【正文】 最廣泛。 MIB。網絡規(guī)模的激增，網絡復雜性和異構性的焦點化，使得網絡管理問題上升到了網絡建設的戰(zhàn)略性位置。 網絡故障是影響網絡性能的重要因素，網管軟件應能對發(fā)生問題的網絡進行故障檢測、定位和診斷分析，然后向系統(tǒng)網絡管理員提交網絡故障分析報告，以便解決問題，提高網絡可用性及服務質量。拓撲發(fā)現(xiàn)作為配置管理和失效管理中的一項重要功能，是網絡管理的一個重要組成部分。隨著 WWW 的出現(xiàn)，基于 Web 技術的網絡管理成為網絡管理的一種新的趨勢，它使網絡管理不再需要地理位置、具體平臺和專業(yè)技能等要求，從而給網絡管理帶來許多方便。本文所研究實現(xiàn)的網絡拓撲發(fā)現(xiàn) 算法 也是建立在 SNMP 協(xié)議基礎上的。 在目前網絡運行中 , SNMP (簡單網絡管理協(xié)議 ) 得到了極為廣泛的應用 ,主要的設備都能夠支持該協(xié)議 ,同時該協(xié)議提供了極為豐富的 MIB (管理信息庫 ) 變量供網絡管理使用。 南華大學計算機學院畢業(yè)論文 第 4 頁 第 二 章 網絡拓撲發(fā)現(xiàn) 概述 確定個規(guī)模較大且經常變化的網絡拓撲結構是很困難的，但準確的拓撲信息在網絡管理方面起著很重要的作用，通過網絡拓撲信息我們可以判斷當前設備的配置是否合理，同時它也為網絡故障的排除提供了重要的依據。另一種是發(fā)現(xiàn)網絡元素之間的物理布局與互連關系，其中包括 路由器和路由器的連接、路由器和子網的連接、路由器和交換機的連接等。 南華大學計算機學院畢業(yè)論文 第 5 頁 第二，確定采用的是被動監(jiān)測技術還是主動監(jiān)測技術來采集網絡拓撲信息。 第三，確定用何種方式收集信息。例如當我們想要測量在幾對節(jié)點之間通信的性能而不關心網絡的其他部分時。這樣有助于快速發(fā)現(xiàn)子網內所有的主機 (通過保存對 Ping 做 出回應的所有節(jié)點的IP 地址 )。 TraceRoute 程序可以讓我們看到IP 數(shù)據報從一臺主機到另一臺主機所經過的路由。然后，源主機將 TTL 為 2 的報文發(fā)送給目的主 機，第一個路由器把它的 TTL值減 1 后轉發(fā)給第二 個路由器，第二個路由器收到后再減 1，報文 TTL 值變?yōu)?0，該路由器丟棄此報文，并發(fā)送一個類型為超時的 ICMP 報文給源主機。Traccroute 和 Ping 都有當目的節(jié)點不存在時時間延遲較大的缺點。每個設備的MIB 中存儲了設備所運行的進程、表現(xiàn)方式和可以讀取的一切信息。大多數(shù)域名服 務器通過“區(qū) 域傳輸” 命令返回該域內名字的列表。 南華大學計算機學院畢業(yè)論文 第 7 頁 5)ARP 地址解析協(xié)議 (ARP)在 IP 地址和物理地址之間做映射。第二， ARP 是一個標準并且對每個支持 TCP/IP的設備都可用，與鏈路協(xié)議無關。 RIP 要求所有或部分路由器侮隔 30 秒向相鄰路由器發(fā)送自己完整的路由表，同時接收其他相鄰路由器發(fā)送來的路由表項更新報文，將其距離值與其本身的路由表進行比較更新。 ? 開放最短路徑優(yōu)先 (OSPF)協(xié)議 OSPF 是除 RIP 外的另一個內部網關協(xié)議，運行在一個自治系統(tǒng)中，與采用距離向量的 RIP 協(xié)議不同的是， OSPF 是一個鏈路狀態(tài)協(xié)議。它采用的是每個路由器主動地測試與其鄰站相連鏈路的狀態(tài)，將這些信息發(fā)送給它的其他鄰站，而鄰站將這些信息在自治系統(tǒng)中傳播出去，每個路由器接收這些鏈路狀態(tài)信息，并建立起完整的路由表 [6]。 SNMP(簡單網絡管理協(xié)議 )是目前最流行的 一個網絡管理協(xié)議。1991 年發(fā)布了 SNMp 的一個補充 RMON(Remote Network Monitoring:遠程網絡監(jiān)控 )。但不幸的是，經過兒年試用， SNMPv2 并沒有得到廠商和用戶的積極響應，并且也發(fā)現(xiàn)自身還存在一些嚴重缺陷，因此，在 1996 年正式發(fā)布的 SNMPv2中，安全特性被刪除了。 SNMPv3預定于 SNMPv2 一起使用，但也可以和 SNMPv1 一起 使用 [1]。這種方法降低了系統(tǒng)開銷，但對報文到達的正確性不做保證。 SNMP 管理模型 SNMP 的網絡管理模型如圖 所示，包括四個關 鍵元素 [1]： 南華大學計算機學院畢業(yè)論文 第 10 頁 圖 SNMP 管理模型 l)管理工作站 :一般是一個單機設備或者是一個共享網絡中的一員。任何支持 SNMP 協(xié)議的代理都應該能夠對 MIB 中定義的對象的信息的查詢做出響應，任何使用 SNMP 協(xié)議的網絡管理站也都應該知道它能夠從代理那里得到的信息都在 MIB 定義的范圍內。管理站的SNMP 核心進程再將得到的信息傳遞給管理站上的網管應用就完成了一次信息交換。 最后，用基本編碼規(guī)則，為報文進行編碼，并將編碼結構傳給傳輸服務。 2)變量綁定 當管理站想要得到一個特定代理的特定 MIB 組中的所有標量對象信息時，它 可以發(fā)送一個請求所有標量的報文，并且得到一個包含所有值的響應。 3)通信原語 SNMP 定義了 5 種通信原語實現(xiàn)管理進程和代理進程之間的交互信息，它們分別是 [1]:(l)Getrequest 原語 :get request PDU 由網絡管理站的 SNMP 實體發(fā)出。管理代理的 SNMP 實體在接收一個 Getrequest PDU 后，通過返回一個 getresponse PUD 作為響應。它們的操作都是原子同步方式，即要么所有的請求值都被返回，要么一個也不返回。 (3)Setrequest 原語 :由管理進程發(fā)出，請求設置進程中一個或多個變量的值 。數(shù)據庫中的元素是網管中的被管資源，且被管資源以對象來表示，每個對象表示被管資源某一方面的屬性。 CCITT(0)：由 CCITT管理。 dod(6)節(jié)點下的 一個 子樹 inter(l)分配給 Inter體系結構委員會來管理?，F(xiàn)在 使用的大多是 MIBⅡ 。 ? IP 組 :提供了一個網絡節(jié)點中有關 IP 實現(xiàn)和操作的信息。保存了對各種類型的 ICMP 信息的接受和發(fā)送的統(tǒng)計結果。 ? SNMP 組 :包括有關 SNMP 實現(xiàn)和操作的信息。該節(jié)點下的每 個子樹分配給一個企業(yè)，而企業(yè)必須先向認 B 登記注冊它們自己的廠商代碼，然后就可以在該代碼下創(chuàng)建它們自己的對象。首先構造 Socket，然后使用 bind 系統(tǒng)調用進行地址綁定是用來給已建立的socket 分配任一地址和端口號。根據用戶的輸入信息，構造一個 PDU 數(shù)據結構，構造一個可以用來傳送信息的 PDU，將所請求的對象放入變量綁定列表，并將變量綁定加入到 PDU 中。 (5)讀取數(shù)據。 這里筆者就不一一介紹了。 對集合里的每一個元素，作如下處理 : a、驗證這個 IP 地址是否可達 。臨時集合中存放著等待被訪問的 IP 地址，這些地址也許并不存在。在具體的各種算法中，利用臨時集合中的某個可達地址產生更多 IP 地址的方法各不相同，下面兒個小節(jié)將詳細介紹這些方法，這里只是做一個籠統(tǒng)的概括。接下來將討論在這個算法基礎上產生的一系列具體算法。 對臨時集合里的每一個路由器，作如下處理 : a、 ping 該路由器 。 f、將路由器列表加入到永久集合中 。 南華大學計算機學院畢業(yè)論文 第 20 頁 使用 DNS區(qū)域傳輸和廣播 Ping 的拓撲發(fā)現(xiàn)算法 這種算法假定域能夠執(zhí)行 DNS 區(qū)域傳輸和廣播 Ping。 b、如果節(jié)點活著，將它加入到永久集合中，否則讀取下一個節(jié)點 。 f、對做出回應的主機作如下處理 : 將該主機加入子網隊列中 。該算法的思想是 :首先將某一 IP 地址對應得子網掩碼長度設置為最大值 31:然后根據這個 IP 地址和假設的子網掩碼構造‘ 0’和‘ 255’的定向廣播地址，并發(fā)送 Ping 報文 。 其次，由于安全性等原因，在許多網絡中是禁止使用 DNS 區(qū)域傳輸和廣播 Ping 的，在這種情況下將不能得到網絡的完整拓撲 [4]。 本節(jié)所運用的子網猜測方法是在對一組已知的 IP 地址進行“與”和“或”位運算，從而對這組 IP 地址所在的子網的網絡標識進行猜測。將“與”和“或”運算的結果結合起來，可以作出更精確的判斷。 具體的拓撲發(fā)現(xiàn)算法如下 : 初始化臨時集合和永久集合，臨時集合 ={通過 DNS 傳輸，報文得的域主機和路由器 }，永久集合為空集 ； 初始化 cumulativeAnds{}和 cumulativeOrs{}為空； 對臨時集合里每一個節(jié)點，作 如下處理： a、 ping 該節(jié)點 ； b、如果節(jié)點活著，將它加入到永久集合中，否則讀取下一個節(jié)點 ； 南華大學計算機學院畢業(yè)論文 第 22 頁 c、 Traceroute 該節(jié)點； d、 從 Traceroute 結果中獲得該節(jié)點直接相連的路由器（ Traceroute 的最后一跳路由器就是與該節(jié)點直接相連的路由器）； e、 用 DNS lookup 查找；找到此路路由器的所有 IP 地址； f、 將此路由器的每一個 IP 地址與本節(jié)點的 IP 地址進行位運算，得到與本節(jié)點直接連接的接口 IP 地址： g、更新此網關在 cumulativeAnds{}中的表項； h、更新此網關在 cumulativeOrs{}中的表項； i、根據 cumulativeAnds{}和 cumulativeOrs{}中的新的表項對猜測出新的子網和子網掩碼； k、在永久集合中用新的子網主機代替老的子網主機。如果存在有這樣的節(jié)點，我們就在這個節(jié)點與探測點之間運行 Traceroute，以發(fā)現(xiàn)兩者之間路徑中所有的路由器。一些主機的 Ping 應答報文中，通信地址是以 129 結尾，此通信地址通常是網關地，相應的子網掩碼通常是 25南華大學計算機學院畢業(yè)論文 第 23 頁 位 。 初 始化 cumulativeAnds{}和 cumulativeors{}為空 。 d、 Traceroute 該節(jié)點 。 g、將此路由器的每一個 IP 地址與本節(jié)點的 lP 地址進行位運算，得到與本節(jié)點直接連接的接口 IP 地址 h、更新此網關在 cumulativeAnds{}中的表項 。 l、在永久集合中用新的子網主機代替老的子網主機。它假設域中的路由器都運行 OSPF，并且運行 SNMP。 對待訪問路由器集合里的每一個路由器，作如一 F處理 : a、初始化待訪問區(qū)域集合 。 e、訪問類型是路由器鏈路的表項，并訪問對應的鏈路狀態(tài)報告 。 如果 ospfLsdbAieaID 為零，將鏈路狀態(tài) ID對應的路由器加入到待訪問路由南華大學計算機學院畢業(yè)論文 第 25 頁 器集合中 基于 OSPF 的網絡拓撲搜索只需要訪問區(qū)域內的路由器，而基于 MIB 的網絡拓撲搜索則需要訪問整個自治系統(tǒng)內的路由器，顯然效率和速度都有了較大的提高。但是，幾乎所有支持 TCP/IP 的網絡都支持 MIB，理論上也可以利用 MIB 實現(xiàn)跨自治系統(tǒng)的搜索，故 MIB 有著更廣泛的適應性，因此網管系統(tǒng)中可以把基于 OSPF 的網絡拓撲搜索作為前者的可選替代方法。 [4]中給出了兩種適合于在骨干網范圍中的拓撲發(fā)現(xiàn)算法。 第二種算法是使用 BGP(邊界網關協(xié)議 )路由信息。 Comell Network Research Group 的 等先后對上述兩種算法進行了測試，使用第一種算法， 12 個處理器同時運行也需要將近一個月的時間來發(fā)現(xiàn)骨干網的拓撲結構 :使用第二種算法， 25 個處理器同時運行將近 48 小時實現(xiàn)對包含有近 50000 個域的骨干網的拓撲的自動發(fā)現(xiàn)。目前，主要是利用網絡路由搜索算法和相關協(xié)議來獲取網絡中的路由設備的路由信息，然后利用獲得的路由信息構造出網絡拓撲圖。一級拓撲主要是發(fā)現(xiàn)路由器和子網，以及它們之間的互聯(lián)關系 。路 由 器的一個端口可以連接某一個子網，也可以連接其他的路由器。 l)默認網關的獲取 首先，訪問拓撲發(fā)現(xiàn)程序所在計算機的 MIB 庫中的 ipRouteTable，如果發(fā)現(xiàn)有 ipRouteDest 值為 的記錄，則說明程序所在的計算機設置了默認網關，該記錄的 ipROuteNextHop 值即為默認網關的地址。一旦發(fā)現(xiàn)第一個路由器，就可以訪問這個路由器里面的 MIB 庫的 IP 路由表 ipRouteTable 的信息，ipRouteTable 中存有和周邊路由器的連 接信息。 3)子網的發(fā)現(xiàn) 遍歷路由器 MIB 的 IP 管理組中管理對象 ipRouteDest 下的所有對象，以每個路由目的網絡號為索引，查看 ipRouteType 項，如果 ipRouteType 值為 3，則表示 ipRouteDest 項所示的子網與路由器直接相連，即路由器的子網。 算法描述 算法要求設備必須支持 SNMP 協(xié)議，具有 SNMP 代理，利用 SNMP 中定義的 MIB中路由表和地址表的信息進行拓撲發(fā)現(xiàn)。下面詳細介紹這三個組中包含的對象。 SysUptime 表示設備從最近一次啟動開始正常運行的時間。SysSevriecs 表示了該設備所能提供的服務。該組的另一個元素 ifTable 是一張表，表內的每一個字段都是某一個接口的一個屬性，包括接口索引 (ifindex)，接口類型 (ifType)，接口速度 (ifspeed)和接口物理地址 (ifPhysAddress)等。子網與路由器以及路由器和路由器的關系都能從路由表中得出來。 IpRouteNextHop:路由的下一跳路由器地址。 ipRouteType:路由的類