【正文】 發(fā)現(xiàn)算法 的研究 這里筆者將討論和分析幾種主要拓撲發(fā)現(xiàn)的算法，它們將上一章中介紹的幾種網(wǎng)絡拓撲基本技術(shù)組合在了一起。 南華大學計算機學院畢業(yè)論文 第 17 頁 目前比較流行的 SNMP 的開發(fā)工具包就是 CMU 大學的 UCDSnmp[18]， Hp 公司的 Snmp++[19]， Advent 公司的 Jsnmp[20]和 Microsoft 公司的 winSNMP，它們各有優(yōu)缺點。 SNMP API 基于 SNMP 的網(wǎng)絡拓撲發(fā)現(xiàn)的基礎就是利用 SNMP 協(xié)議向網(wǎng)絡設備發(fā)送 SNMP get 請求，因此實現(xiàn) SNMP 協(xié)議就成為整個系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵一步。 (4)接受代理的響應。 (3)協(xié)議數(shù)據(jù)單元構(gòu)造好后，發(fā)送請求。 (2)構(gòu)造協(xié)議數(shù)據(jù)單元 (PDU) SNMP 消息是通過 SNMPPDU 來傳送的，所以在發(fā)送 SNMP 消息之前必須構(gòu)造協(xié)議數(shù)據(jù)單元 (PDU)。把 inter 地址設為 INADDRANY，系統(tǒng)將會在可選擇 的 本機地址中選擇一個可用的地址進行綁定。從代理獲取 MIB 變量要經(jīng)過如下幾步 : (l)建立管理者和代理之間的連接 首先，作為客戶 方的管理者要主動和服務方的網(wǎng)絡代理建立通信機制， 因為SNMP 是基于無連接的用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議 (UDP)，所以這里使用無連接的數(shù)據(jù)報層。 2)從代理獲得 MIB 變量的實現(xiàn) 南華大學計算機學院畢業(yè)論文 第 16 頁 為了對 MIB 對象有更深的了解，這里對 MIB 變量獲取的過程進行簡單介紹。網(wǎng)絡管理系統(tǒng)訪問最多的部分是該子樹下的 enterprises(l)節(jié)點。 (3)experimental(3)子樹 該子樹下包含了在 Inter 試驗中使用的對象。 ? EGP 組 :由有關(guān)實體的 EGP 信息和一個記錄每個 EGP 鄰居信息的表組成。 ? TCP 組 :主要用于對流量控制、丟失重傳和網(wǎng)絡擁擠等問題的解決。 ? ICMP 組 :包括了有關(guān) ICMP 的實現(xiàn)和操作的信息。在網(wǎng)絡管理系統(tǒng)中使用非常廣泛。 ? Interfaces 組 :提供網(wǎng)絡實體的物理層接口的信息，包括配置信息和每個接口上發(fā)生的事件的統(tǒng)計信息。 Mgmt(2)子樹的 MIB(2)子樹下定義了目前使用最廣泛的各種對象，一般稱它們“組”。由于在任何配置中都只能有一個MIB 存在，因此兩個版本的 MIB 提供相同的對象標識符。 在 inter(1)節(jié)點下包括了四棵子樹 : (l)directory(1)子樹 system(1) Interface(2) at(3) ip(4) icmp(5) tcp(6) udp(7) egp(8) (3) Ccitt(0) ISOjointCcitt(2) Intemet(l) Diretory(1) dod(6) Mgmt(2) Private(4) Enterprises(1) Experimental(3) MIBⅡ Root ISO(1) 南華大學計算機學院畢業(yè)論文 第 15 頁 該子樹保留給 051 目錄服務，以備將來使用。在 (3)子樹下，一個值得引起注意的特殊節(jié)點 是 dod(6)，該節(jié)點被分配給了美國國防部使用。 ISOjointCCITT(2):由 150 和 CCITT 共同管理。 l)MIB 的 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) MIB 是一個樹形結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫，樹中的每個節(jié)點都是一個對象， MIB 就是由一系列的對象組成，如 下 圖所示 : 南華大學計算機學院畢業(yè)論文 第 14 頁 圖 MIB 的樹型結(jié)構(gòu) ROOT 為 MIB 樹的根節(jié)點，它有三個子樹 : ISO(1)：由 ISO 管理。通過對這些對象的存取訪問，就可以得到網(wǎng)絡設備的所有靜態(tài)或動態(tài)內(nèi)容，涵蓋網(wǎng)絡性能、配置、路由和故障等各個方面。 使用 SNMP 協(xié)議 時所涉及的內(nèi)容 管理信息庫 MIB 管理信息庫 MIB(Management Information Base)是網(wǎng)絡管理系統(tǒng)中所有被管理元素信息的數(shù)據(jù)庫 [23]。 南華大學計算機學院畢業(yè)論文 第 13 頁 (4)Getresponse 原語 :由代理進程發(fā)出的，向管理進程返回的一個或多個變量的值，它是 setrequest 操作的相應。這時，代理返回的是列表中每個對象標識的按字典排序的下一個對象實例的值。不同之處是 :getrequest PDU 的變量綁定列表中的每個變量指的是將要被返回的對象實例，而對于 getnextrequest PDU，每個變量將要返回的是按字典排序的下一個對象實例的 值。 (2)Getnextrequest 原語 :與 getrequest 操作有相同的數(shù)據(jù)格式和相同的數(shù)據(jù)交換模式。如果代理的 SNMP 實體能夠為收到的 PDU 中變量綁定列表的所有變量提供值，則 getresponse PDU 為變量綁定域中每個變量賦一個值。Requestid 是發(fā)送實體為每個請求分配一個編號，用以標識同一代理的多個未完成的請求， variablebinding 是經(jīng)過 2)操作的被請求的對象實例列表。它包括的域山前血的報文格式中給出。這個域由一系列對象實例標識符和這些對象實例的值組成。這樣可以減輕網(wǎng)絡管理的通信負擔。 南華大學計算機學院畢業(yè)論文 第 12 頁 最后，協(xié)議實體將用戶名字、源地址、目的地址和報文中的 PDU 部分傳給認證服務 :如果失敗，認證服務給 SNMP 協(xié)議實體發(fā)信號，指示它產(chǎn)生一個 SNMP Trap報文以及拋棄該報文。 (3)一個 SNMP 實體在接收 SNMP 報文時的過程 : 首先，對報文進行基本語法檢查，如果解析錯誤，就拋棄該報文。 再次，協(xié)議實體構(gòu)造一個 SNMP 報文，包括一個版本號、共同體名和由認證服務返回的結(jié)果。 SNMP 協(xié)議報文和通信原語 1)SNMP 協(xié)議報文 (l)SNMP 協(xié)議的報文格式如下 [1]: 圖 SNMP 報文格式 (2)一個 SNMP 實體傳遞一個報文給另一個 SNMP 實體的過程 : 首先，利用上面的格式 ，構(gòu)造一個 PDU。代理進程在收到這個請求后，訪問其本地的 MIB 庫以取出管理站所需信息，南華大學計算機學院畢業(yè)論文 第 11 頁 然后構(gòu)造 SNMP 響應報文，最后使用 UDP 協(xié)議將此報文發(fā)送給管理站。 4)網(wǎng)絡管理協(xié)議 :管理站和代理之間是通過 SNMP 網(wǎng)絡管理協(xié)議連接的， SNMP協(xié)議是一個應用層協(xié)議，使用網(wǎng)絡層提供的 UDP 傳輸服務來傳遞消息、標準的代理監(jiān)聽端口為 161。 3)管理信息庫 :描述了所有可以由 SNMP 管理的信息的集合，其中每個信息元素都稱為一個對象。無論是哪種情況，管理站都是管理者作為網(wǎng)絡管理員與網(wǎng)絡管理系統(tǒng)的接口。第二部分有關(guān)被管理的數(shù)據(jù)，協(xié)議定義網(wǎng)絡設備必須保存的數(shù)據(jù)項和每個數(shù)據(jù)項的名字以及用于表示名字的語法。 SNMP 將管理問題分為兩個部分，并為每個部分定義了標準。 SNMP 工作于 UDP 協(xié)議之上，因此使用它在主機間通訊時無需先建立連接。 SNMP 的協(xié)議層次 簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議 (SNMP)是一個應用層的協(xié)議，它用于實現(xiàn)網(wǎng)絡設備之間管理信息的交換。最后，在 1998年發(fā)布了 SNMPv3，它定義了 SNMP 的安全性以及將來改進的總體結(jié)構(gòu)，在 SNMPv3介紹文檔中對 SNMPv3 的表述為 :SNMPv3 等于 SNMPv2 加上安全和管理。這樣， SNMPv2對 SNMPvl 的改進程度便受到了很大的削南華大學計算機學院畢業(yè)論文 第 9 頁 弱。最初的 SNMPv2最大的特色是增加了安全特性，因此被稱為安全版的 SNMPvl。 RMON 擴充了 SNMP 的功能，包括對 LAN 的管理以及對依附于這些網(wǎng) 絡的設備的管理。 SNMP 的發(fā)展 SNMP 在 1989 年作為基于 TCP/IP 互聯(lián)網(wǎng)的一個標準而被廣為接收和采用。作為應用層上的協(xié)議，它主要通過一組 Inter 協(xié)議及其所依附的資源提供網(wǎng)絡管理服務。 表 各種拓撲發(fā)現(xiàn)技術(shù)的比較 Ping Traceroute SNMP DNS ARP OSRF RIP 適用性 所有網(wǎng)絡域 所有網(wǎng)絡域 多數(shù)網(wǎng)絡域 少數(shù)網(wǎng)絡域 所有網(wǎng)絡域 少數(shù)網(wǎng)絡域 網(wǎng)絡負載 低 高 低 低 低 低 速度 慢 慢 快 快 快 快 準確性 較準確 較準確 較準確 較準確 較準確 準確 SNMP 協(xié)議介紹 由于本論文是基于 SNMP 協(xié)議下的，所以筆者在這里著重的介紹一下 SNMP。 通過訪問自治系統(tǒng)每個區(qū)域中某個路由器相關(guān)的 OSPF 路由表信息，可以構(gòu)造整個自治系統(tǒng)的網(wǎng)絡拓撲圖。在一個鏈路狀態(tài)協(xié)議中，路由器并不與其臨站交換距離信息。距離向量的意思是 RIP 發(fā)送的報文包含一個距離向量 (跳數(shù) )。并且要求所有的路由器支持 RIP 協(xié)議。每個路由表項設定相應的定時器，若在六個路由器廣播 周期內(nèi)沒有收到該路由表項的更新報文，則認為該路由表項失敗，并在 240 秒后將其從路由表中刪除。距離指到達目標節(jié)點所經(jīng)過的跳數(shù)。第三， ARP 可用于 IP 子網(wǎng)，提供在一個路由Intemet 中設備間通信非常簡單的方法。之所以稱為動態(tài)的是因為這個過程是自動完成的，一般應用程序用戶或系統(tǒng)管理員不必關(guān)心。 ARP 協(xié)議是一個基 礎協(xié)議，它的運行對于應用程序或系統(tǒng)管理員來說一般是透明的 [9]。但是發(fā)現(xiàn)不準確，因為用 DHCP 獲取 IP地址的主機并沒有 DNS 服務，而且，有的網(wǎng)絡因為安全原因關(guān)閉了 DNS 域轉(zhuǎn)換服務 [1]。由此理論上 DNS的域轉(zhuǎn)換可以發(fā)現(xiàn)域內(nèi)的所有主機和服務器。 4)DNS 一個域的域名服務器 (DNS)維持該域內(nèi)的每個名字到其 IP 地址的綁定。利 用 SNMP協(xié)議，可以獲得所需的設備信息，根據(jù)這些信息來構(gòu)造網(wǎng)絡拓撲關(guān)系。TCP/IP 技術(shù)是連接異構(gòu)網(wǎng)絡的有效工具，目前己經(jīng)成為事實上的標準，這樣基于 TCP/IP 的 SNMP 由于易于實現(xiàn)，也成了網(wǎng)絡管理事實上的標準。并且當路徑上的路由器對源節(jié)點發(fā)送的包不相應時， traceroute 可能產(chǎn)生錯誤的結(jié)果。通過 Traceroute 還能得到從源主機到這條路徑上任何一個節(jié)點的往返延時。這樣就得到了第二個路由器的地址。其原理如下 :開始時，源主機將 IP 報文的 TTL 值設置為 1，發(fā)送至目的主機，第一個路由器收到此報文后，將 TTL 值減 1，丟棄此報文，并發(fā)送一個超時的 ICMP 報文給源主機，信源接收到此報文后，解析出第一個路由器的地址。 TraceRoute 程序還可以讓我們使用 IP源路由選項。盡管不能保證從源端發(fā)往目的端的兩份連續(xù)的 IP 數(shù)據(jù)報具有相同的路由，但是大多數(shù)情況下是這樣的。 但當前的網(wǎng)絡中我們不能使用 Ping 的廣播特性，因為這個特性是網(wǎng)絡的一個安全漏洞，它可能被拒絕服務攻擊所利用。這意味著所發(fā)送的目的地址為一個子網(wǎng)的廣播地址，這個子網(wǎng)的所有節(jié)點必須對這個廣播 ping 進行相應。 Ping 工具主要用于檢測目的主機是否在網(wǎng)絡中存活， Ping 一個存活的主機回應的時間一般為微妙級或毫秒級，對一個關(guān)機的主機或不存在的主機，回應時間為 205，這樣就影響了 ping 的效率。這意味著我們能夠使它來發(fā)現(xiàn)忽略下層網(wǎng)絡的信息，在某些情況下這是理想的結(jié)果。對于收集信息的方式，一種是采用網(wǎng)絡管理信息協(xié)議來收集網(wǎng)絡的信息，另一種是采用一種通用的協(xié)議來實現(xiàn)對于網(wǎng)絡信息進行采集，利用 ICMP、 DNS 等協(xié)議向網(wǎng)絡上的設備發(fā)送消息包 /接收消息包來獲取網(wǎng)絡拓撲信息，并且在對已有信息進行分析以及處理的基礎上進一步獲取更多的信息，從而可以收集到整個網(wǎng)絡的拓撲信息。主動監(jiān)測技術(shù)即網(wǎng)絡管理主機向所有管理網(wǎng)絡發(fā)探測包，采集返回信息，優(yōu)點是速度快，缺點是產(chǎn)生流量大，對低速網(wǎng)絡不太合適。被動監(jiān)測技術(shù)即在所有觀測的網(wǎng)絡中都加入一個探測器，其優(yōu)點是僅向網(wǎng)絡管理主機 遞交各個網(wǎng)絡的拓撲信息，無額外流量，負擔小，但花費時間 長。只有明確了網(wǎng)絡的層次，才能明確到底什么樣的信息需要采集，才能使算法有較好的適應性。設備本身的互連關(guān)系構(gòu)成了拓撲發(fā)現(xiàn)的所有內(nèi)容。 網(wǎng)絡拓撲發(fā)現(xiàn)對象 拓 撲發(fā)現(xiàn)的對象分為兩種，一種是設備的發(fā)現(xiàn)，包括 :子網(wǎng)、路由器、交換機、主機、接口等，甚至網(wǎng)絡本身也是發(fā)現(xiàn)對象 。 網(wǎng)絡拓撲發(fā)現(xiàn)概述 網(wǎng)絡拓撲發(fā)現(xiàn)就是探測網(wǎng)絡拓撲機構(gòu)信息，形象地描述網(wǎng)絡設備間的互連關(guān)系。 文章組織 本文首先在第二章中對網(wǎng)絡拓撲發(fā)現(xiàn)的一些常用技術(shù)進行了簡介，并 著重介紹了 SNMP 協(xié)議的相關(guān)內(nèi)容 ，第 三 章 研究 了基于不同協(xié)議的網(wǎng)絡拓撲發(fā)現(xiàn)算法，第 四 章中介紹本系統(tǒng)的拓撲發(fā)現(xiàn)算法和實現(xiàn)技術(shù)，第 5章介紹了 網(wǎng)絡 拓撲結(jié) 構(gòu)生成的實現(xiàn)。因此 SNMP 成為獲取網(wǎng)絡信息的重要方式。 (3) 如何對獲取到的拓撲 信息進行進一步的處理 ,以直觀的形式展現(xiàn)給用戶。 本文的研究目標及文章組織 研究目標 上面一節(jié)中已經(jīng)說到在網(wǎng)絡管理軟件中 ,構(gòu)造網(wǎng)絡拓撲是一個重要功能 ,能否提供一個直觀、全面的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)是網(wǎng)絡管理的關(guān)鍵 ,在網(wǎng)絡拓撲的構(gòu)成過程中 ,會涉及這樣幾個問題 : (1) 在