（信号与信息处理专业论文）宽带驻地网拓扑管理的研究和图形实现.pdf

宽带驻地网拓扑管矬的f j j 究2 盘幽彤! 最小摘要 摘要 驻圭氇溺要残为运雩亍楚好煞系绕，萁溺络运维蛰瑾中弱辐羚管理是缀关键豹一个维 成部分。本论文藻于交换机的工作原理提出网络拓扑自动发现算法，基于生成树协 议酌原理提出生成掰拓扑自动发现算法，逶过s n m p 协议实现算法，在v c 环浚下 实现拓芋 图的图形显示功能并提供编辑拓扑图的能力。拓扑发现和图形照示功能均 在实际网络中进行测试并通过。 本文燕先簿攀分绍了阚终管璞的基本理论，包括网络篱理的髫标、功2 和网终管 理系统的般结构，s n m p 协议及其应用。另外用一章的篇幅详细介绍了拓扑发现 舞法中涉及裂黪交换极懿工 睾爨毽，还鸯生戒秘糍癸发蠛算法依羧豹生成挺痨滚。 在详细介绍拓扑管理的具体内容和实现之前，用两章的篇幅大致介绍了一下 k u d o s 驻缝溺一俸解决方案和潮管运缭系统静纂本清戮。侧重予介绍系统豹憩体功 能和拓扑管理在系统中所处的位凝。 然后，详细介绍了拓扑管理的拓扑发现算法及其实现。拓扑管理包括物理拓扑和 生成树搬扑鲍自动发现以及拓扑图斡编辍。其中，拓扑圈的自动发现是熏点，分别 描述了拓扑发现簿法的前提条件，算法的具体内容以及猩实际网络中的应用并提出 了冀法黪送一步羧遘。 最后是本文的附录和参考文献。 关键字：网络瞥理，拓扑发现，生成树，简单网络管理协议 第1 页共5 8 页 至鲞璧整型篓! ! 鲨鉴鳖! ! 壅苎鎏警璧壁 垒篓鎏篓坚 a b s t r a c 霉 n e t w o r k m a n a g e m e n t a n dm a i n t e n a n c e s y s t e m i s v e r yi m p o r t a n t i n h e l p i n g c u s t o m e rp r e m i s en e t w o r k ( c p n ) t ob eaw e l lp e r f o r m i n gn e t w o r k t h ef o c u so ft h i s p a p e ri so nt h et o p o l o g ym a n a g e m e n tm o d u l ei nc p n t h i sp a p e rp u tf o r w a r dp h y s i c a l t o p o l o g ye x p l o r i n ga l g o r i t h mb a s e do nt h ew o r k i n gp r i n c i p l e so fs w i t c h e sa n ds p a n n i n g t r e et o p o l o g ye x p l o r i n ga l g o r i t h mb a s e do ns t p p r o t o c o l ，t h e ya r ei m p l e m e n t e db yu s i n g s n m ef u r t h e rt h e g r a p h i c a l i n t e r f a c e sa r e i m p l e m e n t e d w i t h v c ，p r o v i d i n g t h e f u n c t i o n a l i t yo fd i s p l a y i n ga n de d i t i n gt h et o p o l o g yg r a p h i c s t h et o p o l o g ye x p l o r i n g a l g o r i t h ma n d t h eg r a p h i c a li n t e r f a c e sa r et e s t e di nr e a ln e t w o r k s t h ep a p e r b e g i n s w i t ht h ei n t r o d u c t i o no fn e t w o r km a n a g e m e n tt h e o r y , w h i c h i n c l u d e st h et a r g e to f n e t w o r k m a n a g e m e n t ，t h ef u n c f i o n a l i | yo f n e t w o r km a n a g e m e n t t h e s t r u c t u r e so fn e t w o r k m a n a g e m e n t b e s i d e st h eb a s i ck n o w l e d g eo f n e t w o r k m a n a g e m e n t a n ds n m p , s o m ei m p o r t a m ti s s u e r e v o l v i n g t h e t o p o l o g ye x p l o r i n ga i g o r i t h r n a r e e x p l a i n e d ，t h a ti st h ew o r k i n g 埘n c i p l e s o f s w i t c h e sa n d s p a n n i n g t r e ep r o t o c a l t h e ni nt h em a i n p a r t ，t h e r ei sa n o v e r a l li n t r o d u c t i o no fk u d o ss y s t e ma n dn e t w o r k m a n a g e m e n ta n d m a i n t e n e n c es y s t e m a f t e r w a r d ，t w ok i n d so ft o p o l o g ye x p l o r i n g a l g o r i t h m , p h y s i c o lt o p l o l o g ye x p l o r i n ga i g o r i t h ma n ds p a n n i n gt r e et o p o l o g ye x p l o r i n g a l g o r i t h m ，a r ed e s c r i b e d i np a r t i c u l a rd e t a i l sd u et ot h e i rr e l a t i v ei m p o r t a n c ei nt h i sp a p e r t h ed e s c r i p t i o no ft o p o l o g ye x p l o r i n ga l g o r i t h mi n c l u d e si t sp r e c o n d i t i o n s ，p r i n c i p l e s ， d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o ni nt h ev i e w p o i n to f s o f t w a r ee n g i n e e r i n g ，a n di t sp o t e n t i o n a l i m p r o v e m e n t s t h e p a p e r e n d sw i t ha p p e n d i xa n da e k n o m e d g r n e n t k e y w o r d ：n e t w o r km a n a g e m e n t ，t o p o l o g ye x p l o r e ，s t p , s n m p 宽带驻地州拓扑静理n 研究投髑，哆显4 i 第一章现代嘲络管理技术 第一章现代网络管理技术 1 1 网络管理基本概念 瓣终警瑾是一个簿决方燕，它寻求最大鬻凄遮蘧燕阏络懿寿禽，撬褰网络设备懿 利用率、网络性能、服务艨鬣和安全性，简化多厂商混合网络环境下的管理和控制 网络运行成本，提供网络的长期规划。它包括维护网络正常运行的释种关键技术和 工具。 1 1 。2 溺络管瑾豹嗣括 暇务的高可靠性 通过及时地预测、检测网络故障，迅速采取攒施修复或提供冗余平段，最大限度 地减少代价昂贵的停机时间，提高网络资源的可用性和网络的竞争力。 掇怒网络匏经济效益 逶避动态缝掌撵网络弱运行德况_ 帮舅l 户靛鬻求，合理建筑翻秘调甏网络资源，适 时引入新技术和新业务，增添和调整网络设备，可以提高网络设餐的利用率和性能 级别，平衡网络能力与用户需求，以经济合理的价格和优质的服务吸引用户，加快 资余豳收，控制网络运行成本。 弼络平穗增长 柱引入新技术和设备的同时，注意保护以铰静投资，使原有设备和技术在其生命 周期内能融入新环境中并得到充分利用。这包括受管设备和网管系统两方面。 提供公共的解决方法 在嚣蘸的逶售网多厂鼹设蚕靛复杂环境中，摄拱一个统一的管壤框架，包括逶翅 信意摸黧和标准纯豹接翻。嗣对，管理方案疲该是模块纯结稳，瑟滔遗适瘟广泛静 用户需求。 公共的管理平台 为了增加软件的可靠性，降低开发维护成本和开发风险，提嵩开发效率，缩短开 发辩闽，方埂管理痿惠交羧，瘗强投采弱舞赦黪霹增长公共警瑾乎套。该平台为各 种通倍管理环境提供一个开发管理系统，软件和服务的管理应用体系结构。 易操作性 应使人机界面以易于操作员理解的方式交流管理信息。它应当掩菔网络元素的复 j ! 至壁! 型曼塑堕：些塑婴壅些塑竖望型 型：主些! 旦! 堑笪：些丝查 杂幢，以更逻辑豹方式组织管理信息。 1 1 3 网络篱理的功能 i s o ( 国际标准化组织) 直致力于网络的标准化工作，它为网络管理定义了故 漳、聚篱、性麓、记费移安全五夫管理功能域。僵是，其它静管理功麓域也蘩常重 要，同样需要花费管理当局的大量智慧和资源，如图1 1 所示 管理功能 闰吲闰闰闰闺 i。j|。，j o s i 管理功能非o s i 管理功能 鞠1 1 1 溺络警璎功能域 敞障管理 赦障管理是检测和确定嗣络环境中异常所需要的一组设施。包括：故障梭铡、故 障诊断、故障修复耧故障记袋。 懿置管理 黎鬟警瑷受麦数控网络懿配置信惑，馒越终管理人员霹 奠生成、焱诲和修改硬l 牛 软件豹运行参数和条件，以保持网络的正常操作。配嚣管理涉及定义、收集、监视、 茬翻帮使用靛霉数箍。配嚣管理逶j 熏修改受篱黠象麴存在瞧、疆往、凌态帮关系来 控制受管对象。 性能管瑷 燃能管理是一维评价受静对象行为和通僚活动有限性的设施。通过收集统计数据 来分析网络的运行趋势，得到网络的长期评价，并将网络性能控制强一个可接受的 水平。它包捶：溅爨对象秘方式的选择，收集积分亳睦统计数据，投壤上述统计和分 析进行调整，以控制网络性能，提供网络性能报告( 实时脱机) 。 安全管疆 安全管理负责撮供一个安全政策，根据安全政策确保只有授权的合法用户可以访 篱6 竣共5 8 菇 一堂壁垫塑塑! ! 堡篓箜! 壁；墼塑型垒量兰二童堡! ! 翌堡篁墨鏊娄 问授权的网络资源。它主要涉及：防止菲法_ 辫j 户访问，数据链踌加密，密匙分配和 管理，安全同志维护和检凌，审计和跟踪，防止病毒和灾难恢复措溉。 记赞管理 淀赞管理受责监视耱记录用户对阏络资源黪使瘸，并分配嘲络遮行成本。包括： 收集爵赞汜录，诗算焉户张肇，分配网络运行藏本，网络经藿预黧。 规划管理 根据管理当局的政策，网络用户的需求，用户对当前服务的满意程度和收集的网 络性能数据，建立数学模型，通过数学计算或计算机仿真等方法，设计优化网络结 掬霸嚣鬻，为未来弱络发袋撵 娃莰曩。 资产管理 资产管理负责维持网络中设备和设施的详细记录。它包括诸如设备制造厂商数 据、设铬编号、设备设置参数、使用情况、维护记录等信息。 人援繁理 入援管理记录着与鲻缀运孝子维护有关的人员的基本情况。它搿叛包括：姓名、性 别、工作经验、培训情况、职务、部门、分工安排等。 1 1 4 网络管理系统的般结构 一般的网络管理系统( n m s ) 出两部分维成：一缓管理应用秘为之提供瑕务的下 瑟结构较 孛。管理应弱毯旗：故障管理、配譬篱理、性筏管理、赣全管理、童己费管 理等。下层结构软件包括湖络通信接口( n c i ) ，管理信息库( m i b ) ，管理信息通信 服务( m i c s ) 和图形用户界面( g u i ) 。它们通过一组应用编程接朗( a p i ) 向应用 程序掇供服务。见图1 1 2 。 在藏薅系结掏孛，瓣终餐理系绞逶过蚤耪繁理痤蠲疆袋懿警疆艇力亲实瑗瓣络 管理功能，网络操作员利用图形用户界面与潮管系统交互通信，黼网管系统通过掰 络通信接口来实现与网络元素及其它网管系统间的管理信息交换。 图形用户接口( g u i ) g u i 是网终操终员与极器闻蕊接西，它涉及瑟毒的竣入秘浚滋。它是网管系统 中爨上艨的部分。管理寂用g u i 的结合，构成了相应的管理工疑。 嚣7 燕菸弱葵 第一章现代刚络管理技术 图形用户界面( g u i ) x t o o l k i t s 露a pa 蚕p 鹰a p 圜a p 圜a p 獠了 管理f 管理f 管理i 管理i 管理i8 黑昌8 应用l 应用l 应用l 应用l 应用i爿：、 () i () i () l () l () l 7 网络通信接口 ( n c i ) 管理信息库 ( m i b ) 通信协议栈i关系数据库 操作系统 图1 1 2 网管系统体系结构 管理信息库( m i b ) 管理信息库是网管系统应用的信息储藏所，它是网络管理的基础，包含了受管 对象及属性。在管理信息库中，受管网络和其管理信息用受管对象来表示。收管对 象封装着关于网络及受管对象网络管理行为和作用的数据。管理信息库提供了执行 查询，受管对象操作，处理事件管理及受管对象间关系的能力。网管系统通常可以 支持单一或多个m 。多个m 可以分布在多个系统中。 网络通信接口( n c i ) 网络通信接口提供受管网络与网管系统问的通信。 管理信息通信服务( m i c s ) 管理信息通信服务提供网管系统元素间的连通性。利用它作为下层结构可实现 网管系统中受管对象的相互通信。 应用程序( a p s ) 网管系统中建立在基础下层结构之上的是各种网络管理应用。这些应用分别完成 一定的网络管理功能。包括o s i 规定的五大管理功能域，也涉及其它的系统管理功 能。 第8 页共5 8 页 童塑壁些壁塑i ! 鲨塑塑1 1 1 壅墼醋形显示籀一章现代嘲终管理技术 1 2 s n m p 及其应用 1 2 1s n m p 简介 随麓网络技术的飞速发展，网络的数量也越来越多，而网络中的设备来自个个不 嚣豹厂家，鲡舞管理这些浚螽魏交褥萋霉重要，s n m p 裁是警瑾这魏设备懿标准。 1 2 2 协议构成 基予t c p i p 的网络管理包含3 个组成部分： 1 ) 一个管理信息库m i b ( m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o nb a s e ) 。管理信息库包含所有 代瑗遂程瑟瑟毫霹羧囊谗帮骛改魏参数。 2 ) 关于m i b 的一套公蠲的结构和表示符譬，叫做管理信息结构s m i ( s t r u c t u r e o f m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n ) 这个在r f c l l 5 7 中定义。 3 ) 篱理进程和代理进瑕之间的通信协议，叫做简单网络管理协议s n m p ( s i m p l e n e t w o r km a n a g e m e n tp r o t o c 0 1 ) 。s n m p 毽擐数搀报交换的猿茂等。尽管可噬 强运输层采角套种务样的挤议，瞧是在s n m p 中，爰豹最多豹 务议还是u d p 。 i 2 3 操作 关于管理进程和代理进程之间的交互信息，s n m p 定义了5 种报文： 1 ) g e t r e q u e s t 搡 乍：从袋墨进程处提取个或多个参数僵。 2 ) g e t n e x t - r e q u e s t 搽佟：扶代理进程处撬敬一个或多个参数鹣下一个参数蘧。 3 ) s e t r e q u e s t 操作：设鼹代理进程的一个或多个参数值。 4 ) g e t r e s p o n s e 操作：遐回的一个或多个参数值。这个操作是由代理进程发出的a 它是前蕊3 中操作的响应操作。 5 ) t r a p 捺终：霞理遴释主动发窭戆擐文、逶黯餐瑾进程鸯蒸戆察瀵发釜。 前两的3 个操作是由管理进程向代理进程发出的。后面两个是代瑷进程发给管理 进糨的，下图描述了遨5 种操作： 第9 页共5 8 赘 宽带驻地嗣拓扑蛰避的科究鼓螬形硅苯 第一章现代剐络管避技术 u d p 端口1 6 l g e t r e s o o p s e 1 g e t - n e x t - r e q u e s t u d p 端口1 6 1 g e t - r e s p o n s e s e t - r e q u e s t g e t - r e s p o n s eu d p 疆叠1 6 1 弋 t r a p i i d p 端口1 6 2 j 楚1 2 。1s n m p 戆美耱撩终 s n m p 的这些功能通过轮询操作来实现，即s n m p 管理程序定时向被管理设备 周期性地发送轮询信息。时间间隔可通过s n m p 的管理信息库m i b 来建立。轮询的 好她楚：第一，可使系绫捆x 重楚荤；第二，熊黻键通过网络所产生躲管理信息的遴 售量。襁轮询管理协议邀大大遣隈割了警理元索对条俘反瘟熬灵滔链，限毒l 了掰筢 管理的设备数量。 但s n m p 也不是完全的轮询协议，它允许篥贱不经询问就发送的信息，称为t r a p ， 但这种t r a p 信息的参数是鼹限制的。t r a p 和一般的中断不同。发送t r a p 有两点：( 1 ) 汉在严羲事 孛发生嚣右发送t r a p ； a 的信息流爨，同上。 网桥主要实现的功能是转发和过滤，转发就是将一个端1 3 收到的帧从另一个端口 发比，过滤就是该帧从个端日接收但没有从另一个端口发出。网桥能够过滤和转 第1 4 茭共爨凝 宽带驻地嘲拓扑管删的研究及剧形显示 第二章交换机t 作原理以及生成树伽议 发通信量是因为它作了两个工作：( 1 ) 每个端口都工作在混杂模式；( 2 ) 网桥学习 每个端口连接的地址。既然网桥的每个端口都工作在混杂模式，那么他将接收所连 网段上发送的每一帧，这是网桥操作的关键，当网桥的端口接收到一帧时，网桥就 要决定将这一帧转发还是过滤，这一选择是可能的，因为网桥能学习与这个端口相 连网段上节点的地址，其工作流程图如下： 图2 1 3 网桥地转发及地址学习流程 网桥会保留一张表，即m a c 地址表，表的结构是m a c 地址和端口对。当端口 ( 八站端口) 接收到一帧时，网桥就会在表中查找是否有帧的源地址，如果没有， 帧的源地址和相应的入站端口就会被添加到表中。这种操作叫做地址学习，网桥将 第1 5 页共5 8 页 交萤驻连赠壤羚管理瓣 | 究发整形豆! 承第二袋交换桃t 侉擐瑾鞋及生成辫拚渡 扶节点发送的任何帻中记忆网络接口的m a c 士也址与网桥的端口号，因为所有帧( 单 播、组播、广播) 都包含网络接口的单播地址，也就是发送帧的节点地址，网桥通 过维护这个表来工作。这个农的内容是网络接口地址和网桥端口一对一的纪录，即 霹褥熊学习每个节点妻接线阙接繇连接懿鲻口。 媳艇表的每个m a c 熄圭斑表项有三个字段： 地址本身。 地址被最后看到的入站端口号码。 m a c 地址的寿愈。 当阚褥学习建垃露，它溪纪录秀 孚事：楚继本身和入菇潺嗣号粥，圈露遣将m a c 地址的海命清零，表中地址的寿命每秒钟加一，蒋寿命达到一个特定值对应的m a c 地址袭项就会被删除，这个特定值叫做寿命限度( a g i n gt i m e ) ，这个处理叫做老化 ( a g i n g ) 。 凌镊露辩裂当嬲撰发瀵形竭孛奏兹滚逑篷露，露么籀痤m a c 楚缓豹寿念字羧帮会 清零，这样就能在表中保持活动节点的地址，所商网桥的m a c 地娥裘都有最大长度， 当地址亵填满，那么新的地址就不能d n a 。老化处理保证当节点与阚段断开连接时， 相应的袭项随后会从表中删除。这也保证了当节点在网段之间移动时网桥能够重新 学习楣疲瓣遣蛙。 瓣予转发功能，广撵翻缀播顿会在两轿豹掰肖潺嗣主转发，除入滔臻日薨t 这朝 做喷出f l o o d i n gs p r a y i n g 。肖一帧被喷出就是一帧从入站端口转发至o 所有其它端口a 广播和组播帧必须被喷出，因为这类帧的目的地址是所有节点，网桥将转发广播帧 到掰肖端口，因为没有办法知道哪个站点在倾听这个地址。这就怒奄桥接网络上的 节患蠢法嚣分辑菝两终耪攀二净突蠛貔嚣因。 单播帧的转发就完全不同，当网桥收到个单播帧时，帧的肇播地址会在地址表 中查找。根据结果，可能的三种转发决策如下：( 1 ) 如果地址在激中没有发现，那 么该帧将喷射到所有端口，与广播相同；( 2 ) 如果地址在表中被找到，但对应的端 墨号秘与入旗端珏号码不羁，露么该犊撞被转发裂缝蛙对应瓣壤霹；( 3 ) 如采遗业 在表中被找蓟，对应的端弱号与入站端口氇撩闻，那么顿将被过滤，它不会谈转发 到任何端口。 第 6 页共5 8 美 宽带驻地网拓扑管挫的研究段目彤显日i 第二章交换甘l 工乍原理以及生成树龇议 2 1 _ 3 交换机工作原理 交换机就是网桥，交换机转发的工作原理与网桥相同，但事实上，交换机的功能 超过了网桥。网桥的中央处理器同时只能处理一个包，而交换机特殊设计的硬件能 够同时处理多个端口，交换机具备网桥的所有优点，提供了更高的性能。 一、交换机和网桥的区别 对桥接性能有两种常见的衡量方式。它们是：最大转发率和汇合转发率。最大转 发率是从一个端e l 到另一个端口之间每秒能转发的最大包数量。在两个以上端口的 网桥，这种测量通常在其他端口都处于空闲的条件下进行。大多数以太网桥的转发 率都低于以太网的最大帧传送率，也就是说，虽然提供了连通性，但网桥可能成为 不同网段上节点间性能的瓶颈。网桥的汇合转发率是所有端口可以转发的最大帧数 量。例如，一个四端口的以太网桥的最大转发率可以达到1 4 ，8 0 0 帧每秒，但它的最 大汇合转发率只能达到1 8 ，0 0 0 帧每秒，也就是说，它不可能在每个端口都以全速 处理包，只能在两个端口上这样处理。象这样汇合转发率低于所有连接网段之和的 网桥，叫做认购超额o v e r s u b s c r i b e d 。 配置桥接网络的最大问题就是网桥和不同网段上设备的安排要满足8 0 2 0 规则。 配置桥接网络时使网桥不成为性能的瓶颈是个很大的挑战。交换机能帮助解决这一 问题，因为交换机的汇合转发率比网桥要高很多。交换机像网桥一样能将多个网段 连接在一起，但没有性能损失。高端1 2 1 数和高汇合转发率使交换机成为以太网分割 的最佳选择。 虽然交换机的功能像一个多端口的网桥，但交换机比仅仅是多端口的网桥功能要 强得多，交换机和网桥之间有三个基本不同点： 交换机的端口数一般比网桥多2 4 端口的交换机很常见。 交换机的内部结构与网桥的完全不同。交换机之所以与网桥不同就是因为它 同时能处理多个输入帧、检查帧、维护地址表和做出转发决策者一系列工作 在交换集中都是同时或并行在所有端口上进行的。 网桥的汇合转发率由c p u 的处理能力决定。也就是说，网桥端口之间实际 上只有条通路，而交换机支持并行接收和发送多个帧，交换机逻辑上具有 多个数据流动通道，而且可以在任何或者一些或者所有端口同时接收和发送 帧。 第l7 页共5 8 页 宽带驻地嘲拓扑管理的 口f 究及圈形娃示 粥二章交换h l t 作原理以及生成树孙议 交换瓿不是依赖c p u 泉获褥巨大的马力，丽是采瘸a s i c 来邋行专门设计。下 面讨论一下旗本的交换机技术。 二、基本交换机技术 交换极饿用的基本技术鸯三静： 捷径( c u t t h r o u g h ) 交换 准撬径( i n t e r i mc u t t h r o u g h ) 交换 存储转发交换 捷径交换其有菲常短的转发反应对淘，它不臻等弱整个赣都接救宠。在颧的掰鸯 比特都接收完之前就开始发送帧，它的优点是转发速度快，缺点是它转发错误帧， 残帧，容易拥塞。 准捷径交换是对捷径交换的簇单改进，它避免了贱帧的转发因为它只转发长度至 少为5 1 2 比特的帧，而所有残帧的长度都小于5 1 2 比特，那么它们一定会被滤掉。 存谴转发交换与强秘捷绦交换蓑别摄丈。存继转发交换娥与零裁戆网援运行方式 相似；在帧被转发之前，整个帧应该被接收并保存在缓存中。这样残帧和锚帧永远 也不会被转笈，另辫，它不像大多鼗捷径设计群榉寨荔发垒三堵塞，溺为宅豹犊总莛 被保存的。与两种捷径交换相比，这种方法的缺点怒转发反应时间臻长很多。它还 需要较大的内存空间来傈存帧。 2 2 生成树协议( s t p ) 2 2 1 闭环网络问题 交换枫能够正确的学习地址并进行正常工作的前提是用网桥登联的网络结构楚 树形结梅。即任何两个工作站，只允谗一条路由。多条路由的存在意味着存在回路或 者闭环，闭环带来很多问题，见下圈： 第1 8 硪共5 8 页 宽带驻地i 刊拓扑管理训宄肢幽彤妊示第二章交换l 作原理以及生成树协议 豳2 2 1 闭环删绺例于 在时间t ，工作站a 发送一帧绘工作站b ，该m a c 帧被两个网桥收到。每一个 溺辑都更菠转发数据库瘫容，攒穗工终菇a 奁l a nx 上，莠象枣蠢歇l a ny 转发赉 去，假定网桥a , b 不是同时转发，且网桥a , b 都转发成功，因此，工 乍灞b 收到两份 m a c 帧，更为严重的是两个网桥都从l a ny 上收到了该帧，而从l a ny 收到的 m a c 帧，其源地址依然是a ，翻的地依然是b 。两个网桥又在此更新转发数据库，指 窭工律站a 巍l a n y 上，两个潮耩敦嚣霉逛不可熊燕镄遗转发嚣静遮凝为a 静m a c 帧。 。 产生的问题远不止这些，如聚两个网桥都没有学习到工作站b 的地址，在这种情 况下，如果工作站a 要发送帧给工作站b ，则会出现下述过程：工作站a 在l a n x 上发送是的地蟪为b 的m a c 峻，两个礴挢都收到该帧，出于两个网桥郡没有学习到 工终遮b 熬戆壤，顼鞋聱觚英镌鞴口挺该穰转发爨去，嚣令瘸褥又在l a n y 上渡到 该帧，又把帧从其他端口即l a nx 上发送出去。如此循环往复，两个网桥永无止境 的转发同m a c 帧。 一个简单的图论结论可以用涞党服上述问题：幽节点和连接一对节点的边组成的 连蘧蚕懿存农，圭藏楗，该生藏撵爨簿圈豹连遂淫，稳不毽括任嚣嚣赣。对匿联翔寒滋， l a n 对应阁的节点，网桥对疵瞬的边，在互联网络中移去一个或几个嘲褥，可以往 存在回路的互联网成为一棵生成树。 2 2 2 生成树协议简介 瑷在豹交换穗强弱褥嫠支戆生戏褥。生或树冀法跫为了检测嚣接除以太遮中的 环，它在i e e e 8 0 2 1 d 规范中裔详细说明，同时也色括学习算法和网桥闻的通信协议。 这一通信协议由一组特殊的组播消息构成，这些消息叫做网桥协议数掘单元( b p d u ： 第1 9 黄共s 8 页 窭萱黧她鞲燕挣嚣警群 究酸鞠形跫示第一举变撩挑工 譬馘理默及生成辩协汉 b r i d g ep r o t o c o ld a t au n i t ) 。网播潮羯b p d u 臻夏逶锖，扶中发褒嘲络豹捺铰辐扑弗 检测环。鞠弼桥发毯环，意嚣】将诲佟关 l 巢个选霆耀揆熬臻秘以浚除繇，弱时仍然 维垮一个褥型拓挣强 歪所有节点脚黪连接。这稚孝剪虢叫做生成瓣。 生成树箕法意昧着褥接嬲终可以有意被逡戏环，环的设计蠲寒为捌段之阑提供多 余鹃餐弼瓣镪。一量生成褥较诗箨窝设豢完裁，潮援褥羧镒潮终，礁定褥上懿新鸯 分支爨秀旗工作燕露。麴采商任凭链路有滴题，嚣整这条缝麓逐有一袈渡禁壹的副 本，鄢么遮条备爝链鼹念被打歼。遮一过程完全怒蠢动能 嚣 虽建透明熊。 2 ，2 3 鏊钠概念分绥 生成掇协议基予疆下几点：( t ) 有一个瞧一瀚缀缝址标谈一个特定l a n 上的所 有豹交换税。这令缀戆致熊被掰露豹交换辍浚剃；( 2 ) 每个交羧枫蠢令灌一的探 识( b r i d e gi d e n t i f i e r ) ，嶷际疲翔审瓣标识德国潮耩籍m a c 戆缝秘该阚耩麴爨先缀 等级缀残；( 3 ) 每个交换机的端翟宥一个难一静端嗣标识( p o r ti d e n t i f i e r ) 。对生成 穆戆酝爨滚抒餐璞还爨癸：黠舔个交搽飙秘溺一个稷对熬筑笼缀；对簿个交换规静 每令蕊嗣给调令穗怒戆优舞缓；对每个港溺调游一个鼹经穗爨。 农产囊生成树戆过程中，要爆裂如下概念； 校网耩：其鸯簸小标识褥静阙横选中像为垒成树懿横； 鼹径费瘸：秘簿个弼橙巾敬每一蠛掰辐荧，它楚m a c 颧邋懑浚漩嗣终送 劐某个l a n 豹赞用，鼹令工作站之髑瓣翳径可能经过0 个或多个嬲桥，在 每一个鞠揆，健簸赞爝蘩潮翔菜个褥定游授麓路经费髑上，怼袋麓纂豹漕蹶， 假定每个端豳瓣潞径赞弼强l ，那么涎个工律站之闻鼹径豹总赞辩l 为该路径 掰经过的两桥数，一般情援下，端口静辩经费用按照对应的传输逮率或其他 瓤绦蛰溅搽礁来惠。 投端口；簿一个鹅桥箨裔一个载多令溪翻，缅聚遂j 霪浆个端弱翻遮壤淄拼酶 薅径总费羯最低，就把该臻嗣定为该瓣疆的根端日，皴果这样的蠛翻不止一 个，藏选耩端溜豁谈符灏小的郧个端国作为该嬲耩鲍擞溺强。这榉产生救生 袋澍肯定跫瞧一豹。 掇黯径费瘸：对任何一令瓣撬，一定露巍条总费惩最低i i i i i 运掇零桥的路 径，连载跫觚该瀚橙壤灞鞠爨麓裂遮羧瓣褥豹黪经，该藏经想爨蹋必该溺嵇 的根路经费鲻。 豁菝舞5 # 葵 宽带驻建i 键撬扑管理静科究及鹜簿盈示絷二章交换雏王 蕈擐毽戳及生戒橱秘议 豢定圉舔，豢建蠛霾：对每一个l a n ，逡撵一个羁撰 繁受它鹣攘定丽揍，选 择指定网桥的标准是该l a n 通过指定阐桥到达根网桥的路径总费用最低， 只有指定网桥才能转发到达该l a n 或从该l a n 发送的m a c 帧，指定网桥 逡接该l a n 的端盈称为指定溃秘。对辑有连接在棂两挢上的l a n 来说，粳 潮桥就是它们的指定鼷桥，所有l a n 的傣息流量必须通过臻楚网褥的指定 端潮。 交换机之间定期发送b p d u 包，交换生成树配鼹信息，以便能够对网络的拓扑、 花赞或 楚先缀豹交化锻懑及辩戆稳痉。b p d u 分为援黪类垄，憩畲酴鬟落意熬b p d u 包称为配鼹b p d u ( c o n f i g u r a t i o nb p d u ) ，当检鞭, i n n 络拓扑缩构变他时则要发送 缮矜燮纯潺翔b p d u ( t o p o l o g y c h a n g en o t i f i c a t i o nb p d u ) e 协议标识符一x 0 0 一0 0 协议版本标识镣一x 0 0 b p d u 类鍪一x 0 0 ( 1 字节) 撂恚( 1 字节) 根标识符( 8 字节) 优先权( 2 ) 阚轿m a c 穗蛰( 国 撮通路藏零( 4 字节) 发送弼耩耘讽符( 8 字节) 优先权( 2 ) 隧辑m a c 蟪绞6 ) 端口标识符( 2 2 字节1 魏走投( 1 ) 螭稿鸯( 1 ) 消息龄期( 2 字节) 最大期限( 2 字节) h e l l o 时间( 2 字节) 转发延遴辖字节) 图2 , 2 i 一个配置b p d u 鳞2 l 页共s 8 鞭 变繁驻遣尉| 囊 管理弱i 究及越i ；鐾幂 第二章交按褪工俸琢理鞋教垒藏辫辨没 协议标识符x o o 0 0 对应于生成树协议( s t p ) 协议版本是x o o 。 b p d u 类型x 0 0 表示这是一个配置消息。 仅使用了两个标志位。这两位在拓扑结构改变过程中使用。 报标识箨包括校的尉挢标识符一即根静魏先权号和m a c 地址。 根通路成本表示该网桥到根网桥地成本。 f协议标识符0 0 。0 0 i协议版本0 0 lb p d u 类型：据羚玫交邋躲( 十六进裁 |80) f 图2 , 2 2 拓扑改变b p d u 2 2 4 构建生成树流程 一簸清猛下，用下述方式寒构建一爨生裁瓣： l 、确定根网桥。根湖桥就是具有最小标识符的网桥，标识符包括网桥的m a c 地 址和优先级符号。流程如下：最开始所有的网桥都认为自己是根网桥；然后交换机 向与之棚违的l a n 广播发邀配置b p d u ，其r o o ti d 与b r i d g e _ i d 的假相同；当交换 机收裂另个交换机发来的配爱b p d u 后，若发现收到的配置b p d u 中t o o t i d 字段 豹谴大予该交换枫中r o o ti d 参数的蓬，鄹丢奔该犊，否刘菱薪该交换机的r o o t i d 、 根路径花费r o o tp a t hc o s t 等参数的值，该交换机将以新值继续广播发送配置b p d u 。 2 、对所有网桥确定它们的根端口；如果通过网桥的某个端口到达网桥的总费用 最低，就把该端口定为网桥的根端1 3 ，如果这样的端口不止一个，那么就选择端口 标识耱矮小懿那个壤霜绛为壤壤口； 3 、对每一个l a n 确定指定端口：对每一个l a n 先找出它遴接的、根路径费用 最低的那个网桥，如果这样的网桥有多个，那么选择优先权等级最高的那个网桥作 为指定网桥。如果指定网桥和l a n 连接的端口商多个，则选择端口标识符值最小的 那个 乍为指定蘧口。其流程始下： 开始时，所有酶交换枫都认为自己是l a n 豹选取交换檄； 当交换机接收到具有更低根路径花赞的( 同一个l a n 中) 其他交换机发来 的b p d u ，该交换机就不再宣称自己悬选取交换机。如果在一个l a n 中， 蠢两个或多个交换枧具有同样的根路径花费，具有最高优先级的交换机被选 第2 2 页共5 8 页 冤帮驻地雕拓扑管避蛉移 究提留彤显示第二辩变换鞋l 工作原理以；6 乏生成树协议 一_，-_h，一 为选取交换杌。在一个l a n 中，只有选取交换机可以接收和转发犊，其他 交换机的所有端口都被鼠为阻塞状态。 如果选取交换机在某个时刻接收了l a n 上其他交换机因竞争选取交换机而 发寒的配置b p d u ，该选取交换枧将发送一个回应的配! ；雾! b p d u ，以重耨确 定选取交换枣咒。 2 2 5 拓扑变化 拓扑信息在网络上的传播有一个时间限制，这个时间信息包含在每个配置b p d u 中，即为演怠时限。每个交换枫存嫱来自l a n 遮取端口的协议倍感，著监视这些信 息存储豹时间。在正鬻稳定状态下，根交换机定期发送配置渣崽以保证拓羚售息不 超时。如果根交换机失效了，其他交换机中的协议信息就会超时，新的拓扑结构很 快在网络中传播。 当菜个交换机检测到拓扑变纯，它将向掇交换机方向的选取交换梳发送拓扑变化 逶簸8 p d u ，玖蒎羚交纯逶籁定敲器豹露翅弱隔审定絮发送撂羚交健懑j 鬣b p d u ，壹到 收到了选取交换枫发来鹘确认拓扑变纯信息( 这个确认信号在配鬻b p d u 中，即拓扑 变化标志位置位) ，同时选取交换机重复以上过程，继续向根交换机方向的交换机发 送拓扑变化通知b p d u 。这样，拓扑变化的通知最终传到根交换机。根交换机收到了 这样个通知，或其蠡赛改变了拓羚结构，它将发送一段对闻的酝置b p d u ，在配置 b p d u 中搐羚变化标恚鬣被置位。所有的交换枧褥会收到一令或多个配置潸怠，并使 用转发延迟参数的值来老化过滤数据库中的地址。所有的交换机将溪新决定根交换 机、交换机的根端口、以及每个l a n 的选取交换机和选取端1 ：3 ，这样生成树的拓扑 结构也就重额决定了。 筵2 3 虿菸5 8 美 宽带驻地网拓扑管理甜院鼓蹦彤硅苯 第三章k u d o s 一体解决方窳 第三章k u d o s 驻地网一体解决方案 3 1 k u d o s 系统简介 3 ，i 1 卡 么是宽带震户驻缝瓣 所溻用户驻地i n ( c p n ) - - 般是指用户终端蕊用户网络接口所包含的机线设备( 通 常在个楼房内) ，由完成通信和控制功能的用户驻地布线系统组成，以使用户终端 可以灵活方便地接入接入网。 与遵去豹蠲户驻蘧网魄较，残在赘瘸户骧建甄壤念毒爨不麓一黻瓣戆震户驻趣爨 完全魁专用的如企业网、校园网，所有用户麟予同一个企业，不同都门之间不存在 结算与收费问题。现在的用户驻地网则变专网为公网，对外提供缀营，服务对象是 各个独立用户，存在如何结算与收费的问题。 蠲户驻遣网静概念并不髑限于享区接入宽带网。金业局部专翔、学院园区内部驻 氇黼簿裔瘸大客户市场双广义上说都属于窝带溺户驻邃两戆范酶。 宽带用户驻地网的布线方式 目前属于c p n 范围的商4 种方式： 蒋通铜缆双绞线 弱辘毫缆 5 类双绞线 楼内综合布线系统( p d s ) 另外，光纤到户的问题厩在积极探索之中。 我髓乎对爨说匏宽带上嘲，一般是搔宽沓蠢联网。宽豢，联名恿义跫传辕繁宽缀 宽、传输速率缀快的意憨。嗣际电联在箪些辩候召开过宽带通信静会议，把2 0 0 k b s 以上的传输带宽定义为宽带。宽带的通信质墩和能力都远远超越了我们目前普遍使 用的窄带通信系统，宽带网把目前的网络传输速度提高几十至几西倍。 第2 4 贾共弱美 宽带驻地网拓扑管理的研究及幽彤显示 第三章k u d o s 一体解决方案 十 用尸 图3 1 1 宽带驻地网结构 3 1 2k u d o s 系统概述 当前我国宽带城域驻地网络正在迅猛发展，但是已建设网络的运营和维护方面存 在一定的问题：不能有效的拓展网络业务，设备配置管理复杂，网络的o a m 困难； 网络资源不能有效利用，网络优化无从谈起；安全和防盗功能欠缺。 k u d o s 驻地网一体化解决方案，是为解决宽带驻地网络中存在的上述问题而提 出的。k u d o s 系统包括两个主要的部分：宽带接入硬件平台和一体化驻地网管理软 件系统。它实现了丰富的用户控制，管理功能，实现了基于硬件的流量控制，提供 对用户终端的安全防护，解决了当前宽带驻地网络困扰运营商的诸多难题；系统具 备对不同厂家和型号的二层，三层设备一体化管理的能力，优化网络配置，提高网 络效益，降低网络维护成本。 k u d o s 是k e yt ou s e rn e t w o r kd o m a i no p e r a t i o ns y s t e m 的缩写 k u d o s 驻地网一体化解决方案将宽带接入网关硬件平台和驻地网一体化管理 软件系统有机地结合在一起。下图即为k u d o s 的系统模型： 第2 5 页共5 8 页 宽带驻地h 拓扑营j 里的研究歧蚓形鼎示 第三章k u d o s 一体解决方案 图3 1 2k u d o s 系统模型 3 1 3 系统构成 k u d o s 解决方案出两个主要部分组成：宽带接入网关b a g 和一体化驻地网管 理软件系统： 硬件上，宽带接入网关b a g 位于驻地网汇聚层的顶端，是驻地网接入骨干 网的网关，b a g 强调全面硬件处理，实现真正的线速率报文转发、过滤和流 控。 软件上，一体化驻地网管理系统由用户营帐系统和网络运维组成，成为一个 宽带运营支撑基础结构。 3 2 一体化驻地网管理系统 体化驻地网管理系统实施驻地网网络运维管理、业务管理、用户管理、帐务管 理、客户服务、系统管理等方面的管理工作。 k u d o s 配合驻地网设备实现用户的分布接入，而驻地网用户的数据既可以保存 在运营商的集中管理点，也可以把用户数据分布到各驻地网本地。k u d o s 可以提供 用户分布接入集中管理和用户分布接入分柿管理两种方式。 第2 6 页共5 8 页 宽带驻地删拓扑棼螋的珥 究驶圈形显豕第三章k u d o s 一体解决方粲 k u d o s 软件系统运行在专门静鞭务器上，这些服务器可以连接在b a g 的管理 口所接豹网段上，也可以遗接在驻地网内任意的应嚣。由于对k u d o s 系统的操作 都是通过w e b 方式进行的，所以只要在能够访问到k u d o s 服务器的地方都可以安 装k u d o s 酌操l 乍终端： 在b a g 的管理翻酝接匏网段上 在驻地网内任意的位置 在因特网的任意位鬣 最黯这种在因特网的任意位置接入操作终端的方式可以实现运鬻商对所辖驻地 潮戆鬃中位置统一管瑾。 在本课题中，我们是豺对单驻地网接入管溅中的第一种情况来进行运维管理的。 下图是对应的是最小化配嚣。在驻地网的网篱中心只需放置螽k u d o s 服务器和 一台操作终端，即可实现时驻地网的一体化管理。 i n t e r i i e t 分布接a 分带管理的冉型应用 圈3 2 1 分毒接入分蠢篱瑗懿典型应建 b a g 有三个口：上芎亍潮，连接i n t e m e t ；下行日，连接驻地潮；物韭管理日，连 接驻地网管理中心。网络遮维管理系统包括拓扑管理、流量管理、故障管理和安全 管理，作为一个应用程序，运行在驻地网管理中心的终端上。 第2 7 夏共转蕉 宓带驻地同拓扑管删的研究技幽形娃示 第心章嗣管运维系统 第四章网管运维系统 4 1 网管运维系统概述 薮建弱鹈终运缍管理是对骧壹| 蠢阙设备亵网络豹一体纯管理，包蕤设蘩豹嚣置、蔽 障、性能、安全管理，以及对网络整体的管理，包蟠网络拓扑管理，流麓工程，故 障管理，v l a n 的管理。通过k u d o s 提供的上