[精品]基于协议的网络拓扑发现算法研究.doc

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1、基于协议的网络拓扑发现算法研究基于协议的网络拓扑发现算法研究摘要：随着网络的不断发展，其拓扑结构变得越来越复杂，其获取也变得越来越困难，该文介绍分析了网络拓扑技术的发展现状,分析了现有网络拓扑技术的不足，并且提出了基于STP、SNMP和TCMP三种常见协议的网络拓扑发现算法。关键词：网络拓扑发现STPSNMPICMP屮图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1674-098X(2014)07(b)-0046-05随着网络的不断发展与普及，网络的规模变得越来越大，网络的结构变得越来越复杂，对网络进行有效的管理和控制是保证网络处在正常高效运转的关键。但对网络进行有效的管理首先要获得网络的拓扑结

2、构，而网络的结构复杂、节点数目繁多，靠人工统计往往是行不通的，而目前的网络拓扑发现技术又存在着一定的不足，所以研究更加有效的手段来得到网络的拓扑结构具有重大的意义。1网络拓扑发现算法研究在网络拓扑发现技术方面，美国康奈尔大学的CNRG网络研究组、CATDA组织的Skitter［1］和贝尔实验室在这方而都有了深入的研究，他们设计的算法及其技术都已经具有较好的应用，并且已经进行了商用。在物理网络拓扑发现算法中，由于交换机转发数据具有透明性的特点,这就给物理层的拓扑结构发现带来了很大的困难。针对物理网络屮的拓扑发现问题，中科院计算所的郑海提出了能依赖不完整的交换机AFT来发现物理网络拓扑的算法［2］

3、,随后他们在此基础上进一步解决了子网屮存在”讪的判定情况［3］,但存在的不足在于它们都不能准确判定链路是否为冗余链路。文献［4］和［5］给出了基于端口流量的拓扑发现算法，通过对端口流量数据的分析进而实现了网络拓扑发现,但是该方法的实际数据无法准确获得，并且获得的数据可能存在很大的误差，不具有实际的应用性。文献［6］和［7］中利用交换机地址转发表的数据构建了网络的拓扑结构，是一种数据链路层的拓扑结构发现方法，但是这种方法无法对哑交换机(不能通过SNMP协议访问的交换机)进行有效的发现。文献［8］和［9］同样给出了一种基于生成树协议(SpanningTreeProtocol,STP)的数据链路层网

4、络拓扑发现算法，这种算法具有分析得到哑交换机的连接关系的能力，但是其缺点是无法发现交换机与主机的关系，并且要求交换机支持STP协议才能有效。IETF于2000年推出物理拓扑MIB(ManagementInformationBase)[10],它IP网络的相关对象如图1所示。IETF试图去解决网络拓扑结构发现的问题，但是IETF并没有具体给出如何获取MIB的具体方法，只能通过一些通用的协议来获取MIB。2基于STP协议的网络拓扑发现算法生成树协议(SpanningTreeProtocol,STP)的主要功能有两个：一是创建以某台交换机为跟的网络拓扑生成树，同吋能够避免环路的产生。二是在网络拓扑发

5、生改变时，能够达到收敛保护的目的。算法能够实现的基础在于网络中每台交换机都在BridgeMIB中保存了其交换域牛成树的一部分，利用SNMP协议来获取中的这些信息，再根据STP协议的特征，通过比较就可以得到整个网络拓扑结构。根据STP协议我们可以推导出以下八条结论[11-12],这几条结论可以帮助我们判断各个端口的关系。结论一：设交换机的根接口指定网桥为，指定接口为，由于能运行生成树协议的必须是交换机，所以必为交换机，且、通过接口、直连或通过集线器互连(设备级直连)。结论二：处于转发状态的接口为所在网段内的其他网桥传播信息，所以必须存在连接。若无连接,它不会参与生成树算法，也就不可能有转发状态。

6、结论三：阻塞接口若无连接存在，则生成树协议不会令其阻塞，它一定是进行冗余备份的线路。所以若阻塞接II的指定网桥非本交换机，其上一定有连接存在。结论四：对于设备级直连交换机、的两接口、，若,则、通过集线器连接，反之，接口、直连。其中表示交换机通过接口收到数据包的源MAC地址集，表示交换机通过接II收到数据包的源MAC地址集。结论五：假设交换机接口的地址转发表中仅包含主机设备，若主机数目为1,则该接口与主机直连；若主机数目大于1,则该接口通过集线器连接主机群。结论六：若交换机接口的地址转发表中无其他交换机的地址信息但包含路由器地址，则该接口与路由器直连。若交换机接口的地址转发表中无其他交换机和路由

7、器的地址信息，则它与转发表中的主机设各级直连，通过结论五进行连接确认。结论七：若的非根端口的指派网桥为（），且端

8、丨的状态是阻塞的，且的非根端口的指派端口与的指派端口相等，那么与直连，且该链路是备份链路。结论八：满足规则1的2个端口与，不妨假定是根端】I,是非根端II,若存在其他端I丨（）与满足规则1,那么、与之间必定存在集线器或哑交换机等不支持SNMP的设备。利用上述的八条结论，可以得出基于ST