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基于ＳＮＭＰ的拓撲發(fā)現(xiàn)的研究
[論文關鍵詞]SNMP 拓撲發(fā)現(xiàn)
[論文摘要]隨著現(xiàn)代網(wǎng)絡規(guī)模不斷擴大和結構日趨復雜，網(wǎng)絡成為網(wǎng)絡系統(tǒng)正常運行的關鍵，網(wǎng)管系統(tǒng)的基本功能是以圖形方式直觀地將被管對象顯示出來，因而拓撲發(fā)現(xiàn)是不可缺少的一部分。拓撲發(fā)現(xiàn)確定網(wǎng)絡元素之間的互連關系，是配置管理的中心，故障管理的基礎。
一、網(wǎng)絡的結構
目前的TCP/IP網(wǎng)絡全部是通過路由器互聯(lián)起來的，路由器工作在OSI的第三層，即網(wǎng)絡層。路由器利用網(wǎng)絡定義的“”上的網(wǎng)絡地址(即IP地址)來區(qū)別不同的網(wǎng)絡，實現(xiàn)網(wǎng)絡的互連和隔離，這樣的網(wǎng)絡連接屬于網(wǎng)絡的邏輯拓撲連接。邏輯連接的網(wǎng)絡拓撲實現(xiàn)起來相對來說比較容易。因為，主機和路由器中都保存有一個路由表，路由表中明確的列出了到達目的地的下一跳路由器，并且MIB庫中有對該路由標的抽象，通過使用SNMP協(xié)議可以很容易的得到路由設備的路由表信息。這樣，只要從管理站出發(fā)，到達路由表中的規(guī)定的下一跳路由器反復執(zhí)行直到目的地，就可以發(fā)現(xiàn)IP路由層的網(wǎng)絡拓撲。
二、Internet的拓撲結構
眾所周知，Internet是由許多子網(wǎng)互連而成的，而且分層管理。第一層是Internet的主干，由核心網(wǎng)關互連而成；下一層是由各個自治系統(tǒng)所包括的子網(wǎng)組成。
各個子網(wǎng)通過各自的網(wǎng)關同其他的子網(wǎng)，這些子網(wǎng)可以是一個局域網(wǎng)，也可以是某個局域網(wǎng)中的一個子網(wǎng)，它們都連接到網(wǎng)關的一個端口上，網(wǎng)關的端口可以和一個子網(wǎng)相連，也可以和其他網(wǎng)關相連。當子網(wǎng)的某一機器發(fā)送數(shù)據(jù)的時候，數(shù)據(jù)包首先到達該子網(wǎng)的缺省網(wǎng)關，缺省網(wǎng)關檢測數(shù)據(jù)包中的目的地址，根據(jù)其路由表中的信息判斷目的地址是否在與自己相連的子網(wǎng)中，如果是，則把數(shù)據(jù)包發(fā)送到目的地，否則根據(jù)路由表轉發(fā)到規(guī)定的下一個網(wǎng)關。這樣下一個網(wǎng)關做類似的處理，依此類推，數(shù)據(jù)包將最終到達目的地址。
基于SNMP協(xié)議的網(wǎng)絡拓撲發(fā)現(xiàn)主要是通過一些算法，使用SNMP協(xié)議從網(wǎng)絡設備的MIB信息庫中提取有用的信息來完成網(wǎng)絡的拓撲發(fā)現(xiàn)。使用SNMP協(xié)議存在的問題是，并不是所有的網(wǎng)絡節(jié)點(如：未被管理的交換機)都實現(xiàn)了SNMP協(xié)議，或者網(wǎng)絡節(jié)點在拓撲發(fā)現(xiàn)的時候處于關閉狀態(tài)。因此，只是靠SNMP并不能發(fā)現(xiàn)所有的網(wǎng)絡節(jié)點，我們還需要處理SNMP的數(shù)據(jù)來獲得拓撲的詳細信息，特別是在數(shù)據(jù)鏈路層的網(wǎng)絡設備。下面將分層進行說明網(wǎng)絡的拓撲發(fā)現(xiàn)過程。
三、基于路由裹的拓撲發(fā)現(xiàn)方法分析
將上述算法中的節(jié)點替換成路由器，該算法就實現(xiàn)了網(wǎng)絡層拓撲結構的遍歷�；赥CP/IP的互連網(wǎng)是由全世界成千上萬的網(wǎng)絡互連而成的，其間的核心設備就是路由器。當今的主流路由設備都提供了對SNMP協(xié)議的支持，因此網(wǎng)絡層的拓撲發(fā)現(xiàn)，主要是采用基于SNMP協(xié)議路由表的方式發(fā)現(xiàn)主干路由器，路由表是網(wǎng)絡的重要信息，從路由表中提取網(wǎng)絡拓撲的有關信息，而MIB提供了訪問路由表的方法。
路由表存儲有關可能的目的網(wǎng)絡節(jié)點和怎樣到達目的網(wǎng)絡節(jié)點的信息，每臺主機和路由器都要為數(shù)據(jù)報選擇路由，因此它們都有IP路由表。路由表中包含的是目的地址而不是特定主機的地址，這樣可以大大減少路由表的大小，提高路由選擇的效率，而把特定主機的信息限定在這些主機運行的特定中。一個路由表包含一系列的(N，R)序偶對，其中N代表目的網(wǎng)絡的網(wǎng)絡地址，R代表到達網(wǎng)絡N的路徑上下一個要經(jīng)過的路由器的IP地址，通常稱路由器R稱為下一跳。路由器的路由表僅僅指定從該路由器到達目的網(wǎng)絡路徑上的一步，其中并不包括到達目的網(wǎng)絡的完成路徑。
從路由表的信息，我們可以知道IP數(shù)據(jù)報傳輸?shù)穆窂�，從而得到網(wǎng)絡連接的拓撲。在一個由路由器連接起來的互連網(wǎng)中，假定其中所有的連接都是連通的，那么，任何一條從源網(wǎng)絡到目的網(wǎng)絡的IP數(shù)據(jù)報的傳輸路徑都會在路由表里面表現(xiàn)出來，因為路徑本身就是通過路由表來選擇的。
在一個路由器R的路由表中，包含了經(jīng)過R的所有IP路徑。和路由器R直接相連的路由器都將在路由器R的路由表中出現(xiàn)。即，路由器R的路由表中的所有“下一跳”的集合，就是和R直接相連的所有路由器的集合。從某個路由、器R開始，找到和它相連的所有其他路由器R1，R2，…Rn，在分別在R1，R2，…Rn上重復這個過程，遞歸下去，可以找到一個互連網(wǎng)絡里的所有路由器。這就是對一個圖進行廣度優(yōu)先遍歷的過程。但是這樣發(fā)現(xiàn)的范圍很多，如果不加以控制，可能造成搜索時間過長的情況下，可以采用對某個路由器向下發(fā)現(xiàn)跳數(shù)進行計數(shù)，并設置最大值，當從這個路由器出發(fā)的發(fā)現(xiàn)跳數(shù)達到最大值的時候，停止搜索。也可以采用限制搜索時間，超時則不再向下搜索。
四、結束語
網(wǎng)絡的拓撲發(fā)現(xiàn)進行網(wǎng)絡管理的重要手段和工具。但是設計和實現(xiàn)一個高效的網(wǎng)絡拓撲搜索工具一直是網(wǎng)絡管理領域中重要但是又很困難的部分。本文根據(jù)網(wǎng)絡本身的結構特點，分析構建網(wǎng)絡的拓撲圖的方法，將網(wǎng)絡的拓撲構建分成兩級來實現(xiàn)：一級拓撲和二級拓撲。一級拓撲實現(xiàn)了路由設備和子網(wǎng)之間的互連的拓撲發(fā)現(xiàn)，二級拓撲完成了子網(wǎng)內(nèi)主機的互連以及子網(wǎng)類型的分析。對于采用大量的交換機互連的局域網(wǎng)，為了精確的發(fā)現(xiàn)鏈路層交換機設備之間，以及其與主機、路由設備的互亂，就需要分析交換機的工作原理，以及交換機所使用的支撐樹算法(spanning Tree Protocol)，并從中找出了對于拓撲發(fā)現(xiàn)有用的信息，提出了另一種鏈路層設備的拓撲方法。
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