（计算机科学与技术专业论文）基于gis的网络拓扑处理技术.pdf

日防科j 披求人。 l i j | = 究乍院：f o 沦殳 摘 要 汁算机网络愈来愈复杂，对网络管理的要求也愈柬愈r ：h ，作为网络管理最睡本功能之 的网络拓扑处理技术的研究具柯 分重要的意义。 本文是笔哲参与项目“系统管理1 j 网络管理”的总结。t 并重点研究了“系统箭理与 刚络管理”系统中网络拓扑处理技术，在分析了传统的拓扑处理技术需要靠网络管理人员 人工= 记忆阀络结构的地域信息的不足之处后，本文提小种j ；j 【：【s 的网络拓扑处川”支术， 通过任拓扑处理中引入gj s 技术，使得网络拓扑结构直脱地1 1 - 相应的地域的地图一i 清晰的 显示出来，从而提高了网络管理的效率。 为了使g s 技术服务于网络拓扑处理技术，需要对刚络拓扑处i 里系统的总体结构、网 络拓扑发现技术、网络拓扑存储技术和网络拓扑成图技术都进行相应的调整。本文斤先介 绍了基f ( ；i s 的网络拓扑处理系统的总体结构，分析丁各部分的功能和作用并给h 1 了系统 结构图：然后介绍了常规的网络拓扑发现技术并在此基础 ：通过节点位置知识库的支持实 现基fg 【s 的拓扑发现算法；另外，本文设计了拓扑数据库来存储网络拓扑结构及其位管 信息，聚j 日r m i 技术来实现拓扑数据的传输；最后，本文提m 了种基于g r s 的刚络拓扑 成图技术，通过对g i s 技术的分析和网络拓扑成图的技术分忻，实现按照地域的拓扑成图。 作为项目“系统管理与网络管理”的一部分，本文实现r 一个原型系统，并n 描述了 原型系统的模块结构和实际运行效果。 关键词：网络拓扑处理，拓扑发现，简单网络管理协议，地理信息系统，拓扑数据库 q j 科7 - 技术人1 ：+ ，1 院1 7 ，沦芷 a b s t r a c t t h ec o m p l e x i t yo f c o m p u t e rn e t w o r k sa c c e l e r a t et h ei m p r o v e m e n to fn e t w o r km a n a g e m e n t t h u si ti s n e c e s s a r ya n ds i g n i f i c a n tt od or e s e a r c ha n di m p l e m e n t a t i o no fn e t w o r kt o p o l o g p r o c e s s i n gt e c h n o l o g yw h i c h a r et h ee s s e n t i a lf u n c t i o n si nn e t w o r km a n a g e m e n t t h ep a p e rp r e s e n t sm yw o r ka n dc o n c l u s i o no nt h ep r o j e c to fs y s t e mm a n a g e m e n ta n d n e t w o r km a n a g e m e n t m yr e s e a r c hf o c u s e so nt h ef r a m e w o r ka n df u n c t i o no f t h es u b s y s t e mo f n e t w o r kt o p o l o g yp r o c e s s i n g a f t e ra n a l y z i n gt h ep r o b l e mo ft r a d i t i o n a ln e t w o r kt o p o l o g ) p r o c e s s i n gt e c h n o l o g yt h a tt h eg e o g r a p h i c a lp o s i t i o no fn e t w o r kn o d es h o u l dr e m e m b e r e db yt h e p e o p l ew h ou s et h es y s t e m ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h eg i sb a s e dn e t w o r kt o p o l o g yp r o c e s s i n g t e c h n o l o g yt or e s o l v et h ep r o b l e m i no r d e rt om a k et h eg i st e c h n o l o g yw o r kf o rn e t w o r kt o p o l o g yp r o c e s s i n gt e c h n o l o g y t h e a r c h i t e c t u r eo ft h en e t w o r kt o p o l o g yp r o c e s s i n g s y s t e ma n dt h et r a d i t i o n a lt e c h n o l o g yo l n e t w o r kt o p o l o g yd i s c o v e r y ，s t o r a g ea n dc h a r t i n gs h o u l db ea d j u s t e d i nt h i sp a p e r ，t h ea u t h o r d e s c r i b e si nd e t a i lh o wt oa d j u s tt h e mt ow o r k a sa p a r to ft h ep r o j e c to fs y s t e mm a n a g e m e n ta n dn e t w o r km a n a g e m e n t ，t h i sp a p e ra l s o d e s c r i b e st h ep r o t o t y p eo f t h es y s t e m ，d e s c r i b e st h em o d u l es t r u c t u r ea n di t sr u n t i m ee f f e c t k e y w o r d s ：n e t w o r kt o p o l o g yp r o c e s s i n g ，t o p o l o g yd i s c o v e r y ，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 ( s n m p ) ，g e o g r a p h yi n f o r m a t i o ns y s t e m ( g i s ) ，t o p o g r a p h yd a t a b a s e 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表和撰写过的研究成果，也不包含为获得国防科学技术大学或其它 教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确昀说明并表示谢意 学位论文题目：基王! 垃圈缝堑盐耋l 墨姓 学位论文作者签名：箍i 始翌日期：矗一；年f 矗月易日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解国防科学技术大学有关保留、使用学位论文的规定本人授权 国防科学技术大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印侔和电子 文档，允许论文被查阅和借阅：可以将学位论文的全部或部分内容箱入有关数据 库进行撩索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文 ( 保密学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文题目：基王q ! 煎圈垒堑盐盐堡控垄 学位论文作者签名：盆幽暨 懒蝴馘：琢 日期：抄j 年勿月，j 日 日期：妒；，年，z 月2 4 日 【叫防科，披牝人。：，川究1 ：院7 1 _ 沦义 图目录 图1 1 简单网络结构示意图 图2 1 综合系统管理与网络管理体系结构 图2 2 系统总体结构图 图3 1 网络拓扑结构的一般模犁 图3 2 基于s n ，i p 的网络管理厶：次结构 图3 3 基本原语的p d i ；格式， 图3 4f 网样例 图4 1 网络拓扑的层次表示， 图4 2r y l i 技术。实现简罔 图5 1m a p x 的空间数据结构 图5 2 层次化显示刚络拓扑 图6 1 数据链表生成流程图一 图6 2 按照网络结构进行拓扑成图的处理流程图 图6 3 按照地域进行拓扑成图的处理流程图 图6 4 按照网络结构的拓扑成图效果图 图6 5 按照地域的拓扑成图效果图 0 0怖引孙四鲥卧娟盯躲的印 q 阶科7 k 人学研宄t 院1 z 他沦卫 表3 1 典型的路山表结构 表目录 幽 i j _ 1 t 术人产。f t t 院，化沦史 第一章绪论 1 1 网络拓扑处理技术概述 随着计鲜机及通信技术的飞速发展，计算舸l | 叫络已绎渗透到社会经济生活的各个方 【f 【，对社会进步与经济发展起着越来越重要的作剧，也使人们的丁作甚至生活方发生了 臣大的变革。当我们对计算机网络的依赖越柬越多时，我仃j 自然关心如何保持计锌机网络 良好的运行状念，如何对网络系统进行优化，如何增强管理者对网络容量的了解和控制能 力：如何及时发现网络运行过程中 j 现的故障、报告故障问题、判断故障原因并j s 快解决 网络敞障，这些就涉及到网络管理所研究的内容。随着网络规模的激增，网络复杂性 和异构性的焦点化网络管理问题上升到了网络建设的战略性位置。 一般说柬，网络管理就是通过某种方式对网络状态进行调整，使网络能正常、高效地 运行。其目的很明确，就是使网络中的各种资源得到更加高效的利用，当网络出现故障时 能及时做出报告和处理，并协调、保持网络的高效运行等。早在八十年代国际标准化组织 ( s o ) 定义了网络管理的五个功能域： 故障管理：这是网络管理的基本功能，其 1 的是保证网络能够提供连续可靠的服务， 其内容包括对网络状态的监视、检测，孤立和控制网络异常活动： 配置管理：也是网络管理的基本功能，至少包括谚! 别被管网络的拓扑结构、标识劂 络中的各个对象、自动修萨指定设备的配置、动态维护网络配置数据库等： 安全管理：保证网络用户和网络资源不被 f 法使用，以及防止网络管理信息受到未 经授权的访问； 性能管理：通过收集和分析网络数据辅助管理者优化网络性能； 计费管理：收集和处理用户使用网络资源的统计信息。 其中，网络拓扑发现与拓扑显示是网络管理系统最基本的功能和要求，是配置管理的 核心，故障管理的基础，在整个网络管理系统的开发中占有举足轻重的地位( 见文献 1 ) 。 网络拓扑发现的主要目的是获取和维护网络设备的存在性信息以及它们之间的连接 关系信息，拓扑显示是在拓扑发现的基础上给出整个网络结构和网络连接状态的图形显 示。这里提及的网络元素通常包括互联设备( 如：路由器、网关、网桥、交换机等) 、主 机和子网( 见文献 2 ) 。 由于网络规模日益庞大而且不断变化，手动获得网络拓扑信息很不现实，只有基于主 动探测的自动拓扑发现才能满足实际要求。此处的自动拓扑发现是指在无需用户、网管人 员介入的情况下自动获得网络拓扑结构的相关信息。 第1 页 幽防 。广拽术人埘f t7 院j 似沦支 愀捌发观的层次，网络士f f 扑发现t 口分为i 类： 1 ) ：层拓扑发现 t 要发现路山器、子网和土机所构成的网络，拯j 示其仔存性，并给出它们之n l j 的连接 关系。 2 ) 层拓扑发现 化- 层壬f t 扑发现的基础卜，搦不变换机、v l a n 、i a n 所构成的网络或通信m 络，给 路由器之i n j 的链路信息。 ： ) 高层拓扑发现 n ：层拓扑发现的基础l 二，揭珂i 防火墙、v p n 网关、高层交换机、网络服务器等麻 | 设备所构成的网络，给出有关信息( 见丈献 3 ) 。 根捌发现的范围，拓扑发现町分为：域内拓扑发现和域外拓扑发现( 骨f 网的拓扑发 现) 。 蚶的网络自动拓扑发现技术还需要歧计合理的拓扑数据存储技术的支持，同时对 哥t 扑 发现得到的网络拓扑结构需要拓扑成图技术形成结构清晰的拓扑图形( 见文献 4 ) 。 1 2 网络拓扑处理技术的国内外发展现状 尚前，商用的企业级网络和系统管理平台主要有：h p 的o p e n v i e w ，【b m 的t iv o ， c a 的l n i c e n t e rt n g ，s u ns 0 1s t ic ee n t e r p r i s em a n a g e r ，a d v e n t n e t 公司的a d v e nl 、“ w e bn m s 等。这些产品在网络拓扑处弹技术上存在如下的共性： 以s n m p 协议作为网络拓扑发现的基础 利用某些特定的网络协议，对基于s n m p 协议的拓扑发现方法进行扩充 以三层拓扑发现为主，兼顾一：层拓扑发现 域内的拓扑发现 按照网络结构进行拓扑显示 这些产品的优势在于网络设备相关信息的搜集相当完备，能发现多种网络设备；而其 不足则在于拓扑发现的处理速度较慢，且局限于小规模的环境，不能找出单个设备间的物 理连接关系。另外，还存在以下不足： 价格昂贵( 软件、专用硬件设备) 。首先是软件费用高。它们提供了丰富的功能， 因而开发成本高。但问题是这其中的许多功能并非所有用户都需要。其次，要求 运行于专用的高性能工作站上，需要额外的硬件开销。 安装、运行和维护困难。 由一个或少数几个节点收集数据，易产生瓶颈，对问题的反应不够灵敏，管理规 模上受到限制。 在网络拓扑处理技术的研究领域，出现了以下的成果： 第2 页 i ；f ih i 2 术人1 产研究乍i 锐，j 似论文 ：l f 阀数引分卡i 协会( c a l i 蚺) 以tr i c t 、f o u l t 、为j i l ；f i ： 综合b g p 袭， 发厂、k t 系统，探测组成in te r f l t ，1 的网络节点之问的连接天系( 见文献 5 一) 。 康条尔( c o r n e l1 ) 夫学l 发的o c t o p u s 系统，综合s n m p 、t r a c e r o u t e 、f j 发式 猜想等拓扑发现方法，进行域内和骨干网的拓扑z 乏现。 惰d n 州大学【稃学院信息科学研究所( t h t 、l n i r s i t y0 fs o u t h e r nc a o r r l ir l s c h o ( a0 1 1e n g in e e r in g in f o r m a t i o ns c ie n c in s t il u t e ) 设汁了个拓扑 发现原型：m e r c a l o r ，利用t r a c e r o u t e 等工具提供的逐跳回馈【h o pb y h o p f e e d b a c k ) ，发现h 络拓扑- r 的i p 地址，掏造州络拓扑图。尽管r l ：彩新的蹄由器 f ：再响应t r a c o r o u t e 报史，该方法仍在当前的f n t e r n e t 上取得了町喜的结果( 见 文献 6 ) 。 1 3 传统网络拓扑处理技术存在的不足 传统的网络拓扑显示方法是按照网络结构的层次来进行拓扑显示，这种疗法娃有结构 清晰、拓扑成图方便的特t i ，是绝大多数网络管理软件首先采用的拓扑成图硅示，j 法。 采用这种方法进行网络拓扑成图时，通常的做法是对每一个网络节点或f f 网采用节点 图表表示，节点之间的物目! 连接关系采用理解线段表示，当然，节点的图标种类町以根掘 不i 司的节点类型而不同，表呵亡连接天系的线段也可以采用不同的形式来表示荐种l 叫络连接 方式，如千兆光纤、百兆铜线、h 星链路等。由于拓扑显示的数据都是来源f 拓扑发现 而目前的拓扑发现算法部能比较好的发现网络节点以及节点之间的连接关系相应的也已 经解决了网络节点以及爷点之问理解关系的数据描述结构与数据存储问题，凼此按照刚 络结构来进行拓扑显示是种自然而然的思路并且实现起来也相对比较简单。 考虑以下图l _ l 所示的简化网络结构： 图1 1 简单网络结构示意图 第3 页 防抖学 忙 j 川c 生院j jp 沱址 图1 1t i tm - a 、b 、c 、d 构成f | jj ：h 干前点e 、f 、( ；、| | 构成的j ，刚以及i 再点，世 组成了个简，社的校b 日网络，按旦( 叫络次娃示出来的结粜就鲥if i h 所_ ：的一样其中， 每个节点的地理pi 属如七图所示的“i f 钟机产院”等字样必须“j 管理人员手工标注，舌则 就只能显永1 7 点的i 【地址或网络地址，每个市点的具体地理f 节苜也j l 能由管理人员人1 记忆。上图，l 娃个简化了的网络例f - ，向实际的情况通常怂州络的舰模都很人，市点数 量都在1 0 0 0 个以f ：，节点的地域分m k - j “，从而使得管刖人犹的j 作量很大，尤其是h 络故障发，| i 的时候不能以很直观的方式提d 管理人员，影响了酬络管理的效率。 解决的斤法就是在拓扑处理。系统一 ，0 i 入( i s 系统到拓扑发现、丰f - 扑存储和拓扑成图可 拓扑处理技术的符个环宵中束，按照地理层次发现、存储和硅j ：网络结构。 1 4 课题研究背景 基于g i s 的打i 扑处理技术来源j 二项 i “系统管理与网络管理”。 网络管理是训算机网络的三大经典问题( 路由，流控，网管) 之一，古老而永具挑战 性：网络的“r 靠性、安全性”都与例络管理密切相关。 网络结构、挑模和应用发生的e i 人变化促进丁网络管理技术的发展，八十年代国际丰，j 、 准化组织( j s o ) 定义的网络管理的h 个助能域已远远不能满足现代网络管理系统的要球， 网络管理功能的内涵i 需要增加以下方面： 网络管理向系统管理发展 故障管理包括应用系统的故障分 i0 定位 配置管理包括应用系统的资源动态配置 安全管理包括大部分网络安全功能，如i d s ，安全审计，防火墙，用户认证等 性能管理包括端端q o s 管理，性能测度，流量管理等 计费管理包括基于策略和s l a 的计费等( 见文献 7 ) 传统的网络管理模式己不能适应目酊网络的分布性、可伸缩性、动态性和可扩展性等 特性，新一代的网络管理要求具有： 分布性，开放、灵活的网络环境，需要网络管理的可分布性和可扩充性以及网管 任务的灵活分布和自动执行。 基于策略和实时性：传统的网络管理以静态管理为主，网管操作通常须由操作员 人工进行，管理无实时性，对于大型网络很难有实时反应。现在的网管产品普遍 采用基于策略的网络管理，它以动态管理为主，根据预先定制的策略自动进行网 络管理，管理实时性强，能综合各种因素对全网进行及时有效的反映。 拓扑发现的可伸缩性：面对当前同益纷繁复杂的网络，要在给网络带来最小额外 负载的前提下，自动、快速、完整、准确的发现各种网络的拓扑结构，就需要充 分发挥各种拓扑发现方法和技术的优势，实现多种方法和技术的配合使用，并根 第4 页 i 目防科。| 技术人。：j 州尢l 院。：似沦之 抓所婴竹雕的网络或于州的特n i 使j h 十应有放的弹泣， j 视化w e b 订理界面：肇j iw e b 的蚓络氍：理模式融合了w l 、h 功能和网络管理技术 允以：嘲络管胆人员通过ow w wn d 样的形式去监测、管耻州络系统。利_ l 任一w c c 1 浏览器- t f 在网络任何结点上方便、迅速地配置、控制及访问网络。这种新的刚绎 伢理模的魅力在于它魁交叉平台，可以很好解决由于多f 台结构产7 t - 的互操f 1 1 0 题。提供按照地域分“j f f l 网络成图，它能提供比f 0 统刚管界向更直接、更劫 使用的例彤羿面从而降低对网络管理操作和维护人员的特别要求。 综合伢理性：研究综合。陀的网络管理。楚持简单网络嚣列! 协议n n i p 、c i p 、m i ( t f a n s a c t i o i ll a n g u a g e1 ) 、c l i ( c o m m a n dl fr l ei n o r i a c e ) 等多种网管协议 能在很人程度扩展网络管理的范围和领域；另外网络管理呵r 泛涉及各种府用 领域包括【d ( 、企业网、社区网及接入网、企业e x t r a 、e t 阀、i s p ( 城域网，骨 网) 、电信网等。 根据上述发展需求，“系统管理与网络管理”项目确立了研究目标：提出适应于火早 计算机网络和通信嘲络及应用系统的综合系统管理与网络管理体系结构，解决基f 大型数 据库的分如网管结构、网络自动拓扑发现和可视化、数据采集、事件过滤与关联性分析、 资源依赖性分析、策略描述与策略服务等关键技术，建立一个综合系统管理与网络管理 原型系统，为最终研制高性能、实用的系统管理与网络管理产品提供强有力的技术支持( 呢 文献 8 ) 。 1 5 1 课题的研究内容 1 5 课题研究内容 在基于g i s 的拓扑处理技术的研究过程中，根据“系统管理与网络管理”项目的方案 设计要求，参考国外的一些成功项目中取得的经验，同时也考虑到国内的实际情况，从理 论研究和代码实现两个方面开展工作，主要研究了以下的一些内容： 基于g i s 的拓扑发现技术的研究 基于g i s 的拓扑数据存储与传输技术的研究 基于g i s 的拓扑成图技术的研究 原型系统的开发 1 5 2 本文的结构 本文由包含附录在内的1 0 个部分组成。 第5 页 - 圻f 7 技术人。j f l j f 艽t 一骁1 ，他呛文 捕卷是绪论，简，r 了嘲络拓扑处理技术， 柄j 传统拓扑处胖技术的l ；足，介绢丁 课题研究的背景和本课题研究的内容。 第：一章研究讨沦基rg 】s 的网络拓扑处理系统的总体结构，埘基j ( ；【s 的网络拓扑处 胆系统的应用背景、技术要求和总体结构进行丁描述。 第三章研究讨论了聃于二g i s 的网络拓扑发现技术，住分析了常用的 f i 扑发现技术的璀 础l ：提h i 了甚于g 【s 的p q 络拓扑发现技术的实现方法。 第刚章e 要分析了刚络拓扑数据的结构特点，讨沦了基于g i s 的拓扑数掘存储与传输 术 第血章研究讨论了j 。l 于g l s 的网络拓扑成陶技术，分析了网络拓扑显示埘g i $ 系统的 功能要求并给出了按照川络结构的拓扑成图技术和肇j g i s 的网络拓扑成图技术。 第六章没计并实现了一个原型系统，介绍了垓原，叫系统的关键实现技术和实际运行效 粜。 第七章首先总结了本文所作工作，然后对将柬【1 1 ：作了进一步展茸i 。 敛i 身 部分对指导、天心过本文作者的老师及朋友们表示感谢。 附录部分给出了攻唼硕士期问发表的论文情况。 参考文献部分列出了本文创作期间参考引用道的文献资料。 1 6 本文的研究成果 本文对基于gr s 的网络拓扑处理技术进行了研究和探讨，在网络拓扑成图和基于g i $ 的网络拓扑成图方面进fj 二了重点研究并依据研究的结果设计了一个原型系统。以第一作者 在全国计算机新科技与计算机继续教育论文集和计算机应用研究各发表文章一一篇， 以第三作者在计算机：i 程发表文章一篇( 见本文附录) 。 第6 页 1 1 所柏：技术人，川究小院j f ? ，沦之 第二章基于g ls 的网络拓扑处理系统的总体结构 d 于基于( j i s 的刚络拓扑处理技术是心用和服务f “系统管i 罩和网络管理”的，是 “系统管理j 州络件理”的部分，根据“系统管胖j 网络管理”集中与分向式相结合 的网络i ：理体系结构的要求，“i 扑处理部分也： j 要采川分和式的设计模式，a 分伽的基b j 卜进行集中的管理控制，包括拓扑发现技术、拓扑数捌存储与处理技术、系统控制与策略 处理技术、拓扑成斟技术。 2 1 基于g i s 的网络拓扑处理系统的应用背景 基于g i s 的列络拓扑处理技术是应用和恨务f “系统管理与网络管理”体系结构，该 体系结构是在认真分析、研究了国内外各种网络管理系统特点及系统管理和嘲络管理技术 发展趋势的基础一 ：提出柬的。i 割2 1 是综合系统管理与网络管理体系结构的图示。该体系 结构分为四层( 见艾献 8 ) ： ( 1 ) 被管设各联( m o l ：m a n a g e do b j e c li a y e r ) ：位| 最底层， b 多个网管代理( m a ) 和被管设备组成，姒嵌入被管设备中，被管设备的参数用m i b ( m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n b a s e ) 中的数据表示。m a 负责收集被管设备的信息和响应网元管理系统发过来的轮询信息， 同时还要在被管设备出现故障时产生t r a p 信息，向刚元管理系统发出告警。网络管理协 议包括s n m p 、基于o s i 的通用网络管理协议c p 、基于t c p 的t i j l 和基于t c p 的c l i 。 ( 2 ) 网元管理丘；( e m l ：n e t w o r ke 1 e m e n t a n a g e m e n tl a y e r ) ：由多个网元管理系统 ( n e m ) 组成。一个n e m 可以管理一个单一刚络如t c p i p 网络、电信网、卫星网或s d h 刚 等，一个n e m 也可以管理一个小型网络( 位世网校园网，i s p 等) ，此外，一个n e m 也 可以针对单一网管协议。网元管理系统提供基本网络功能如进行拓扑发现、m i b 浏览和 m i b 修改等。 ( 3 ) 网络管理层( n m l ：n e t w o r km a n a g e m e n tl a y e r ) ：由一个或多个综合管理系统( i n m ) 以及资源库和策略库组成。一个i n m 管理一个大型异构网络，跨多个管理域，支持多种网 管协议。i n m 能提供丰富的基于w e b 的网络管理功髓，并提供i n ma p 和通信服务，为应 用系统管理提供支持。 ( 4 ) 系统管理层( s m l ：s y s t e mm a n a g e m e n tl a y e r ) ：由多个应用系统管理代理( s m a ) 组成。每个应用系统对应一个s m a 。系统管理层还包含一个应用依赖性分析( a d a ) 。s m a 可设单独的资源服务库及目录服务库。 第7 页 国阶科产妓机人学研究t 院1 ；j ，沦丈 图1 1 综合系统管理与网络管理体系结构 根据这1 种体系结构，首先需要解决的关键技术问题之一基于g i s 的拓扑处理技术， 包括基于g i s 的拓扑发现技术、基于g i s 的拓扑显示技术和服务于二者的网络拓扑数据存 储与传输技术。 第8 页 国防科一了技术人 研究7 i 院1 f ? ，论艾 2 2 基于g i s 的网络拓扑处理系统的技术要求 2 2 1 基于g i s 的拓扑发现的技术要求 基叶( ；【s 的拓扑发现系统足“系统管理与网络管王 r 系统中的一个f 系统j e 基本技 术要求足： 基于二i p 网络进行三层拓扑发现，主要发现路器、予网和主机所构成的网络捂j 示其存存性，并给出路 h 器以及路由器i r j 的连接天系、子网与路由器的连接跫糸 以及主机与子网问的从属关系。 能综合利用简单网络管理| 办议( s n m p ) 、i n t ( _ , f n e t 控制报文协议( i c m p ) 、地址 解析协议( a r p ) 、路选择信息l 办议( r i p ) 等手段实现网络拓扑发现( 见丈献 ：9 ) 。 要求拓扑发现的时延少，拓扑发现的结果准确、完整，拓扑发现带束的额外阚绎 负载小 网络拓扑自动发现系统委 有可扩展性、可僻i 缩性，符合集中与分布式柏结合的 网管体系结构。 可以根据策略控制的要求，根据地域信息进行拓扑发现。 2 2 2 基于g i s 的拓扑数据存储与传输的技术要求 基fg 【s 的拓扑数据存储与处理技术主要实现拓扑数据的表示、数据存储和相天处珲 算法，其基本技术要求是： 实现阿络拓扑数据的描述和数据存储，对网络结点的描述要尽可能详尽，对网络 结点间的连接关系、层次关系的描述要准确详尽。 存储的信息要易于检索以及易于分析、处理，结构合理，占用空间少处理速度 快，扩充性好，能适应未来网络技术的进步。 能描述网络的空间分布特点，和g i s 系统的接口开放，可以和多种g i s 系统兼容。 能描述网络拓扑的时空变化，能适应拓扑显示演示网络拓扑时空变化的要求。 在分布式环境下，能提供速度快效率高的网络拓扑数据传输手段。 2 2 3 基于g i s 的拓扑成图系统的技术要求 基于g i s 的拓扑成图系统主要实现拓扑数据的提取、背景地理位置现实、按照网络结 构的拓扑成图和按照地理位置的拓扑成图，其基本技术要求是： 用户界面友好，操作简单。 第9 页 l j i ；j jf 技术人；：川芘1 - 院学何沦迁 采用的( ：i 、系统扩充r k 好，能适应作个j ，；次网络管理的嵩耍。 图形直观、准确的反映网络拓扑结构爿i l 网络结构清晰，裎示速度快。 同时提供按照列络结构显示和按照地p e 结构显示网络拓扑，并能方便的在二者之 i 剐切换。 能及时更新，1 戈时反映网络拓扑的，变化= 能让用j 、进行编辑和修1 f ，完善网络打；扑图。 能显示网络结点状态，并能对拓扑阁进行放大、缩小、转动等操作。 第1 0 页 2 3 基于g i s 的网络拓扑处理系统总体结构 根据“系统管理与网络管理”系统的总体结构以及基于g i s 的嘲络拓扑处理系统的技 术要求，我们设计的分布式网络拓扑自动发现系统包括：分布式拓扑发现部分、数据库部 分、拓扑数据传输处理部分、g 【s 支持组件、分靠式拓扑成图部分。 2 3 1 基于g i s 的网络拓扑处理系统总体结构 基于g i s 的网络拓扑处理系统总体结构如图2 2 n 示 图2 2 系统总体结构图 2 3 2 分布式拓扑发现部分 负责进行网络拓扑发现，并将相应网络的拓扑结构信息按照数据库定义的格式写入数 第1 l 页 旧l 圻f 、技术人。学 j j | ：宄乍院1 ：f j 沦史 土l i ：j 乍；川时- j 丽台进程 系统 ，礴0 j 策略控制) 交j ：，扶墩搜索范旧、刷新时叫等参数和 托i 扑发现策略。一+ 个拓扑发现锬块中实现了多种拓扑发观算泣。这就是说，“j 系统运f i 时， 町仪莸l ：默认的拓扑发现算法进 i 拓扑发现，也可根据川户选择的拓扑发现算法进仃拓扑发 观。，；外，用户可以指定拓扑搜索的范围。 2 3 3 数据库部分 f ，收从备嘲元管理丘；的局酃数据库中获得的拓扑化息，f 1 jj ：f i i 台的拓扑i 到5 a 爪，同时 还保存嘲络节点地理位置以及月t 空变化关系。 2 3 4 拓扑数据传输部分 负贞启动、停止后台拓扑发现进程，并传递指示参数给后台拓扑发现进程负责传输 从各网儿管理层的局部数据库中获得的拓扑信息并对拓扑数据集中处理。 2 3 5g i s 支持组件 g i s 支持组件在拓扑显示时，提供背景地理信息的显示闲此需要提供全地图的添加、 编辑、逻辑关系管理等操作。 2 3 6 分布式拓扑成图部分 分布式拓扑显示部分负责从数据库中读取数据，根据用广，的需求形成并显示网络拓扑 图，实现对图的编辑功能。同时在c - i s 组件的支持下提供背景地理信息的显示。 第1 2 页 第三章基于g i s 的网络拓扑发现技术 刚络拓扑发现在“系统管理与网络管理”系统的丌发中r 有举足轻重的地位，其技术 的研究具有i - 分重要的意义。本章在简要介绍网络拓扑结构的一般模型的基础e ，对现有 的网络拓扑发现技术作了一个综述，并探讨了基f - g ls 的拓扑发现技术及其特点。 3 1 网络拓扑结构的一般模型及路由选择算法 网络拓扑结构的一股模型如图3 1 所示 r 主机c j 路由器 二) 了划 图3 1 网络拓扑结构的一般模型 网络拓扑图的自动搜索实现，实际上是一个图的遍历过程。对于网络拓扑结构，路由 器、子网、主机等网络殴备可以认为是图中的结点。路由器结点是与子网和其他路由器结 点相邻的结点，而子网结点可以认为只与路由器结点相邻，至少与它的缺省路由器相邻。 如上图所示，各子网通过各自相邻的路出器与其他子网通信，这些子网可以是一个局域网， 也可以是某个局域网的一个子网。它们都连接到路由器的某个端口上。路由器的一个端口 可以连接一个子网，也可以与其他路由器直接相连。一个子网的某机器发送数据时，数 据包首先到达该子网的缺省路由器，缺省路由器检测数据包中的目的地址，根据其路由表 确定该目的地址是否在与自己相连的子网中，如果是，则把数据包直接发给目的地，否则， 转发给路由表中规定的下一跳路由器。这样，下一个路由器再进行类似处理，依次类推， 数据包将最终到达目的地( 见文献 1 0 ) 。 路由表是网络管理信息的重要来源，一个理想的路由表如下表所示( 见文献 1 1 ) ： 目的地址下一跳地址掩码 0 0 0 02 0 2 1 2 0 3 2 2 4 10 o o o 2 0 2 1 2 0 2 0 2 n 1 n9 5 4 2 5 5 2 5 5 2 5 5 0 第1 3 页 防科产坎术人。学l l j | = 宄，j 院1 学f 市眨文 2 0 2 1 2 0 6 1 1 12 0 2 1 2 0 6 1 3 62 5 5 2 5 5 2 5 5 2 4 0 2 0 2 1 2 0 6 17 62 0 2 1 2 0 6 2 3 6 2 5 5 2 5 5 2 5 5 2 4 0 2 0 2 1 2 0 6 2 2 42 0 2 1 2 0 6 2 3 82 5 5 2 5 5 2 5 5 2 4 0 2 0 2 1 2 0 8 02 0 2 12 0 8 2 5 42 5 5 2 5 5 2 5 5 0 2 0 2 1 2 0 1 0 o2 0 2 12 0 1 02 5 42 5 5 2 5 5 2 5 5 0 表3 1 典型的路由表结构 女上表所，正路由表中的每个条目都包含二个参鞋： 路由选择算法依据上述三个参量进行，算法如f ： 从数据报文中提取目的地i p 地址i d ： 根据路由表，计算目的地刚络的i p 地址 n ； j fi n 与直接连通的网络地址一致 传送数据报到网络上的目的地： e l s e f o r 对路由表进行循坏： 让t d 按位“与”掩码，得到结果为a d d r n e t ； 如果a d d r n e t 等于条目单的目的地址，则选择该路 由 发送数据报到规定的卜一跳地址 结束循环 如果没有发现一致的网络地址段，则报告路由选择错误 ( 见文献 1 2 ) 由路有选择算法决定了可以从路由表中得到网络拓扑的有关信息。 “。t3 2 拓扑发现的基本方法 现有的拓扑发现方法主要有以下几种： 使用s n m p 协议查询l 临近路由器的m i b 信息：包括路由器中的路由表、地址表信息 以及其他路由协议的相关信息( 见文献 1 3 ) 。 使用i c m p 的查询和差错报告报文：向网络上的所有设备发出i c m p 报文，根据应 答报文，判断目标网段中主机的活跃状态，并记录每个主机的i p 地址、所属网段 地址、状态等信息( 见文献 1 4 ) 。 利用t r a c e r o u t e 命令，确定一个包从源地址到目的地址的路由，得到路由设备自】 第1 4 页 1 4 防n ? 生术 、0 f ，i1 玩 ： i i 论史 f r , jj 生接天系， 处理本网段的a r p 心蒋报史，楸掘a r p 应答撤史，确定本网段活跃 机的地址， 并记录该主机的m a c 地址、状态等信息( 见文献 i5 ) 。 利用d n s “z o n etr a r i s f e r ”：大多数域名服务器通过“z o n et r a n s e r ”命令返 叫含有域内名声到冀ip 地址的绑定的列表文件的f l | j 本，可以发现域内的所l il ! f jl 和路由器( 见文献 【6 1 ) ， 侦听、接收网络上的r 【p 路由j “播信息，分析f i f ，1 、i t i p 2 中的路由可达性信窟 从i 而决定哪些、e 机是路i h 器，以及咳路由器连接的旧段信息。对f - r i p ! 协i 芷j 随接在5 2 0 端口侦昕接收：r i i 2 路山协议中增加了对组播的支持故先将管理! n 加入组播组中后，再接收r 【p 报丈( 见文献 1 7 ) 。 模拟o s p f 和b g p 协议的简，色功能，向o s p f 和b g p 的路由器主动建立键接，抉暇 路由信息( 见文献 1 8 ) 。 3 2 1 简单网络管理协议( s n i p ) s l p 是适用于互联网络没各的嘲络管理框架，主要基j 。t c p i p 协议栈，也可以在且 它协议栈七运行。它提供一组媾本的操作来监视和维护叵联网。s n m p 的体系结构分为s n i i 管理肯和s 、m p 代理者。基于s p 的网络管理层次结构如图3 2 所示( 见文献 1 9 j ) 。 管理系统 皱管系统 图3 2 基于s n m p 的网络管理层次结构 s n m p 包含三个组成部分s m i ( 管理信息结构) 、m i b ( 管理信息库) 和协议。其中， 管理信息结构是管理信息库中的对象定义和编码( 以便通过协议传输) 的基础：管理信息 防十。 1 j - 点术人 i j l 冗e 院丫论立 j j 定义丁呵以通过网络铝删怫议进fj ：访问的管理埘象的集合，为每个埘象蜕阱jr i 体的列 象实例，并为每个实例绑定了一个值：s n m p 协议足勾网络管理服务而定义的应用防议，刚 络管理站和代理进程l 日j 的管理信息的交换就是通过s n m p 侨议进行的。利川s n m p 挑议，刈 网络设备状态的临视t 要通过查淘代理m 【b 中相心对象的值来完成。代理电会发出些陷 阱( t r a p ) 柬通知管理盈i zf 见文献 2 0 1 ) 。 s n m p 采刖轮询和事件班动两种访问方法。s | v l 使用基本的丘种通f i 原浯碍到管删 信息。这五种基本原语是：( ：t t r e q u e s t ，g e t - n e x i - r e q u e s t ，s e t - r e q u e s t ，g e 卜r e s p o n s e ， 1 r a p 。m a n a g e r 用g e t r e q u t 、sc 从a g e nl 取回某些变量的值；用g e t n e x t - rl ) q u e s t 从a g e n i 舣叫某变量的f 一个变量的直：用s el r e q u e s t 砹置或改变a g e n t 上某变逯的取值。a g e n i 向m a n a g e r 发送应答g e t r l - s p o n s e ：通过t r a p 向m a n a g e r 报告某一异常事件的发生。s n m p v 2 增加了两个通信原语：g e tb u 【k r e q u e s t i n f o r m r e q u e s t 。g el b u l k r e q u e s t 使| 办议操f 1 能更有效的提取大批曼的管理数掘；in f o r m r e q u e sr 由s n m p v 2 中的一个管i 里器发布，刖f 与另一个具有相同功能的s 、j m p v 2 管理器交换网络管理信息，恢原语最主要的功能是提供 了分布式的snmp 管理能力。 在s n m p 中信息按照s n m p 消息的形式在一个管理站和一个代理之间进行交换，每个 消息包括一个指明s n m p 版本的版本号，一个用于安全性的团体名字，以及七种怫议数引 单元中的一种。这些协议数据单元，我们称为p d u ( 见文献 2 1 ) 。 ge t r e 4 u e t 、o e t n t x t re q ；t 、se r r t q u es t 图3 3 基本原语的p d u 格式 基本上来说，p d u 格式都由p d u 类型、请求i d 号、变量域和其它几个方面来组成。上 图是五种基本原语的p d u 格式。另外，g e t b u l k r e q u e s t 消息