（电子科学与技术专业论文）网络拓扑发现算法及其在综合网络管理系统中的应用研究.pdf

原创性声明 i i i ii ii ii ir l li i i i i iiij y 1913 7 0 7 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。论文主要是自己的研究所得，除了已注明的地 方外，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的 同志对本研究所作的贡献，已在论文的致谢语中作了说明。 作者签名：铂：仁_日期：型! 年三月1 日 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论 文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其他手段保存学位论文； 学校可根据国家或湖南省有关部门的规定，送交学位论文。对以上规 定中的任何一项，本人表示同意，并愿意提供使用。 作者签名：整鱼崎师签名：趸盗期：三尘年二月- 兰上日 中南大学硕士学位论文摘要 摘要 随着信息化技术的发展，计算机网络管理已成为企事业单位管理 中不可或缺的一部分。针对远程电力和智能楼宇等环境监控任务，为 了实现对目标网络的监控和管理，本文提出了网络拓扑发现新算法， 开发了一套综合网络管理系统。 为了正确发现网络设备的拓扑结构，提出了一种基于广度优先遍 历的探索式拓扑发现算法。该算法将底层的设备发现与项层的拓扑关 系分析分离开来，在顶层利用图的相关理论，完成了网络层拓扑与物 理网络拓扑的完整发现。测试表明，该算法具有较好的拓扑发现速度 和发现完整度，能够满足工程实际需要。同时，为了使综合网络管理 系统适应不同的网络环境，分析比较了当前常用的集中式、分布式及 分层式网络管理模型。根据环境监控网络的特点，选用集中式和分层 式相结合的s n m p 网络管理模型作为综合网络管理系统的结构模型。 研究表明，该模型容易实现，并能适应多种复杂网络环境。在此基础 上，采用面向对象设计方法和模块化设计理念，开发了一个综合网络 管理系统，该系统由协议层、设备数据层、逻辑控制层和用户接口层 四个层次模块组成，实现了对网络设备、服务器、数据库和应用系统 的监控管理。在电力网络远程监控中的应用表明，该系统运行稳定， 且可扩展性好。 最后，根据物联网络设备的接入需求，研究探讨了基于b a c n e t 协议的智能楼宇网络管理问题，设计并实现了一套s n m p 代理服务 器和o p c 代理服务器，从而增强了网络管理系统的设备接入功能。 关键词：网络管理，拓扑发现，图的遍历，s n m p 主堕奎兰堡主堂篁笙奎一一 摘要 。= 二二 a b s t r a c t w 曲t h ed e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o n t e c h n o l o g y ，c o m p u t e rn e t w o r k m a n a g e m e mh a sb e c o m ea ni m p o r t a n tp a r to ft h em a n a g e m e mo f e n t e r p r i s e s t om o n i t o rar e m o t ep o w e rn e t w o r ka n di n t e l l i g e n tb u i l d i n g s ， an e w a l g o r i t h mf o rn e t w o r kt o p o l o g yd i s c o v e r i n gw a sd e s i g n e d ，a n da n i n t e g r a t e dn e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e mw a se x p l o i t e df o rn e t w o r k m o n i t o r i n ga n dm a n a g e m e n t t od i s c o v e rt h et o p o l o g ys t r u c t u r eo ft h ed e v i c e si n an e t w o r k c o r r e c t l y , a ni n t e g r a t e dt o p o l o g yd i s c o v e r y a l g o r i t h mb a s e do n b r e a d t h f i r s tt r a v e r s a lw a sd e s i g n e da n di m p l e m e n t e d i nt h i sa l g o r i t h m ， t h ed i s c o v e r yo ft h ed e v i c e si nt h eb o t t o ml a y e rw a s s e p a r a t e df r o mt h e a n a l y s i s o ft o p o l o g yr e l a t i o n si nt h e u p p e rl a y e r b o t ht h en e t w o e k t o p o l o g ya n dp h y s i c a ln e t w o r kt o p o l o g yw e r ed i s c o v e r e de a s i l yb yu s i n g g r a p ht h e o r i e s t e s tr e s u l t ss h o w e dt 1 1 a tt h es p e e da n di n t e g r i t yo ft h e a l g o r i t h mi sg o o da n dc a nm e e tt h en e e d so fe n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o n s t o a d 印tt od i f f l r e n tn e t w o r ki n v i r o n m e n t ，t h r e em a i nm a n a g e m e n tm o d e l s s u c ha sc e n t r a l i z e dm o d e l ，d i s t r i b u t e dm o d e l ，a n dn e r a r c l l i c a lm o d e l ， w e r ea n a l y z e da n dc o m p a r e d a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h e e n v i r o n m e n tm o n i t o r i n gn e t w o r k ，am o d e lb a s e do ns 脚p r o t o c 0 1 w h i l c hc o m b i n e dt h ef e a t u r e so fc e t r a l i z e dm o d e la n dn e r a r c m c a lm o d e l w a sc h o s e da st h en e t w o r km a n a g e m e n tm o d e l s t u d yr e s u l t ss h o w e d t h a t t h em o d e l i se a s yf o ri m p l e m e n t a t i o n ，a n dc a r l a d a p tt oav a r i e t yo f c o m p l e xn e t w o r ke n v i r o n m e n t s b a s e do nt h e s e ，b ye m p l o y i n gm o d u l e d e s i g na n do b j e c t - o r i e n t e dm e t h o d ，a ni n t e g r a t e dn e t w o r km a n a g e m e n t s y s t e mw a sd e s i g n e da n di m p l e m e n t e d i tw a sd i v i d e di n t of o u rm o d u l e s i n c l u d i n gp r o t o c o lm o d u l e ，d e v i c ed a t am o d u l e ，l o g i cm o d u l ea n du s e r i n t e r f a c em o d u l e t h em o n i t o r i n ga n dm a n a g e m e n tt a s k sf o rn e t w o r k e q u i p m e n t s ，s e r v e r s ，d a t a b a s e sa n da p p l i c a t i o ns y s t e m sw e r ec o m p l e t e d _ - in e 印p l i c a t i o no tt h es y s t e mi nt h er e m o t ep o w e r m o n i t o r i n gn e t w o r k s s h o w e dt h a tt h e m a n a g e m e n ts y s t e mh a ss t r o n gs t a b i l i t ya n dg o o d e x p a n d a b i l i t y f i n a l l y , a c c o r d i n gt ot h ea c c e s sn e e d so ft h ee q u i p m e n t sf o ri o t ( i n t e m e to ft h i n g s ) ，t h em a n a g e m e n to ft h ei n t e l l i g e n tb u i l d i n gn e t w o r k b a s e do nb a c n e tp r o t o c o lw a sd i s c u s s e d as n m p p r o x ys e r v e ra n da n 中南大学硕士学位论文摘要 o p cp r o x ys e r v e rw e r ed e s i g n e da n d i m p l e m e n t e d o b v i o u s l y , i t i n c r e a s e st h ef u n c t i o n o ft h e e q u i p m e n t sa c c e s s i n gt o t h en e t w o r k m a n a g e m e ms y s t e m k e y w o r d s ：c o m p u t e rn e t w o r km a n a g e m e n t ，t o p o l o g yd i s c o v e r y , g r a p ht r a v e r s a l ，s n m p m 中南大学硕士学位论文 术语缩略对照表 嫩 a r p a a s n 1 b a c n e t c c i t t c m i s c m i p c m o t c o m c o r b a d c o m d n s h e m s h e m p l 蛆 i c m p m a c m i b n m s o p c o s i o s p f p d u i u p i 洲o n s g m p 术语缩略对照表 a d d r e s sr e s o l u t i o np r o t o c o l a d v a n c e dr e s e a r c hp r o j e c t s a g e n c y a b s t r a c ts y n t a xn o t a t i o no n e ad a t ec o m m u n i c a t i o np r o t o c o l f o rb u i l d i n ga u t o m a t i o na n d c o n t r 0 1n e t w o r k s i n t e m a t i o n a lc o n s u l t a t i v e c o m m i t t e eo n t e l e c o m m u n i c a t i o n sa n d t e l e g r a p h c o m m o nm a n a g e m e n t i n f o r m a t i o ns e r v i c e p r o t o c o l c m i po v e rt c p i p c o m p o n e n to b j e c tm o d e l c o m m o no b j e c tr e q u e s tb r o k e r a r c h i t e c t u r e d i s t r i b u t e dc o m p o n e n to b j e c t m o d e l d o m a i nn a m es y s t e m h i 曲- l e v e le n t i t ym a n a g e m e n t s y s t e r n p r o t o c o l i n t e r a c ta r c h i t e c t u r eb o a r d i n t e r a c tc o n t r o lm e s s a g e p r o t o c o l m e d i aa c c e s sc o n t r o l m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o nb a s e n e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e m o l ef o rp r o c e s sc o n t r o l o p e ns y s t e mi n t e r c o n n e c t o p e ns h o r t e s tp a t hf i r s t p r o t o c 0 1d a t au n i t r o u t i n gi n f o r m a t i o np r o t o c o l r e m o t en e t w o r km o n i t o r i n g s i m p l eg a t e w a ym o n i t o r i n g p r o t o c o l i v 地址解析协议 美国国防部高级研究计划 管理局 抽象语法标记 楼宇自动控制网络数据通讯 协议 国际电报电话咨询委员会 通用管理信息服务协议 t c p i p 上的c m i p 组件对象模型 通用对象请求代理体系结构 分布式组件对象模型 域名系统 高级实体管理系统协议 因特网结构委员会 i n t e m e t 控制报文协议 介质访问控制 管理信息库 网络管理系统 用于过程控制的o l e 开放式系统互联 开放式最短路径优先 协议数据单元 路由信息协议 远端网络监控 简单网关监控协议 南大学硕士学位论文术语缩略对照表 s m i s n m p t t l w m i s 讯l c 呼? f m ? a g e m e m管理信息结构 i n f o r m a t l o n s i m p l en e t w o r km a n a g e m e n t p r o t o c o l t i m et ol i v e w i n d o w sm a n a g e m e n t i n s t r u m e n t a t i o n v 简单网络管理协议 生存时间 w i n d o w s 管理规范 中南大学硕士学位论文目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i 术语缩略对照表i v 目录v i 第一章绪论1 1 1 研究背景和意义l 1 1 1 计算机网络的发展1 1 1 2 课题研究意义2 1 2 国内外研究现状及进展2 1 2 1 计算机网络管理系统研究现状2 1 2 2 拓扑发现算法研究现状6 1 3 论文工作及章节安排7 第二章网络拓扑发现技术与算法研究8 2 1 计算机网络拓扑发现的概念8 2 2 计算机网络拓扑发现技术。1 0 2 2 1a r p 拓扑发现技术一1 1 2 2 2p i n g 拓扑发现技术1 2 2 2 3t r a c e r o u t e 拓扑发现技术1 3 2 2 4d n s 拓扑发现技术1 4 2 2 5s n m p 拓扑发现技术1 4 2 2 6 基于r i p 和o s p f 的拓扑发现技术。1 6 2 2 7 拓扑发现技术的比较1 6 2 3 计算机网络拓扑发现算法基本理论1 7 2 4 基于广度优先遍历的拓扑发现算法研究2 0 2 4 1 算法原理与证明2 0 2 4 2 算法中涉及的数据结构2 3 2 4 3 拓扑发现算法的设计与实现2 4 2 4 4 拓扑发现算法的性能分析2 6 2 5 本章小结2 7 第三章网络管理系统结构与协议研究2 8 3 1 计算机网络管理模型2 8 3 1 1 集中式网络管理模式2 8 3 1 2 分布式网络管理模式一2 9 v i 中南大学硕士学位论文目录 3 1 3 分层式网络管理模式3 0 3 1 4 网络管理模式的比较31 3 2 简单网络管理协议s n m p 3 2 3 2 1s n m p 网络管理体系结构3 2 3 2 2s n m p 的管理信息结构( s m i ) - 与管理信息库( m i b ) 3 3 3 2 3s n m p 协议操作3 4 3 3 本章小结3 5 第四章综合网络管理系统的设计与实现3 6 4 1 系统总体框架。3 6 4 1 1 网络管理系统的管理任务3 6 4 1 2 网络管理系统的层次模型3 7 4 1 3 网络管理系统数据流图3 9 4 2 综合网络管理系统的数据结构与存储模型设计4 0 4 2 1 数据结构与类的设计一4 0 4 2 2 数据存储模型设计4 3 4 3 综合网络管理系统的开发4 4 4 3 1 协议层实现4 4 4 3 2 设备数据层实现4 7 4 3 - 3 拓扑发现与展示层实现4 9 4 4 工程应用与性能分析。5 0 4 5 本章小结51 第五章异构网络及接入设备管理方法研究5 2 5 1 智能楼宇与b a c n e t 网络管理5 2 5 1 - 1b a c n e t 网络体系结构5 2 5 1 2b a c n e t 网络管理方法研究5 4 5 2 网络设备接入与s n m p 代理服务器开发5 4 5 - 3o p c 接口设计与智能设备管理5 7 5 4 本章小结5 8 第六章结论与展望5 9 6 1 结论5 9 6 2 工作展望5 9 参考文献6 0 至艾谢6 6 攻读学位期间主要的研究成果6 7 v i i 中南大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景和意义 1 1 1 计算机网络的发展 计算机网络系统伴随着计算机的出现而诞生，但在不同的发展阶段，它以不 同的形式展现。早期的计算机系统是高度集中的，所有的设备都安装在同一个机 房中，但随着功能需求的增加，计算机系统越来越庞大，于是许多系统开始将不 同的功能设备终端安装在不同的地理区域，然后通过通信线路连接到一台中心计 算机上，这就是计算机网络系统的雏形，它是以单个计算机为主的远程联机系统。 对于这个阶段的计算机网络，网络管理功能还比较薄弱，主要依靠人工来维护中 心主机与设备终端间的连接。 现代意义上的计算机网络是从1 9 6 9 年建成的美国国防部高级研究计划署网 络阿帕网( 6 岫a n e t ) 开始的，这个时期的网络主要以实现计算机之间的远程 数据传输和信息共享为主要目的，通信线路大多采用租用电话线路，少数铺设专 用线路，以远程大规模互联为主要特点。这个时期的计算机网络已相当庞大，网 络管理功能已成为计算机网络系统中不可或缺的重要组成部分。这时的网络管理 功能除了维护设备间的正常通信外，还必须负责网络设备间的协调工作，以保证 计算机资源的有效共享。 随着计算机网络技术的成熟，网络应用越来越广泛，网络规模不断增大，通 信变得越来越复杂。各大计算机公司纷纷制定了自己的网络技术标准。这些网络 技术标准只是在一个公司范围内有效，只有同一个公司生产的，且支持同一通信 标准的设备才能一起组网。这种状况不仅不利于计算机网络的组网应用与管理， 而且不利于网络设备商间的公平竞争。面对这种情况，国际标准化组织开始着手 制定一套标准的网络互联模型，于是，开放式系统互联o s i 模型应运而生。此 后的计算机网络都在共同遵循o s i 模型的基础上布设，因而形成了一个具有统 一体系结构的网络。这个时期的网络管理功能也开始标准化，网络研究工作者提 出了多种用于计算机网络管理的方案，其中比较著名的有s g m p 、c m i s c m i p 、 n e t v i e w 、l a n n 队n a g e r 等等。 2 0 世纪8 0 年代末，随着局域网技术发展成熟，出现了光纤及高速网络技术， 整个网络就像一个对用户透明的、大的计算机系统。局域网及i n t e m e t 是这个时 期计算机网络的主要特征。此时的计算机网络系统可认为是将多个具有独立工作 能力的计算机系统通过通信设备和线路，由功能完善的网络软件实现资源共享和 数据通信的系统。这个阶段的网络管理系统也以针对局域网及i n t e m e t 为主要服 中南大学硕士学位论文第一章绪论 务对象而设计，这时的网络管理系统已比较成熟，已有专业的机构开发网络管理 系统软件产品。这个阶段的网络管理系统功能已相当丰富，除了传统的用于维护 网络正常运行的功能外，越来越多的产品应用功能及网络性能分析功能被加入其 中，如针对企业网络的设备管理功能，应用软件管理功能，数据流量监测功能等。 随着云计算的提出，以及物联网技术的发展，下一代计算机网络也将以因特 网、移动通信网络、固定电话通信网络的融合，母网络和光网络的融合为主要 特征。这时的网络管理系统也将因融合而更加完善和通用。 1 1 2 课题研究意义 随着计算机网络技术的发展和i n t e r a c t 在世界范围内的普及，计算机网络的 规模日益庞大和复杂，接入网络的设备种类和数量越来越多。同时，各种网络新 技术的涌现，以及它们在网络中的应用也使得计算机网络的体系结构变得复杂多 样。另外，随着云计算及物联网技术的发展，各种网络开始走向融合，因此计算 机网络功能更加丰富且对用户透明。这样，使得对更灵活、更复杂和稳定的计算 机网络管理系统的需求变得更加迫切。而网络拓扑信息作为网络管理的基础，其 重要性是显而易见的。 本论文将对现有拓扑发现技术和算法进行分析综合，研究一种相对完善的拓 扑发现算法和技术。并在此基础上设计一套网络信息综合管理平台，对网络信息 进行层次化管理：上层发现整个网络的拓扑结构，中层对网络中的各种设备信息 进行检测和管理，下层对网络设备和终端中运行的程序以及各种服务进行监控。 这种管理架构对实现网络综合管理具有重要的理论意义和实用价值。 1 2 国内外研究现状及进展 1 2 1 计算机网络管理系统研究现状 自从1 9 6 9 年世界上第一个计算机网络a r p a n e t 1 】产生以来，网络管理【2 】 就一直是计算机网络不可或缺的一部分。虽然网络管理很早就有，却一直没有得 到相应的重视。这是因为当时的网络规模小，复杂度不高，一个简单的专用网络 管理系统【3 ，4 】就可以满足网络正常工作的需要，因而对其研究较少。但是随着网 络的发展，规模增大，复杂性增加，以前的网络管理技术已不能适应网络的迅速 发展。8 0 年代初期i n t e r n e t 的出现和发展更使人们认识到了这一点。研究工作者 们迅速开展了对网络管理系统的研究，并提出了多种网络管理实现方案，建立了 多种网络管理模型，其中最主要的模型有三种，分别为h e m s ；h e m p 、s g m p 5 】 以及由i s o 和c c i t t 联合制定的c m i s c m i p 。其中h e m s 可以认为是其它网 络管理系统的一个基准，它对管理信息数据库的设计、信息访问和报告机制、性 2 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 能测评、相关信息的定义等方面有着比较全面概括性的阐述，并且其测试版已经 被成功部署并在实际应用中表现优秀，同时吸引了部分厂商进行研究和实施；与 h e m s 不同的是s g m p 源于实践，它在功能方面虽然略显简单，但却具有很强 的实用价值，使用s g m p 的系统可以提供非常有用的网络监控信息，并能够清 楚地呈现出来，因此它在一开始就获得了网络厂商的青睐，开始被逐步实施应用； 与前两者相比i s o 的c m i s c m i p 6 1 就庞大的多了，它在8 0 年代几乎没有被投入 部署，但却在国际上赢得了相当多的支持，尤其是受到i s o 协议族的影响，如 果i s o 协议族最终获得了优势地位，包括各个网络厂商在内的所有计算机网络 相关方面就必须要支持c m i s c m i p 了。 为了解决这种多种网络管理模型共存的情况，l a b 在1 9 8 7 年底开始集中对 网络管理模型进行研究，希望在众多的计算机网络管理模型中选择出一种最佳的 解决方案，这种方案不仅要在网络管理功能和网络性能方面表现优秀，而且最为 重要的一点是要适用于t c p i p 网络，特别是要适用于i n t c r n c t 的管理方案。为 了完成这项工作，i a b 在1 9 8 8 年2 月召集组建了一个特别委员会，通过对多种 网络管理模型进行研究比较，最终选择出一个最佳的模型。特别委员会的研究结 果被记录在r f c l 0 5 2 中。最终，h e m s 被彻底放弃，s g m p 和c m i s c m i p 分别 作为短期和长期解决方案被保留下来。 c m i s c m i p 作为长期解决方案，要求能够被建立在t c p i p 协议之上，同时 要适用于i n t e m e t ，而i n t c m e t 研究厂商和相关机构要在其基础上做进一步的开发、 部署和测试。同时，作为短期解决方案的s g m p 被s n m p l 7 】所取代。i n t c m e t 相 关团体和组织被要求接受s n m p 为系统中通用的网络管理部署实施的基础，以 便能够尽快将其完善并广泛地执行和使用。s n m p 在设计思想和结构方面与 s g m p 都非常相似，但其所采用的语法却与s g m p 有所不同，因此两者并不能 够兼容。另外，为了能够更好的实施s n m p ，需要在h e m s 成果的基础上定义 一个扩展的管理信息库( m i b ) ，以供s n m p 和t c p i pc m i p 使用。 在网络管理模型方案确定以后，i a b 通过正t f 协调三个工作组展开工作， 其中m i bw o r k i n gg r o u p 负责m b ，s n m pw o r k i n gg r o u p 负责s n m p ，n e t m a n w o r k i n gg r o u p 负责在i s oc m i s c m i p 基础上开发适用于i n t e m e t 的网络管理系 统。同时，为了将来能够从短期方案s n m p 过渡到长期方案c m i p ，n e t m a n w o r k i n gg r o u p 和s n m pw o r k i n gg r o u p 必须将他们的工作和m i bw o r k i n gg r o u p 的研究结果结合起来，以保证两个系统在管理信息上能够兼容。 计划开始实施以后，m i bw o r k i n gg r o u p 很快就获得了两个工作成果： r f c l 0 6 5 和r f c l 0 6 6 。其中r f c l 0 6 5 定义了网络管理信息结构s m i ，r f c l 0 6 6 定义了最初的网络管理对象m i b 。s m i 用于命名和定义m i b 中被管对象，它描 中南大学硕士学位论文第一章绪论 述了用于定义t c p i p 网络管理信息的通用结构和标识的架构，这些结构的描述 都通过标准的a s n 1 抽象语法描述。在此工作基础上，1 9 8 9 年4 月，r f c l 0 9 5 和i 强c 1 0 9 8 被制定出来，它们分别描述了c m o t 和s n m p 。其中，c m o t 是 c m i s c m p 用于i n t e m e t 实际网络管理的协议，而s n m p 被i a b 推荐为事实上 的t c p i p 网络管理架构。但实际情况的发展并非按照一开始所计划的那样进行， c m o t 和s n m p 间的兼容性开始出现问题，由于l a b 发现s n m p 和c m o t 的 需求差异比先前预期的要大得多，m i b 的兼容性变得难以维系，最终i a b 允许 它们各自发展。 s n m p 一推出就得到了广大厂商的支持和应用，而c m i s c m i p 的实现却因 为其复杂性和实现代价过高而迟迟难以推广。当i s o 不断改进c m i s c m p 使之 趋于成熟时，s n m p 在实际应用中得到了检验和发展。1 9 9 0 年5 月在多数机构 和团体的支持下，r f c l l 5 7 发布，i a b 提升s m 心为标准的网络管理协议和架 构，并且将其推荐用于i n t e r a c t 和所有t c p i p 网络中。1 9 9 1 年，各自发展m m 的s n m p 和c m o t 都有了成果，即r f c l 2 1 3 和r f c l 2 1 4 ，它们分别记录了m i b i i 和m m i i o i m 。1 9 9 3 年4 月发布了s n m p v 2 ，1 9 9 9 年3 月发布了s n m p v 3 ，目 前s n m p 已经成为网络管理领域中事实上的标准，获得了广大厂商的支持，被 广泛应用，大多数网络管理系统和平台都是基于s n m p 的。r m o n 作为s n m p m m 的扩展，主要定义了管理远程网络监控设备的对象，增强了s n m p 的远程 监控能力。 目前，在网络管理体系结构与规范上，存在着两大主流网络管理体系：o s i 网络管理【8 ，9 】和t c p i p 网络管理1 1 0 , 1 1 】，它们在系统结构上都是采用面向通信协议 的管理者对代理的c s 模型。实践证明，基于c s 模型的软件系统往往缺乏良好 的灵活性、互操作性、开放性、可扩展性等【1 2 , 1 3 1 ，而这些却正是当今衡量一个软 件系统优劣的主要标准。另一方面，任何一个基于某种标准协议的体系结构，它 的改进完全依赖于一个协议的标准化，而一个协议的标准化往往需要十年甚至更 长的时间，这往往不能满足目前网络技术飞速发展的要求。而且标准化过程耗资 巨大，导致许多网络新技术在网络管理领域中很长一段时期内都得不到应用，因 此，基于新协议的网络管理系统改进起来非常困难。与此相反，那些致力于掩盖 底层协议实现的面向分布式对象编程技术，如c o r b a 1 4 - 1 8 】、d c o m 1 9 - 2 1 】和移动 代理技术 2 2 讲】却以其良好的灵活性和互操作性迅速得到网络管理工程技术人员 的认可，并且成为当前和未来计算机网络管理研究的热点。 长期以来，对网络管理技术的研究主要集中在网络管理协议上，形成了系统 化的理论和技术，这些理论和技术在很大程度上指导了新一代网管标准的诞生和 应用，但在实用方面却有所欠缺。近一段时间，由于网络技术的高速发展，以及 4 中南大学硕士学位论文第一章绪论 人们对网络系统功能特别是性能方面的需求日益迫切，网络管理技术研究的重点 越来越趋向于工程化、实用化方向，以解决网络系统的稳定、持续性发展及建设 问题。在此期间，国外一些知名企业也开发了一批较为专业的网络管理系统，如 h p o p e n v i e w t 2 a 、s u n n e tm a n a g e r 2 9 1 、i b mn e t v i e w t 3 0 1 等，而这些产品由于其专 用性和商业性太强，目前也没用得到普遍应用。 国内方面，虽然计算机网络近几年在我国得到了迅速发展，但网络管理技术 仍处于起步阶段。目前比较成熟的产品有上海交通大学金桥网络中心和日本富士 通公司合作开发的网络管理系统n e t w a l k e r 中文版，基于w i n d o w s 平台的自主独 立版本的g o l d v i e w 网络管理系统，它们初步具备了i s o 定义的网络管理功能模 型的四个方面：性能管理、故障管理、配置管理和安全管理，目前处于国内领先 水平；清华大学在s u n n e tm a n a g e r 的基础上根据具体需求对其进行了客户化， 但是并未开发独立的网管平台。 综合起来，网络管理系统的技术发展主要体现在以下几个方面：( 1 ) 建立完 善的网络管理框架；( 2 ) 实现并不断丰富基本网络管理功能，提供更稳定、便捷 的网络管理功能；( 3 ) 提供可靠的计费数据信息；( 4 ) 提供必要的资源管理功能， 对网络设备、端口或通道等资源的状态参数进行统计、归类、分析、综合与使用 分配；( 5 ) 管理方式智能化。对运营中的网络状态数据进行必要的趋势分析，以 便对未来故障、性能进行预测和决策。( 6 ) 对网络终端进行细粒度管理，采集并 分析终端提供的服务信息。 为了建立统一、完善的网络管理平台，国内外科研和商业机构在网络管理研 究领域正在进行大量创新性的探索研究，主要的研究方向有：( 1 ) n m s 体系结 构研究【3 1 , 3 2 1 。如何建立一个良好的体系结构，合理组织和管理网络中各种实体， 使得管理更加高效可行，是当前n m s 研究的主要内容；( 2 ) 综合网络管理技术 的研究【3 3 琊】，希望构建一种综合的网络管理平台，对接入的各种异构网络进行统 一管理；( 3 ) 网络拓扑发现技术的研究【3 6 - 3 8 。拓扑发现的目标是在对网络本身所 做假定尽量少的情况下自动发现网络的拓扑结构。自动拓扑发现算法应具有高效 性、快速性、完整性和准确性，这也是本课题研究的重点。( 4 ) 网络管理中人工 智能的应用【3 9 4 2 】。网络管理平台要对网络设备信息进行采集、分类、分析、加工 等，这些都涉及到对数据的处理以及处理时所采取的策略，例如，当设备出现异 常时要发出告警并自动实施一系列的联动策略，从而保证系统能稳定运行。将人 工智能技术引入网络管理系统中，将提高系统数据处理能力和运行性能，使网络 管理更具智能化。( 5 ) 网络故障处理技术研究【4 5 1 。当网络出现故障后如何处理 是维护系统完整性和健壮性的关键。故障处理的目标是实现快速响应和自动恢 复，包括平滑降级或启用冗余线路和设备。 5 中南大学硕士学位论文第一章绪论 1 2 2 拓扑发现算法研究现状 在本课题研究的重点网络拓扑发现算法领域，国内外学者和科研机构也进行 了大量的研究和探索。早期的研究重点主要集中在使用传统的网络工具降5 l 】，如 t r a c e r o u t e ，p i n g 等进行网络发现。该方法主要使用i c m p 差错报文和请求应答 报文来收集网络拓扑信息，其特点是使用范围广，对网络本身所做假定少，但由 于当网络节点不存在时，t r a c e r o u t e 和p i n g 时间延迟较大，所以该方式发现网络 拓扑的速度较慢，不能适用于大型网络。随着网络管理体系结构的不断完善，越 来越多的研究机构和开发商开始使用标准的s n m p 协议来实现网络拓扑发现算 法【5 2 。5 7 1 ，这也是近期研究的热点。s n m p 用于拓扑发现的基本思想是每个设备有 一个管理信息库( m i b ) ，存储了所有有关设备所运行的进程和可以用于网络管理 的一切信息。s n m p 的主要优点是：当网络发生变化时，信息会即时自动地随之 变化；而且提取信息的整个过程相当迅速，这在很多方面加快了拓扑发现的速度。 其主要缺点是，并不是所有的机器都能实现这个协议。另一方面，通常管理机构 不允许他人使用s n m p 从其控制下的设备获取信息。为了获取这些信息，必须 通过管理机构的安全认证，如果拓扑发现算法必须发现一个跨越几个不同管理机 构的网络，这就可能存在许多问题。拓扑发现的另一种方法是通过实现一种或多 种路由协议来获取网络的路由信息，从而发现整个网络拓扑结构【5 硒1 1 ，目前使用 比较多的有基于0 s p f 协议的网络拓扑搜索算法和基于r i p 协议的网络拓扑发现 算法，其中基于o s p f 协议的算法通过设计一个o s p f 协议引擎，让它与路由设 备通信，然后利用它从路由设备获取的路由信息来提取网络拓扑结构信息。这种 算法性能高、速度快，但实现难度大，并且搜索只能限定在一定范围内进行，而 且要求搜索范围内的所有路由设备都支持o s p f 协议。基于r i p 协议的算法与 o s p f 相同，需要实现一个r i p 协议引擎，r i p 协议相对简单，实现起来较为容 易，但由于有最大跳数的限制，它只能适用于较小的网络。从上述分析可以看出 每种方法都有一定的局限。目前，一些学者也提出了将这些方法结合使用的拓扑 发现算法，例如结合i c m p ，d n s ，s n m p 等来实现综合拓扑发现算法等。 另外，随着用户对网络质量要求的提高，网络管理软件也趋向于更细粒度方 向发展，例如实现对网络设备、服务器以及终端中运行的应用程序、中间件和数 据库等进行监控1 6 2 7 0 】。本课题将在这方面开展应用研究。 总之，在网络管理方面，国内外科研和商业机构已经进行了一定的研究与探 索，并构造了一些网络管理平台，但这些产品都存在一定的局限性。因此，如何 构建一种综合的普遍适用的管理平台，仍是网络管理域面临的一大挑战。在网络 拓