CN104092576B - 一种网络拓扑计算方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种网络拓扑计算方法及装置，该方法包括：从所述第一设备的地址表中，获取所述第一接口的IP地址；从所述第一设备的ARP表中，获取所述第一接口学习到的第二接口的IP地址和MAC地址；从所述第一设备的接口表中，获取所述第一接口的三层接口名称；从所述第二设备的接口表中，获取所述第二接口的MAC地址对应的三层接口名称；根据所述第二接口的IP地址和三层接口名称与所述第一接口的IP地址和三层接口名称，生成三层链路。本发明实现了二三层链路对应关系的建立，支持动态更新和调整，快速生成网络拓扑结构。
Description
技术领域
本发明涉及计算机网络技术领域，尤其涉及一种网络拓扑计算方法和装置。
背景技术
网络拓扑是网络管理软件提供的一项重要功能，其优点在于可以可视化的方式全局查看网络内设备的组网及运行状态，非常方便网络管理人员的进行日常网络维护工作。简单的网络拓扑管理软件是静态的，需要网管人员自行根据设备的实际组网情况手动创建好设备节点和链路，后续设备组网变更后，也需要手动完成拓扑的修改操作。
显然对于复杂的网络来说，这种手动操作方式加大了维护人员的工作，不易于使用，需要有一种动态计算网络拓扑的方法，能自动从网络设备的相关运行参数中，提取信息来生成正确的网络拓扑。
一种方式，使用邻居发现协议LLDP(Link Layer Discovery Protocol，链路层发现协议)可以发现设备间的连接关系，支持邻居发现协议的交换机或者设备间通过协议获取本端接口连接的对端设备的类型、厂商、端口以及地址等信息，并可以通过特定的节点查到这些邻居信息，如果网络上所有的设备都支持LLDP，就可以通过每个节点的邻居信息组成一张完整的网络拓扑图。
虽然设备实现LLDP协议不麻烦，但目前来说，支持的设备还是不多，不同厂家的实现方式也不统一，比如华三交换机实现了LLDP协议，而思科的交换机就不支持，它有自己的私有协议CDP(Cisco Discovery Protocol，思科发现协议)。在两种厂商的交换机设备混合组网时，就不能学习到完整的网络拓扑了。
另一种方式，完全基于MAC学习表计算网络二层拓扑的方法，这类方法是完全依赖MAC学习表来发现二层拓扑的物理连接关系。计算比较繁杂，特别是交换机间二层链路的发现，需要判断不同接口MAC学习地址的集合关系，从而找到正确的上行或下行端口，效率相对较低。基于MAC地址的发现，只用于发现二层拓扑链路，但对于三层交换机来说，不能发现二三层拓扑链路间的对应关系。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种网络拓扑计算方法，应用于网络拓扑系统中，该系统包括第一设备和第二设备，所述第一设备包括第一接口，所述第二设备包括第二接口，该方法包括：
从所述第一设备的地址表中，获取所述第一接口的IP地址；
从所述第一设备的ARP表中，获取所述第一接口学习到的第二接口的IP地址和MAC地址；
从所述第一设备的接口表中，获取所述第一接口的三层接口名称；
从所述第二设备的接口表中，获取所述第二接口的MAC地址对应的三层接口名称；
根据所述第二接口的IP地址和三层接口名称与所述第一接口的IP地址和三层接口名称，生成三层链路。
本发明还提供了一种网络拓扑计算装置，应用于网络拓扑系统中，该系统包括第一设备和第二设备，所述第一设备包括第一接口，所述第二设备包括第二接口，该装置包括：
第一接口地址获取单元，用于从所述第一设备的地址表中，获取所述第一接口的IP地址；
第二接口地址获取单元，用于从所述第一设备的ARP表中，获取所述第一接口学习到的第二接口的IP地址和MAC地址；
第一接口名称获取单元，用于从所述第一设备的接口表中，获取所述第一接口的三层接口名称；
第二接口名称获取单元，用于从所述第二设备的接口表中，获取所述第二接口的MAC地址对应的三层接口名称；
三层链路生成单元，用于根据所述第二接口的IP地址和三层接口名称与所述第一接口的IP地址和三层接口名称，生成三层链路。
本发明实现了二三层链路对应关系的建立，支持动态更新和调整，快速生成网络拓扑结构。
附图说明
图1是本发明一种实施方式中网络拓扑计算装置的逻辑结构及其基础硬件环境的示意图。
图2是本发明一种实施方式中网络拓扑计算方法的流程图。
图3是本发明一种实施方式中新增服务器设备的链路示意图。
图4是本发明一种实施方式中链路连接关系示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细说明。
本发明提供一种网络拓扑计算装置，以下以软件实现为例进行说明，但是本发明并不排除诸如硬件或者逻辑器件等其他实现方式。如图1所示，该装置运行的硬件环境包括CPU、内存、非易失性存储器以及其他硬件。该装置作为一个逻辑层面的虚拟装置，其通过CPU来运行。该装置包括第一接口地址获取单元、第二接口地址获取单元、第一接口名称获取单元、第二接口名称获取单元以及三层链路生成单元。请参考图2，该装置的使用和运行过程包括以下步骤：
步骤101，第一接口地址获取单元从所述第一设备的地址表中，获取所述第一接口的IP地址；
步骤102，第二接口地址获取单元从所述第一设备的ARP表中，获取所述第一接口学习到的第二接口的IP地址和MAC地址；
步骤103，第一接口名称获取单元从所述第一设备的接口表中，获取所述第一接口的三层接口名称；
步骤104，第二接口名称获取单元从所述第二设备的接口表中，获取所述第二接口的MAC地址对应的三层接口名称；
步骤105，三层链路生成单元根据所述第二接口的IP地址和三层接口名称与所述第一接口的IP地址和三层接口名称，生成三层链路。
本发明通过获取网路设备的ARP表信息生成三层链路连接，同时结合MAC表信息生成二层链路，进而实现二三层链路的对应关系。以下通过具体实施方式进行详细说明。
首先，需要获取进行网络拓扑计算的网络设备的配置信息，例如，可通过SNMP(Simple Network Management Protocol，简单网络管理协议)读取开启了SNMP服务的网络设备的配置信息，该配置信息包括系统信息表、接口表、地址表、路由表、ARP表以及MAC学习表等。
以新增一台服务器设备为例，参见图3，服务器的管理IP地址为208.208.220.231。通过读取该服务器的配置信息，获得服务器的ARP表、MAC表、地址表以及接口表。查询地址表获取接口的IP地址信息。
| IP地址 | 接口索引 | 掩码 |
| 208.208.220.231 | 11 | 255.255.255.0 |
| …… | …… | …… |
表1
表1为服务器的地址表示例。为了避免混淆及更加清楚的表述，表1中屏蔽了其它配置信息，只给出了一个接口的IP地址信息。从表中可以获知，接口索引为11的接口配置的IP地址为208.208.220.231，与配置的管理IP地址相同。
查询服务器的ARP表，获取接口11学习到的对端设备的IP地址和MAC地址。
| 接口索引 | MAC地址 | IP地址 |
| 11 | 58:66:BA:91:29:1C | 208.208.220.1 |
| 11 | F8:B1:56:BA:B1:87 | 208.208.220.21 |
| 11 | F8:B1:56:9E:A8:94 | 208.208.220.45 |
| 11 | 00:23:89:C7:3F:47 | 208.208.220.220 |
| …… | …… | …… |
表2
表2为服务器的ARP表示例。表中给出了接口11学习到的所有对端设备的MAC地址和IP地址。以第一个表项为例，对端设备的IP地址为208.208.220.1，MAC地址为58:66:BA:91:29:1C，假设对端设备为图3所示的交换机设备。
查询服务器的接口表，获取接口11对应的三层接口名称和MAC地址。
| 接口索引 | 三层接口名称 | MAC地址 |
| 10 | WAN Miniport | ED:4E:2F:14:B5:9A |
| 11 | Intel(R)82579LM | F8:B1:56:9A:9A:54 |
| 12 | Vlan-interface100 | 00:0A:F7:2B:59:DC |
| …… | …… | …… |
表3
表3为服务器的接口表示例。接口表用于表示接口索引、三层接口名称以及接口MAC地址的对应关系。从表3可知，索引11代表的是物理接口Intel(R)82579LM。
读取交换机的接口表，获取服务器接口11学习到的交换机MAC地址58:66:BA:91:29:1C对应的三层接口名称。
| 接口索引 | 三层接口名称 | MAC地址 |
| 30 | Vlan-interface1 | 58:66:BA:91:29:1C |
| 31 | Vlan-interface2 | 18:E1:54:9E:9A:5D |
| 32 | Vlan-interface3 | 03:0D:FE:2D:5E:D1 |
| …… | …… | …… |
表4
表4为交换机的接口表示例。查表可知，交换机MAC地址58:66:BA:91:29:1C对应的三层接口为虚拟接口Vlan-interface1。
因此，根据上述服务器和交换机的IP地址及三层接口名称，可生成三层链路为(208.208.220.231)Intel(R)82579LM-(208.208.220.1)Vlan-interface1。
在获取三层链路信息后，可以在此基础上继续计算对应的二层链路。查询服务器的MAC表，获取学习到交换机MAC地址58:66:BA:91:29:1C的物理接口。
| 物理接口名称 | VLAN ID | MAC地址 |
| Intel(R)82579LM | 20 | 58:66:BA:91:29:1C |
| Intel(R)82579LM | 30 | E8:C1:A6:1A:6A:44 |
| Ethernet1/0/2 | 10 | 40:FA:E7:6B:29:BC |
| …… | …… | …… |
表5
表5为服务器的MAC表示例。从表中可以看到，学习到交换机MAC地址58:66:BA:91:29:1C的物理接口为Intel(R)82579LM。本实施例中，在三层链路生成过程中就已知物理接口名称，这是由于在服务器的接口表中接口11配置的是物理接口，因此，即使不查询MAC表也可以知道对应的二层物理接口。若三层链路的接口是虚拟接口，则需要通过MAC表来确认二层的物理接口。
同理，查询交换机的MAC表，获取学习到服务器MAC地址F8:B1:56:9A:9A:54的物理接口。
| 物理接口名称 | VLAN ID | MAC地址 |
| GigabitEthernet1/0/41 | 20 | F8:B1:56:9A:9A:54 |
| GigabitEthernet1/0/41 | 30 | ED:FE:A3:B3:C4:11 |
| Ethernet1/0/2 | 10 | A4:23:FE:45:6F:8C |
| …… | …… | …… |
表6
表6为交换机的MAC表示例。从表中可以看到，学习到服务器MAC地址F8:B1:56:9A:9A:54的物理接口为GigabitEthernet1/0/41。
因此，根据服务器和交换机的物理接口生成二层链路为Intel(R)82579LM-GigabitEthernet1/0/41，从而实现了二三层链路对应关系。
| 对应关系 | 服务器 | 交换机 |
| IP地址 | 208.208.220.231 | 208.208.220.1 |
| 三层接口 | Intel(R)82579LM | Vlan-interface1 |
| 二层接口 | Intel(R)82579LM | GigabitEthernet1/0/41 |
表7
表7为本实施例中服务器与交换机间的二三层链路对应关系表。
通过上述过程可确认两台网络设备的相应接口存在链路连接关系，但是否为直连链路需进一步确认。如图4所示，服务器(208.208.220.231)通过接入交换机(208.208.220.220)接入中心交换机(208.208.220.1)。采用前述链路计算方法，通过服务器的ARP表可分别计算出服务器到两台交换机的三层链路，通过两台交换机的MAC表可确认学习到服务器MAC地址的交换机的物理接口。假设接入交换机的物理接口为GigabitEthernet1/0/32，中心交换机的物理接口为GigabitEthernet1/0/41。分别查询上述物理接口学习到的MAC地址信息，如图4所示，由于接入交换机直接与服务器相连，因此，在接入交换机的物理接口GigabitEthernet1/0/32上只能学习到服务器的MAC地址，而中心交换机的物理接口GigabitEthernet1/0/41上除了学习到服务器的MAC地址，还会学习到接入交换机的MAC地址。因此，可判定服务器与接入交换机之间为直连链路，与中心交换机为非直连链路。
上述直连链路的判断方法可总结为：在所有学习到服务器MAC地址的交换机中，与服务器直连的交换机学习到的MAC地址必为其它交换机学习到的MAC地址的子集；也可简单的通过比较交换机学习到的MAC地址的数量判断，数量最少的为与服务器直连的交换机。因此，即使中心交换机与服务器之间存在多个接入交换机，也可采用此方法确认与服务器直连的交换机。
同时，通过上述方法还可以确保网络拓扑的完整性。例如，当服务器接入链路时，若与服务器直连的交换机还未添加到网络拓扑中，则通过此方法可以在服务器与上层交换机间建立链路连接，以确保网络拓扑的完整性。
在前述获取交换机三层接口的过程中，若同一MAC地址配置了多个虚拟接口，则只通过MAC地址无法确认与服务器接口11连接的三层接口。
| 接口索引 | 三层接口名称 | MAC地址 |
| 30 | Vlan-interface1 | 58:66:BA:91:29:1C |
| 50 | Vlan-interface20 | 58:66:BA:91:29:1C |
| 32 | Vlan-interface3 | 03:0D:FE:2D:5E:D1 |
| …… | …… | …… |
表8
表8为交换机接口表的另一个示例。查表可知，与服务器接口11连接的交换机MAC地址58:66:BA:91:29:1C对应两个虚拟接口Vlan-interface1和Vlan-interface20。为了进一步确认连接到哪一个接口上，需查询交换机的地址表。
| IP地址 | 接口索引 | 掩码 |
| 208.208.220.1 | 30 | 255.255.255.0 |
| 208.208.20.1 | 50 | 255.255.255.0 |
| 208.208.40.1 | 32 | 255.255.255.0 |
| …… | …… | …… |
表9
表9为交换机的地址表示例。从该表可知，接口Vlan-interface1(接口索引30)对应的IP地址为208.208.220.1，接口Vlan-interface20(接口索引50)对应的IP地址为208.208.20.1。由于每个接口IP地址对应网段不同，因此，可根据服务器IP地址所属网段确认交换机的对应接口。从表1可知，服务器接口11的IP地址为208.208.220.231，所属网段为208.208.220.0/24，交换机接口30的IP地址为208.208.220.1，也属于网段208.208.220.0/24，因此，可确认接口Vlan-interface1与服务器相连。
本发明实施例中仅以服务器设备的一个物理接口为例阐述了网络拓扑计算的方法，对于具有多个物理接口的网络设备(例如，交换机)，其每一个物理接口可能对应多个网段，为每一个网段配置对应的三层接口并配置对应的IP地址，相应的接口会学习到对应网段的ARP信息，同时，其对应的物理接口也会学习到该接口下所有网络设备的MAC地址信息，从而采用本发明的方法对每一个接口都进行上述处理，最终获得多接口网络设备的网络拓扑结构。
需要特别说明的是，并不是所有的网络设备都既有ARP表又有MAC表，但并不妨碍采用本发明进行链路发现。例如，二层交换机可能没有ARP表只有MAC表，只负责二层转发，但是由于二层交换机配置了管理IP，所以可以利用管理口的ARP表项，仍然采用本发明的链路发现方法实现二三层链路的建立。对于路由器、网关等没有MAC表的三层设备，由于其物理接口上直接配置了IP，因此，在三层链路建立过程中，就已经实现了物理链路的建立。
本发明采用了先三层链路再到二层链路的发现过程，将二层物理链路的发现限制在三层链路的范围内，即在三层已建立的链路范围内，查找对应的二层链路关系。这是利用了三层VLAN的特点，在实际使用过程中，每一个物理接口可以设置不同的VLAN，进行子网划分。当两个网络设备都只有一个MAC地址，并通过同一个物理接口的不同VLAN连接时，通过查询任一网络设备MAC表中的VLAN信息，确定当前三层VLAN下的二层链路信息。通过在每一个VLAN下的计算，可识别出两个网络设备在不同VLAN下存在的多条链路连接。
本发明结合网络设备的ARP表和MAC表信息，实现了二三层链路对应关系的建立，同时，当网络设备发生状态改变(例如：接口up/down，设备断电重启等)时，由于ARP表和MAC表会随之变化，因此，采用ARP表和MAC表信息计算的网络拓扑也会随之动态更新，具有更好的收敛性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (6)
1.一种网络拓扑计算方法，应用于网络拓扑系统中，该系统包括第一设备和第二设备，所述第一设备包括第一接口，所述第二设备包括第二接口，其特征在于，该方法包括：
从所述第一设备的地址表中，获取所述第一接口的IP地址；
从所述第一设备的ARP表中，获取所述第一接口学习到的第二接口的IP地址和MAC地址；
从所述第一设备的接口表中，获取所述第一接口的三层接口名称；
从所述第二设备的接口表中，获取所述第二接口的MAC地址对应的三层接口名称；
根据所述第二接口的IP地址和三层接口名称与所述第一接口的IP地址和三层接口名称，生成三层链路；
在所述三层链路的范围内，从所述第一设备的MAC表中，获取学习到所述第二接口的MAC地址的第一接口的物理接口名称；
从所述第二设备的MAC表中，获取学习到所述第一接口的MAC地址的第二接口的物理接口名称，其中，所述第一接口的MAC地址从所述第一设备的接口表中获取；
根据所述第一接口的物理接口名称和所述第二接口的物理接口名称，生成二层链路；
建立所述二层链路与所述三层链路的对应关系。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
若所述网络拓扑系统中还包括学习到所述第一接口MAC地址的其它设备，且所述其它设备学习到的MAC地址集合均大于所述第二接口学习到的MAC地址集合，则所述第二接口与所述第一接口之间的链路为直连链路。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
若所述第二接口的MAC地址对应多个三层接口名称，则所述第二接口的三层接口名称为与所述第一接口处于同一网段的三层接口名称。
4.一种网络拓扑计算装置，应用于网络拓扑系统中，该系统包括第一设备和第二设备，所述第一设备包括第一接口，所述第二设备包括第二接口，其特征在于，该装置包括：
第一接口地址获取单元，用于从所述第一设备的地址表中，获取所述第一接口的IP地址；
第二接口地址获取单元，用于从所述第一设备的ARP表中，获取所述第一接口学习到的第二接口的IP地址和MAC地址；
第一接口名称获取单元，用于从所述第一设备的接口表中，获取所述第一接口的三层接口名称；
第二接口名称获取单元，用于从所述第二设备的接口表中，获取所述第二接口的MAC地址对应的三层接口名称；
三层链路生成单元，用于根据所述第二接口的IP地址和三层接口名称与所述第一接口的IP地址和三层接口名称，生成三层链路；
第一物理接口获取单元，用于在所述三层链路的范围上，从所述第一设备的MAC表中，获取学习到所述第二接口的MAC地址的第一接口的物理接口名称；
第二物理接口获取单元，用于从所述第二设备的MAC表中，获取学习到所述第一接口的MAC地址的第二接口的物理接口名称，其中，所述第一接口的MAC地址从所述第一设备的接口表中获取；
二层链路生成单元，用于根据所述第一接口的物理接口名称和所述第二接口的物理接口名称，生成二层链路；
对应关系生成单元，用于建立所述二层链路与所述三层链路的对应关系。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，还包括：
直连链路判断单元，用于若所述网络拓扑系统中还包括学习到所述第一接口MAC地址的其它设备，且所述其它设备学习到的MAC地址集合均大于所述第二接口学习到的MAC地址集合，则所述第二接口与所述第一接口之间的链路为直连链路。
6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第二接口名称获取单元还用于：
若所述第二接口的MAC地址对应多个三层接口名称，则所述第二接口的三层接口名称为与所述第一接口处于同一网段的三层接口名称。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |