网络拓扑发现常用方法
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《电子技术应用》２００６ 年第 ８ 期
Ａｄｄｒｅｓｓ１
Ａｄｄｒｅｓｓ２
Ａｄｄｒｅｓｓ３
Ａｄｄｒｅｓｓ４
２０２．１９６．６５．１１４ ２０２．１９６．６５．１１５ ２０２．１９６．６５．１７５ ２０２．１９６．６５．１７８
１０００１１０１
１０００１１１０
１０１０１１１１
１０１１００１０
图 １ 启发式规则 ２ 在以太网上的应用示例
／／构造主机号全为 ０ 或全为 １ 的广播地址 ＢｒｄｃｓｔＡｄｄｒｓ ＝ ＣｎｓｔｒｕｃｔＢｒｄｃｓｔＡｄｄｒ （ＭｓｋＬｅｎ ） ；
／／ｐｉｎｇ 构 造 的 广 播 地 址 ＲｅｓｕｌｔＣｏｕｎｔ ＝ ＢｒｄｃｓｔＰｉｎｇ（ＢｒｄｃｓｔＡｄｄｒｓ ） ； ／／若每个广播地址都获得了回复， 算法结束， 返回当前
关 键 词 ： 拓 扑 发 现 算 法 ＳＮＭＰ ＩＣＭＰ
近年来， 由于计算机网络的迅速发展， 有效的网络 管理得到了越来越多的重视， 而获得最新的网络拓扑结 构对于网络管理至关重要。因为网络具有动态特性， 并 且网络规模日益增大， 利用人工维护网络的拓扑图几乎 不可能。因此， 网络拓扑自动发现技术的研究广泛开展 起 来 。Ｃｏｒｎｅｌｌ 大 学 的 ＣＮＲＧ 研 究 组 、美 国 南 加 州 大 学 ＵＳＣ （Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｏｕｔｈｅｒｎ Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ） 的 ＳＣＡＮ 研 究 组 和 Ｉｎｔｅｒ－ ｎｅｔ 数 据 分 析 合 作 组 织 ＣＡＩＤＡ（Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｄａｔａ Ａｎａｌｙｓｉｓ ）等 都 在 该 领 域 进 行 了 大 量 的 研 究 工作， 并取得了很多成果。网络拓扑发现涉及到网络体 系结构的各个层次， 可以利用很多协议设计不同的算 法 。各 种 算 法 的 性 能 差 距 很 大 ， 各 有 所 长 。判 断 一 种 算 法 优 劣 的 指 标 主 要 是 ： 负 载 、速 度 和 准 确 性 等 ， 具 体 说 就 是 一个算法在不过多增加网络负载的前提下， 尽量提高收 敛 速 度 和 准 确 性 。以 前 的 网 络 拓 扑 发 现 算 法 主 要 集 中 精 力 在 发 现 网 络 的 逻 辑 拓 扑（基 于 第 三 层 的）， 这 些 算 法 忽 略了 第二层 的网 络设备（交换 机或 网桥）的 连接 。即使提 供了第二层的网络拓扑发现， 也是针对具体的网络设 备 ， 不 具 有 通 用 性 。近 年 来 ， 出 现 了 一 些 通 用 的 基 于 第 二 层的网络拓扑发现算法。
域 名 服 务 器 ＤＮＳ（Ｄｏｍａｉｎ Ｎａｍｅ Ｓｅｒｖｉｃｅ） 中 保 存 了 域 内 的 主 机 名 和 ＩＰ 地 址 的 对 应 关 系 列 表 。“ｚｏｎｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ”命 令 可 以 使 ＤＮＳ 服 务 器 返 回 域 内 所 有 域 名 的 列 表 ， 所 以 ＤＮＳ Ｚｏｎｅ Ｔｒａｎｓｆｅｒ 可 被 用 来 发 现 域 内 的 主 机 和 路 由 器 。 １．５ 其他拓扑发现工具
１ 拓扑发现的常用工具 １ ． １ ＡＲＰ 协 议
每 个 支 持 地 址 解 析 协 议 ＡＲＰ （Ａｄｄｒｅｓｓ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｐｒｏ－ ｔｏｃｏｌ）的 网 络 设 备 中 都 维 护 着 一 张 ＡＲＰ 表 ， 该 表 中 记 录 了 该 设 备 所 连 接 的 以 太 网 中 网 络 设 备 的 ＩＰ 地 址 和 ＭＡＣ 地 址 的 对 应 关 系 。根 据 ＡＲＰ 表 的 这 个 特 点 ， 可 以 从 一 台 已 知 的 路 由 器 或 交 换 机 的 ＡＲＰ 表 发 现 其 连 接 的 以 太 网 中 其 他网络设备， 再从这些新发现的设备中区分出路由器和交 换 机 ， 并 继 续 根 据 这 些 设 备 的 ＡＲＰ 表 进 行 网 络 设 备 发 现 。 依此类推， 就得到了整个网络的拓扑结构。 １ ． ２ Ｓ ＮＭＰ 协 议
第三层的网络拓扑发现方法着重于发现路由设备
２８ 欢迎网上投稿 ｗｗｗ．ａｅｔｎｅｔ．ｃｎ ｗｗｗ．ａｅｔｎｅｔ．ｃｏｍ．ｃｎ 《电子技术应用》２００６ 年第 ８ 期
计算机技术 ● 计算机网络
表 １ 拓扑发现常用工具执行效果对比
性能指标 协议
ＡＲＰ ＳＮＭＰ Ｐｉｎｇ Ｔｒａｃｅｒｏｕｔｅ ＤＮＳ Ｚｏｎｅ Ｔｒａｎｓｆｅｒ ＲＩＰ ＯＳＰＦ ＢＧＰ
在 网 络 拓 扑 发 现 中 主 要 利 用 了 Ｉｎｔｅｒｎｅｔ 控 制 消 息 协 议 ＩＣＭＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｅｓｓａｇｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）的 ｅｃｈｏ（回 应 ）请 求 、ｅｃｈｏ 应 答 和 超 时 这 三 种 报 文 。 拓 扑 发 现 中 常 用 的 工 具 Ｐｉｎｇ 就 是 利 用 ＩＣＭＰ 的 ｅｃｈｏ 报 文 发 现 网 络 的 连 通 性 ， 而 Ｔｒａｃｅｒｏｕｔｅ 则 是 利 用 ＩＣＭＰ 超 时 报 文 发 现 网 络 中 两 节 点 间 的 路 径 。 Ｍｅｒｃａｔｏｒ 算 法 就 是 利 用 启 发 式 规 则 和 限 制 跳 数 的 Ｔｒａｃｅｒｏｕｔｅ 进 行 拓 扑 发 现 ［１］。 １ ． ４ ＤＮＳ Ｚｏｎｅ Ｔｒａ ｎｓ ｆｅ ｒ
负载
低 低 中 高 中 高 高 中
速度
快 快 慢 慢 快 中 慢 中
准确性
高 高 中 中 高 高 低 高
适用范围
中 中 大 大 中 小 小 小
以图 １ 为例执行本规则， 因这组地址的前三个字段相 同， 故不失一般性， 只对第四个字段进行运算：
①ＢｉｔｗｉｓｅＡＮＤ｛Ａ｝＝１０００００００， ＢｉｔｗｉｓｅＯＲ｛Ａ｝＝ １０１１１１１１； ②ＢｉｔｗｉｓｅＡＮＤ｛Ａ｝与 ＢｉｔｗｉｓｅＯＲ｛Ａ｝在 第 三 位 不 同 ； ③ 子 网 掩 码 的 最 后 一 个 字 节 一 定 为 ａｂ００００００ （ａｂ 为 １１ ， １０ 或 ００）； ④ 将 ａｂ００００００ 与 １０００００００ （ＢｉｔｗｉｓｅＡＮＤ｛Ａ｝）进 行 按 位 与 ， 结 果 形 如 ｃ０００００００（ｃ 为 １ 或 ０）。
利 用 简 单 网 络 管 理 协 议 ＳＮＭＰ （Ｓｉｍｐｌｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｍａｎ－
ａｇｅｍｅｎｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）， 一 个 管 理 工 作 站 可 以 远 程 管 理 所 有 支 持这种协议的网络设备， 包括监视网络状态、修改网 络 设 备 配 置 和 接 收 网 络 事 件 警 告 等 。 ＳＮＭＰ 协 议 利 用 管 理 信 息 库 ＭＩＢ（Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｂａｓｅ ） 管 理 网 络 设 备 的 配 置 和 状 态 信 息 ， 每 个 支 持 ＳＮＭＰ 的 被 管 理 设 备 都 维 护 了 一 些 ＭＩＢ 库 。 其 中 ， 最 常 用 的 是 ＭＩＢＩＩ（ＲＦＣ－ １２１３）和 Ｂｒｉｄｇｅ－ ＭＩＢ（ＲＦＣ－ １４９３）。 １ ． ３ ＩＣＭＰ 协 议
／／猜 测 的 子 网 掩 码 长 度 ｉｆ（ＲｅｓｕｌｔＣｏｕｎｔ ＞ ＝ ２ ）
ｒｅｔｕｒｎ ＭｓｋＬｅｎ ； ｝ 本规则的基本思想是递减猜测子网掩码的长度， 对每 个 猜 测 的 子 网 掩 码 构 造 广 播 ｐｉｎｇ 地 址 ， 如 果 主 机 对 构 造 的 广 播 地 址 有 回 应 则 说 明 猜 测 的 子 网 掩 码 是 正 确 的 ［２］。 规则 ２： 利用一组地址进行子网猜测。 假 设 知 道 地 址 集 Ａ 中 的 ＩＰ 地 址 同 属 于 一 个 子 网 ， 可利用本规则猜测这组地址所属的子网地址。 ① 计 算 Ａ 的 按 位 与 ＢｉｔｗｉｓｅＡＮＤ ｛Ａ ｝和 它 的 按 位 或 ＢｉｔｗｉｓｅＯＲ ｛Ａ｝； ② 逐 位 对 比 ＢｉｔｗｉｓｅＡＮＤ｛Ａ｝和 ＢｉｔｗｉｓｅＯＲ ｛Ａ｝， 找 出 第 一个不相同的位； ③将步骤②中找到的位和其后的各位设置为 ０， 猜 测子网掩码； ④ 将 步 骤 ③ 中 的 结 果 分 别 与 ＢｉｔｗｉｓｅＡＮＤ｛Ａ｝进 行 按 位与， 算出子网号。 本规则的基本思想是： 对比地址集 Ａ 的按位与和 按位或的结果， 找出第一个不相同的位， 则子网掩码在 该位一定为 ０ 即该位及其后的各位都只能是主机号， 而 不 可 能 是 子 网 号 。从 而 判 断 出 子 网 掩 码 的 长 度 ， 而 子 网 地 址 则 可 通 过 ＢｉｔｗｉｓｅＡＮＤ｛Ａ｝与 子 网 掩 码 做 按 位 与 运 算 得 出 ［２］。 启发式规则 ２ 在以太网上的应用示例如图 １ 所示。
计算机技术 ● 计算机网络
网络拓扑发现算法的分析
吴 远， 李润知， 刘亚珂 （郑 州 大 学 河 南 省 信 息 网 络 重 点 开 放 实 验 室 ， 河 南 郑 州 ４５００５２）
摘 要 ： 介 绍 了 几 种 常 见 的 网 络 拓 扑 发 现 工 具 ， 从 负 载 、速 度 、准 确 性 及 适 用 范 围 几 个 方 面 对 各 工 具的执行效果进行了对比； 分类归纳了常用的网络拓扑发现的方法； 分析了利用这些方法实现的七 种拓扑发现算法， 并针对每种算法详细列出了其优缺点。给出了对网络拓扑发现算法进行评价的标 准及其量化的表示形式。
间 的 逻 辑 连 接 关 系 。它 发 现 的 拓 扑 结 构 并 不 表 示 网 络 中 设 备 的 真 正 连 接 关 系 ， 而 是“ＩＰ 数 据 报 转 发 ”意 义 上 的 连 接 关 系 。下 文 介 绍 了 三 种 基 于 第 三 层 的 拓 扑 发 现 的 启 发式规则：
规 则 １ ： 利 用 广 播 Ｐｉｎｇ 进 行 子 网 猜 测 。 给 定 一 个 ＩＰ 地 址 ， 可 利 用 本 规 则 猜 测 该 地 址 所 属 的子网掩码： ｆｏｒ（ＭｓｋＬｅｎ＝３１ ； ＭｓｋＬｅｎ＞７ ； ＭｓｋＬｅｎ－ － ） ｛
／／ｔｈｉｓ 的 最 后 一 个 字 节 为 １ 、６５ 、１２９ 或 １９３
ｉｆ（ＧｅｔＬａｓｔＢｙｔｅ（ｔｈｉｓ）＝１ ｏｒ ６５ ｏｒ １２９ ｏｒ １９３） ／／ 选 取 与 ｔｈｉｓ 具 有 相 同 前 缀 的 Ｎ 个 地 址 ， 存 入 临 时
／／地 址 集
ＧｅｔＩＰｓＷｉｔｈＳａｍｅＰｒｅｆｉｘ（ｔｈｉｓ ， Ｎ）； ｝
利 用 路 由 信 息 协 议 ＲＩＰ（Ｒｏｕｔｉｎｇ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）、 开 放 最 短 路 径 优 先 协 议 ＯＳＰＦ（Ｏｐｅｎ Ｓｈｏｒｔｅｓｔ Ｐａｔｈ Ｆｉｒｓｔ）或 边 界 网 关 协 议 ＢＧＰ （Ｂｏｒｄｅｒ Ｇａｔｅｗａｙ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ） 可 以 获 得 路 由 设 备 中 存 储 的 路 由 信 息 。利 用 该 信 息 发 现 新 的 路 由 设 备 并 判 断 设 备 之 间 的 连 接 关 系 。从 而 发 现 整 个 网 络 的 拓 扑 结 构 。 ＣＮＲＧ 提 出 的 拓 扑 发 现 算 法 和 ＣＡＩＤＡ 的 Ｓｋｉｔｔｅｒ 算 法 都 利 用 了 ＢＧＰ 协 议 。 表 １ 列 出 了 上 述 方 法 在 执 行 效 果 （负 载 、速 度 、准 确 性 和 适 用 范 围 ）上 的 对 比 。 ２ 网络拓扑发现常用方法 ２．１ 基于第三层的拓扑发现常用方法
规则 ３： 猜测域内的有效地址。
本规则可被用来推测已知的子网地址空间中有效
的 ＩＰ 地 址 。 其 算 法 描 述 如 下 。
ｗｈｉｌｅ（ＡｌｉｖｅＩＰＬｉｓｔ Ｎｏｔ ＮＵＬＬ） ｛ ｔｈｉｓ ＝ ｇｅｔＩＰ （ＡｌｉｖｅＩＰＬｉｓｔ ） ；
／／ 获 得 ｔｈｉｓ 后 的 Ｎ 个 地 址 ， 存 入 临 时 地 址 集 ＧｅｔＦｏｌｌｏｗｉｎｇＩＰｓ（ｔｈｉｓ ， Ｎ）；
Ｎ 的选择非常重要， 若 Ｎ 过大， 则能够获得所有的
有效地址， 但也会包含一些无效地源自文库； 若 Ｎ 太小， 则发
现的大部分地址是有效的， 但同时也会遗漏一些有效 地 址 ［２］。
２．２ 基于第二层的拓扑发现常用方法
基于第二层的拓扑发现方法着重于发现网络设备
Ａｄｄｒｅｓｓ１
Ａｄｄｒｅｓｓ２
Ａｄｄｒｅｓｓ３
Ａｄｄｒｅｓｓ４
２０２．１９６．６５．１１４ ２０２．１９６．６５．１１５ ２０２．１９６．６５．１７５ ２０２．１９６．６５．１７８
１０００１１０１
１０００１１１０
１０１０１１１１
１０１１００１０
图 １ 启发式规则 ２ 在以太网上的应用示例
／／构造主机号全为 ０ 或全为 １ 的广播地址 ＢｒｄｃｓｔＡｄｄｒｓ ＝ ＣｎｓｔｒｕｃｔＢｒｄｃｓｔＡｄｄｒ （ＭｓｋＬｅｎ ） ；
／／ｐｉｎｇ 构 造 的 广 播 地 址 ＲｅｓｕｌｔＣｏｕｎｔ ＝ ＢｒｄｃｓｔＰｉｎｇ（ＢｒｄｃｓｔＡｄｄｒｓ ） ； ／／若每个广播地址都获得了回复， 算法结束， 返回当前
关 键 词 ： 拓 扑 发 现 算 法 ＳＮＭＰ ＩＣＭＰ
近年来， 由于计算机网络的迅速发展， 有效的网络 管理得到了越来越多的重视， 而获得最新的网络拓扑结 构对于网络管理至关重要。因为网络具有动态特性， 并 且网络规模日益增大， 利用人工维护网络的拓扑图几乎 不可能。因此， 网络拓扑自动发现技术的研究广泛开展 起 来 。Ｃｏｒｎｅｌｌ 大 学 的 ＣＮＲＧ 研 究 组 、美 国 南 加 州 大 学 ＵＳＣ （Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｏｕｔｈｅｒｎ Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ） 的 ＳＣＡＮ 研 究 组 和 Ｉｎｔｅｒ－ ｎｅｔ 数 据 分 析 合 作 组 织 ＣＡＩＤＡ（Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｄａｔａ Ａｎａｌｙｓｉｓ ）等 都 在 该 领 域 进 行 了 大 量 的 研 究 工作， 并取得了很多成果。网络拓扑发现涉及到网络体 系结构的各个层次， 可以利用很多协议设计不同的算 法 。各 种 算 法 的 性 能 差 距 很 大 ， 各 有 所 长 。判 断 一 种 算 法 优 劣 的 指 标 主 要 是 ： 负 载 、速 度 和 准 确 性 等 ， 具 体 说 就 是 一个算法在不过多增加网络负载的前提下， 尽量提高收 敛 速 度 和 准 确 性 。以 前 的 网 络 拓 扑 发 现 算 法 主 要 集 中 精 力 在 发 现 网 络 的 逻 辑 拓 扑（基 于 第 三 层 的）， 这 些 算 法 忽 略了 第二层 的网 络设备（交换 机或 网桥）的 连接 。即使提 供了第二层的网络拓扑发现， 也是针对具体的网络设 备 ， 不 具 有 通 用 性 。近 年 来 ， 出 现 了 一 些 通 用 的 基 于 第 二 层的网络拓扑发现算法。
域 名 服 务 器 ＤＮＳ（Ｄｏｍａｉｎ Ｎａｍｅ Ｓｅｒｖｉｃｅ） 中 保 存 了 域 内 的 主 机 名 和 ＩＰ 地 址 的 对 应 关 系 列 表 。“ｚｏｎｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ”命 令 可 以 使 ＤＮＳ 服 务 器 返 回 域 内 所 有 域 名 的 列 表 ， 所 以 ＤＮＳ Ｚｏｎｅ Ｔｒａｎｓｆｅｒ 可 被 用 来 发 现 域 内 的 主 机 和 路 由 器 。 １．５ 其他拓扑发现工具
１ 拓扑发现的常用工具 １ ． １ ＡＲＰ 协 议
每 个 支 持 地 址 解 析 协 议 ＡＲＰ （Ａｄｄｒｅｓｓ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｐｒｏ－ ｔｏｃｏｌ）的 网 络 设 备 中 都 维 护 着 一 张 ＡＲＰ 表 ， 该 表 中 记 录 了 该 设 备 所 连 接 的 以 太 网 中 网 络 设 备 的 ＩＰ 地 址 和 ＭＡＣ 地 址 的 对 应 关 系 。根 据 ＡＲＰ 表 的 这 个 特 点 ， 可 以 从 一 台 已 知 的 路 由 器 或 交 换 机 的 ＡＲＰ 表 发 现 其 连 接 的 以 太 网 中 其 他网络设备， 再从这些新发现的设备中区分出路由器和交 换 机 ， 并 继 续 根 据 这 些 设 备 的 ＡＲＰ 表 进 行 网 络 设 备 发 现 。 依此类推， 就得到了整个网络的拓扑结构。 １ ． ２ Ｓ ＮＭＰ 协 议
第三层的网络拓扑发现方法着重于发现路由设备
２８ 欢迎网上投稿 ｗｗｗ．ａｅｔｎｅｔ．ｃｎ ｗｗｗ．ａｅｔｎｅｔ．ｃｏｍ．ｃｎ 《电子技术应用》２００６ 年第 ８ 期
计算机技术 ● 计算机网络
表 １ 拓扑发现常用工具执行效果对比
性能指标 协议
ＡＲＰ ＳＮＭＰ Ｐｉｎｇ Ｔｒａｃｅｒｏｕｔｅ ＤＮＳ Ｚｏｎｅ Ｔｒａｎｓｆｅｒ ＲＩＰ ＯＳＰＦ ＢＧＰ
在 网 络 拓 扑 发 现 中 主 要 利 用 了 Ｉｎｔｅｒｎｅｔ 控 制 消 息 协 议 ＩＣＭＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｅｓｓａｇｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）的 ｅｃｈｏ（回 应 ）请 求 、ｅｃｈｏ 应 答 和 超 时 这 三 种 报 文 。 拓 扑 发 现 中 常 用 的 工 具 Ｐｉｎｇ 就 是 利 用 ＩＣＭＰ 的 ｅｃｈｏ 报 文 发 现 网 络 的 连 通 性 ， 而 Ｔｒａｃｅｒｏｕｔｅ 则 是 利 用 ＩＣＭＰ 超 时 报 文 发 现 网 络 中 两 节 点 间 的 路 径 。 Ｍｅｒｃａｔｏｒ 算 法 就 是 利 用 启 发 式 规 则 和 限 制 跳 数 的 Ｔｒａｃｅｒｏｕｔｅ 进 行 拓 扑 发 现 ［１］。 １ ． ４ ＤＮＳ Ｚｏｎｅ Ｔｒａ ｎｓ ｆｅ ｒ
负载
低 低 中 高 中 高 高 中
速度
快 快 慢 慢 快 中 慢 中
准确性
高 高 中 中 高 高 低 高
适用范围
中 中 大 大 中 小 小 小
以图 １ 为例执行本规则， 因这组地址的前三个字段相 同， 故不失一般性， 只对第四个字段进行运算：
①ＢｉｔｗｉｓｅＡＮＤ｛Ａ｝＝１０００００００， ＢｉｔｗｉｓｅＯＲ｛Ａ｝＝ １０１１１１１１； ②ＢｉｔｗｉｓｅＡＮＤ｛Ａ｝与 ＢｉｔｗｉｓｅＯＲ｛Ａ｝在 第 三 位 不 同 ； ③ 子 网 掩 码 的 最 后 一 个 字 节 一 定 为 ａｂ００００００ （ａｂ 为 １１ ， １０ 或 ００）； ④ 将 ａｂ００００００ 与 １０００００００ （ＢｉｔｗｉｓｅＡＮＤ｛Ａ｝）进 行 按 位 与 ， 结 果 形 如 ｃ０００００００（ｃ 为 １ 或 ０）。
利 用 简 单 网 络 管 理 协 议 ＳＮＭＰ （Ｓｉｍｐｌｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｍａｎ－
ａｇｅｍｅｎｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）， 一 个 管 理 工 作 站 可 以 远 程 管 理 所 有 支 持这种协议的网络设备， 包括监视网络状态、修改网 络 设 备 配 置 和 接 收 网 络 事 件 警 告 等 。 ＳＮＭＰ 协 议 利 用 管 理 信 息 库 ＭＩＢ（Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｂａｓｅ ） 管 理 网 络 设 备 的 配 置 和 状 态 信 息 ， 每 个 支 持 ＳＮＭＰ 的 被 管 理 设 备 都 维 护 了 一 些 ＭＩＢ 库 。 其 中 ， 最 常 用 的 是 ＭＩＢＩＩ（ＲＦＣ－ １２１３）和 Ｂｒｉｄｇｅ－ ＭＩＢ（ＲＦＣ－ １４９３）。 １ ． ３ ＩＣＭＰ 协 议
／／猜 测 的 子 网 掩 码 长 度 ｉｆ（ＲｅｓｕｌｔＣｏｕｎｔ ＞ ＝ ２ ）
ｒｅｔｕｒｎ ＭｓｋＬｅｎ ； ｝ 本规则的基本思想是递减猜测子网掩码的长度， 对每 个 猜 测 的 子 网 掩 码 构 造 广 播 ｐｉｎｇ 地 址 ， 如 果 主 机 对 构 造 的 广 播 地 址 有 回 应 则 说 明 猜 测 的 子 网 掩 码 是 正 确 的 ［２］。 规则 ２： 利用一组地址进行子网猜测。 假 设 知 道 地 址 集 Ａ 中 的 ＩＰ 地 址 同 属 于 一 个 子 网 ， 可利用本规则猜测这组地址所属的子网地址。 ① 计 算 Ａ 的 按 位 与 ＢｉｔｗｉｓｅＡＮＤ ｛Ａ ｝和 它 的 按 位 或 ＢｉｔｗｉｓｅＯＲ ｛Ａ｝； ② 逐 位 对 比 ＢｉｔｗｉｓｅＡＮＤ｛Ａ｝和 ＢｉｔｗｉｓｅＯＲ ｛Ａ｝， 找 出 第 一个不相同的位； ③将步骤②中找到的位和其后的各位设置为 ０， 猜 测子网掩码； ④ 将 步 骤 ③ 中 的 结 果 分 别 与 ＢｉｔｗｉｓｅＡＮＤ｛Ａ｝进 行 按 位与， 算出子网号。 本规则的基本思想是： 对比地址集 Ａ 的按位与和 按位或的结果， 找出第一个不相同的位， 则子网掩码在 该位一定为 ０ 即该位及其后的各位都只能是主机号， 而 不 可 能 是 子 网 号 。从 而 判 断 出 子 网 掩 码 的 长 度 ， 而 子 网 地 址 则 可 通 过 ＢｉｔｗｉｓｅＡＮＤ｛Ａ｝与 子 网 掩 码 做 按 位 与 运 算 得 出 ［２］。 启发式规则 ２ 在以太网上的应用示例如图 １ 所示。
计算机技术 ● 计算机网络
网络拓扑发现算法的分析
吴 远， 李润知， 刘亚珂 （郑 州 大 学 河 南 省 信 息 网 络 重 点 开 放 实 验 室 ， 河 南 郑 州 ４５００５２）
摘 要 ： 介 绍 了 几 种 常 见 的 网 络 拓 扑 发 现 工 具 ， 从 负 载 、速 度 、准 确 性 及 适 用 范 围 几 个 方 面 对 各 工 具的执行效果进行了对比； 分类归纳了常用的网络拓扑发现的方法； 分析了利用这些方法实现的七 种拓扑发现算法， 并针对每种算法详细列出了其优缺点。给出了对网络拓扑发现算法进行评价的标 准及其量化的表示形式。
间 的 逻 辑 连 接 关 系 。它 发 现 的 拓 扑 结 构 并 不 表 示 网 络 中 设 备 的 真 正 连 接 关 系 ， 而 是“ＩＰ 数 据 报 转 发 ”意 义 上 的 连 接 关 系 。下 文 介 绍 了 三 种 基 于 第 三 层 的 拓 扑 发 现 的 启 发式规则：
规 则 １ ： 利 用 广 播 Ｐｉｎｇ 进 行 子 网 猜 测 。 给 定 一 个 ＩＰ 地 址 ， 可 利 用 本 规 则 猜 测 该 地 址 所 属 的子网掩码： ｆｏｒ（ＭｓｋＬｅｎ＝３１ ； ＭｓｋＬｅｎ＞７ ； ＭｓｋＬｅｎ－ － ） ｛
／／ｔｈｉｓ 的 最 后 一 个 字 节 为 １ 、６５ 、１２９ 或 １９３
ｉｆ（ＧｅｔＬａｓｔＢｙｔｅ（ｔｈｉｓ）＝１ ｏｒ ６５ ｏｒ １２９ ｏｒ １９３） ／／ 选 取 与 ｔｈｉｓ 具 有 相 同 前 缀 的 Ｎ 个 地 址 ， 存 入 临 时
／／地 址 集
ＧｅｔＩＰｓＷｉｔｈＳａｍｅＰｒｅｆｉｘ（ｔｈｉｓ ， Ｎ）； ｝
利 用 路 由 信 息 协 议 ＲＩＰ（Ｒｏｕｔｉｎｇ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）、 开 放 最 短 路 径 优 先 协 议 ＯＳＰＦ（Ｏｐｅｎ Ｓｈｏｒｔｅｓｔ Ｐａｔｈ Ｆｉｒｓｔ）或 边 界 网 关 协 议 ＢＧＰ （Ｂｏｒｄｅｒ Ｇａｔｅｗａｙ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ） 可 以 获 得 路 由 设 备 中 存 储 的 路 由 信 息 。利 用 该 信 息 发 现 新 的 路 由 设 备 并 判 断 设 备 之 间 的 连 接 关 系 。从 而 发 现 整 个 网 络 的 拓 扑 结 构 。 ＣＮＲＧ 提 出 的 拓 扑 发 现 算 法 和 ＣＡＩＤＡ 的 Ｓｋｉｔｔｅｒ 算 法 都 利 用 了 ＢＧＰ 协 议 。 表 １ 列 出 了 上 述 方 法 在 执 行 效 果 （负 载 、速 度 、准 确 性 和 适 用 范 围 ）上 的 对 比 。 ２ 网络拓扑发现常用方法 ２．１ 基于第三层的拓扑发现常用方法
规则 ３： 猜测域内的有效地址。
本规则可被用来推测已知的子网地址空间中有效
的 ＩＰ 地 址 。 其 算 法 描 述 如 下 。
ｗｈｉｌｅ（ＡｌｉｖｅＩＰＬｉｓｔ Ｎｏｔ ＮＵＬＬ） ｛ ｔｈｉｓ ＝ ｇｅｔＩＰ （ＡｌｉｖｅＩＰＬｉｓｔ ） ；
／／ 获 得 ｔｈｉｓ 后 的 Ｎ 个 地 址 ， 存 入 临 时 地 址 集 ＧｅｔＦｏｌｌｏｗｉｎｇＩＰｓ（ｔｈｉｓ ， Ｎ）；
Ｎ 的选择非常重要， 若 Ｎ 过大， 则能够获得所有的
有效地址， 但也会包含一些无效地源自文库； 若 Ｎ 太小， 则发
现的大部分地址是有效的， 但同时也会遗漏一些有效 地 址 ［２］。
２．２ 基于第二层的拓扑发现常用方法
基于第二层的拓扑发现方法着重于发现网络设备