（计算机软件与理论专业论文）基于移动代理的网络拓扑发现技术的研究.pdf

南京邮电大学硕士研究生学位论文中文摘要 中文摘要 随着f n t e m e t i n t r a n e t 的迅猛发展，网络结构日趋复杂，各种应用服务不断增多，网络 规模也随之不断扩大，得到一个完整准确的网络拓扑结构图对于网络管理、网络优化、定 位故障等应用越来越重要。国内在网络拓扑发现技术方面的研究仍处于初级阶段，因而必 要性和紧迫性不容忽视。 移动代理技术是随着t n t e m e t 的发展而出现的一种新兴技术，它较好的适应了i n t e m e t 的特点，有效简化分布式系统的设计、实现和维护。由于移动代理具有移动性、智能性、 灵活性等优点，它在电子商务、网络管理、移动计算、i n t e m e t 信息的智能检索等方面都 有较好的应用前景，对移动代理技术的研究正成为学术界和工业界的热点之一。 本文将移动代理这一分布式计算技术引入到网络拓扑发现领域，提出了基于移动代理 网络拓扑发现算法，这种算法以t c p i p 网络管理体系为依托，将各种可以利用的协议和 移动代理的特性有机地结合起来，旨在发现速度和发现准确度上有更高的要求。它与传统 的面向协议的方法不同，它是一种面向过程的方法，分层次的获得网络拓扑，该方法与网 络分层结构相一致，能更好地体现网络层次。基于移动代理的网络拓扑发现方案不同于以 往的拓扑发现算法，它体现了集中与分布的统一，适合于当今在地理上越来越分布的网络 环境，具有很好的实用和研究价值。 本文首先概述了网络管理技术，接着较为系统地分析、总结了一些拓扑发现方法，随后 介绍了代理的特性，分类以及系统构成，并给出基于移动代理的网络拓扑发现算法，最后 阐述了拓扑发现系统的具体设计与实现，验证了此方案的可行性。 关键词：移动代理，拓扑发现，网络管理，简单网络管理协议 南京邮电大学硕士研究生学位论文 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fi n t e r n e t i n t r a n e ta n dt h ew i d ea p p l i c a t i o n so ft h en e t w o r k , t h en e t w o r k s t r u c t u r ei sb e c o m i n gc o m p l i c a t e da n dt h en e t w o r ks c a l ei se x t e n d e dr a p i d l y t h e r e f o r e ，i t sm o r ea n dm o r e i m p o r t a n tt og e tac o m p l e t ea n da c c u r a t et o p o l o g ys t r u c t u r em a p ，w h i c hi su s e di nt h e s ef i e l d ss u c ha s n e t w o r km a n a g e m e n t , n e t w o r ko p t i m i z a t i o na n dt r o u b l es h o o t i n g t h er e s e a r c ho nt o p o l o g yd i s c o v e r y t e c h n i q u ei si ni t si n f a n c yi no u rc o u n t 毋, s oi t sv e r yn e c e s s a r yt oc o n s i d e rt oi t sn e c e s s i t ya n du r g e n c y m o b i l ea g e n tt e c h n o l o g yi san e wt e c h n o l o g yw h i c hg r o w sw i t ht h ed e v e l o p m e n to ft n t e m e t i ti s s u i t a b l ef o rt h ec h a r a c t e r i s t i c so fi n t e r a c ta n dc a ns i m p l i f yt h ed e s i g n ，i m p l e m e n t a t i o na n dm a i n t e n a n c eo f t h ed i s t r i b u t e ds y s t e m se f f e c t i v e l y b e c a u s eo ft h ec h a r a c t e r i s t i c so fm o b i l i t y , i n t e l l i g e n c ea n df l e x i b i l i t yo f m o b i l ea g e n t , i th a sap r o m i s i n gf o r e g r o u n di ne l e c t r o n i cc o m m e r c e ，n e t w o r km a n a g e m e n t ，m o b i l e c o m p u t i n g , i n t e l l i g e n ti n f o r m a t i o ns e a r c h e so f t h ei n t e r a c t t h er e s e a r c ho nt h et e c h n o l o g yo fm o b i l ea g e n ti s b e c o m i n gt h eh o t s p o ti nt h ea c a d e m i aa n di n d u s t r y t h i sp a p e ri n t r o d u c e sm o b i l ea g e n tt e c h n o l o g yi n t ot h ef i e l do fn e t w o r kt o p o l o g yd i s c o v e r ya n dp u t s f o r w a r da na l g o r i t h mo fn e t w o r kt o p o l o g yd i s c o v e r yb a s e do nm o b i l ea g e n t t h ea l g o r i t h mi n t e g r a t e sv a r i o u s o fa v a i l a b l ep r o t o c o l sw i t hc h a r a c t e r i s t i c so fm o b i l ea g e n t ，w h i c hc a ne n h a n c et h es p e e da n da c c u r a c yo f n e t w o r kt o p o l o g yd i s c o v e r y d i f f e r e n tf r o mt h et r a d i t i o n a lm e t h o d sw h i c ha r ep r o t o c o lo r i e n t e d ，t h e a l g o r i t h mb a s e do nm o b i l ea g e n ti sp r o c e s so r i e n t e d i ti st h es a m e 弱t h en e t w o r ka r c h i t e c t u r e t h e r e f o r ei t c a nh e l pi n c a r n a t en e t w o r kl a y e r s t h i ss c h e m ei sd i f f e r e n tf r o mt h et r a d i t i o n a lt o p o l o g yd i s c o v e r y a l g o r i t h m s ，w h i c hi su n i f yo fc e n t r a l i z a t i o na n dd i s t r i b u t i n g i ti s a l s os u i t a b l ef o rn e t w o r ke n v i r o n m e n t w h i c hi sm o r ea n dm o r ed i s t r i b u t e dg e o g r a p h i c a l l y , f r o mt h e s ei tc a nb es e e nt h a tt h es c h e m eh a sp r a c t i c a l i t y a n dr e s e a r c hv a l u ev e r ym u c h f i r s t l y , t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h et e c h n o l o g yo fn e t w o r km a n a g e m e n t t h e na l l a r o u n dc o m p r e h e n s i o n a n ds y s t e m i cc o n c l u s i o no fn e t w o r kt o p o l o g yd i s c o v e r yt e c h n i q u ei s g i v e n s e c o n d l yi td e p i c t st h e c h a r a c t e r i s t i c ，c l a s s i f i c a t i o no fa g e n t a n di ta d v i s e sa na l g o r i t h mo fn e t w o r kt o p o l o g yd i s c o v e r yb a s e do n m o b i l ea g e n t l a s t l y , i td e s i g n sa n db u i l d sa ni n s t a n c eo fn e t w o r kt o p o l o g ys y s t e mt op r o v et h ef e a s i b i l i t yo f t h ep r o p o s a l ， k e yw o r d s ：m o b i l ea g e n t ，t o p o l o g yd i s c o v e r y , n e t w o r km a n a g e m e n t ，s n m p i i 南京邮电大学硕士研究生学位论文 缩略词 缩略词 缩略词英文全称译文 避 a d r e s sr e s o l u t i o np r o t o c o l 地址解析协议 a sa u t o n o m o u ss y s t e m 自治系统 c o r b ac o m m o no b j e c tr e q u e s tb r o k e r公共对象请求代理体系结 a r c h i t e c t u r e构 d n sd o m m nn a m es y s t e m s域名系统 f d d if i b e rd i s t r i b u t e dd a t ai n t e r f a c e光纤分布式数据接口 队b i n t e r n e ta r c h i t e c t u r eb o a r di n t e m e t 体系结构委员会 i c m pi n t e m e tc o n t r o lm e s s a g ep r o t o c 0 1 因特网信息控制协议 l a nl o c a la r e an e t w o r k局域网 队pm o b i l ea g e n tp l a t f o r m移动代理平台 m c c m o b i l e tc o n t e x tc o n t a i n e r 移动代理上下文环境 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 o m g o b j e c tm a n a g e m e n tg r o u p对象管理组织 o s p f o p e ns h o r t e s tp a t hf i r s t开放最短路径优先协议 砒pr o u t ei n f o r m a t i o np r o t o c o l路由信息协议 s n m p s i m p l en e t w o r km a n a g e m e n tp r o t o c o l简单网络管理协议 s g m p s i m p l eg a t e w a ym o n i t o r i n gp r o t o c o l简单网关监控协议 w a nw i d ea r e an e t w o r k广域网 v l a n v i r t u a ll o c a la r e an e t w o r k 虚拟局域网 - 7 7 - 南京邮电大学硕士研究生学位论文图表清单 图表清单 图2 1 网络管理发展阶段图9 图2 2 局域网常见的几种拓扑结构图1 2 图2 3 网络拓扑与网络测量及行为分析示意图1 3 图2 - 4s n m p 的功能结构1 4 图2 5s n m p 的五种基本操作1 5 表2 1 拓扑算法比较表1 9 图3 1 代理分类2 l 图3 2 代理的三维分类方法2 1 图3 3 移动代理一般体系结构2 3 图3 - 4 移动代理的生命周期2 6 图3 5 移动代理系统参考模型2 7 图3 - 6 基于移动代理的网络管理系统体系结构3 4 图4 1 网络拓扑结构的一般模型3 9 图4 2i n t e m e t 抽象图。3 9 图4 3 深度优先搜索生成树4 l 图4 - 4 多i p 路由器示意图4 1 图4 - 5 不合法子网可能结构4 2 表4 1i p n e t t o m e d i a t a b l e 对象4 3 图4 - 6 直连判定问题示意图4 4 图4 7 层次化前后算法性能参数采样5 2 图5 1m a p 平台的系统架构5 6 图5 2m a p 的安全架构流程5 7 图5 3 实验环境示意图5 8 图5 4 基于智能代理的网络拓扑发现系统的总体结构图6 0 图5 5 基于智能代理的网络拓扑发现模型示意图6 1 图5 - 6 模块用例图6 2 7 8 南京邮电大学硕士研究生学位论文图表清单 表5 1d i s c o v e r a g c n t 类的摘要说明。6 3 表5 2h o m e a g e n t 类的摘要说明6 4 图5 - 7 用于子网拓扑发现的代理流程图6 4 图5 8 巡行代理工作流程6 5 图5 - 9 代理对象类图6 6 图5 1 0 主机表的结构示意图6 6 表5 3 工具栏包含的按钮及功能说明。6 7 图5 1 1 系统界面分区及介绍6 8 图5 1 2 系统登录对话框6 8 图5 1 3 点击t o p ov i e w e r 显示的拓扑图6 9 图5 1 4 系统对发现失败节点的处理6 9 图5 1 5 每个被发现节点的右键菜单包含丰富的信息及选项7 0 图5 1 6 通过右键菜单可以查看被管节点的性能信息7 0 7 9 南京邮电大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个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或撰写过的研究成果，也不包 含为获得南京邮电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 明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：日期： 南京邮电大学学位论文使用授权声明 南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留 本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权 南京邮电大学研究生部办理。 研究生签名：导师签名：日期： 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章引言 1 1 课题背景 1 1 1 背景技术 第一章引言 近几年来，计算机网络的发展异常迅猛。特别是随着国际互联网i n t e m e t 的不断推广 应用，计算机网络越来越成为人们所关注的全球性热点之一。计算机网络的使用越来越广 泛，用户对网络的依赖也越来越大d 网络管理系统作为网络的重要组成部分，是保证网络 高效、可靠、经济和安全运行的重要支撑手段。它寻求最大限度地增加网络的可用时间， 提高网络设备的利用率、网络性能、服务质量和安全性，简化多厂商混和网络环境下的管 理，控制网络运行成本，提供网络的长期规划。许多网络特性的提供和使用，在很大程度 上取决于相应的网络管理系统的能力和质量。网络管理对网络的发展有着重大的影响，并 成为了现代信息网络中最主要的问题之一，它的重要性已经在各个方面得到体现，并为越 来越多的人所认识。实践证明：管理好一个网络要比架设一个网络更加重要且更加困难。 移动代理技术是随着i n t e m e t 的发展而出现的一种新兴技术，它较好的适应了t n t e m e t 的特点，有效简化分布式系统的设计、实现和维护。一般来讲，移动代理是指一段独立的计 算机程序，它按照一定的规程，能够自主的在异构的网络上移动，代表用户完成特定的任 务。移动代理的优势主要有两点：一方面，它实现了计算向所需资源的靠拢，这可以节省 网络的带宽并具有异步功能；另一方面，允许程序动态发布到主机。由于移动代理的诸多 优点，它在电子商务、网络管理、移动计算、t n t e m e t 信息的智能检索等方面都有较好的应 用前景，对移动代理技术的研究正成为学术界和工业界的热点之一。 1 1 2 网络拓扑与网络管理的关系 网络拓扑对网络管理、网络规划非常有用。例如，网络故障、流量瓶颈等重要信息能 直接显示在网络拓扑上，这样网络管理员对当前的网络状况就有一个清楚的认识，对哪里 发生了故障一目了然。如果网络拓扑上显示一条链路总处于满负荷传输状态，那么扩大该 条链路的容量对提高网络性能将有很大帮助。此外，网络拓扑对网络仿真也十分重要，要 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章引言 仿真能否在现有网络上新开放一种应用，必须首先有正确的网络拓扑。如果发现的不正确， 将会导致网络管理的失败。例如，没有发现路由器，就无法对路由器进行管理：错误发现 一条关键连接，可能会导致流量控制的失败。所以可以正确的网络拓扑发现是进行网络管 理的基础。拓扑发现收集到数据后，关键数据不仅要求正确显示，还需要界面友好，操作 方便。这能大幅度提高网络管理的效率。 网络拓扑发现是网络管理功能的基本组成部分之一，也是衡量商业网络管理系统成败 的尺度。拓扑发现在搜索网络瓶颈，解决交通拥塞，排查潜在的致命点，增强网络连接性 和网络升级方面都是至关重要的。另外，拓扑发现还可以用于实时网络仿真和帮助新用户 决定从何处切入网络以获得最大带宽，对开发新型网络协议和算法也是很有利的。 获得网络拓扑的最简单的方法莫过于让管理员根据实际网络手工绘出其拓扑，但现在 网络越来越复杂，越来越庞大，并一直在膨胀，而且实体在网络中担负的功能也越来越复 杂，要跟踪这样一个网络需要花费很多时间或精力，而且网络一旦有所改变所有工作必须 重做。网络拓扑自动发现也是基于这个原因发展起来的。 总的来说拓扑发现丰要提供以下几个方面的应用： 1 宏观发展网络布局以及辅助网络管理。 2 仿真模拟网络环境、协议设计与评价提供研究基础。 3 为拓扑结构相关的算法的性能改进提供依据。 4 帮助选择多镜象服务器的位置及i s p 。 5 通过大范围内进行网络监测，评估网络性能，监测网络异常，协助分析大规模网 络自动攻击的发起范围、控制病毒的传播范围，并协助进行故障隔离，为防范大 规模攻击提供研究平台和预警手段，加强对网络的宏观控制能力。 6 为网络流量工程及网络行为学的研究提供基础依据。 1 1 3 国内外在本领域的研究现状 国外的网络拓扑发现研究起步早，投入大。随着s n m p ( 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 ，简单网络管理协议) 的广泛使用，许多公司采用s n m p 进行网络拓扑发现，开发 了一些高性能的网络管理平台。这些软件包括美国的h p 公司开发的o p e n v i e wn e t w o r k n o d em a n a g e r ( n n m ，网络节点管理器) ，a c t u a l i t 的o p t i m a ls u r v e y o r 、i b m 的n e t v i e w 和 s u n 公司的s u n n e t m a n a g e 。其中，h po p e n v i e w 的n n m 在国内较受欢迎。 起初，网络拓扑发现集中于对第三层设备及连接的发现。随着网络的不断扩大、交换 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章引言 机在网络中大量使用以及网络管理要求的不断提高，许多公司认识到第二层拓扑发现( 物 理网络拓扑发现) 的重要性。h p 即o p e n v i e w 的n n m 6 0 、c a 的n e t w o r k l t 与f l u k e 公司的最新产品m a p s h o t 加入了这一功能。另外一些设备制造商也加入了这一行列，c i s c o 制定的c i s c od i s c o v e r yp r o t o c o l ( c d p ) ，但这种方法基于厂家相关的产品，不具有通用性。 贝尔实验室的b r e i t b a r t 等与c a r n e g i em e l l o nu n i v e r s i t y 的b r u c el o w e k a m p 等分别提出 了各自基于地址转发表的第二层连接确定算法。b r e i t b a r t 算法主要通过查询桥地址转发 表确定物理拓扑。b r u c e 的算法主要解决在一个广播域内出现使用集线器连接交换机这类 特殊的拓扑问题。 包括h p 及c i s c o 在内的开发网络管理平台的大部分公司，对网络拓扑显示都有研究。 此外国外较有名的软件是o t t e r ，只要能在指定文件中按一定格式提供网络节点和连接信 息，o t t e r 便能显示任意一个大型网络。b r a d l e yh u f f a k e r ，e v in e m e t h ，kc l a f f y 等人 在这方面进行了深入讨论。 国内在网络拓扑发现和显示领域起步相对较晚。到现在为止，亦取得了一些成果。上 海金桥网络工程中心开发了在w i n d o w sp c 平台上使用的网络管理软件g o l d v i e w 。该软件 基于简单网络管理协议s n m p ( s i m p l en e t w o r km a n a g e m e n tp r o t o c 0 1 ) 实现对t c p i p 网络 的拓扑发现。能实现对第三层设备及连接关系较正确地发现并以逻辑图的方式显示。然而， 由于各种原因，该软件在国内未能推广使用。 国内也有不少大学开展了拓扑发现算法的研究馏。，并已用于商业网管软件中，但迄今 为止，软件产品在拓扑发现方面对局域网，小型网的拓扑发现较好，对于现代大型异构网 络，自动拓扑发现仍是一项挑战。 对于当今复杂的网络状况，需要一种有层次的、分布式的方法去进行拓扑发现，要利 用分布式的计算技术，结合计算机协同工作的手段，设计出既能够有效地监控网络状况、 及时地进行拓扑发现以获得拓扑信息，又合理使用网络资源，避免无谓的人力和网络资源 的浪费。 分布式计算是一种把需要进行大量计算的工程数据分割成小块，由多台计算机分别计 算，在上传运算结果后再统一合并得出数据结论的科学。 1 2 课题来源及本人工作 本文所涉及的课题主要来源于国家自然科学基金项目“基于安全的移动代理的新一代 分布式信息网络管理关键技术的研究”( 项目编号7 0 2 7 1 0 5 0 ) 和寰震信息科技( 苏州) 有 一3 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章引言 限公司项目：“m a p 平台的测试和功能修补方案。 本人所做的工作可陈述如下： ( 1 ) 研究了网络管理的目的，任务和各功能模块的作用。 ( 2 ) 对于网络管理的基础功能之一一拓扑发现功能做了详细的介绍，并对现在的比较 流行的几种拓扑发现技术做了分析、比较。 ( 3 ) 结合现有的网络管理协议和网络拓扑发现策略，将移动代理这一分布式计算技术 引入到网络拓扑发现领域中来，提出了基于移动代理的网络拓扑发现算法，采用分层的面 向过程的思想获取网络拓扑结构，设计了六种功能代理。 ( 4 ) 对寰震信息科技有限公司所开发的移动代理平台m a p 的六大功能模块进行了功 能测试、压力测试、例外测试等工作，对移动代理的功能结构理解非常深入。 ( 5 ) 利用实验室所提供的条件，采用v i s u a ls t u d i o n e t 开发环境，在m a p 平台上开发 了基于m a p 平台的网络拓扑发现系统，取得了较为理想的实验效果。 1 3 本文组织 全文共分六个章节，内容组织如下： 第一章：引言。概述了网络管理在网络发展过程中的重要性，网络拓扑发现对于网络 管理的重要意义，说明了本人在该课题中所进行的理论研究和所做的实际工作，并列出了 本文的内容结构。 第二章：网络拓扑发现技术综述。介绍了网络拓扑发现所属领域网络管理的定义、 目标、内容、功能和网络管理技术的发展。对网络拓扑发现技术作了较为系统的阐述和总 结，包括网络拓扑发现的概念，对象，发现粒度，作用及意义等，还介绍了网络拓扑结构 的类型，并总结了当前较为常用的拓扑搜索方法，例如s n m p ，i c m p ，a r p ，d n s ，r i p 和o s p f 等，对这些搜索技术进行了分析比较，指出了其优点以及存在的缺点和不足，这 些知识是本文的理论及其算法实现的基础。 第三章：移动代理技术的研究。介绍了代理的定义和分类，移动代理的定义，结构， 特点及关键技术，多代理系统的概念和特点，最后介绍了移动代理在网络管理中的应用以 及所体现的优势。 第四章：基于移动代理的网络拓扑发现算法。对待求拓扑网络建立模型，采用移动代 理技术，给出了分层的快速网络拓扑发现方法。 第五章：原型系统的设计与实现。本章主要介绍了基于移动代理的网络拓扑发现原型 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章引言 系统的设计和实现。首先就原型系统的底层m a p 平台做了功能和系统架构方面的介绍；然 后做了系统的总体结构设计：最后介绍了系统的体系结构的详细设计和实现过程，并给出 了系统的运行结果。 第六章：总结与展望，总结了本文所作的工作，并对该课题进一步研究的重点方向进 行展望。 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章网络拓扑发现技术综述 第二章网络拓扑发现技术综述 随着网络规模的膨胀和复杂度的增加，网络管理在今天的网络环境中起着愈发重要的 作用了【3 j 。网络测量是现有网络管理技术的有力补充。如通过网络测量建立网络的业务模 型( s e r v i c em o d e l s ) 管理网络，也可提供对s l a ( s e r v i c el e v e la g r e e m e n t ，服务等级协议) 的管理。又如通过测量发现并改正病态路由，对网络选路制定策略，在网络破坏后的网 络资源自组织等。检测网络是否被他方探测、识别探测者身份和探测意图( 即是入侵探 测，i n t r u s i o nd e t e c t i o n ) 的网络安全管理领域的重要问题之一，实际上是网络测量( 探测) 与反测量( 探测) 的斗争过程。一个好的网络管理系统首先就是要掌握整个管理网络的拓扑 结构，因此作为网络管理的重要组成部分的网络拓扑发现对于异构的、多样的和多变的网 络来说日益显示出其重要性。通常网络的拓扑是通过工具由网络管理员输入到网络管理系 统中的，这对于一个规模小且变化少的网络还是可以的。但是对于一个规模较大的网络， 网络的拓扑结构经常在发生一些变化。这时还采用手工的方法已经不太现实了，所以迫切 需要一个方法能够自动生成网络的拓扑结构并且动态的反映网络的拓扑变化情况。 本章首先概述了网络拓扑发现所属的技术领域一网络管理技术，介绍了网络管理的定 义、目标、内容功能和网络管理技术的发展，然后较为系统的阐述和总结了网络拓扑发现 技术的概念、对象、粒度、类型以及作用，综述了当前主要的拓扑搜索方法，并给出了评 价。 2 1 网络管理技术概述 2 1 1 网络管理的定义和目标 网络管理作为一项管理活动，是管理控制一个复杂的网络，响应用户管理请求，使得 网络应用具有最高的效率的过程。它包括初始化，网络活动的监测和改变网络行为等管理 功能。这一过程可以简单描述为：网络管理系统首先要初始化各个被管网络系统( 配置管 理) ，如果没有发生错误，被管网络系统进入运转阶段，网管系统进行数据收集一自动地或 通过管理者手动方式进行数据处理，监视这些被管网络的性能、是否有故障发生等，再把 数据提交给管理员，为网管员提供网络系统的实时的运行状态显示，同时也为故障的诊断 6 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章网络拓扑发现技术综述 提供依据。其他工作还包括分析数据并提供解决方案，甚至可能不需要打扰管理员而自动 处理一些情况，进一步还可以产生对管理员管理网络有用的报告。 简单说来，网络管理就其本质是指实时的网络监测和控制。网络管理人员通过监测获 取网络信息，通过控制改变网络的状态。其中，监测是手段，控制是目的。二者相互配合， 使得网络在不利的情况下( 如阻塞、链路故障等) 仍可以或最大可能地运行在最佳状态。 网络管理的基本目标是保持网络正常、经济、可靠和安全地运行，满足用户对网络的有效 性、可靠性、开放性、综合性和经济性的要求。 2 1 2 网络管理的内容 现在网络管理的内容通常用0 a m & p 来概括。 运行( o p e r a t i o n ) ：针对向用户提供的服务而进行的、面向网络整体进行的管理， 如用户流量管理、对用户的计费等。 控制( a d m i n i s t r a t i o n ) ：针对向用户提供有效的服务、为满足q o s 要求而进行的管 理活动。如对整个网络的管理和网络流量的管理。 维护( m a i n t e n a n c e ) ：针对保障网络及其设备的正常、可靠、连续运行而进行的管 理活动，如故障的检测、定位和恢复，对设备单元的测试。 提供( p r o v i s i o n ) ：针对网络资源的服务准备而进行的管理活动，如安装软件、配 置参数等。 由此可见，网络管理的复杂性取决于网络资源的数量和种类。 2 1 3 网络管理的功能 网络管理的基本功能包括故障管理、配置管理、性能管理、安全管理和计费管理等五 个方面，它们分别完成不同的网络管理功能。 1 、故障管理 故障管理是检测和确定网络环境中异常操作所需要的一组措施，其目的是保证网络能 够提供连续可靠的服务。无论故障是短暂的还是持久的，都可能导致网络系统未能达到运 行指标。故障管理措施通过检测异常事件来发现故障，通过日志记录故障情况，根据故障 现象来采取相应的跟踪、诊断和测试措施。 2 、配置管理 配置管理初始化网络，以使其提供网络服务，并要有足够的手段支持网络设备、结构 7 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章网络拓扑发现技术综述 和环境的调整或改变，以使网络更有效地工作。配置管理的目的是实现某个特定功能或使 网络性能达到最优。这包括设置开放系统中有关路由操作的参数、被管对象和被管对象组 名字的管理，初始化或关闭被管对象，根据要求收集系统当前状态的有关信息，获取系统 重要变化的信息，更改系统配置等。配置管理功能至少包括：识别被管网络的拓扑结构； 标识网络中的各个对象；自动修改指定设备的配置；动态维护网络配置数据库等。本论文 研究的拓扑发现就属于配置管理的范畴。 3 、性能管理 性能管理涉及到网络通信信息的收集、加工和处理等一系列活动，其目的是保证在使 用最少的网络资源和具有最小的延迟的前提下，网络提供可靠、连续的通信能力，并使网 络资源的使用达到最优化。性能管理监视和分析被管网络及其所提供服务当前状态的数据 信息，估计系统资源的运行状况及通信效率等系统性能。性能分析的结果可能会触发某个 诊断测试过程，根据结构重新配置网络或改变系统操作模式以保持网络的良好性能。性能 管理的具体内容包括：从被管对象中收集与网络性能有关的数据；分析和统计历史数据； 建立性能分析的模型；预测网络性能的长期趋势，并根据分析和预测的结果，对网络拓扑 结构、某些对象的配置和参数进行调整，逐步达到最佳。如果需要做出的调整较大时，还 要考虑扩充或重建网络。 4 、安全管理 网络中主要有以下几大安全问题：网络数据的私有性( 保护网络数据不被入侵者非法 获得) ，授权( 防止入侵者在网络上发送错误信息) ，访问控制( 控制对网络资源的访问) 。 相应地，网络安全管理需要提供鉴别、授权和访问控制等安全方面的管理，并维护和检查 安全日志。安全管理负责提供一个安全政策，根据安全政策确保只有授权的合法用户可以 访问受限的网络资源。安全管理有两层含义：( 1 ) 网络安全管理要保证网络用户和网络资 源不被非法使用，( 2 ) 网络安全管理要确保网络管理系统本身不被未经授权的访问。网络 安全管理的主要内容包括：与安全措施有关的信息分发( 如密钥的分发和访问权设置等) ， 与安全有关的事件通知( 如网络有非法侵入、无权用户对特定信息的访问企图等) ，安全 服务设施的创建、控制和删除，与安全有关的网络操作事件的记录、维护和查阅等日志管 理工作等。 5 、计费管理 计费管理记录网络资源的使用，目的是控制和检测网络操作的费用和代价。它对一些 公共网络尤为重要。它可以估算出用户使用网络资源可能需要付出的费用和代价，以及已 经使用的网络资源。计费管理的根本依据是网络用户使用网络资源的情况，例如信息传输 r 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章网络拓扑发现技术综述 量、占用线路的时间等统计量。一个网络管理系统必须记录这些信息，并选择一种用户可 接受的计费方法。对于商业化的计算机网络，计费系统还要包含更多、更详细的计费信息， 如每次通信的开始时间、结束时间、通信中使用的服务等级、通信中传送的信息量等。 2 1 4 网络管理技术的发展 在计算机网络迅猛发展的过程中，计算机网络的管理技术不断地取得突破性的进展， 形成了一个个颇具特色的里程碑。计算机网络系统的管理技术大致可以分成四个阶段：基 于专业网络系统的管理，基于通信网络设备的管理，基于综合网络系统的管理和基于分布 式综合智能系统网络管理阶段，如图2 1 所示。 基于专业网络的f队f 基于通信网络设fhi 基于综合网络系l卜i 基于分布式综合智能 6雠9-19(19691 9 8 8 ) 吲( 1 锄9 8 8 - 卸2 0 0 0 ) 引( 躺2 0 0 0 管- 弓冽网镳尹理少l( yi )lyi( 未来) 图2 - l 网络管理发展阶段图 1 基于专业网络的管理 专业网络管理的时间起始阶段是1 9 6 9 年( a r p a n e t 诞生) 1 9 8 8 年( s n m p v l 版本 颁布) 。这段时间处于网络新技术( 如以太网、令牌总线网等) 、新标准( 8 0 2 系列，o s i 标准，c c i t t 制定的网络互连标准等) 的形成阶段。计算机网络系统的管理随之呈现多 样性、专业性和隔离性。当时的网络体系结构有a r p a n e t 的t c p i p ， n o v e l ln e t w a r e 的i p x s p x ，i b m 的s n a 等，它们都有自己的管理系统。这些网络结构规模小，复杂性 低，所以一个简单的专用网络管理系统就可以满足网络正常工作的需要。但是由于形成的 网络基本上都是独立的专用网络，因此互通几乎是不可能的。 2 通信网络设备的管理阶段 本阶段是从1 9 8 8 年2 0 0 0 年，甚至更长一段时间。这一阶段的代表是基于简单网络管 理协议的网络管理体系结构。 s n m p 只强调网络管理协议，所以厂商可以很自由地重构它们现有设备参数，建立私 有管理信息库，从而解决了不同厂商设备间的信息交换，支持开放的多厂商网络管理。 s n m p 实现简单、速度快、系统开销少、产品实用性好，具有相当优势。目前，s n m p 已 成为网络管理领域中事实上的工业标准，并在企业网络中被广泛支持和应用。大多数网络 管理系统和平台都是基于s n m p 的体系结构。目前的网络管理平台以h p 公司的0 p e n v i e w ， i b m 公司的n e t v i e w 为代表性。 通信设备管理阶段的特点：采用集中式网络管理体系结构和s n m p 网络管理协议；管 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章网络拓扑发现技术综述 理的对象主要是针对网络互连设备如路由器，交换机，集线器等，目前管理的对象又向打 印机，u p s 等进一步拓展。 3 综合网络系统的管理 综合网络系统的管理作为新兴的系统管理阶段，是从2 0 0 0 年以后出现的。目前已经 出现了为数不多的系统管理软件产品，但总体仍处于前期研究和摸索阶段。 在前两个阶段中，对网络管理的研究主要集中在网络管理协议上面。经过大量的工程 实践，人们认识到，网络管理协议仅仅是网络管理中的一部分，仅对网络管理协议进行研 究，不对网络管理的其他部分进行研究是不能有效解决网络管理研究、开发、建设和使用 中面临的问题。 系统管理阶段是网络管理发展的必然选择。随着通信网络质量的不断提高，应用服务 的不断增加，网络规模的日益扩大和复杂，原来的基于s n m p 的网络管理解决方案越来越 ： 不能满足网络发展的需要。如何能在管理好通信网络的基础之上，管理好数据库、操作系 统、应用程序等服务? 如何能摆脱s n m p 的集中式的管理策略转向分布式的管理策略? 如 何减少人为的干预，形成自动的、智能的网络管理系统? 这些网络管理方面的课题迫切地 需要解决。因此将网络互连设备、数据库、操作系统、应用程序不再孤立隔开，而进行综 合集成是系统管理的一个关键研究内容。目前的综合网络管理的产品有c a 公司的 u n i c e n t e rt n g t n d ，i b m 公司的t i v o l it m e l 0 等。 综合网络管理系统的特点：分布式分层式网络体系结构；网络互连设备和网络应用程 序集成；多种网络管理协议的集成。 4 分布式综合智能网络系统的管理 分布式综合智能网络系统管理是未来计算机通信网络系统管理的发展方向，而且它会 突破网络系统的范围，和其他系统管理技术结合，这一阶段是管理的集大成者，它应是可 以满足各种网络通信系统( 基础建设) 、各种复杂应用系统( 应用手段) ，不同企业经营方 式( 管理者一人) 的全球管理策略。 这一阶段的特点是：分布性，分布式的体系结构；综合性，支持各种各样的接入设备， 接入方式，应用服务的操作和管理；智能性，减轻网络管理者的负担，管理系统能够自动 地解决可能出现的各种故障、各种隐患和服务质量的保证；结合性，各种管理技术的集成。 基于移动代理的网络管理