qū)縣管理員可查看區(qū)縣數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)的權(quán)限管控，保證數(shù)據(jù)的安全性，防止數(shù)據(jù)泄露。

4 效果展示

本項(xiàng)目自 2020 年 5 月系統(tǒng)正式上線，目前已推廣至全省 18 個(gè)市分公司使用，成為河南聯(lián)通在網(wǎng)絡(luò)維護(hù)和 IP 地址資源管理工作中的重要支撐手段，取得了良好的效果。

4.1 IP地址總覽

目前系統(tǒng)已完成了河南聯(lián)通 IPv4 和 IPv6 數(shù)據(jù)的收錄，IPv4 總數(shù) 611.8 萬(wàn)個(gè)，已分配 557.2 萬(wàn)個(gè)，IP 資料入庫(kù)條目數(shù) 9.2 萬(wàn)條。

圖7 IPv4資源情況

IPv6 資源收錄情況：按 /64 前綴的地址塊個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)，IP 總數(shù) 100.3 億個(gè)，已分配 2 億個(gè)，IP 資料入庫(kù)條目數(shù) 1519 條。

圖8 IPv6資源情況

4.2 IP自動(dòng)分配

通過系統(tǒng)去重算法，將導(dǎo)入的一個(gè)或數(shù)百上千個(gè) IP，通過 IP 地址轉(zhuǎn)化成十進(jìn)制數(shù)首先進(jìn)行范圍匹配，再進(jìn)行精確的 IP 匹配，最終可以將導(dǎo)入的所有 IP 的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)查詢出來，關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)包括 IP 地址、資源類型、 IP 類型（IPv4 或 IPv6）、錄入方式、錄入時(shí)間、以及相關(guān)責(zé)任人等信息。對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部規(guī)劃的 IP 子網(wǎng)地址進(jìn)行智能拆分或者合并，計(jì)算出滿足用戶需求的子網(wǎng)地址，分配算法通過對(duì)比地市、自治域、用途、掩碼（前綴）等參數(shù)，找到可分配資源池中狀態(tài)為未占用的資源，展示出所有可以選擇的網(wǎng)段出來，用戶可以自行選擇需要的網(wǎng)段下邊的符合條件的可選 IP 資源進(jìn)行分配占用，最終實(shí)現(xiàn) IP 地址的分配。

4.3 IP異常檢測(cè)智能分析

系統(tǒng)使用 IP 異常智能檢測(cè)算法，結(jié)合全省入庫(kù) IP 資源、用戶dns域名解析、全網(wǎng)路由表的大數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析，實(shí)現(xiàn)了對(duì)在網(wǎng)運(yùn)行但未錄入 IP 資源的自動(dòng)發(fā)現(xiàn)與預(yù)警功能。異常 IP 記錄如下圖：

通過系統(tǒng)上線一年多的整治工作，現(xiàn)在系統(tǒng)內(nèi)的異常IP數(shù)據(jù)已經(jīng)大幅下降，異常IP數(shù)從整治前的55316個(gè)，減少到 896 個(gè)降幅 98.38%。

4.4 IP智能畫像

系統(tǒng)基于 IP 智能畫像 AI 算法，結(jié)合域名解析系統(tǒng)、信安專線系統(tǒng)、IP/ICP 備案系統(tǒng)等數(shù)據(jù)，對(duì) IP 地址庫(kù)的錄入數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，實(shí)現(xiàn) IP 所有關(guān)聯(lián)信息的快速查詢展示，對(duì) IP 資源分布、使用軌跡、歷史情況等信息的精準(zhǔn)溯源。能夠?qū)?IP 地址進(jìn)行深度圖譜畫像，可視化展示所有 IP 關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)信息。

4.5 IP資源可視化

對(duì)手工錄入的 IP 數(shù)據(jù)、系統(tǒng)自動(dòng)采集的 IP 數(shù)據(jù)、異常告警的 IP 數(shù)據(jù)等多維度數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計(jì)與分析，然后通過柱狀圖、餅狀圖等多種圖形化方式進(jìn)行 IP 可視化展示，展示維度包括告警數(shù)據(jù)、地市 IP 數(shù)據(jù)情況、地圖 IP 數(shù)據(jù)熱力圖等。

5 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目通過 AI 和大數(shù)據(jù)技術(shù)，對(duì)全省 IPv4 和 IPv6 地址資源進(jìn)行線上系統(tǒng)化管理，摒棄長(zhǎng)期以來使用傳統(tǒng) excel 手工管理的模式，解決了河南聯(lián)通IP 地址管理工作中存在人工參與度過高、手工臺(tái)賬、信息錯(cuò)漏、無(wú)法自動(dòng)稽核、缺乏全流程管控等問題，實(shí)現(xiàn)了 IP 資源維護(hù)管理工作的全面數(shù)字化轉(zhuǎn)型。項(xiàng)目提高了河南聯(lián)通維護(hù)人員的工作效率和企業(yè)效益，提升了對(duì) IP 地址的安全監(jiān)管能力，系統(tǒng)可復(fù)制性、可推廣性良好。

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（本文轉(zhuǎn)自《電子產(chǎn)品世界》雜志2022年第6期）