在过去的二十年中，互联网取得了巨大的成功。互联网的成功，很大程度上归功于它简单易行的通信模式：一个节点只需要按照指定的协议发送和接收数据包，而不必了解负责传输数据的网络是如何运行的。互联网从设计之初至今，都没有显式地提供一种协议以支持节点去感知周围的网络。　　 尽管互联网的通信模式简单易行，但如果反过来要求一个节点去获知其所处网络的运行状态，那将是非常困难的。而最近五年中，越来越多的新需求开始涌现，迫切要求提高单一节点感知嘲络的能力。例如，网络管理员需要实时地度量局部网络的拥塞情况，从而升级或更新设备。安全工具需要能够快速感知网络中流量的异常变化，从而提供有效的预警。越来越多的流媒体传输应用，都要求感知端到端可用带宽的变化，从而实时调整数据传输策略，以期达到最佳的视频效果。调查和实验都表明：传统的网络监控工具，已经无法满足网络管理和新型网络应用的需求。　　 开发单个节点对网络的感知能力，构造实时的网络性能度量系统，从而获知网络的状态参数，并优化对网络的使用方式，具有非常高的研究价值和应用前景。本文以主动探测技术为基础，从可用拓扑结构和带宽的度量入手，研究如何提高节点的网络感知能力，并在以下五个方面做出创新性贡献：　　 (1)度量端到端瓶颈属性的BNeck。提出了度量瓶颈链路的物理带宽、可用带宽及位置的算法，并据此实现了BNeck。这是第一个能够并发度量多个瓶颈属性的系统，作者的NS2仿真和大规模网络实验都表明：BNeck能够快速且准确地度量瓶颈链路的物理带宽、可用带宽和位置。　　 (2)研究可用带宽度量的分类、原理及问题。在大量实验数据的基础上，分析了十三个常见度量系统的工作原理及软件实现，将其分为单双终端系统两类，进而总结了系统中普遍存在的十类基本问题。　　 (3)拓扑结构度量工具TopDetect。为了获知网络的拓扑结构，作者开发了TopDetect。TopDetect运行在单一节点上，通过发送IP包触发路由器的ICMP报错机制，从而获知周边存在的路由器，并据此构造网络拓扑。试验证明：在LAN和WAN中，TopDetect都能实现高达80％的覆盖率。　　 (4)网络拓扑和带宽的度量系统RicbMap。RichMap允许作者以图的方式浏览网络的拓扑结构，及其上所有链路的可用带宽。为了开发RichMap，作者整合了BNeck和TopDetect中的数据探测功能，并优化探测数据包构建算法、ICMP收集和绘图模块，从而确保拓扑探测和带宽度量高效地重叠在一起。　　 (5)大规模网路试验及数据分析。分析在企业网和校园网内安装、调试和运行BNeck、TopDetect及RichMap时收集到的数据，得到很多有价值的结论。特别是分析了拓扑探测中采样偏差问题，反向路由中背景数据流对度量精度的影响，以及不同路由器缓存算法对探测数据包队列的干扰。