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談網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)算法在網(wǎng)管中的應(yīng)用
摘要：主要論述網(wǎng)管系統(tǒng)中一個(gè)重要的功能網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖詣?dòng)發(fā)現(xiàn)。闡述相關(guān)的理論知識(shí)，并具體討論基于SNMP和基于ICMP的拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)，最后對(duì)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(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)�，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?fù)渥詣?dòng)發(fā)現(xiàn)算法 網(wǎng)絡(luò)管理
隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的普及，人們對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的依賴性大大加強(qiáng)了。在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，人們希望有一個(gè)更加穩(wěn)定可靠的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)就是應(yīng)這樣的需求而產(chǎn)生的。它對(duì)網(wǎng)絡(luò)上的各種設(shè)備進(jìn)行管理，通過監(jiān)視和控制這些設(shè)備。及時(shí)地向管理人員報(bào)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(guó)，人們開始認(rèn)識(shí)到網(wǎng)絡(luò)管理的重要性。
一、網(wǎng)絡(luò)管理中傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)算法
網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞陌l(fā)現(xiàn)，實(shí)際上就是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點(diǎn)連接情況，構(gòu)造出來(lái)一個(gè)反映這種連接關(guān)系的圖。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以是網(wǎng)關(guān)，也可以是子網(wǎng)：網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)是與子網(wǎng)和其它網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)相鄰的節(jié)點(diǎn)；子網(wǎng)節(jié)點(diǎn)可被認(rèn)為只與網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)相鄰，至少與它的缺省網(wǎng)關(guān)相鄰。各子網(wǎng)通過各目的網(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?fù)渲傅氖欠从吵鲫P(guān)鍵設(shè)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(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行搜索而獲得：一般只需要對(duì)連接設(shè)備進(jìn)行遍歷就可以得到主拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。當(dāng)前的網(wǎng)管軟件都是通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的MIB庫(kù)進(jìn)行訪問，所以這種方法又被稱為基于SNMP的拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)。經(jīng)過上述的遍歷過程，可以得到網(wǎng)絡(luò)拓拓?fù)鋱D的整體構(gòu)成，知道了網(wǎng)絡(luò)主干通道情況。但是子網(wǎng)內(nèi)部的具體設(shè)備以及連接狀態(tài)尚不可知。這就需要依靠子網(wǎng)發(fā)現(xiàn)來(lái)做進(jìn)一步的工作。子網(wǎng)發(fā)現(xiàn)完成的任務(wù)是確定子網(wǎng)內(nèi)各網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的狀態(tài)、類型以及網(wǎng)絡(luò)接口。
遍歷的定義是：對(duì)于無(wú)向圖，以圖中某一點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn)，沿著邊依次訪問圖的其余節(jié)點(diǎn)，如果圖是連通的，則從圖的任一點(diǎn)出發(fā)按一定的順序沿著某些邊可以訪問圖中的所有節(jié)點(diǎn)，而且每個(gè)節(jié)點(diǎn)僅被訪問一次，這一過程稱為圖的遍歷。在網(wǎng)絡(luò)上，一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以和很多的節(jié)點(diǎn)連接，所以當(dāng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)的時(shí)候，有可能會(huì)訪問已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)過的節(jié)點(diǎn)。因此，在遍歷的時(shí)候，必須對(duì)每一個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)置一個(gè)標(biāo)志。當(dāng)節(jié)點(diǎn)未被訪問過時(shí)，相應(yīng)的標(biāo)志為0，否則，就置為1。
二、改進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渌惴?
前面基于SNMP的拓?fù)渌惴ㄔ谝欢ǔ潭壬鲜欠浅Ｓ行У模負(fù)涞乃俣纫卜浅？�。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)的信息都依賴于設(shè)備具有SNMP的特性，如果系統(tǒng)不支持SNMP，則這種方法就無(wú)能為力了。還有對(duì)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(shè)備的SNMP功能關(guān)閉，這樣就難于取得設(shè)備的MIB值，就出現(xiàn)了拓?fù)涞牟煌暾�，�?yán)重影響了網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的功能。針對(duì)這一的問題，下面討論本文對(duì)上述算法的改進(jìn)一基于ICMP協(xié)議的拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)。
(一)ICMP報(bào)文的格式
ICMP被認(rèn)為是IP層的一個(gè)組成部分。它傳遞差錯(cuò)報(bào)文以及其他需要注意的信息。網(wǎng)際協(xié)議CIP沒有出錯(cuò)報(bào)告或出錯(cuò)校正機(jī)制，它依靠網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議(ICMP)模塊來(lái)報(bào)告數(shù)據(jù)處理過程，井提供管理和狀態(tài)信息。ICMP報(bào)文在傳送時(shí)被封裝在IP數(shù)據(jù)報(bào)中，使用IP協(xié)議發(fā)送，但I(xiàn)CEP不看作是高層協(xié)議的內(nèi)容。
回應(yīng)請(qǐng)求與應(yīng)答均以IP數(shù)據(jù)報(bào)的形式在網(wǎng)間傳輸，假如成功地收到一個(gè)應(yīng)答(應(yīng)答中的數(shù)據(jù)拷貝與請(qǐng)求中的任選數(shù)據(jù)完全一致)，不但說(shuō)明信宿機(jī)可以到達(dá)，而且說(shuō)明數(shù)據(jù)報(bào)傳輸系統(tǒng)的相應(yīng)部分工作正常，至少信源機(jī)和信宿機(jī)的ICMP軟件和IP軟件工作正常，請(qǐng)求與應(yīng)答經(jīng)過中間網(wǎng)關(guān)也在正常工作。在許多TCP/IP實(shí)現(xiàn)中，用戶命令Ping便是利用ICMP回應(yīng)請(qǐng)求／應(yīng)答報(bào)文測(cè)試信宿機(jī)的可到達(dá)性的。
(二)PING的實(shí)現(xiàn)
PING的主要操作是發(fā)送報(bào)文，并簡(jiǎn)單地等待回答。PING之所以如此命名，是因?yàn)樗且粋�(gè)簡(jiǎn)單的回顯協(xié)議，使用ICMP響應(yīng)請(qǐng)求與響應(yīng)應(yīng)答報(bào)文。PING主要由系統(tǒng)程序員用于診斷和調(diào)試。一般的，PING的功能有：
LOOP BACK PING用于驗(yàn)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(shè)備。
PING遠(yuǎn)程IP地址驗(yàn)證能否尋址網(wǎng)絡(luò)。
PING遠(yuǎn)程主機(jī)名驗(yàn)證主機(jī)上某個(gè)服務(wù)器的操作。
實(shí)現(xiàn)PING的過程主要是：首先向目的機(jī)器發(fā)送一個(gè)響應(yīng)請(qǐng)求的ICMP報(bào)文，然后等待目的機(jī)器的應(yīng)答，直到超時(shí)。如收到應(yīng)答報(bào)文，貝以報(bào)告目的機(jī)器運(yùn)行正常，程序退出。
(三)traceroute的實(shí)現(xiàn)
在IP頭的結(jié)構(gòu)中，存在一個(gè)ip_ttl域，即生存時(shí)間(time to_live，TTL)。TTL參數(shù)用于測(cè)量數(shù)據(jù)報(bào)在網(wǎng)際存在多長(zhǎng)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(shù)據(jù)報(bào)。路由器還必須對(duì)它處理的每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)的該域進(jìn)行減I操作。在實(shí)際執(zhí)行中，TTL域是一個(gè)反映跳段的值。所以，當(dāng)數(shù)據(jù)報(bào)穿過一個(gè)IP節(jié)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。開始時(shí)信源設(shè)置IP頭的TTL值為0，發(fā)送報(bào)文給信宿，第一個(gè)網(wǎng)關(guān)收到此報(bào)文后，發(fā)現(xiàn)TTL值為0，它丟棄此報(bào)文，并發(fā)送一個(gè)類型為超時(shí)的ICMP報(bào)文給信源。信源接收到此報(bào)文后對(duì)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(bào)文給信宿，第一個(gè)網(wǎng)關(guān)把它的TTL值減為0后轉(zhuǎn)發(fā)給第二個(gè)網(wǎng)關(guān)，第二個(gè)網(wǎng)關(guān)發(fā)現(xiàn)報(bào)文TTL值為0，丟棄此報(bào)文并向信源發(fā)送超時(shí)ICMP報(bào)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(bào)文正確到達(dá)信宿，這樣就得到了通往信宿的路由。
(四)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞陌l(fā)現(xiàn)算法
具體實(shí)現(xiàn)的步驟：
1、于給定的IP區(qū)間，利用PING依次檢測(cè)每個(gè)IP地址，將檢測(cè)到的IP地址記錄到IP地址表中。
2、對(duì)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(duì)IP地址表中的每個(gè)IP地址，通過發(fā)送掩碼請(qǐng)求報(bào)文與接收掩碼應(yīng)答報(bào)文，找到這些IP地址的子網(wǎng)掩碼。
4、根據(jù)子網(wǎng)掩碼，確定對(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)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(shè)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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