基于Web的網(wǎng)絡(luò)管理中拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)問題的研究

摘 要：本文首先介紹了網(wǎng)絡(luò)管理中網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)技術(shù)的研究現(xiàn)狀，并分析了現(xiàn)有的各種方法的優(yōu)點和不足，然后提出了一種發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)層的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的改進(jìn)的算法，并對基于Web的網(wǎng)絡(luò)管理中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的拓?fù)鋱D的構(gòu)造和顯示問題進(jìn)行了研究，提出了一種方法。實驗結(jié)果表明，該方法具有一定的可行性和有效性。

關(guān)鍵詞：基于Web的網(wǎng)絡(luò)管理；SNMP協(xié)議；拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；拓?fù)鋱D構(gòu)造與顯示

中圖分類號：TP393.07

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)變得日益復(fù)雜。那么就需要有能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)性能的良好的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)來管理網(wǎng)絡(luò)，從而使得互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)能夠安全、可靠、穩(wěn)定地運(yùn)行。

1 主要的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)方法

1.1 基于ICMP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮綔y方法

ICMP（Internet Control Message Protocol）協(xié)議作為IP協(xié)議的一部分，它是一種差錯報告機(jī)制，可以用來向目標(biāo)主機(jī)或設(shè)備請求或者報告各種網(wǎng)絡(luò)信息。在基于ICMP協(xié)議的拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)中，用到回送請求（Echo Request）和回送應(yīng)答（Echo Reply）這兩種報文。該種方法主要是利用ICMP協(xié)議原理，結(jié)合使用ping命令和traceroute命令來實現(xiàn)。通過ping目標(biāo)主機(jī)或設(shè)備進(jìn)行探測，如果能夠收到目標(biāo)的回送應(yīng)答報文，則可以判斷目標(biāo)存在且是活動的，并記錄其IP地址和子網(wǎng)掩碼。通過traceroute命令向目標(biāo)主機(jī)或設(shè)備發(fā)送不同TTL值的ICMP報文，根據(jù)報文所經(jīng)過的路由器發(fā)回的回送應(yīng)答報文，可以確定出從源主機(jī)到目標(biāo)的路由信息。根據(jù)得到的這些信息，并使用發(fā)現(xiàn)算法和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的構(gòu)造方法得到拓?fù)鋱D。

該種基于ICMP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)方法可以應(yīng)用在幾乎所有的網(wǎng)絡(luò)中，因為使用TCP/lP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)主機(jī)和設(shè)備都支持ICMP協(xié)議，這種方法的優(yōu)點是檢測簡單、快速和可靠。但是這種方法向網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備發(fā)出了大量的探測報文，這樣會給網(wǎng)絡(luò)增加負(fù)載，并且也不是所有的目標(biāo)設(shè)備都會回送應(yīng)答報文，因此發(fā)現(xiàn)的效率也并不高。這種方法適用于局域網(wǎng)內(nèi)的拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)。

1.2 基于SNMP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)

SNMP網(wǎng)絡(luò)管理體系結(jié)構(gòu)主要由三部分組成：管理信息結(jié)構(gòu)、SNMP協(xié)議和管理信息庫MIB。其中MIB定義了可以通過網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議訪問的被管理對象的集合，它描述了網(wǎng)絡(luò)主機(jī)或設(shè)備的重要信息。簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議SNMP（Simple Network Management Protocol）是由Internet體系結(jié)構(gòu)委員會所制定的，是因特網(wǎng)中應(yīng)用最廣泛的網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議，目前大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備如交換機(jī)、路由器等都支持該協(xié)議，它使用的傳輸層協(xié)議是面向無連接的UDP協(xié)議，無需建立專門的連接，因此這樣就會降低網(wǎng)絡(luò)通信的開銷和負(fù)載。

基于SNMP協(xié)議的拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)方法的思想就是通過SNMP協(xié)議從網(wǎng)絡(luò)主機(jī)、交換機(jī)、網(wǎng)橋、路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的MIB信息庫中獲取設(shè)備和路由信息，其中主要用到的對象有組對象system、interfaces、ip組和兩個表對象ipAddrTable、ipRouteTable。從指定的網(wǎng)關(guān)路由器開始，采用深度或廣度遍歷對網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備進(jìn)行逐個遍歷，通過讀取其MIB庫中的信息，確定其設(shè)備類型及連接關(guān)系。具體來說就是，如果發(fā)現(xiàn)的目標(biāo)設(shè)備中的簡單對象ipForwarding=1且system組中的字段sysService=7，則可判斷該目標(biāo)是路由器；如果ipForwarding=2且sysService=3，則可判斷該目標(biāo)是交換機(jī)或網(wǎng)橋；如果兩者都不是則可判斷目標(biāo)是主機(jī)。如果是路由器，繼續(xù)查詢其MIB中的interfaces組和表ipAddrTable可以獲得路由器的接口信息，然后查詢表ipRouteTable中的變量ipRouteType，若ipRouteType=4，則判斷該端口相連接的是路由器，并根據(jù)其中的ipRouteNextHop來確定下一個發(fā)現(xiàn)的路由設(shè)備；若ipRouteType=3，則判斷該端口相連接的是子網(wǎng)。

綜上所述，該算法的優(yōu)點是系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的開銷少、搜索過程和算法簡單，發(fā)現(xiàn)效率高。雖然現(xiàn)在的大多數(shù)主機(jī)和設(shè)備都支持這個協(xié)議，但是也有設(shè)備并未啟動SNMP服務(wù)，另外，有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的MIB信息庫并不可以隨意訪問的。因此該方法也有一定的局限性。

2 網(wǎng)絡(luò)層的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)算法的改進(jìn)

2.1 算法的改進(jìn)思想

本算法綜合了上述兩種方法的優(yōu)缺點，對使用SNMP協(xié)議的設(shè)備的發(fā)現(xiàn)進(jìn)行了規(guī)模限制，設(shè)置了一個待訪問的路由器總數(shù)的閾值，遍歷每一個路由器時，判斷一下已遍歷的路由器數(shù)目是否小于此閾值，如果是則繼續(xù)訪問下一個路由器，否則算法退出。對于基于ICMP協(xié)議的拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)中，防火墻或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可能會丟棄收到的報文，所以發(fā)送方可能會接收不到被探測設(shè)備的響應(yīng)報文，因此就不能保證發(fā)現(xiàn)的絕對準(zhǔn)確性。通過分析TCP/IP協(xié)議可知，可以采用向被探測設(shè)備發(fā)送錯誤報文的方法來解決這個問題，但是也并不是所有的錯誤報文目標(biāo)設(shè)備都會響應(yīng)。

2.2 算法的描述

具體算法描述如下：

（1）初始化待搜索路由器隊列、待搜素的IP地址隊列、支持SNMP協(xié)議的路由器隊列、不支持SNMP協(xié)議的路由器隊列、子網(wǎng)地址隊列、連接關(guān)系隊列。并設(shè)置要訪問的路由器總數(shù)的閾值為N，初始化計數(shù)變量n=0。

（2）從待搜素的IP地址隊列中取出一個地址，若n++<=N，向該IP地址發(fā)送一個只有IP頭的數(shù)據(jù)包，若有響應(yīng)，則執(zhí)行步驟（3）。若n++>N，則算法結(jié)束。

（3）取得該IP地址所屬的子網(wǎng)地址及其缺省路由器地址，將其加入待搜索的路由器隊列。

（4）若待訪問的路由器隊列不為空，從待訪問的路由器隊列中取出一個地址探測，若其支持SNMP協(xié)議，將該路由器添加到支持SNMP路由器隊列，執(zhí)行步驟（5）。若其不支持SNMP協(xié)議，將該路由器加入到不支持SNMP隊列，采用通用協(xié)議算法進(jìn)行發(fā)現(xiàn)。

（5）對其包含的IP地址進(jìn)行SNMP探測。訪問其MIB信息庫，使用前面所講述的方法來判斷出設(shè)備的類型及連接關(guān)系，將發(fā)現(xiàn)的路由器、子網(wǎng)及其連接關(guān)系添加到相應(yīng)的隊列。

（6）重復(fù)步驟（4），直到待搜索的路由器隊列為空，重復(fù)步驟（2），若待搜素IP地址隊列為空，則算法結(jié)束。

3 拓?fù)鋱D的構(gòu)造與顯示

通過網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)算法確定了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的分布及其連接關(guān)系之后，就要構(gòu)造出拓?fù)鋱D以直觀的方式將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的位置分布以及它們之間的連接關(guān)系顯示出來。在顯示頁面上，按照一定的規(guī)律來分布顯示出拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中使用不同的結(jié)點來分別表示不同的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，以結(jié)點間的連線來表示設(shè)備之間的連接關(guān)系。

要確定網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖中的位置，就要計算出路由器、子網(wǎng)在圖形界面中的顯示位置的信息，即結(jié)點的坐標(biāo)（x，y）。對于網(wǎng)絡(luò)層拓?fù)鋱D的構(gòu)造，首先將指定的網(wǎng)關(guān)路由器（記為R）放置在顯示頁面的某一個固定位置，可以選擇正中心的位置點，坐標(biāo)記為（x0、y0），將在一定范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)的與該路由器相連的所有的路由器和子網(wǎng)的總數(shù)記為n。而后將其中與之相連的子網(wǎng)分布在以（x0，y0）為圓心，r=（n×c）÷2π（其中c為常數(shù)，其中c的取值可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模來設(shè)定）為半徑的圓周上；將與之相連的路由器分布在以（x0，y0）為圓心，2r為半徑的圓周上，這些路由器和子網(wǎng)交叉均勻分布，并記錄下每個路由器所處的象限。從這里可以看出當(dāng)n值增大時，r值也會增大，這樣取半徑的目的是在路由器數(shù)量較多時，讓圓的半徑大一些，便于結(jié)點圖標(biāo)布局合理，盡量避免重疊。那么這種情況下，與路由器R相連的子網(wǎng)結(jié)點在界面上的顯示位置的坐標(biāo)就可以通過如下的公式計算出來：x=r×cos（（2π÷n）×i）+x0，y=r×sin（（2π÷n）×i）+y0；路由器結(jié)點的坐標(biāo)可以通過如下公式得出：x=2r×cos（（2π÷n）×i）+x0，y=2r×sin（（2π÷n）×i）+y0。

然后再采用廣度優(yōu)先的方式將與路由器R相連的所有路由器（記為R1、R2、…Rn）的連接拓?fù)鋱D分別構(gòu)造與顯示出來，以R1為例來說，將與之相連的所有路由器和子網(wǎng)的個數(shù)記為n，R1的坐標(biāo)記為（x0，y0），r=（n×c）÷（2π）（其中c為常數(shù)），分以下三種情況討論：

（1）如果R1在以路由器R為圓心的圓周的第一象限時，將與之相連的子網(wǎng)均勻分布在以（x0，y0）為圓心，r為半徑的圓周的二、三、四象限內(nèi)，各個子網(wǎng)結(jié)點在頁面上的位置的坐標(biāo)（x，y）可以通過如下公式計算出來：x=r×cos（（3π÷2n1）×i+π/2）+x0，y=r×sin（（3π÷2n1）×i+π/2）+y0，其中n1為子網(wǎng)總數(shù)；將與之相連的所有路由器均勻分布在以（x0，y0）為圓心，2r為半徑的圓周的第一象限內(nèi)，各個路由器結(jié)點的坐標(biāo)可以通過如下公式計算出來：x=2r×cos（（π÷2n2）×i）+x0，y=2r×sin（（π÷2n2）×i）+y0（n2為路由器總數(shù)）。

（2）如果R1在以路由器R為圓心的圓周的第三象限時，將與之相連的子網(wǎng)均勻分布在以（x0，y0）為圓心，r為半徑的圓周的一、二、四象限內(nèi)，各個子網(wǎng)結(jié)點在頁面上的顯示位置的坐標(biāo)（x，y）可以通過如下公式計算出來：x=r×cosθ+x0，y=r×sinθ+y0，θ=（3π÷2n1）×i（n1為子網(wǎng)總數(shù)），其中當(dāng)π≤θ≤3π/2時，θ=（3π÷2n1）×i+π/2；將與之相連的路由器分布在以（x0，y0）為圓心，2r為半徑的圓周的第三象限內(nèi)，各個路由器結(jié)點的坐標(biāo)可以通過如下公式計算出來：x=2r×cos（（π÷2n2）×i+π）+x0，y=2r×sin（（π÷2n2）×i+π）+y0（n2為路由器總數(shù)）。

（3）如果R1在以路由器R為圓心的圓周的第四象限時，將與之相連的子網(wǎng)均勻分布在以（x0，y0）為圓心，r為半徑的圓周的一、二、三象限內(nèi)，各個子網(wǎng)結(jié)點在界面上的顯示位置的坐標(biāo)（x，y）可以通過如下公式計算出來：x=r×cos（（3π÷2n1）×i）+x0，y=r×sin（（3π÷2n1）×i）+y0（n1為子網(wǎng)總數(shù)）；將與之相連的路由器分布在以（x0，y0）為圓心，2r為半徑的圓周的第四象限內(nèi)，各個路由器結(jié)點的坐標(biāo)可以通過如下公式計算出來：x=2r×cos（（π÷2n2）×i+3π/2）+x0，y=2r×sin（（π÷2n2）×i+3π/2）+y0（n2為路由器總數(shù)）。

用同樣的方法將其它路由器的拓?fù)鋱D分別構(gòu)造出來，然后再采用廣度優(yōu)先的策略將下一層路由器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)給構(gòu)造出來，其它的以此類推，重復(fù)此工程即可。通過實驗表明，對于一個園區(qū)網(wǎng)內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)來說，這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖形構(gòu)造和顯示方法，具有一定的可行性和有效性。

4 結(jié)束語

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對網(wǎng)絡(luò)管理是非常重要的，準(zhǔn)確的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息對于網(wǎng)絡(luò)的管理和監(jiān)控及診斷網(wǎng)絡(luò)故障具有重要意義。本文對現(xiàn)在主要的網(wǎng)絡(luò)邏輯拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)算法進(jìn)行了比較分析，對于存在的問題提出了改進(jìn)的辦法。實驗結(jié)果表明，該改進(jìn)算法能夠比較準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的信息，提出的拓?fù)鋱D構(gòu)造和顯示方法也具有一定的可行性和現(xiàn)實意義。

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作者簡介：馮松軍（1983-），男，河南鄭州人，碩士研究生，主要研究方向：軟件工程及其應(yīng)用、軟件系統(tǒng)形式化、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。

作者單位：內(nèi)江師范學(xué)院，四川內(nèi)江 641112