以太网物理拓扑发现方法研究

以太网物理拓扑发现方法研究

摘要：随着计算机网络应用的蓬勃发展，以太网变得越来越复杂，为了方便管理，拓扑自动发现变得越来越重要。物理拓扑主要是对链路层和物理层的设备的发现，设备间的连接关系。该文提出一种用于获取物理拓扑的方法。

关键词：以太网；物理拓扑；自动发现；snmp；mib

中图分类号：tp393 文献标识码：a 文章编号：1009-3044（2013）03-0493-04

1 概述

随着计算机网络技术和应用的迅猛发展，网络变得庞大而复杂。单纯依靠人工来绘制拓扑图将变得越来越难。因此，为了能科学有效的管理网络，网络拓扑自动发现变得尤为重要并具有现实意义。网络拓扑又分为逻辑拓扑和物理拓扑，逻辑拓扑主要是对网络层设备的发现以及其逻辑关系的确定；物理拓扑主要是对链路层和物理层的设备的发现，设备间的连接关系，如交换机之间的连接以及主机和交换机的连接。对于网络管理，逻辑拓扑是不够的，要通过物理拓扑来查看网内的设备连接关系。目前获得物理拓扑的技术还不很成熟，本文重点讨论用于获取物理拓扑的方法。

2 研究现状

目前实现的物理拓扑发现方法大致有以下几种方法：基于snmp

协议来采集拓扑数据；基于bridge-mib中的地址转发表来确定设备间的连接关系、；基于stp协议来确定；基于cisco的cdp协议

来发现邻居设备（针对cisco设备）。以上方法，在一定程度上能够完成物理拓扑的发现，但是存在以下缺点：对于地址转发表的要求较高，地址转发表应保持完整；并不是所有的交换机都提供stp mib；只有cisco的设备才能使用cdp协议，不适合网络中交换机的多样化的需求；并且snmp协议对设备的mib信息进行读取操作时有一定延时，对于一定规模的网络，总延时会比较大。

3 改进的物理拓扑发现方法

本文提出了一种改进的物理拓扑发现方法，这种方法是基于snmp、mib来实现的。物理拓扑发现经过以下步骤：节点发现、连接关系计算。现在详细叙述各个模块的实现

3.1节点发现模块的实现

该模块用于发现局域网内所有活动的节点。通常有两种方法：一是通过路由器的mib中的ipnettomediaphysaddress信息获得活动的节点的ip地址；另一个是使用ping工具，通过将管理机的ip 地址与子网掩码与运算得出该网段内所有可用的ip地址，逐个进行ping操作，能够ping通的则是活动的主机。这两种方法都存在各自的优点和缺点。

下面主要介绍第一种方法的过程：

1）开始发现；

2）获取网管主机ip以及子网掩码；

3）获取网管主机网关地址；

4）访问网关路由器ipnettomediaphysaddre；

5）将活动的ip加入到activenode队列；

6）activenode是否为空（如果为空直接结束，否则转7））；7）取出一个队头节点，访问该节点的mib库（sysservices）；8）sysservices==2 （如果为真，到9），为假跳到10）；

9）将节点加入到switch集合中（list）；

10）将节点加入到terminalnode队列；

11）跳转到6）。

3.2 连接关系的计算

为了说明方便，这里定义几个概念、表示符号、相关的数据库：叶节点：不具有转发功能的节点称为叶节点，如终端主机、服务器、管理终端等。

交换机端口：一个交换机具有多个物理接口，用sij交换机si 的j端口

转发模式集合：交换机具有多个端口，有的端口可以转发多个不同的mac，有的仅能转发单一的mac，用ui（端口，转发的mac）来表示i交换机能转发单一mac的集合。用mi来表示i交换机能转发非单一mac的集合

用{r}表示与交换机直接相连的路由器的接口的mac

终端主机的mac：用{t}表示终端主机的mac

以下就是使用snmp获取地址转发表的具体步骤：

1）设定snmp请求pdu，绑定dot1dtpfdaddress（其oid为

1.3.6.1.

2.1.17.4.

3.1.1）这样，收到的应答中能够解析出交换机

能够转发的mac，格式形如：

1.3.6.1.

2.1.17.4.

3.1.1.0.0.12.7.172.8 = hex： 00 00 0c 07 ac 08

2）根据交换机能够转发的mac得到转发该mac的桥端口：设定snmp请求pdu并绑定dot1dtpfdbport（其oid为

1.3.6.1.

2.1.17.4.

3.1.2），收到的应答中能够解析出以转发的mac 相对应的桥端口。格式形如：

1.3.6.1.

2.1.17.4.

3.1.2.0.0.12.7.172.8 = 13

3）根据得到的桥端口号能够得到与该桥端口相对应的交换机端口号：设定snmp请求pdu并绑定dot1dbaseportifindex（其oid 为1.3.6.1.2.1.17.1.4.1.2），收到的应答中能够解析出与桥端口相对应的交换机的端口号。格式形如：1.3.6.1.2.1.17.1.4.1.2.13 = 2

4）根据以上步骤完成了地址转发表的读取并格式化，最终的格式为[交换机端口，转发的mac]。

下面针对几种典型的拓扑来说明如何确定连接关系

交换机和路由器相连，并连着终端主机。此时交换机的单一转发集合u中，转发的mac应包含{r}、{t}，这种情况下很容易确定连接关系以及相应的连接端口。

如图1，交换机s1的单一转发集合u1中应包含{r}、{t1}，由此即可推断交换机s1与路由器相连且有终端主机（叶节点）与之相连，非单一转发集合m1中应包含{t2}、{t3}，由此可以推断交换