CN110875852A - 一种自动识别设备间网络拓扑结构的系统 - Google Patents

一种自动识别设备间网络拓扑结构的系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种自动识别设备间网络拓扑结构的系统，包括：数据源选择模块，用于选择相应的数据源进行连接；数据采集模块，用于利用数据源选择模块连接的目标网络系统的数据源进行数据采集；拓扑识别模块，用于接收数据采集模块采集的数据，并基于数据自动识别设备间网络拓扑结构生成拓扑结构信息和诊断信息；数据输出模块，用于将拓扑识别模块生成的拓扑结构信息和诊断信息以通用的数据格式输出给第三方接口或设备。本发明的自动识别设备间网络拓扑结构的系统：它不仅能实现对同一网络下数据包的完整采集并分析拓扑结构，还能将识别到的拓扑结构数据对外传输给第三方，以便进行定制化的应用。

Description

一种自动识别设备间网络拓扑结构的系统
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，特别涉及一种自动识别设备间网络拓扑结构的系统。
背景技术
目前，公知技术中的设备间网络拓扑结构识别方法中一般只涉及对网卡上发向本机的数据包进行采集，或者只是对网卡数据包内容的分析和展示，这种方法只适合一些只需进行网络数据协议的分析场合，在这些场合中，数据采集的重点是分析单个数据包中应用部分数据内容，而不具备对整个网络中设备间的拓扑连接结构进行分析以及对这种拓扑结构数据进行输出的功能，这对于一些网络监控应用场合来说，无法掌握网络中设备间的访问情况以及非法设备的接入，并且不能将拓扑数据传送给第三方数据中心。因此，在原有相关算法的基础上，实现对设备间的网络拓扑结构分析和拓扑数据的对外传输机制具有非常重要的意义。
发明内容
为了解决现有网络拓扑识别软件数据采集不全、无拓扑分析功能和无法对外传输拓扑结构数据的问题，本发明提供一种自动识别设备间网络拓扑结构的系统：不仅能实现对同一网络下数据包的完整采集并分析拓扑结构，还能将识别到的拓扑结构数据对外传输给第三方，以便进行定制化的应用。
本发明实施例提供的一种自动识别设备间网络拓扑结构的系统，包括：
数据源选择模块，用于选择相应的数据源进行连接；
数据采集模块，用于利用所述数据源选择模块连接的目标网络系统的数据源进行数据采集；
拓扑识别模块，用于接收所述数据采集模块采集的数据，并基于所述数据自动识别设备间网络拓扑结构生成拓扑结构信息和诊断信息；
数据输出模块，用于将所述拓扑识别模块生成的拓扑结构信息和诊断信息以通用的数据格式输出给第三方接口或设备；
初始化模块，用于对所述数据源选择模块、所述数据采集模块、所述拓扑识别模块和所述数据输出模块进行初始化。
优选的，所述拓扑识别模块基于所述数据自动识别设备间网络拓扑结构生成拓扑结构信息和诊断信息，包括：
通过对数据的分析直接提取出数据的源IP和目的IP，并将所述源IP和所述目的IP构造成一个网络连接。
优选的，在通过对数据的分析直接提取出数据的源IP和目的IP，并将所述源IP和所述目的IP构造成一个网络连接之后还包括：
通过所述数据源选择模块重新选择目标网络中的数据源，所述数据采集模块重新采集数据，所述拓扑识别模块对新的数据进行分析直接提取出数据的源IP和目的IP，并将所述源IP和所述目的IP构造成一个网络连接；直至获取目标网络系统中所有的网络连接；
将所有的网络连接整合生成网络拓扑结构信息，并将生成的网络拓扑结构信息与预先存储的标准网络拓扑结构信息进行比对，基于比对结果生成诊断信息。
优选的，自动识别设备间网络拓扑结构的系统还包括保护模块，用于当所述数据源的网络连接的数目大于预设值时，将所述数据源隔离；
用于当所述生成的网络拓扑结构信息中存在着未在预先存储的标准网络拓扑结构信息中的数据源时，将所述数据源隔离；
用于当所述数据源的带宽不满足所述数据源需要处理的任务时，协同所述数据源处理任务或者将所述数据源的任务转分到相应的数据源进行处理。
优选的，所述的拓扑识别模块还用与将生成的拓扑结构信息和诊断信息进行封装并发送给所述数据输出模块。
优选的，所述数据源包括：网卡。
优选的，所述数据采集模块利用所述数据源选择模块连接的目标网络系统的数据源进行数据采集，包括：
连接所述数据源选择模块选择的目标网络系统的数据源，解析所述第一数据源的发送数据，获取第一数据；
在目标网络系统的网卡的发送数据末端添加标识数据，所述发送数据被下一数据源接收
当所述下一数据源向外发送对应于所述发送数据的响应数据时，解析所述下一数据源对于所述发送数据的响应数据，获取第二数据；并在所述响应数据末端添加标识数据；
当所述下一数据源未对所述发送数据作任何响应时，结束数据采集。
优选的，所述数据采集模块还用于获取数据源的结构以及带宽信息。
优选的，所述拓扑识别模块在生成拓扑结构信息包括如下步骤：
基于数据源的结构以及数据源的带宽信息确定出拓扑结构信息中该数据源的图标以及图标大小；图标大小的计算公式如下：
Figure 20573DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 825849DEST_PATH_IMAGE002
为数据源图标的实际尺寸，
Figure 990115DEST_PATH_IMAGE003
为数据源图标的标准尺寸，
Figure 497319DEST_PATH_IMAGE004
为数据源 的实际带宽，
Figure 834760DEST_PATH_IMAGE005
为数据源的标准带宽。
优选的，所述拓扑识别模块在生成拓扑结构信息还包括如下步骤：
以所述数据源选择模块第一次选择的数据源为中心点，记为第一数据源，坐标记为
Figure 9389DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 78976DEST_PATH_IMAGE007
；
按所述拓扑识别模块识别出的所述第一数据源连接的数据源作为第二级数据源，并将 第N个与所述第一数据源连接的数据源，记为第N数据源，坐标记为
Figure 588324DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 463876DEST_PATH_IMAGE009
，具体计算 公式如下：
Figure 696274DEST_PATH_IMAGE010
其中，
Figure 733500DEST_PATH_IMAGE011
、
Figure 746456DEST_PATH_IMAGE012
分别为X轴和Y轴方向上预设的差值，N为自然数；
将与所述第二级数据源连接的数据源作为第三级数据源，并将第M个与所述第N个第二 级数据源连接的数据源，记为第N-M数据源，坐标为
Figure 910852DEST_PATH_IMAGE013
、
Figure 997757DEST_PATH_IMAGE014
，具体计算公式如下：
Figure 471463DEST_PATH_IMAGE015
其中，M为自然数。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述；并且，本发明的部分优点从说明书中可以显而易见地了解，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例中一种自动识别设备间网络拓扑结构的系统的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供了一种自动识别设备间网络拓扑结构的系统，如图1所示，包括：
数据源选择模块1，用于选择相应的数据源进行连接；
数据采集模块2，用于利用数据源选择模块1连接的目标网络系统的数据源进行数据采集；
拓扑识别模块3，用于接收数据采集模块2采集的数据，并基于数据自动识别设备间网络拓扑结构生成拓扑结构信息和诊断信息；
数据输出模块4，用于将拓扑识别模块3生成的拓扑结构信息和诊断信息以通用的数据格式输出给第三方接口或设备；
初始化模块5，用于对数据源选择模块1、数据采集模块2、拓扑识别模块3和数据输出模块4进行初始化。
上述技术方案的工作原理及有益效果为：
数据源选择模块和数据采集模块负责捕获所有从网卡上经过的数据，对数据进行简单的打包、合并，方便下一环节处理；
拓扑识别模块对数据采集模块的数据进行通用拓扑结构的分析，对采集到的数据包中IP、TCP、UDP等层次的协议进行分析，最终提取出所采集的数据包的源地址（发送地址）和目的地址，并将得到的源IP和目的IP构造成一个连接数据结构，并根据实际需要记录下相关的附加信息；
拓扑识别模块对采集到的所有连接进行整合并统一管理，其中包含新增连接的添加、相同连接的去重、整体拓扑数据的生成、拓扑数据的定时输出；
数据输出模块根据拓扑识别模块的自动识别结果，将自动识别后网络拓扑结构信息和诊断信息按照通用的数据格式重新组装，同时提供网络拓扑结构异常诊断信息输出接口，方便外部实时获取设备间网络拓扑结构信息。
本发明结构简单，设计合理，解决了网络拓扑连接的无扰采集并对外传输的问题，对指定网卡的数据的采集只收不发，不影响工控网络本身的正常通信，对采集到的网络拓扑数据可用转发第三方，外部可以灵活的决定拓扑数据的应用方法。
在一个实施例中，拓扑识别模块基于数据自动识别设备间网络拓扑结构生成拓扑结构信息和诊断信息，包括：
通过对数据的分析直接提取出数据的源IP和目的IP，并将源IP和目的IP构造成一个网络连接。
上述技术方案的工作原理及有益效果为：
直接基于数据中的源IP和目的IP，一方面保证构造的网络连接的准确性，另一方面不会对数据源本身产生影响。
在一个实施例中，在通过对数据的分析直接提取出数据的源IP和目的IP，并将源IP和目的IP构造成一个网络连接之后还包括：
通过数据源选择模块重新选择目标网络中的数据源，数据采集模块重新采集数据，拓扑识别模块对新的数据进行分析直接提取出数据的源IP和目的IP，并将源IP和目的IP构造成一个网络连接；直至获取目标网络系统中所有的网络连接；
将所有的网络连接整合生成网络拓扑结构信息，并将生成的网络拓扑结构信息与预先存储的标准网络拓扑结构信息进行比对，基于比对结果生成诊断信息。
上述技术方案的工作原理及有益效果为：
要想建立网络中所有数据源之间的网络连接，可以采用数据选择模块多次选择网络中不同的数据源进行采集数据，当将所有的数据源选择过后也就可以整合生成网络拓扑结构信息信息。当生成的网络拓扑结构信息与以前的拓扑结构信息差异时，就是当一个数据源在以前的拓扑结构信息（预先存储的标准网络拓扑结构信息）中，但是未在现在生成的拓扑结构信息中时，可以判定该数据源发生故障，这就是基于比对结果生成诊断信息的一个具体例子，该例子中诊断信息为数据源故障。
在一个实施例中，自动识别设备间网络拓扑结构的系统还包括保护模块，用于当数据源的网络连接的数目大于预设值时，将数据源隔离；
用于当生成的网络拓扑结构信息中存在着未在预先存储的标准网络拓扑结构信息中的数据源时，将数据源隔离；
用于当数据源的带宽不满足数据源需要处理的任务时，协同数据源处理任务或者将数据源的任务转分到相应的数据源进行处理。
上述技术方案的工作原理及有益效果为：
在现在生成的拓扑结构信息中，某个数据源的网络连接数目大于预设值（容许最大网络连接数目）时，
当生成的网络拓扑结构信息中存在着以前网络拓扑结构信息中未存在的数据源时；
存在以上情况之一时，说明该数据源存在被入侵风险，故先将其隔离，保证网络中的数据的安全。
通过生成的拓扑结构信息，实现当数据源的带宽不满足数据源需要处理的任务时，协同数据源处理任务或者将数据源的任务转分到相应的数据源进行处理；从而保证网络中数据处理的效率。
在一个实施例中，拓扑识别模块还用与将生成的拓扑结构信息和诊断信息进行封装并发送给数据输出模块。
上述技术方案的工作原理及有益效果为：
将生成的拓扑结构信息和诊断信息进行封装，一方面保证数据的安全，另一方面保证数据传输的效率。为更好地保护数据的安全，可以采用加密封装的方式。
在一个实施例中，数据源包括：网卡。
在一个实施例中，数据采集模块利用数据源选择模块连接的目标网络系统的数据源进行数据采集，包括：
连接数据源选择模块选择的目标网络系统的数据源，解析第一数据源的发送数据，获取第一数据；
在目标网络系统的网卡的发送数据末端添加标识数据，发送数据被下一数据源接收；
当下一数据源向外发送对应于发送数据的响应数据时，解析下一数据源对于发送数据的响应数据，获取第二数据；并在响应数据末端添加标识数据；
当下一数据源未对发送数据作任何响应时，结束数据采集。
上述技术方案的工作原理及有益效果为：
在数据采集模块采集时，还可以采用本实施例中的方案，通过跟随数据源选择模块选择的数据源发送的数据到达下一个数据源进行采集，直至将目标网络中所有数据源的信息采集完；该实施例中方案无需数据源选择模块重复选取数据源进行采集；此外，采集的数据沿着链路通过选择的数据源返回即可。
在一个实施例中，数据采集模块还用于获取数据源的结构以及带宽信息。
为使拓扑结构信息更加直观，在一个实施例中，拓扑识别模块在生成拓扑结构信息包括如下步骤：
基于数据源的结构以及数据源的带宽信息确定出拓扑结构信息中该数据源的图标以及图标大小；图标大小的计算公式如下：
Figure 706136DEST_PATH_IMAGE016
其中，
Figure 861173DEST_PATH_IMAGE017
为数据源图标的实际尺寸，
Figure 864901DEST_PATH_IMAGE018
为数据源图标的标准尺寸，
Figure 752918DEST_PATH_IMAGE019
为数据源 的实际带宽，
Figure 209307DEST_PATH_IMAGE020
为数据源的标准带宽。
在生成拓扑结构信息的拓扑结构图时，通过图标尺寸大小反应数据源的带宽。
在一个实施例中，拓扑识别模块在生成拓扑结构信息还包括如下步骤：
以数据源选择模块第一次选择的数据源为中心点，记为第一数据源，坐标记为
Figure 168036DEST_PATH_IMAGE021
、
Figure 26270DEST_PATH_IMAGE022
；
按拓扑识别模块识别出的第一数据源连接的数据源作为第二级数据源，并将第N个与 第一数据源连接的数据源，记为第N数据源，坐标记为
Figure 107359DEST_PATH_IMAGE023
、
Figure 254306DEST_PATH_IMAGE024
，具体计算公式如下：
Figure 298617DEST_PATH_IMAGE025
其中，
Figure 276937DEST_PATH_IMAGE026
、
Figure 263348DEST_PATH_IMAGE027
分别为X轴和Y轴方向上预设的差值，N为自然数；
将与第二级数据源连接的数据源作为第三级数据源，并将第M个与第N个第二级数据源 连接的数据源，记为第N-M数据源，坐标为
Figure 897591DEST_PATH_IMAGE028
、
Figure 260439DEST_PATH_IMAGE029
，具体计算公式如下：
Figure 76955DEST_PATH_IMAGE030
其中，M为自然数。
上述技术方案的工作原理及有益效果为：
第一次选择的数据源都是处于第一级的数据源；通过逐级绘制拓扑结构图，使拓扑结构图更加直观；此外在绘制时还应考虑图标大小，当各级相邻的图标中心的距离应该大于所有图标中最大的左右宽度，如果在绘制过程中达不到，可以调整X轴和Y轴方向上预设的差值。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种自动识别设备间网络拓扑结构的系统，其特征在于，包括：
数据源选择模块，用于选择相应的数据源进行连接；
数据采集模块，用于利用所述数据源选择模块连接的目标网络系统的数据源进行数据采集；
拓扑识别模块，用于接收所述数据采集模块采集的数据，并基于所述数据自动识别设备间网络拓扑结构生成拓扑结构信息和诊断信息；
数据输出模块，用于将所述拓扑识别模块生成的拓扑结构信息和诊断信息以通用的数据格式输出给第三方接口或设备；
初始化模块，用于对所述数据源选择模块、所述数据采集模块、所述拓扑识别模块和所述数据输出模块进行初始化。
2.如权利要求1所述的自动识别设备间网络拓扑结构的系统，其特征在于，所述拓扑识别模块基于所述数据自动识别设备间网络拓扑结构生成拓扑结构信息和诊断信息，包括：
通过对数据的分析直接提取出数据的源IP和目的IP，并将所述源IP和所述目的IP构造成一个网络连接。
3.如权利要求2所述的自动识别设备间网络拓扑结构的系统，其特征在于，在通过对数据的分析直接提取出数据的源IP和目的IP，并将所述源IP和所述目的IP构造成一个网络连接之后还包括：
通过所述数据源选择模块重新选择目标网络中的数据源，所述数据采集模块重新采集数据，所述拓扑识别模块对新的数据进行分析直接提取出数据的源IP和目的IP，并将所述源IP和所述目的IP构造成一个网络连接；直至获取目标网络系统中所有的网络连接；
将所有的网络连接整合生成网络拓扑结构信息，并将生成的网络拓扑结构信息与预先存储的标准网络拓扑结构信息进行比对，基于比对结果生成诊断信息。
4.如权利要求3所述的自动识别设备间网络拓扑结构的系统，其特征在于，还包括保护模块，用于当所述数据源的网络连接的数目大于预设值时，将所述数据源隔离；
用于当所述生成的网络拓扑结构信息中存在着未在预先存储的标准网络拓扑结构信息中的数据源时，将所述数据源隔离；
用于当所述数据源的带宽不满足所述数据源需要处理的任务时，协同所述数据源处理任务或者将所述数据源的任务转分到相应的数据源进行处理。
5.如权利要求1所述的自动识别设备间网络拓扑结构的系统，其特征在于，所述的拓扑识别模块还用与将生成的拓扑结构信息和诊断信息进行封装并发送给所述数据输出模块。
6.如权利要求1所述的自动识别设备间网络拓扑结构的系统，其特征在于，所述数据源包括：网卡。
7.如权利要求1所述的自动识别设备间网络拓扑结构的系统，其特征在于，所述数据采集模块利用所述数据源选择模块连接的目标网络系统的数据源进行数据采集，包括：
连接所述数据源选择模块选择的目标网络系统的数据源，解析所述第一数据源的发送数据，获取第一数据；
在目标网络系统的网卡的发送数据末端添加标识数据，所述发送数据被下一数据源接收；
当所述下一数据源向外发送对应于所述发送数据的响应数据时，解析所述下一数据源对于所述发送数据的响应数据，获取第二数据；并在所述响应数据末端添加标识数据；
当所述下一数据源未对所述发送数据作任何响应时，结束数据采集。
8.如权利要求1所述的自动识别设备间网络拓扑结构的系统，其特征在于，所述数据采集模块还用于获取数据源的结构以及带宽信息。
9.如权利要求8所述的自动识别设备间网络拓扑结构的系统，其特征在于，所述拓扑识别模块在生成拓扑结构信息包括如下步骤：
基于数据源的结构以及数据源的带宽信息确定出拓扑结构信息中该数据源的图标以及图标大小；图标大小的计算公式如下：
Figure 636453DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 648271DEST_PATH_IMAGE002
为数据源图标的实际尺寸，
Figure 206291DEST_PATH_IMAGE003
为数据源图标的标准尺寸，
Figure 594547DEST_PATH_IMAGE004
为数据 源的实际带宽，
Figure 305145DEST_PATH_IMAGE005
为数据源的标准带宽。
10.如权利要求8所述的自动识别设备间网络拓扑结构的系统，其特征在于，所述拓扑识别模块在生成拓扑结构信息还包括如下步骤：
以所述数据源选择模块第一次选择的数据源为中心点，记为第一数据源，坐标记为
Figure 487865DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 798761DEST_PATH_IMAGE007
；
按所述拓扑识别模块识别出的所述第一数据源连接的数据源作为第二级数据源，并将 第N个与所述第一数据源连接的数据源，记为第N数据源，坐标记为
Figure 459549DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 539501DEST_PATH_IMAGE009
，具体计算公式 如下：
Figure 893122DEST_PATH_IMAGE010
其中，
Figure 675002DEST_PATH_IMAGE011
、
Figure 139481DEST_PATH_IMAGE012
分别为X轴和Y轴方向上预设的差值，N为自然数；
将与所述第二级数据源连接的数据源作为第三级数据源，并将第M个与所述第N个第二 级数据源连接的数据源，记为第N-M数据源，坐标为
Figure 73939DEST_PATH_IMAGE013
、
Figure 598461DEST_PATH_IMAGE014
，具体计算公式如下：
Figure 883949DEST_PATH_IMAGE015
其中，M为自然数。
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CN115883386A (zh) * 2023-02-22 2023-03-31 广东省信息工程有限公司 一种网络拓扑图动态生成方法、设备、存储介质
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