CN109245940B - 一种网络设备发现及检测的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种网络设备发现及检测的方法，其包括服务器和若干在待定位区域中的待监控的网络设备，还包括以下步骤：A：master和backup竞选：通过网络设备到其他网络设备所经过的网络设备的个数和网络设备的优先级等参数竞选master以及backup；B：设备探测：master通过发送探测报文检测网络设备是否可达并将检测结果发送至服务器；C：新设备的加入：新设备收到探测报文向master发送自身信息，服务器通过master同步新设备的信息；D：master的重新选举：网络设备通过探测报文判断master和backup是否正常工作，两者失效则重新竞选master和backup；本发明解决现有技术中检测周期长，计算资源消耗量比较大等问题，与现有技术方案相比，提高了大批量网络设备检测效率，降低了资源消耗。

Description

一种网络设备发现及检测的方法
技术领域
本发明涉及一种网络设备发现及检测的方法。
背景技术
随着经济的发展，越来越多的网络设备进入到人们的日常生活当中；一个2万学生规模的高校校园，无线AC、AP和交换机等网络设备，数量可达几千甚至上万个；当其中有设备发生故障损坏离线时，对网络通信造成严重的影响；对网络设备实施检测并快速定位出离线的设备是保障数据通信一件很重要的工作。
目前网络设备检测技术方案，主要有两种；一种是采用互联网控制消息协议即ICMP；它是TCP/IP协议族的一个子协议，用于在IP主机和路由器之间传递控制消息；其在网络中的主要作用是：主机探测、路由维护、路由选择和流量控制；PING是ICMP的一个主要应用，用于检测网络设备的连通性，源主机发送一个ICMP请求消息给目的主机；目的主机收到，则回应一个ICMP应答消息给源主机，如果源主机在一定时间内收到应答，则认为目的主机可达；否则不可达。
另一种是采用简单网络管理协议即SNMP，基于C/S架构；SNMP由网络管理站即NMS，代理端即Agent和管理信息库即MIB三部分组成；Agent和MIB位于被管理的计算机和网络设备上，如主机、路由器、交换机、终端服务器和工作站，它是一个软件，负责收集所驻设备的网络信息等待NMS轮询；NMS要想获取监控数据时就向Agent通过SNMP协议发送get操作，Agent通过MIB库获取到数据后就发送给NMS，如果是Agent主动向NMS发送信息，则采用trap操作，如图1所示。
现有的两种网络设备检测技术方案存在检测周期长，计算资源消耗量大等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种网络设备发现及检测的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种网络设备发现及检测的方法，其包括服务器和若干在待定位区域中的待监控的网络设备，还包括以下步骤：
A：master和backup竞选：将待监控区域划分成若干子区域确保每个网络设备只属于一个子区域，所述服务器通过网络连接各网络设备，各网络设备向工作的物理端口发送竞选报文并更新各自的邻居列表，所述竞选报文包括距离和优先级，所述距离表示网络设备到其他网络设备所经过的网络设备的个数，所述优先级是各网络设备根据自身CPU核数、CPU频率、内存条数、内存大小和背板带宽参数计算得到的，选择距离最小的作为master，次小的为backup，距离相同时选择优先级最大的作为master，次大的作为backup，优先级相同时选择mac地址最小的作为master，次小的作为backup，一段时间后没有新设备加入则竞选结束，所述master向服务器通告自己的邻居列表的数据；
B：设备探测：master根据邻居列表定期向所有邻居发送探测报文，邻居收到探测报文后进入竞选抑制，不再发送本机的邻居列表同时向master发送探测应答报文，master在一段时间内根据是否接收到探测应答报文向服务器发送该邻居是否可达的邻居消息列表，服务器根据master发送的邻居消息列表更新服务器中的邻居列表，服务器可通过控制master向特定的网络设备发送探测报文以查询特定网络设备是否可达，服务器由自身或通过master对不可达的网络设备发送探测报文并根据返回情况更新服务器中的邻居列表；
C：新设备的加入：有新设备加入后收到master的邻居探测报文，新设备则向master发送自己的邻居列表，master收到后，更新自己的邻居列表并向服务器发送新加入网络设备的信息；
D：重新竞选：当backup在一段时间内没有收到master的探测报文则认为master失效，backup变为master，当backup重新收到master的探测报文，则认为master恢复正常，重新恢复为backup，当网络设备一段时间内没有收到探测报文，则认为master和backup都失效，取消竞选抑制，重新进入master和backup竞选。
在另一较佳实施例中，在步骤A中，所述竞选报文还包括类型字段、存活期和邻居信息，所述类型字段表示报文可选的类型包括竞选报文和维持报文，存活期表示报文经过若干个邻居后停止传递，所述邻居信息包括所属区域、邻居标识、邻居IP和邻居优先级，所属区域表示邻居所在的子区域，邻居标识表示采用邻居的mac地址作为标识表示邻居唯一性，邻居IP表示邻居的IP地址，邻居优先级表示邻居的优先级大小。
在另一较佳实施例中，在步骤A中，所述邻居列表包括所属区域、邻居标识、邻居优先级、是否为master、邻居IP、存活时间和到该邻居的距离，所述所属区域表示邻居所在的子区域，邻居标识表示采用邻居的mac地址作为标识表示邻居唯一性，邻居优先级表示邻居的优先级大小，是否为master表示邻居是否为master，邻居IP表示邻居的IP地址，存活时间表示邻居发送相邻消息的时间间隔，到该邻居的距离表示网络设备到该邻居所经过的网络设备的个数。
在另一较佳实施例中，在步骤A中，所述优先级
Figure GDA0002931706460000041
其中，α+β+γ＝1，α，β，γ∈(0，1)，A≡255，n为网络设备CPU的核数，CPUi表示第i个CPU的频率，单位为MHz，m为网络设备内存条个数，memoryj表示第j个内存的大小，单位为GByte，bandwidth为网络设备整机背板带宽，单位为Gbps，α、β和γ分别为CPU、内存和背板带宽的权重比例，i，j，m，n∈N。
在另一较佳实施例中，在步骤A中，所述优先级还可通过手动设置。
在另一较佳实施例中，在步骤B中，master优先向backup发送探测报文。
在另一较佳实施例中，在步骤B中，master如果在若干个发送周期内收到邻居的探测应答报文，表示该邻居可达，将邻居列表中的存活时间设置为0，否则，将邻居列表中的存活时间设置为超时。
在另一较佳实施例中，在步骤B中，所述邻居消息列表包括邻居列表中的所属区域、邻居标识、邻居IP、存活时间和是否master的数据。
在另一较佳实施例中，在步骤B中，所述服务器中的邻居列表包括master所通告的邻近列表中的数据和表示邻居是否在线的在线状态，所述在线状态根据存活时间更新，存活时间为0则更新在线状态为在线，存活时间为超时则更新在线状态为故障。
在另一较佳实施例中，在步骤C中，当所述新设备所在的子区域中的master和backup正常工作时，所述新设备不会成为master。
本发明的有益效果是：
1、通过竞选出的各个子区域的master发送探测报文检测子区域内的网络设备是否可达并将检测结果发送至服务器，服务器能够快速获取各个子区域中网络设备的是否可达的信息，提高了大批量网络设备检测效率，降低了资源消耗。
2、子区域内的各网络设备通过竞选报文进行信息交换以进行master的进行同时更新邻居列表，竞选出的master将邻居列表中的数据发送至服务器，通过竞选报文进行子区域内的网络设备的初步快速检测，提高检测效率。
3、通过邻居列表保存各网络设备的各邻居的状态，方便记录各邻居是否可达，通过邻居列表可初步筛选出不可达的邻居。
4、采用对CPU、内存和背板带宽自由赋予权重的优先级算法，能够根据实际需求灵活配置权重。
5、优先级还可通过手动设置满足特定需求。
6、master优先向backup发送探测报文，优先检测backup是否可达，当backup出现问题时能够第一时间检测到，为backup后续的检修争取时间，也可重新选举backup以保证整体稳定性。
7、master根据若干个发送周期内是否收到邻居的探测应答报文设置邻居列表中的存活时间为0或超时，服务器能够通过网络设备的存活时间了解网络设备的状态。
8、邻居消息列表包括邻居列表中的所属区域、邻居标识、邻居IP、存活时间和是否master的数据，将相比邻居列表较为简洁的邻居消息列表用以向服务器同步邻居状态降低资源消耗，提高传输效率。
9、服务器中的邻居列表根据网络设备的存活时间设置网络设备的在线状态，快速直观地筛选故障的网络设备。
10、新设备所在的子区域中的master和backup正常工作时，新设备不会成为master以维护网络整体的稳定性。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种网络
设备发现及检测的方法不局限于实施例。
附图说明
图1是SNMP的工作原理图；
图2是本发明一较佳实施例的网络拓扑图；
图3是本发明一较佳实施例的流程图；
图4是本发明一较佳实施例新设备加入后的网络拓扑图。
具体实施方式
实施例，参见图2至图4所示，本发明的一种网络设备发现及检测的方法，其包括服务器和若干在待定位区域中的待监控的网络设备，还包括以下步骤：
A：master和backup竞选：监控区域分为area1和area2；area1和area2的网络设备节点mac地址和IP地址，服务器的IP地址如图1所示；服务器通过网络，与两个区域互联；网络设备的参数及计算后的优先级如表1所示：
表1网络设备参数表
Figure GDA0002931706460000061
Figure GDA0002931706460000071
以下以area2网络设备的竞选为例，说明竞选过程，刚开始，各网络设备的邻居列表只有自己，参见表2至表5
表2结点21的邻居列表
Figure GDA0002931706460000072
表3结点22的邻居列表
Figure GDA0002931706460000073
表4结点23的邻居列表
Figure GDA0002931706460000074
表5结点24的邻居列表
Figure GDA0002931706460000075
各网络设备交换邻居列表的信息，第一轮交换参见表6至表9：
表6第一轮结点21的邻居列表
Figure GDA0002931706460000081
表7第一轮结点22的邻居列表
Figure GDA0002931706460000082
表8第一轮结点23的邻居列表
Figure GDA0002931706460000083
表9第一轮结点24的邻居列表
Figure GDA0002931706460000084
第二轮交换参见表10至表13：
表10第二轮结点21的邻居列表
Figure GDA0002931706460000091
表11第二轮结点22的邻居列表
Figure GDA0002931706460000092
表12第二轮结点23的邻居列表
Figure GDA0002931706460000093
表13第二轮结点24的邻居列表
Figure GDA0002931706460000094
Figure GDA0002931706460000101
计算距离，参见表14所示：
表14各结点的距离
结点21 结点22 结点23 结点24 距离
结点21 0 1 1 1 3
结点22 1 0 2 2 5
结点23 1 2 0 2 5
结点24 1 2 2 0 5
距离最小的为结点21，选择结点21为master，距离次小的有结点22、结点23和结点24，距离相等，则选择次优先级最大的为backup，结点22的优先级最大，选择结点22作为backup，在2个竞选周期内，当邻居列表不再有新的邻居加入，即邻居不再更新，则网络进入稳定状态，master和backup竞选结束；master向服务器通告自己的邻居列表参见表15所示：
表15 master通告的邻居列表数据
所属区域 邻居标识 邻居IP 存活时间 是否master
area2 0000-0000-0000-0021 1.1.2.1 0 1
area2 0000-0000-0000-0022 1.1.2.2 0 0
area2 0000-0000-0000-0023 1.1.2.3 0 0
area2 0000-0000-0000-0024 1.1.2.4 0 0
服务器上的邻居列表参见表16所示：
表16服务器上的邻居列表
Figure GDA0002931706460000102
Figure GDA0002931706460000111
B：设备探测：master和backup竞选完毕之后，master以轮询的机制，向本区域设备定期发送邻居探测报文，邻居收到探测报文，则进入竞选抑制，不再发送本机的邻居列表，区域master结点21根据邻居列表，定期向所有邻居发送邻居探测报文，在3个发送周期内，如果收到邻居探测应答报文，则刷新邻居列表中该邻居的状态信息，master在发送邻居探测消息时，优先发送给backup结点22设备。
邻居收到探测报文后，立即发送探测应答报文，master如果在3个发送周期内收到邻居的探测应答报文，表示该邻居可达，将存活时间设置为0；否则，将存活时间设置为超时。
假设结点23离线，则master向结点23发送3个邻居探测报文，发现无应答，则立刻向服务器发送该邻居不可达消息，即将该邻居的存活时间设置为超时，服务器收到区域master结点21发过来的are2结点23超时的信息，更新邻居的存活时间和在线状态，参见表17所示：
表17结点故障后服务器上的邻居列表
Figure GDA0002931706460000112
Figure GDA0002931706460000121
C：新设备加入：参见图4所示，新设备结点25加入area2后收到master即结点21的探测报文新设备向结点21发送自己的邻居列表，由于这时新设备的邻居都被竞选抑制，所以邻居列表只有自己，结点21收到邻居列表，更新自己的邻居列表并向服务器发送新加入网络设备的信息，为了维护网络的稳定即使新设备的优先级比原有的master高也不会成为master。
D：重新竞选：backup即结点22在2个邻居探测周期内没有收到master及结点21的探测消息，认为结点21失效，结点22变为master执行master的角色一段时间后结点22重新收到结点21的邻居探测消息后重新变回backup，最后结点21和结点21都失效了，网络设备在5个探测周期没有收到探测报文，取消竞选抑制，重新进入选举。
上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种网络设备发现及检测的方法，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种网络设备发现及检测的方法，其包括服务器和若干在待定位区域中的待监控的网络设备，还包括以下步骤：
A：master和backup竞选：将待监控区域划分成若干子区域确保每个网络设备只属于一个子区域，所述服务器通过网络连接各网络设备，各网络设备向工作的物理端口发送竞选报文并更新各自的邻居列表，所述竞选报文包括距离和优先级，所述距离表示网络设备到其他网络设备所经过的网络设备的个数，所述优先级是各网络设备根据自身CPU核数、CPU频率、内存条数、内存大小和背板带宽参数计算得到的，选择距离最小的作为master，次小的为backup，距离相同时选择优先级最大的作为master，次大的作为backup，优先级相同时选择mac地址最小的作为master，次小的作为backup，一段时间后没有新设备加入则竞选结束，所述master向服务器通告自己的邻居列表的数据；
B：设备探测：master根据邻居列表定期向所有邻居发送探测报文，邻居收到探测报文后进入竞选抑制，不再发送本机的邻居列表同时向master发送探测应答报文，master在一段时间内根据是否接收到探测应答报文向服务器发送该邻居是否可达的邻居消息列表，服务器根据master发送的邻居消息列表更新服务器中的邻居列表，服务器可通过控制master向特定的网络设备发送探测报文以查询特定网络设备是否可达，服务器由自身或通过master对不可达的网络设备发送探测报文并根据返回情况更新服务器中的邻居列表；
C：新设备的加入：有新设备加入后收到master的邻居探测报文，新设备则向master发送自己的邻居列表，master收到后，更新自己的邻居列表并向服务器发送新加入网络设备的信息；
D：重新竞选：当backup在一段时间内没有收到master的探测报文则认为master失效，backup变为master，当backup重新收到master的探测报文，则认为master恢复正常，重新恢复为backup，当网络设备一段时间内没有收到探测报文，则认为master和backup都失效，取消竞选抑制，重新进入master和backup竞选。
2.根据权利要求1所述的一种网络设备发现及检测的方法，其特征在于：在步骤A中，所述竞选报文还包括类型字段、存活期和邻居信息，所述类型字段表示报文可选的类型包括竞选报文和维持报文，存活期表示报文经过若干个邻居后停止传递，所述邻居信息包括所属区域、邻居标识、邻居IP和邻居优先级，所属区域表示邻居所在的子区域，邻居标识表示采用邻居的mac地址作为标识表示邻居唯一性，邻居IP表示邻居的IP地址，邻居优先级表示邻居的优先级大小。
3.根据权利要求1所述的一种网络设备发现及检测的方法，其特征在于：在步骤A中，所述邻居列表包括所属区域、邻居标识、邻居优先级、是否为master、邻居IP、存活时间和到该邻居的距离，所述所属区域表示邻居所在的子区域，邻居标识表示采用邻居的mac地址作为标识表示邻居唯一性，邻居优先级表示邻居的优先级大小，是否为master表示邻居是否为master，邻居IP表示邻居的IP地址，存活时间表示邻居发送相邻消息的时间间隔，到该邻居的距离表示网络设备到该邻居所经过的网络设备的个数。
4.根据权利要求1所述的一种网络设备发现及检测的方法，其特征在于：在步骤A中，所述
Figure FDA0002931706450000031
Figure FDA0002931706450000032
其中，α+β+γ＝1，α，β，γ∈(0，1)，A≡255，n为网络设备CPU的核数，CPUi表示第i个CPU的频率，单位为MHz，m为网络设备内存条个数，memoryj表示第j个内存的大小，单位为GByte，bandwidth为网络设备整机背板带宽，单位为Gbps，α、β和γ分别为CPU、内存和背板带宽的权重比例，i，j，m，n∈N。
5.根据权利要求1所述的一种网络设备发现及检测的方法，其特征在于：在步骤A中，所述优先级还可通过手动设置。
6.根据权利要求3所述的一种网络设备发现及检测的方法，其特征在于：在步骤B中，master优先向backup发送探测报文。
7.根据权利要求3所述的一种网络设备发现及检测的方法，其特征在于：在步骤B中，master如果在若干个发送周期内收到邻居的探测应答报文，表示该邻居可达，将邻居列表中的存活时间设置为0，否则，将邻居列表中的存活时间设置为超时。
8.根据权利要求3所述的一种网络设备发现及检测的方法，其特征在于：在步骤B中，所述邻居消息列表包括邻居列表中的所属区域、邻居标识、邻居IP、存活时间和是否master的数据。
9.根据权利要求7所述的一种网络设备发现及检测的方法，其特征在于：在步骤B中，所述服务器中的邻居列表包括master所通告的邻近列表中的数据和表示邻居是否在线的在线状态，所述在线状态根据存活时间更新，存活时间为0则更新在线状态为在线，存活时间为超时则更新在线状态为故障。
10.根据权利要求1所述的一种网络设备发现及检测的方法，其特征在于：在步骤C中，当所述新设备所在的子区域中的master和backup正常工作时，所述新设备不会成为master。
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