談網(wǎng)絡(luò )拓撲發(fā)現算法在網(wǎng)管中的應用

摘要：主要論述網(wǎng)管系統中一個(gè)重要的功能網(wǎng)絡(luò )拓撲的自動(dòng)發(fā)現。闡述相關(guān)的理論知識，并具體討論基于SNMP和基于ICMP的拓撲發(fā)現，最后對算法所適用范圍加以說(shuō)明。雖然這種方法能夠較好的發(fā)現網(wǎng)絡(luò )拓撲，但是它需要占用大量的帶寬資源。

關(guān)鍵詞：簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò )管理協(xié)議(SNMP) 網(wǎng)絡(luò )拓撲自動(dòng)發(fā)現算法　網(wǎng)絡(luò )管理

　　　　
　　
　　隨著(zhù)計算機網(wǎng)絡(luò )的普及，人們對計算機網(wǎng)絡(luò )的依賴(lài)性大大加強了。在現有的技術(shù)條件下，人們希望有一個(gè)更加穩定可靠的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境。計算機網(wǎng)絡(luò )管理系統就是應這樣的需求而產(chǎn)生的。它對網(wǎng)絡(luò )上的各種設備進(jìn)行管理，通過(guò)監視和控制這些設備。及時(shí)地向管理人員報告網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)，并且簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò )故障的處理，減少故障造成的損失，提高網(wǎng)絡(luò )的服務(wù)質(zhì)量和效率。在我國，人們開(kāi)始認識到網(wǎng)絡(luò )管理的重要性。
　　
　　一、網(wǎng)絡(luò )管理中傳統的網(wǎng)絡(luò )拓撲發(fā)現算法
　　
　　網(wǎng)絡(luò )拓撲的發(fā)現，實(shí)際上就是根據網(wǎng)絡(luò )上節點(diǎn)連接情況，構造出來(lái)一個(gè)反映這種連接關(guān)系的圖。網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)可以是網(wǎng)關(guān)，也可以是子網(wǎng)：網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)是與子網(wǎng)和其它網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)相鄰的節點(diǎn)；子網(wǎng)節點(diǎn)可被認為只與網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)相鄰，至少與它的缺省網(wǎng)關(guān)相鄰。各子網(wǎng)通過(guò)各目的網(wǎng)關(guān)與其他子網(wǎng)通信，這些子網(wǎng)可以是一個(gè)局域網(wǎng)，也可以是某個(gè)局域網(wǎng)的一部分，它們都連接到網(wǎng)關(guān)的一個(gè)端口上。網(wǎng)關(guān)的端口可以連接子網(wǎng)，也可以同其他路由器相連。
　　主拓撲指的是反映出關(guān)鍵設備包括路由器，它們的接口和子網(wǎng)的連接關(guān)系，即路由器一路由器、路由器一子網(wǎng)、接口的關(guān)系。這些信息需要對網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行搜索而獲得：一般只需要對連接設備進(jìn)行遍歷就可以得到主拓撲結構。當前的網(wǎng)管軟件都是通過(guò)對網(wǎng)絡(luò )設備的MIB庫進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，所以這種方法又被稱(chēng)為基于SNMP的拓撲發(fā)現。經(jīng)過(guò)上述的遍歷過(guò)程，可以得到網(wǎng)絡(luò )拓拓撲圖的整體構成，知道了網(wǎng)絡(luò )主干通道情況。但是子網(wǎng)內部的具體設備以及連接狀態(tài)尚不可知。這就需要依靠子網(wǎng)發(fā)現來(lái)做進(jìn)一步的工作。子網(wǎng)發(fā)現完成的任務(wù)是確定子網(wǎng)內各網(wǎng)絡(luò )設備的狀態(tài)、類(lèi)型以及網(wǎng)絡(luò )接口。
　　遍歷的定義是：對于無(wú)向圖，以圖中某一點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn)，沿著(zhù)邊依次訪(fǎng)問(wèn)圖的其余節點(diǎn)，如果圖是連通的，則從圖的任一點(diǎn)出發(fā)按一定的順序沿著(zhù)某些邊可以訪(fǎng)問(wèn)圖中的所有節點(diǎn)，而且每個(gè)節點(diǎn)僅被訪(fǎng)問(wèn)一次，這一過(guò)程稱(chēng)為圖的遍歷。在網(wǎng)絡(luò )上，一個(gè)節點(diǎn)可以和很多的節點(diǎn)連接，所以當進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )拓撲結構發(fā)現的時(shí)候，有可能會(huì )訪(fǎng)問(wèn)已經(jīng)被發(fā)現過(guò)的節點(diǎn)。因此，在遍歷的時(shí)候，必須對每一個(gè)節點(diǎn)設置一個(gè)標志。當節點(diǎn)未被訪(fǎng)問(wèn)過(guò)時(shí)，相應的標志為0，否則，就置為1。
　　
　　二、改進(jìn)的網(wǎng)絡(luò )拓撲算法
　　前面基于SNMP的拓撲算法在一定程度上是非常有效的，拓撲的速度也非�？�。但它存在一個(gè)缺陷。那就是，在一個(gè)特定的域中，所有的子網(wǎng)的信息都依賴(lài)于設備具有SNMP的特性，如果系統不支持SNMP，則這種方法就無(wú)能為力了。還有對網(wǎng)絡(luò )管理的不重視，或者考慮到安全方面的原因，人們往往把網(wǎng)絡(luò )設備的SNMP功能關(guān)閉，這樣就難于取得設備的MIB值，就出現了拓撲的不完整性，嚴重影響了網(wǎng)絡(luò )管理系統的功能。針對這一的問(wèn)題，下面討論本文對上述算法的改進(jìn)一基于ICMP協(xié)議的拓撲發(fā)現。
　　(一)ICMP報文的格式
　　ICMP被認為是IP層的一個(gè)組成部分。它傳遞差錯報文以及其他需要注意的信息。網(wǎng)際協(xié)議CIP沒(méi)有出錯報告或出錯校正機制，它依靠網(wǎng)際控制報文協(xié)議(ICMP)模塊來(lái)報告數據處理過(guò)程，井提供管理和狀態(tài)信息。ICMP報文在傳送時(shí)被封裝在IP數據報中，使用IP協(xié)議發(fā)送，但ICEP不看作是高層協(xié)議的內容。
　回應請求與應答均以IP數據報的形式在網(wǎng)間傳輸，假如成功地收到一個(gè)應答(應答中的數據拷貝與請求中的任選數據完全一致)，不但說(shuō)明信宿機可以到達，而且說(shuō)明數據報傳輸系統的相應部分工作正常，至少信源機和信宿機的ICMP軟件和IP軟件工作正常，請求與應答經(jīng)過(guò)中間網(wǎng)關(guān)也在正常工作。在許多TCP/IP實(shí)現中，用戶(hù)命令Ping便是利用ICMP回應請求／應答報文測試信宿機的可到達性的。
　　
　　(二)PING的實(shí)現
　　PING的主要操作是發(fā)送報文，并簡(jiǎn)單地等待回答。PING之所以如此命名，是因為它是一個(gè)簡(jiǎn)單的回顯協(xié)議，使用ICMP響應請求與響應應答報文。PING主要由系統程序員用于診斷和調試。一般的，PING的功能有：
　　LOOP BACK PING用于驗證TCP/IP軟件的操作。
　　PIN G地址確定能否尋址物理網(wǎng)絡(luò )設備。
　　PING遠程IP地址驗證能否尋址網(wǎng)絡(luò )。
　　PING遠程主機名驗證主機上某個(gè)服務(wù)器的操作。
　　實(shí)現PING的過(guò)程主要是：首先向目的機器發(fā)送一個(gè)響應請求的ICMP報文，然后等待目的機器的應答，直到超時(shí)。如收到應答報文，貝以報告目的機器運行正常，程序退出。
　　
　　(三)traceroute的實(shí)現
　　在IP頭的結構中，存在一個(gè)ip_ttl域，即生存時(shí)間(time to_live，TTL)。TTL參數用于測量數據報在網(wǎng)際存在多長(cháng)時(shí)間。網(wǎng)絡(luò )中的每個(gè)路由器都檢查該域，如果TTL值為0，路由器就拋棄該數據報。路由器還必須對它處理的每個(gè)數據報的該域進(jìn)行減I操作。在實(shí)際執行中，TTL域是一個(gè)反映跳段的值。所以，當數據報穿過(guò)一個(gè)IP節點(diǎn)(網(wǎng)關(guān))時(shí)。TTL域中的值就減1。
　　traceroute的功能就是利用IP頭中的TTL域。開(kāi)始時(shí)信源設置IP頭的TTL值為0，發(fā)送報文給信宿，第一個(gè)網(wǎng)關(guān)收到此報文后，發(fā)現TTL值為0，它丟棄此報文，并發(fā)送一個(gè)類(lèi)型為超時(shí)的ICMP報文給信源。信源接收到此報文后對它進(jìn)行解析，這樣就得到了路由中的第一個(gè)網(wǎng)關(guān)地址。然后信源發(fā)送TTL值為1的報文給信宿，第一個(gè)網(wǎng)關(guān)把它的TTL值減為0后轉發(fā)給第二個(gè)網(wǎng)關(guān)，第二個(gè)網(wǎng)關(guān)發(fā)現報文TTL值為0，丟棄此報文并向信源發(fā)送超時(shí)ICMP報文。這樣就得到了路由中和第二個(gè)網(wǎng)關(guān)地址。如此循環(huán)下去，直到報文正確到達信宿，這樣就得到了通往信宿的路由。
　　
　　(四)網(wǎng)絡(luò )拓撲的發(fā)現算法
　　具體實(shí)現的步驟：
　　1、于給定的IP區間，利用PING依次檢測每個(gè)IP地址，將檢測到的IP地址記錄到IP地址表中。
　　2、對第一步中查到的每個(gè)IP地址進(jìn)行traceroute操作，記錄到這些IP地址的路由。并把每條路由中的網(wǎng)關(guān)地址也加到IP表中。
　　3、對IP地址表中的每個(gè)IP地址，通過(guò)發(fā)送掩碼請求報文與接收掩碼應答報文，找到這些IP地址的子網(wǎng)掩碼。
　　4、根據子網(wǎng)掩碼，確定對應每個(gè)IP地址的子網(wǎng)地址，并確定各個(gè)子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )類(lèi)型。把查到的各個(gè)子網(wǎng)加入地址表中。
　　5、試圖得到與IP地址表中每個(gè)IP地址對應的域名(Domain Name)。如具有相同域名，則說(shuō)明同一個(gè)網(wǎng)絡(luò )設備具有多個(gè)IP地址，即具有多個(gè)網(wǎng)絡(luò )接口。
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