CN101621414A - 一种网络资源及拓扑的发现方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种网络资源及拓扑的发现方法，应用于包括IPv6网络或IPv6/IPv4双栈网络的系统中，所述方法包括以下步骤：一个或多个网络设备接收相邻网络设备发送的扩展链路层发现协议LLDP，所述扩展LLDP携带所述相邻网络设备的系统全球地址，所述系统全球地址为IPv6地址和/或IPv4地址；所述一个或多个网络设备提取所述系统全球地址，将所述系统全球地址添加到本地管理信息库MIB中，实现网络中多个网络设备存储有相邻网络设备的系统全球地址。本发明中，通过扩展LLDP携带标识网络资源的IP地址，对IPv6网络或IPv6/IPv4双栈网络进行拓扑发现。

Description

一种网络资源及拓扑的发现方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种网络资源及拓扑的发现方法及装置。

背景技术

目前，网络设备的种类日益繁多且各自的配置错综复杂，为了使不同厂商的网络设备能够相互发现并交互各自的系统及配置信息，需要有一个标准的信息交流平台，因此，LLDP(Link Layer Discovery Protocol，链路层发现协议)应运而生。

LLDP提供了一种标准的链路层发现方式，可以将本端设备的主要能力、管理地址、设备标识、接口标识等信息组织成不同的TLV(Type/Length/Value，类型/长度/值)，并封装在LLD PDU(Link Layer Discovery Protocol Data Unit，链路层发现协议数据单元)中发布给与自己直连的邻居设备，邻居设备收到这些信息后以标准MIB(Management Information Base，管理信息库)的形式保存起来，以供网络管理系统查询及判断链路的通信状况。

现有技术中，在IPv4(Internet Protocol version 4，国际互联网协议版本4)网络中进行拓扑发现包括以下几种方式：

1，通过ARP(Address Resolution Protocol，地址解析协议)发现能够获取邻居设备的IP地址，然后通过这些IP地址信息获得与该邻居设备直连的设备的IP地址，逐步进行递归的查找，最终获得整个网络的拓扑信息。

2，通过路由表进行设备发现，通过一台路由器作为种子设备，查找该种子设备的路由表，获取该种子设备的每条路由的下一跳，并从该下一跳的路由表获取再下一跳路由信息，逐步进行递归查找，最终获得整个网络的拓扑信息。

3，通过在一个子网内进行PING(Packet Internet Grope，因特网包探索器)发现，能够发现本子网中的活跃设备。由于网络上的设备都有唯一确定的IP地址，源设备给目标设备发送一个数据包，目的设备返回一个同样大小的数据包，源设备根据返回的数据包可以确定目标设备的存在。

4，使用TRACEROUTE(跟踪路径)发现，首先，源设备发送一个TTL(Time To Live)是1的IP报文到目的设备，当路径上的第一个路由器收到该IP报文时，将TTL减1，此时，TTL变为0，所以该路由器会将此IP报文丢掉，并送回一个ICMP time exceeded消息，源设备收到该ICMP time exceeded消息后，便知道该路由器存在于该路径上；接着源设备再发送另一个TTL是2的IP报文，发现第2个路由器；依次类推，源设备每次将送出的IP报文的TTL加1来发现另一个路由器，这个重复的动作一直持续到某个IP报文抵达多个目的设备。

通过以上几种方式可以在IPv4网络中进行网络拓扑发现，然而，现有技术中还可能存在IPv6(Internet Protocol Version 6，国际互联网协议版本6)/IPv4双栈网络，或纯IPv6网络。在IPv6/IPv4双栈网络中，如果IPv6网络和IPv4网络的物理拓扑一致，则可以通过原有的IPv4网络进行网络资源及拓扑发现。但是对于纯IPv6网络，无法利用IPv4网络进行网络资源及拓扑发现，理由如下：

1，在IPv6网络中，路由表中的下一跳并不是全球唯一单播地址而是本地链路地址(本地链路地址是直连设备之间使用的地址，只在直连设备之间有效，对于间接连接的设备则无法识别)，网络管理系统在递归时只能访问在全网内有效的地址，而无法访问只对本地链路有效的本地链路地址，所以无法采用路由表进行递归发现。例如，网络中包括设备1、设备2和网络管理系统，网络管理系统与设备1直连，网络管理系统通过设备1与设备2连接，设备1的路由表中包括设备1与设备2的本地链路地址，网络管理系统不能识别从设备1中获得设备2的本地链路地址，无法访问设备2的路由表。

2，由于IPv6的子网范围通常为64bit，在IPv6网络中一个网络中可能存在2^64个地址，数量这么巨大的地址，无法采用PING发现终端。

3，TRACEROUTE发现，与IPv4的问题相同，由于消息交互繁多，可能无法对网络中的多个设备进行发现。

在IPv6网络中，可以通过ND(Neighbor Discovery，邻居发现)获得网络拓扑信息，但由于ND获得的拓扑信息后，如果不再接收和发送回数据包，则将存储拓扑信息的缓存项删除，使得拓扑信息不完整。

发明内容

本发明提供了一种网络资源及拓扑的发现方法和装置，通过扩展LLDP实现对纯IPv6网络或IPv6/IPv4双栈网络的拓扑发现。

本发明提供了一种网络资源及拓扑的发现方法，应用于包括IPv6网络或IPv6/IPv4双栈网络的系统中，所述系统中包括网络管理系统和至少两个网络设备，所述方法包括以下步骤：

一个或多个网络设备接收相邻网络设备发送的扩展链路层发现协议LLDP，所述扩展LLDP携带所述相邻网络设备的系统全球地址，所述系统全球地址为IPv6地址和/或IPv4地址；

所述一个或多个网络设备提取所述系统全球地址，将所述系统全球地址添加到本地管理信息库MIB中，实现网络中多个网络设备存储有相邻网络设备的系统全球地址。

其中，还包括：

所述一个或多个网络设备将本地系统全球地址添加到扩展LLDP中，发送到相邻网络设备。

其中，还包括：

所述网络管理系统选取某个网络设备作为种子网络设备；

所述网络管理系统获取所述种子网络设备的MIB信息；

所述网络管理系统根据所述种子网络设备的MIB信息获知其邻接的网络设备的系统全球地址，再到所述邻接的设备查找MIB信息，依次递归，进行网络拓扑发现。

其中，所述IPv4地址为：

用户配置的全局IPv4地址；或

网络设备上配置的LOOPBACK地址中最大的IPv4地址；或

物理接口上配置的最大IPv4地址。

其中，所述IPv6地址为：

用户配置的全局IPv6地址；或

设备上配置的LOOPBACK地址中最大的IPv6地址；或

物理接口上配置的最大IPv6全球单播地址。

其中，所述依次递归进行网络拓扑发现，具体包括：

所述网络管理系统通过递归查找到边缘网络设备，并将所述边缘网络设备加入网络拓扑，网络管理系统发现结束。

其中，所述查找到边缘网络设备，具体包括：

所述网络管理系统查找到某个网络设备的MIB，发现所述MIB的系统全球地址在拓扑中已存在，或所述MIB没有系统全球地址，则确定所述某网络设备为边缘网络设备。

本发明提供了一种网络设备，应用于包括IPv6网络或IPv6/IPv4双栈网络的系统中，所述系统中包括网络管理系统和至少两个网络设备，所述网络设备包括：

接收模块，用于接收相邻网络设备发送的扩展链路层发现协议LLDP，所述扩展LLDP携带所述相邻网络设备的系统全球地址，所述系统全球地址为IPv6地址和/或IPv4地址；

提取模块，与所述接收模块连接，用于提取所述系统全球地址，将所述系统全球地址添加到本地管理信息库MIB中，实现网络中多个网络设备存储有相邻网络设备的系统全球地址。

其中，还包括：

发送模块，用于将本地系统全球地址添加到扩展LLDP中，发送到相邻网络设备。

本发明提供了一种网络管理系统，应用于包括IPv6网络或IPv6/IPv4双栈网络的系统中，所述系统中包括网络管理系统和至少两个网络设备，所述网络管理系统包括：

选取模块，用于选取某个网络设备作为种子网络设备，获取所述种子网络设备的MIB信息；

拓扑发现模块，与所述选取模块连接，用于根据所述种子网络设备的MIB信息获知其邻接的网络设备的系统全球地址，再到所述邻接的设备查找MIB信息，依次递归，进行网络拓扑发现。

其中，

所述拓扑发现模块，具体用于过递归查找到某个网络设备的MIB，发现所述MIB的系统全球地址在拓扑中已存在，或所述MIB没有系统全球地址，则确定所述某网络设备为边缘网络设备，并将所述边缘网络设备加入网络拓扑，网络管理系统发现结束。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明中，通过扩展LLDP携带标识网络资源的IP地址，对IPv6网络或IPv6/IPv4双栈网络进行拓扑发现；解决了现有技术中对网络拓扑发现不完全的问题，并能够与现有的ND技术进行配合，更完整的达到网络拓扑发现的问题。另外，由于仅仅是扩展了LLDP，不修改LLDP协议的状态机，所以与原有的系统有较好的兼容性，所需升级代价较小。

附图说明

图1是本发明中一种网络资源及拓扑的发现方法流程图；

图2是本发明中扩展的LLDP报文格式示意图；

图3是本发明中扩展的LLDP报文的PDU组成结构示意图；

图4是本发明中一种网络设备结构图；

图5是本发明中一种网络管理系统结构图。

具体实施方式

本发明的核心思路是：对现有的LLDP协议进行扩展，使其能够携带标识网络资源的IP地址，既可以携带IPv4地址，也可以携带IPv6地址。通过扩展LLDP报文在整个网络范围内扩散，在每一台启用了LLDP的网络设备上，都能够在MIB中保存其邻居设备的IP地址信息；网络管理系统选择一台网络设备作为种子网络设备，能够通过读取该种子网络设备的MIB中的IP信息，获取与该种子网络设备相连接的网络设备的IP地址，再通过逐级查找与种子设备相邻接的设备，最终获取到网络中的多个网络设备资源，进而绘制出完整的网络拓扑图。

本发明提供了一种网络资源及拓扑的发现方法，应用于包括IPv6网络或IPv6/IPv4双栈网络的系统中，所述系统中包括网络管理系统和至少两个网络设备，所述方法如图1所示，包括以下步骤：

步骤101，所述一个或多个网络设备将本地系统全球地址添加到扩展LLDP中，发送到相邻网络设备。该网络中多个网络设备具有发送和接收扩展LLDP功能，

其中，LLDP报文格式如图1所示，包括：

Destination MAC address，目的MAC(Media Access Control，介质访问控制)地址，为固定的组播MAC地址0x0180-C200-000E。

Source MAC address，源MAC地址，为端口MAC地址或设备桥MAC地址，如果有端口地址则使用端口MAC地址，否则使用设备桥MAC地址。

Type，报文类型，为0x88CC。

Data，数据，为LLDPDU。

FCS(Frame Check Sequence，帧检验序列)，指特别的检测码字符被添加到在一个通信协议中的帧中进行检错和纠错。

其中，LLDP报文的PDU格式如图2所示。

本发明中增加的系统全球地址需要添加在LLDP报文的PDU中，添加后的PDU各组成部分内容如表1所示：

表1：

TLV名称	说明	是否必须发布
			End of LLDPDU	标识LLDPDU结束	是
Chassis ID	发送设备的桥MAC地址	是
			Port ID	标识LLDPDU发送端的端口。当设备不发送MED TLV时，内容为端口名称；当设备发送MED TLV时，内容为端口的MAC地址，没有端口MAC时使用桥MAC	是
Time To Live	本网络设备信息在邻居网络设备上的存活时间	是
			Port Description	以太网端口的描述字符串	否
System Name	网络设备的名称	否
			System Description	系统描述	否
System Capabilities	系统的主要功能以及已使能的功能项	否
			Management Address	管理地址，以及对应的接口号和OID(Object Identifier，对象标识)	否
System Global Address(系统全球地址)	携带网络设备的IPv6地址和/或IPv4地址	是

表1描述了当前LLDP报文的PDU所支持的基本的TLV内容，其他TLV不进行介绍。在现有技术中的TLV中有一个管理地址的TLV，但是该管理地址并不是网络设备的唯一地址，而是独立于各自的端口(具有多个端口的同一个设备使用多个IP地址)，使用端口的IP地址进行添加，同时在MIB中也不进行记录，因此，该管理地址无法描述唯一的设备标识，也就无法作为网络管理系统的参考。

本发明为了避免与原有的TLV相冲突造成兼容性问题，在现有的TLV类型的基础上，增加一个TLV类型SGA(System Global Address，系统全球地址)，获取能够唯一描述网络设备的IP地址，包括IPv4地址和/或IPv6地址。对于IPv4网络设备，该SGA为IPv4地址；对于IPv6网络设备，该SGA为IPv6地址；对于IPv4/IPv6双栈网络设备，该SGA为IPv6地址和IPv4地址。

对于IPv4的网络环境，按IPv4地址稳定性顺序选择：首先使用用户配置的全局IPv4地址，其次使用网络设备上配置的LOOPBACK地址中最大的地址，最后使用物理接口上配置的最大的IPv4地址。其中，用户配置的全局IPv4地址是最稳定的，如果用户不修改全局配置，该IPv4地址不会改变；LOOPBACK接口是一种纯软件性质的虚拟接口，LOOPBACK接口创建后除非手工关闭该接口，否则LOOPBACK接口物理层状态和链路层协议一直处于UP状态；物理接口上配置的IPv4地址可以通过管理指令随时DOWN，稳定性较差。

对于IPv6的网络环境，按IPv6地址稳定性顺序选择：首先使用用户配置的全局IPv6地址，其次使用网络设备上配置的LOOPBACK地址中最大的地址(其他地址也可以，但是要有一种顺序)；最后使用物理接口上配置的最大的IPv6全球单播地址。这里需要注意的是，在IPv6的地址中，不同于IPv4，每个接口上都存在本地链路范围的地址以及全球单播地址，为了能够让网络管理系统通过全局地址找到自己，那么必须使用全球单播地址。

步骤102，一个或多个网络设备接收相邻网络设备发送的扩展链路层发现协议LLDP，所述扩展LLDP通过表1中新定义的SGA的TLV携带所述相邻网络设备的系统全球地址，所述系统全球地址为IPv6地址和/或IPv4地址。

步骤103，一个或多个网络设备提取所述系统全球地址，将所述系统全球地址添加到本地管理信息库MIB中，实现网络中多个网络设备存储有相邻网络设备的系统全球地址。

通过上述方法，网络中多个网络设备都记录了相邻网络设备的系统全球地址，网络管理系统可以通过系统全球地址访问网络中任意网络设备。网络管理系统进行网络资源及拓扑发现时，可以选择一个种子网络设备(该种子网络设备可以为任一网络设备，但为了提高管理效率，可以选择距管理网络系统最近的网络设备作为种子网络设备；如果是多级分层结构，可以选择越靠近上级的网络设备作为种子网络设备)，获取种子网络设备中的MIB信息，由于该MIB信息中包含了相邻的多个网络设备的系统全球地址，网络管理系统可以根据这些系统全球地址访问对应的邻居网络设备，并获取MIB信息，依次递归。由于每台网络设备中的SGA信息都是唯一的，所以在网络发现时，不会出现重复，造成资源发现异常。

当网络管理系统通过递归查找到网络边缘设备，并将其加入拓扑时，网络管理系统发现结束，此时网络管理系统上能够绘制出网络中多个网络设备的拓扑及资源。查找到网络边缘设备方式为：所述网络管理系统查找到某个网络设备的MIB，发现所述MIB的系统全球地址在拓扑中已存在，或所述MIB没有系统全球地址，则确定所述某网络设备为边缘网络设备。

本发明可以应用于纯IPv6网络，相邻网络设备之间传递的系统全球地址为IPv6地址；本发明同样可以应用于纯IPv4网络，相邻网络设备之间传递的系统全球地址为IPv4地址。

本发明提供了一种网络设备，应用于包括IPv6网络或IPv6/IPv4双栈网络的系统中，所述系统中包括网络管理系统和至少两个网络设备，所述网络设备如图4所示，包括：

接收模块410，用于接收相邻网络设备发送的扩展链路层发现协议LLDP，所述扩展LLDP通过表1中新定义的SGA的TLV携带所述相邻网络设备的系统全球地址，所述系统全球地址为IPv6地址和/或IPv4地址；

提取模块420，与接收模块410连接，用于提取所述系统全球地址，将所述系统全球地址添加到本地管理信息库MIB中，实现网络中多个网络设备存储有相邻网络设备的系统全球地址，网络管理系统可以通过系统全球地址访问网络中任意网络设备。

发送模块430，用于将本地系统全球地址添加到扩展LLDP中，发送到相邻网络设备。具体为在现有的TLV类型的基础上，增加一个TLV类型SGA，获取能够唯一描述网络设备的IP地址，包括IPv4地址和/或IPv6地址。对于IPv4网络设备，该SGA为IPv4地址；对于IPv6网络设备，该SGA为IPv6地址；对于IPv4/IPv6双栈网络设备，该SGA为IPv6地址和IPv4地址。

对于IPv4的网络环境，按IPv4地址稳定性顺序选择：首先使用用户配置的全局IPv4地址，其次使用网络设备上配置的LOOPBACK地址中最大的地址，最后使用物理接口上配置的最大的IPv4地址。其中，用户配置的全局IPv4地址是最稳定的，如果用户不修改全局配置，该IPv4地址不会改变；LOOPBACK接口是一种纯软件性质的虚拟接口，LOOPBACK接口创建后除非手工关闭该接口，否则LOOPBACK接口物理层状态和链路层协议一直处于UP状态；物理接口上配置的IPv4地址可以通过管理指令随时DOWN，稳定性较差。

对于IPv6的网络环境，按IPv6地址稳定性顺序选择：首先使用用户配置的全局IPv6地址，其次使用网络设备上配置的LOOPBACK地址中最大的地址(其他地址也可以，但是要有一种顺序)；最后使用物理接口上配置的最大的IPv6全球单播地址。这里需要注意的是，在IPv6的地址中，不同于IPv4，每个接口上都存在本地链路范围的地址以及全球单播地址，为了能够让网络管理系统通过全局地址找到自己，那么必须使用全球单播地址。

本发明提供了一种网络管理系统，应用于包括IPv6网络或IPv6/IPv4双栈网络的系统中，所述系统中包括网络管理系统和至少两个网络设备，所述网络管理系统如图5所示，包括：

选取模块510，用于选取某个网络设备作为种子网络设备，获取所述种子网络设备的MIB信息；由于该MIB信息中包含了相邻的多个网络设备的系统全球地址，网络管理系统可以根据这些系统全球地址访问对应的邻居网络设备。

拓扑发现模块520，与选取模块510连接，用于根据所述种子网络设备的MIB信息获知其邻接的网络设备的系统全球地址，再到所述邻接的设备查找MIB信息，依次递归，进行网络拓扑发现。由于每台网络设备中的SGA信息都是唯一的，所以在网络发现时，不会出现重复，造成资源发现异常。

拓扑发现模块520，具体用于过递归查找到某个网络设备的MIB，发现所述MIB的系统全球地址在拓扑中已存在，或所述MIB没有系统全球地址，则确定所述某网络设备为边缘网络设备，并将所述边缘网络设备加入网络拓扑，网络管理系统发现结束。此时网络管理系统上能够绘制出网络中多个网络设备的拓扑及资源。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以通过硬件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述进行分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本发明序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (11)

1、一种网络资源及拓扑的发现方法，应用于包括IPv6网络或IPv6/IPv4双栈网络的系统中，所述系统中包括网络管理系统和至少两个网络设备，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

一个或多个网络设备接收相邻网络设备发送的扩展链路层发现协议LLDP，所述扩展LLDP携带所述相邻网络设备的系统全球地址，所述系统全球地址为IPv6地址和/或IPv4地址；

所述一个或多个网络设备提取所述系统全球地址，将所述系统全球地址添加到本地管理信息库MIB中，实现网络中多个网络设备存储有相邻网络设备的系统全球地址。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

所述一个或多个网络设备将本地系统全球地址添加到扩展LLDP中，发送到相邻网络设备。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

所述网络管理系统选取某个网络设备作为种子网络设备；

所述网络管理系统获取所述种子网络设备的MIB信息；

所述网络管理系统根据所述种子网络设备的MIB信息获知其邻接的网络设备的系统全球地址，再到所述邻接的设备查找MIB信息，依次递归，进行网络拓扑发现。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述IPv4地址为：

用户配置的全局IPv4地址；或

网络设备上配置的LOOPBACK地址中最大的IPv4地址；或

物理接口上配置的最大IPv4地址。

5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述IPv6地址为：

用户配置的全局IPv6地址；或

设备上配置的LOOPBACK地址中最大的IPv6地址；或

物理接口上配置的最大IPv6全球单播地址。

6、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依次递归进行网络拓扑发现，具体包括：

所述网络管理系统通过递归查找到边缘网络设备，并将所述边缘网络设备加入网络拓扑，网络管理系统发现结束。

7、如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述查找到边缘网络设备，具体包括：

所述网络管理系统查找到某个网络设备的MIB，发现所述MIB的系统全球地址在拓扑中已存在，或所述MIB没有系统全球地址，则确定所述某网络设备为边缘网络设备。

8、一种网络设备，应用于包括IPv6网络或IPv6/IPv4双栈网络的系统中，所述系统中包括网络管理系统和至少两个网络设备，其特征在于，所述网络设备包括：

接收模块，用于接收相邻网络设备发送的扩展链路层发现协议LLDP，所述扩展LLDP携带所述相邻网络设备的系统全球地址，所述系统全球地址为IPv6地址和/或IPv4地址；

提取模块，与所述接收模块连接，用于提取所述系统全球地址，将所述系统全球地址添加到本地管理信息库MIB中，实现网络中多个网络设备存储有相邻网络设备的系统全球地址。

9、如权利要求8所述的网络设备，其特征在于，还包括：

发送模块，用于将本地系统全球地址添加到扩展LLDP中，发送到相邻网络设备。

10、一种网络管理系统，应用于包括IPv6网络或IPv6/IPv4双栈网络的系统中，所述系统中包括网络管理系统和至少两个网络设备，其特征在于，所述网络管理系统包括：

选取模块，用于选取某个网络设备作为种子网络设备，获取所述种子网络设备的MIB信息；

拓扑发现模块，与所述选取模块连接，用于根据所述种子网络设备的MIB信息获知其邻接的网络设备的系统全球地址，再到所述邻接的设备查找MIB信息，依次递归，进行网络拓扑发现。

11、如权利要求10所述的网络管理系统，其特征在于，

所述拓扑发现模块，具体用于过递归查找到某个网络设备的MIB，发现所述MIB的系统全球地址在拓扑中已存在，或所述MIB没有系统全球地址，则确定所述某网络设备为边缘网络设备，并将所述边缘网络设备加入网络拓扑，网络管理系统发现结束。

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