【正文】 最廣泛。 MIB。網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的激增，網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性和異構(gòu)性的焦點化，使得網(wǎng)絡(luò)管理問題上升到了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的戰(zhàn)略性位置。 網(wǎng)絡(luò)故障是影響網(wǎng)絡(luò)性能的重要因素，網(wǎng)管軟件應(yīng)能對發(fā)生問題的網(wǎng)絡(luò)進行故障檢測、定位和診斷分析，然后向系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理員提交網(wǎng)絡(luò)故障分析報告，以便解決問題，提高網(wǎng)絡(luò)可用性及服務(wù)質(zhì)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(wǎng)絡(luò)管理的一個重要組成部分。隨著 WWW 的出現(xiàn)，基于 Web 技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)管理成為網(wǎng)絡(luò)管理的一種新的趨勢，它使網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)管理帶來許多方便。本文所研究實現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)拓撲發(fā)現(xiàn) 算法 也是建立在 SNMP 協(xié)議基礎(chǔ)上的。 在目前網(wǎng)絡(luò)運行中 , SNMP (簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議 ) 得到了極為廣泛的應(yīng)用 ,主要的設(shè)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(wǎng)絡(luò)管理使用。 南華大學(xué)計算機學(xué)院畢業(yè)論文 第 4 頁 第 二 章 網(wǎng)絡(luò)拓撲發(fā)現(xiàn) 概述 確定個規(guī)模較大且經(jīng)常變化的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)是很困難的，但準(zhǔn)確的拓撲信息在網(wǎng)絡(luò)管理方面起著很重要的作用，通過網(wǎng)絡(luò)拓撲信息我們可以判斷當(dāng)前設(shè)備的配置是否合理，同時它也為網(wǎng)絡(luò)故障的排除提供了重要的依據(jù)。另一種是發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)元素之間的物理布局與互連關(guān)系，其中包括 路由器和路由器的連接、路由器和子網(wǎng)的連接、路由器和交換機的連接等。 南華大學(xué)計算機學(xué)院畢業(yè)論文 第 5 頁 第二，確定采用的是被動監(jiān)測技術(shù)還是主動監(jiān)測技術(shù)來采集網(wǎng)絡(luò)拓撲信息。 第三，確定用何種方式收集信息。例如當(dāng)我們想要測量在幾對節(jié)點之間通信的性能而不關(guān)心網(wǎng)絡(luò)的其他部分時。這樣有助于快速發(fā)現(xiàn)子網(wǎng)內(nèi)所有的主機 (通過保存對 Ping 做 出回應(yīng)的所有節(jié)點的IP 地址 )。 TraceRoute 程序可以讓我們看到IP 數(shù)據(jù)報從一臺主機到另一臺主機所經(jīng)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(zhuǎn)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(dāng)目的節(jié)點不存在時時間延遲較大的缺點。每個設(shè)備的MIB 中存儲了設(shè)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(wù)器通過“區(qū) 域傳輸” 命令返回該域內(nèi)名字的列表。 南華大學(xué)計算機學(xué)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(biāo)準(zhǔn)并且對每個支持 TCP/IP的設(shè)備都可用，與鏈路協(xié)議無關(guān)。 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(nèi)部網(wǎng)關(guān)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(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議 )是目前最流行的 一個網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議。1991 年發(fā)布了 SNMp 的一個補充 RMON(Remote Network Monitoring:遠程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控 )。但不幸的是，經(jīng)過兒年試用， SNMPv2 并沒有得到廠商和用戶的積極響應(yīng)，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(yù)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(wǎng)絡(luò)管理模型如圖 所示，包括四個關(guān) 鍵元素 [1]： 南華大學(xué)計算機學(xué)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(shè)備或者是一個共享網(wǎng)絡(luò)中的一員。任何支持 SNMP 協(xié)議的代理都應(yīng)該能夠?qū)?MIB 中定義的對象的信息的查詢做出響應(yīng)，任何使用 SNMP 協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)管理站也都應(yīng)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(nèi)。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(wǎng)管應(yīng)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(jié)構(gòu)傳給傳輸服務(wù)。 2)變量綁定 當(dāng)管理站想要得到一個特定代理的特定 MIB 組中的所有標(biāo)量對象信息時，它 可以發(fā)送一個請求所有標(biāo)量的報文，并且得到一個包含所有值的響應(yīng)。 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(wǎng)絡(luò)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(yīng)。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(shè)置進程中一個或多個變量的值 。數(shù)據(jù)庫中的元素是網(wǎng)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(jié)構(gòu)委員會來管理?，F(xiàn)在 使用的大多是 MIBⅡ 。 ? IP 組 :提供了一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中有關(guān) 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(jié)果。 ? SNMP 組 :包括有關(guān) 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(gòu)造 Socket，然后使用 bind 系統(tǒng)調(diào)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(jù)用戶的輸入信息，構(gòu)造一個 PDU 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，構(gòu)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(jù)。 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(chǎn)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(chǔ)上產(chǎn)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(xué)計算機學(xué)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(yīng)的主機作如下處理 : 將該主機加入子網(wǎng)隊列中 。該算法的思想是 :首先將某一 IP 地址對應(yīng)得子網(wǎng)掩碼長度設(shè)置為最大值 31:然后根據(jù)這個 IP 地址和假設(shè)的子網(wǎng)掩碼構(gòu)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(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)的完整拓撲 [4]。 本節(jié)所運用的子網(wǎng)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(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識進行猜測。將“與”和“或”運算的結(jié)果結(jié)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(xué)計算機學(xué)院畢業(yè)論文 第 22 頁 c、 Traceroute 該節(jié)點； d、 從 Traceroute 結(jié)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(wǎng)關(guān)在 cumulativeAnds{}中的表項； h、更新此網(wǎng)關(guān)在 cumulativeOrs{}中的表項； i、根據(jù) cumulativeAnds{}和 cumulativeOrs{}中的新的表項對猜測出新的子網(wǎng)和子網(wǎng)掩碼； k、在永久集合中用新的子網(wǎng)主機代替老的子網(wǎng)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(yīng)答報文中，通信地址是以 129 結(jié)尾，此通信地址通常是網(wǎng)關(guān)地，相應(yīng)的子網(wǎng)掩碼通常是 25南華大學(xué)計算機學(xué)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(wǎng)關(guān)在 cumulativeAnds{}中的表項 。 l、在永久集合中用新的子網(wǎng)主機代替老的子網(wǎng)主機。它假設(shè)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(yīng)的鏈路狀態(tài)報告 。 如果 ospfLsdbAieaID 為零，將鏈路狀態(tài) ID對應(yīng)的路由器加入到待訪問路由南華大學(xué)計算機學(xué)院畢業(yè)論文 第 25 頁 器集合中 基于 OSPF 的網(wǎng)絡(luò)拓撲搜索只需要訪問區(qū)域內(nèi)的路由器，而基于 MIB 的網(wǎng)絡(luò)拓撲搜索則需要訪問整個自治系統(tǒng)內(nèi)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(wǎng)絡(luò)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(yīng)性，因此網(wǎng)管系統(tǒng)中可以把基于 OSPF 的網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)范圍中的拓撲發(fā)現(xiàn)算法。 第二種算法是使用 BGP(邊界網(wǎng)關(guān)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(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu) :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(wǎng)的拓撲的自動發(fā)現(xiàn)。目前，主要是利用網(wǎng)絡(luò)路由搜索算法和相關(guān)協(xié)議來獲取網(wǎng)絡(luò)中的路由設(shè)備的路由信息，然后利用獲得的路由信息構(gòu)造出網(wǎng)絡(luò)拓撲圖。一級拓撲主要是發(fā)現(xiàn)路由器和子網(wǎng)，以及它們之間的互聯(lián)關(guān)系 。路 由 器的一個端口可以連接某一個子網(wǎng)，也可以連接其他的路由器。 l)默認網(wǎng)關(guān)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(shè)置了默認網(wǎng)關(guān)，該記錄的 ipROuteNextHop 值即為默認網(wǎng)關(guān)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(wǎng)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(wǎng)絡(luò)號為索引，查看 ipRouteType 項，如果 ipRouteType 值為 3，則表示 ipRouteDest 項所示的子網(wǎng)與路由器直接相連，即路由器的子網(wǎng)。 算法描述 算法要求設(shè)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(shè)備從最近一次啟動開始正常運行的時間。SysSevriecs 表示了該設(shè)備所能提供的服務(wù)。該組的另一個元素 ifTable 是一張表，表內(nèi)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(wǎng)與路由器以及路由器和路由器的關(guān)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