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大规模网络拓扑自动发现方法研究

时间:2008-04-01 12:25来源:整理、收集 作者:admin 点击:
摘 要 本文首先分析了当前网络管理中存在的缺乏有效的告警管理手段、自动化处理能力不足、忽略对局域网管理等问题,指出造成这些问题的一个重要原因是缺乏网络拓扑自动发现能力。本文按照所利用的网络协议的不同,把网络拓扑自动发现算法分为三类:基于SNMP的拓扑发现

摘   要
本文首先分析了当前网络管理中存在的缺乏有效的告警管理手段、自动化处理能力不足、忽略对局域网管理等问题,指出造成这些问题的一个重要原因是缺乏网络拓扑自动发现能力。本文按照所利用的网络协议的不同,把网络拓扑自动发现算法分为三类:基于SNMP的拓扑发现算法、基于通用协议的拓扑发现算法和基于路由协议的拓扑发现算法。基于判断交换机互联的直接连接定理和间接连接定理,提出了一种完整的基于SNMP的拓扑发现算法;详细讨论了子网获取、多址路由器处理等关键问题,针对不同的网络环境给出了相应的解决方案,并以此为基础提出了一种基于通用协议的拓扑发现算法;在对OSPF,BGP等网络路由协议进行分析的基础上给出了一种基于路由协议的拓扑发现算法,并设计了一个自上而下的拓扑发现框架结构。
本文分析了大规模网络中拓扑实时更新的必要性,为网络对象引入了“状态”的概念,提出了一种基于状态的拓扑数据更新策略。该策略把拓扑数据的更新过程看作是网络对象状态的变迁过程。给出了最大状态值的概念,并提出了一种根据网络对象的物理状态不断调整最大状态值的策略优化方法。
最后,本文在一个实际的大规模IP网络管理系统中,利用上述三种拓扑发现算法和更新策略,实现了一个通用的拓扑发现系统。通过大量的测试,说明该系统能适用于异构的网络环境,并验证了该系统所发现结果的正确性以及本文所提出的各种算法的有效性。和同类软件相比,该系统具有较高的效率。

关键字:计算机网络;网络拓扑发现;更新策略;SNMP
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 课题来源 3
1.3 研究目标及研究内容 3
1.4 本文的组织结构 4
第二章 拓扑发现相关技术和现状 5
2.1 网络管理系统概述 5
2.1.1 网络管理系统的功能分析 5
2.1.2 网络管理应用的问题 7
2.2 网络拓扑在网管系统中的作用 8
2.3 网络拓扑自动发现的研究现状 9
第三章 网络拓扑自动发现算法研究 11
3.1 基于SNMP的网络拓扑发现 11
3.1.1 SNMP简介 11
3.1.2 基于SNMP协议的网络层拓扑发现 12
3.1.3 基于SNMP协议的链路层拓扑发现算法 17
3.1.4 小结 24
3.2 基于通用协议的网络拓扑发现 25
3.2.1 相关工具介绍 26
3.2.2 需要解决的问题 27
3.2.3 基于通用协议的拓扑发现算法 32
3.2.4小结 33
3.3 基于路由协议的网络拓扑发现算法 33
3.3.1骨干网络拓扑的发现 34
3.3.2自治系统内部网络拓扑的发现 36
3.3.3 自上而下的拓扑发现框架结构 40
3.3.3 小结 41
3.4本章总结 41
第四章 基于状态的拓扑更新策略 42
4.1 拓扑更新中的相关问题 42
4.1.1网络设备对象生存期 42
4.1.2 更新属性和标识属性 43
4.1.3  网段中主机的发现与更新 44
4.2 拓扑数据表现方式 46
4.3 基于状态的拓扑更新策略描述 46
4.4 更新策略的改进 48
4.6 本章总结 49
第五章 拓扑发现原型系统的设计与实现 51
5.1 系统的需求分析 51
5.2 拓扑发现系统的体系结构设计 52
5.3 拓扑数据的组织 53
5.3.1 拓扑数据在内存中的组织形式 54
5.3.2 拓扑数据在数据库中的组织形式 55
5.3.3 拓扑数据在文件中的组织形式 56
5.3.4 拓扑数据文件存储和数据库存储的关系 57
5.4 拓扑发现引擎的设计与实现 57
5.4.1拓扑发现主程序的设计与实现 57
5.4.2 跟随扫描器的设计与实现 64
5.5 XML解析器的设计与实现 66
5.6 拓扑发现管理器的设计与实现 67
5.7拓扑数据图形表现的设计与实现 68
5.7.1 拓扑图主界面 69
5.7.2设备信息的查看与修改 69
5.7.3添加设备 70
5.7.4告警信息的显示与确认 72
5.8本章总结 73
第六章 拓扑发现系统的评测与分析 74
6.1测试环境的选择与部署 74
6.2 系统的正确性测试 74
6.2.1 网络层设备发现测试 74
6.2.2 链路层设备发现测试 76
6.2.3 交换机连接关系发现测试 78
6.2.4 更新策略的正确性测试 78
6.3系统的性能测试 80
6.3.1 系统消耗资源测试 80
6.3.2 系统的拓扑发现效率测试 81
6.4 测试结论 82
结  论 83
1 论文成果 83
2 进一步的工作 84
附录A 网络设备对象配置表 86
A.1 INTRANET对象配置表 86
A.2 NETWORK对象配置表 86
A.3 SUBNET对象配置表 87
A.4 SEGMENT对象配置表 87
A.5 ROUTER对象配置表 87
A.6 RINTERFACE对象配置表 88
A.7 SWITCH对象配置表 88
A.8 SINTERFACE对象配置表 89
A.9 HOST对象配置表 90
A.10 NETCARD对象配置表 90
A.11 LINK对象配置表 90
附录B XML文件格式定义 92
附录C 相关SNMP MIB表结构及其说明 98
C.1 ipAddrTable 98
C.2 ipRouteTable 98
C.3 ipNetToMediaTable 99
C.4 ospfAreaTable 100
C.5 ospfLsdbTable 101
附录D 拓扑发现引擎配置文件示例 102
D.1 示例1 102
D.2 示例2 102
参考文献 104
致   谢 106
攻读硕士学位期间所发表的论文 107

 
第一章 绪论
1.1 研究背景
随着信息时代的到来,人们对于通信方式、通信效率的要求也越来越高。计算机网络已经渗透到了社会的各个方面,包括政府、商业、军事、教育和科研等领域,逐渐成为企业和个人商业活动以及日常生活中不可缺少的工具。信息社会对计算机网络的依赖,使得计算机网络本身运行的可靠性变得至关重要,同时,也对网络的管理提出了更高的要求。
按照OSI的定义,网络管理主要包括五个功能域:故障管理、配置管理、性能管理、安全管理和计费管理。五大功能域之间既相对独立,又存在着联系。在五大功能域中,配置管理是基础,它的主要功能包括发现网络的拓扑结构、监视和管理网络设备的配置情况。而监视和管理网络设备的基础是已知网络的拓扑结构,所以,网络拓扑发现才是网络管理的基础。网络拓扑发现的主要目的是获取和维护网络节点的存在性信息和它们之间的连接关系信息,并在此基础上绘制出整个网络拓扑图。网络管理人员通过拓扑结构信息还能对网络故障进行定位,发现网络瓶颈,从而优化整个网络。
很多重要的网络管理任务,如网络资源管理、服务器部署、事件关联以及故障分析等都是以网络的拓扑结构为前提的。一个典型的例子是,当网络中发生一个故障时,该故障可能使相关的网络设备发出大量的告警信息,使网络管理员无从得知故障的真正位置。如果知道了网络拓扑结构,就可以过滤掉派生的告警,从而定位故障的原始位置。拓扑结构还可以使网络管理员预先发现那些容易引发单点故障的不合理结构,防止故障的发生。可是,对于小型网络,网络管理员还可以手工管理网络的拓扑;但是,对于大型的网络,网络中可能包含成千上万的设备,它们之间的连接关系非常复杂,手工管理网络拓扑就变成一件非常繁琐甚至不可能的任务。网络拓扑的自动发现就是为了解决这个问题而提出的。网络拓扑自动发现是指通过计算机程序自动地发现网络的物理布局以及网络节点间的相互连接关系。它能自动的探测整个网络,发现网络设备以及之间的连接关系,最后绘制出网络拓扑图。
网络拓扑可以分成不同的逻辑和物理层次。在实际的物理网络中,网络拓扑中的节点应该是由电缆相连的各种设备端口。物理网络拓扑又对应着不同抽象层次的逻辑拓扑结构。在IP网络层,网络拓扑的节点是路由器、子网和IP主机,在应用层,网络拓扑中的节点又指的是互相有逻辑关联的进程。拓扑发现的不同层次中,人们研究最多的是网络层的拓扑发现,算法比较成熟。当前,网络层拓扑发现的研究热点是如何高速、准确地发现大规模网络(例如整个Internet)的拓扑结构,人们开始从路由协议入手,而不再局限于传统的路由表信息。

(责任编辑:毕业设计论文网)
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