CN1917433A - 一种网络拓扑收集系统及其网络设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种网络拓扑收集系统及其网络设备，系统由若干网络设备组成，一台网络设备被指定为网络拓扑收集设备，发起拓扑收集请求，网络设备将其拓扑信息以拓扑收集应答方式发送给网络拓扑收集设备，当网络设备在其拓扑信息发生变化时，触发一个相应的拓扑收集更新消息，网络拓扑收集设备进一步根据上述拓扑收集应答、拓扑收集更新消息更新相应的网络拓扑信息，基于本发明思想提供的网络拓扑收集系统能正确地、及时地反映网络拓扑信息。

Description

一种网络拓扑收集系统及其网络设备

技术领域

本发明涉及网络通信管理系统，尤其涉及一种网络拓扑收集系统及对应的网络设备。

背景技术

随着网络技术的迅速发展，网络规模和范围日趋扩大，网络设备的管理问题也日趋突出；网络设备的拓扑发现和拓扑收集管理是新一代网络管理技术中的一大热点。

拓扑发现：旨在发现和本网络设备直接相连的相邻网络设备信息(如设备的类型、软硬件版本、端口信息等)，网络设备定时发送拓扑发现报文给直接相连的相邻网络设备，同时接收来自相邻网络设备的拓扑发现报文，并从报文中提取相邻网络设备信息，并将本网络设备信息、所发现的相邻网络设备信息、及其相互间拓扑关系等信息存储起来，形成该网络设备的拓扑信息，当网络设备发现上述拓扑信息发生改变或老化，网络设备则进一步更新相应的拓扑信息(对相应拓扑信息表项进行增加/更改/删除)；拓扑发现可通过多种协议方式实现，如：Cisco公司已经在其设备上用其私有协议CDP(Cisco DiscoveryProtocol)实现了网络设备拓扑信息自动获取的功能；华为技术有限公司也用其私有协议HDP(Huawei Discovery Protocol)实现了类似功能。

拓扑收集：在一定网络范围内，由指定的网络设备作为网络拓扑收集设备，向网络范围内内的网络设备发出拓扑请求报文，接收到拓扑请求报文的网络设备发送拓扑应答报文，其中包含本网络设备的拓扑信息，指定的网络设备根据其收集到的所有网络设备的拓扑信息、进而形成整个网络范围内的网络拓扑信息，网络管理系统可以基于所形成的网络拓扑信息、通过多种方式(如SNMP、Telnet、HTTP等)对网络范围内的网络设备进行直观地管理、维护。

通常，拓扑收集可采用手动收集、自动定时收集、或二者相结合的方式，在拓扑收集过程中，如果拓扑收集报文丢失、网络设备重新启动或其他原因，那么网络拓扑收集设备就会得到错误的网络拓扑信息，由此：1)、错误的网络拓扑信息会经过较长时间才有可能被更新为正确的拓扑信息，为了避免网络流量过大，自动定时收集的间隔时间都较长，通常为数个或数十分钟，而手动收集只能依赖操作员手工触发；2)、在网络管理系统和网络拓扑收集设备之间重传错误的网络拓扑信息更新消息。以上拓扑收集方式只能在下一个收集周期或手动触发收集后才可能得到正确的网络拓扑信息。

此外，拓扑收集还可采用基于重传/应答的方式，但是，该方式将大大增加网络的流量；以及增加每个网络设备，特别是网络拓扑收集设备的处理负荷。

发明内容

本发明目的之一在于提供一种网络拓扑收集系统，网络拓扑收集设备能在较短的时间里得到正确的网络拓扑信息，其进一步减少了网络管理系统与网络拓扑收集设备之间错误的网络拓扑信息更新消息。

本发明网络拓扑收集系统由若干网络设备组成，所述网络设备获取相邻网络设备信息形成其拓扑信息，其中一台网络设备被指定为网络拓扑收集设备，发起拓扑收集请求，网络设备将其保存的拓扑信息以拓扑收集应答方式发送给网络拓扑收集设备，网络拓扑收集设备根据上述拓扑收集应答更新相关网络拓扑信息，网络设备在其拓扑信息发生变化时，触发一个相应的拓扑收集更新消息，该消息目标地址为网络拓扑收集设备的地址；网络拓扑收集设备在进行拓扑收集时，进一步根据拓扑收集更新消息更新相应的网络拓扑信息。

优选地，网络设备为二层网络设备，网络拓扑收集设备的地址为MAC地址。

优选地，拓扑收集更新消息以拓扑收集应答消息方式实现，采用预留的报文标志予以标识。

优选地，网络拓扑收集系统进一步包括网络管理系统，所述网络拓扑收集设备进一步根据拓扑收集更新消息通知网络管理系统更新相应的网络拓扑信息。

优选地，网络拓扑收集设备设置一段等待时间，并将该时间段内所产生的拓扑收集更新进一步通知网络管理系统更新相应的网络拓扑信息。

本发明进一步目的在于提供一种网络设备，它采用自动触发机制使得能迅速将其拓扑信息变化告知网络拓扑收集设备。

本发明网络设备包括：拓扑发现单元，通过拓扑发现获得相邻网络设备信息并形成相关拓扑信息，以及拓扑收集单元，将其保存的拓扑信息以拓扑收集应答方式发送给网络拓扑收集设备，所述拓扑发现单元当拓扑信息发生变化时，更新相关拓扑信息并进一步产生拓扑信息更新消息通知拓扑收集单元；所述拓扑收集单元接收来自拓扑发现单元的拓扑信息更新消息，产生一个相应的拓扑收集更新消息，该消息目标地址为网络拓扑收集设备的地址。

优选地，所述网络设备是二层网络设备，网络拓扑收集设备的地址为MAC地址。

优选地，所述拓扑收集单元产生的拓扑收集更新消息以拓扑收集应答消息方式实现，采用预留的报文标志予以标识。

本发明进一步目的在于提供一种网络拓扑收集设备，将最新的网络拓扑信息及时提供给网络管理系统。

本发明网络拓扑收集设备包括拓扑收集单元，产生拓扑收集请求消息，并接收拓扑应答消息，更新相关网络拓扑信息，所述拓扑收集单元在进行拓扑收集时，进一步根据拓扑收集更新消息更新相关网络拓扑信息。

优选地，其进一步包括拓扑发现单元，在其设备拓扑信息发生变化时，更新相关拓扑信息并进一步产生拓扑信息更新消息通知拓扑收集单元。

优选地，拓扑收集单元根据拓扑发现单元产生的拓扑信息更新消息进一步通知网络管理系统更新相应的网络拓扑信息。

优选地，拓扑收集单元根据拓扑收集更新消息，进一步通知网络管理系统更新相应的网络拓扑信息。

优选地，拓扑收集单元设置一段等待时间，并将该时间段内产生的网络拓扑信息更新进一步通知网络管理系统更新相应的网络拓扑信息。

根据上述发明思想所实现的网络拓扑收集系统，由于网络设备能将拓扑信息的变化及时地告知网络拓扑收集设备，从而避免了由于拓扑收集周期过长而不能正确地、及时地反映网络拓扑信息。

上述发明思想也进一步避免了由于拓扑收集报文丢失、网络设备重新启动或其他原因而引起的错误的网络拓扑信息在网管系统和网络拓扑收集设备之间的重传，减少了错误的网络拓扑信息更新消息。

附图说明

图1A是本发明在二层网络环境下实现的网络拓扑收集系统结构示意图；

图1B是一种典型的拓扑应答报文格式；

图2是本发明实现的网络设备拓扑发现、拓扑收集结构示意图；

图3是本发明实现的网络拓扑收集设备结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的优选实施方式进行详细的说明。

图1A是本发明在二层网络环境下实现的网络拓扑收集系统结构示意图。远程网络管理系统11通过网络10指定一定网络范围(集群)内12内的一台以太网交换机为命令节点13，它相当于集群内的管理设备，对整个集群网络的统一管理和集群的建立、维护，以及作为网络拓扑收集设备，负责网络拓扑信息收集，并将收集来的网络拓扑信息通过网络10告知网络管理系统11；集群内还包括一台交换机作为备份节点14，当命令节点13出现故障时，可接管对整个集群网络的集中管理；以及若干成员网络设备以太网交换机15、16、17、18，网络管理系统11可通过命令节点13对它们进行远程管理，包括配置、查询等操作。

下面结合图例对网络拓扑收集过程做进一步描述，上述网络拓扑收集系统中的网络设备支持拓扑发现、拓扑收集相关协议功能，相关报文承载于以太网帧。以太网交换机13、14、15、16、17通过拓扑发现相关协议获得与本交换机直接相连的其他交换机信息，进一步形成该网络设备的拓扑信息。网络拓扑收集设备，如命令交换机13，以自动定时收集方式或手动收集方式，在启动拓扑收集协议的端口发送拓扑请求报文R，其目的地址使用组播地址0x0180C200000A(如果是直接拓扑请求报文，则报文的目的地址采用被收集的网络设备单播MAC地址)。以太网交换机15在收到拓扑请求报文R后，立即发送拓扑应答报文A，将本交换机中记录的拓扑信息编码、封装在拓扑应答报文A中，反馈给命令交换机13；以太网交换机15进一步将拓扑请求报文中的TTL(存活时间：表示拓扑收集的范围)减1并转发到有邻居设备级联的网络端口，相邻交换机(17，18)收到该拓扑请求报文后进行类似的操作。网络拓扑收集系统在下一次拓扑收集时候重复上述相同过程。命令节点13在进行拓扑收集时，接收来自各网络设备(14、15、16)产生的拓扑应答消息A，并从中获取该网络设备拓扑信息，如果发现当前收集到的拓扑信息与原有保留的拓扑信息不一致时，更新网络拓扑信息，并进一步向远程网管系统11发送网络拓扑信息更新消息。

如前所述，如果拓扑请求报文R或拓扑应答报文A丢失、以太网交换机15或相邻的交换机17、18相关信息发生变化，那么命令节点13只能在下一个拓扑收集周期或手动触发收集后才可能得到正确的拓扑信息。由此而来，反映在网管系统11网络拓扑信息也是错误的。

根据本发明思想，以太网交换机15在收到拓扑请求报文A时，记录下该拓扑请求报文R中包含的网络拓扑收集设备地址信息，在本例二层网络环境下，该地址为命令节点13的MAC地址；当以太网交换机15发现其设备信息或邻居设备信息发生变化(如图例中交换机18信息发生变化)，它在更新本地存储的拓扑信息的同时，将自动触发产生一个拓扑收集更新消息N，该拓扑收集更新消息N包含了更新的拓扑信息，其目标地址为保留的命令节点13的源MAC地址。如此，该网络集群管理系统中的任何拓扑信息变化能快速地反馈到发起拓扑收集的网络设备。

优选地，上述拓扑收集更新消息N可采用拓扑应答报文方式。图1B即为一种典型的拓扑应答报文格式，IndexID作为报文标志，在拓扑请求报文中唯一地标识一次拓扑请求，当拓扑请求报文在网络中扩散时，某个网络设备可能从多个邻居网络设备收到相同IndexID的拓扑请求报文，网络设备可以根据该IndexID防止发送重复的拓扑应答报文。为了和其他拓扑应答报文A相区别，该拓扑应答报文(即拓扑收集更新消息)可以采用预留的报文标志(IndexID)予以标识，例如0xff；此外，Type(类型)、Length(长度)、Value(值)三个字段为一组，表示一种类型的拓扑信息，每个报文可以有多个这样的组，表示多种类型的拓扑信息。这里，对拓扑应答报文格式不作更多说明，其只是实现本发明拓扑收集更新消息的一种实施方式。

根据本发明思想，命令节点13在收到以太网交换机15产生的拓扑收集更新消息N，识别该拓扑收集消息，并进一步根据该拓扑收集更新消息N所携带的拓扑信息更新命令节点13中的相应的网络拓扑信息。

优选地，命令节点13在根据该拓扑收集更新消息N更新其相应的网络拓扑信息的同时，将进一步通知网络管理系统11更新相应的网络拓扑信息。

优选地，命令节点13可以设置一段等待时间，以等待可能的后续拓扑收集更新消息N，或拓扑应答报文A，并将该等待时间段内产生的、最终需要更新的网络拓扑信息一并通知网络管理系统11更新相应的网络拓扑信息。

图2是一种典型的网络设备拓扑发现、拓扑收集结构示意图：

网络接口单元20：与其它网络设备相连，发送/接收包括拓扑发现、拓扑收集消息在内的各种数据报文。

对拓扑发现实现而言，该网络设备进一步包括：

拓扑发现单元21，接收相邻网络设备定时发送来的拓扑发现报文，并从中提取设备信息，从而获取网络中相邻网络设备当前设备信息，结合本网络设备信息及其与相邻的网络设备相互间拓扑关系等信息，对存储在本地设备拓扑信息数据库25中的拓扑信息进行比较、对相关拓扑信息表项进行增加/更改/删除，以形成最新的拓扑信息。

拓扑信息数据库25，其存储的拓扑信息包括网络设备自身的当前设备信息、相邻的网络设备的当前设备信息及其相互间拓扑关系等。

对拓扑收集实现而言，它进一步包括：

拓扑收集单元26：接收拓扑收集请求报文，并将本地设备拓扑信息数据库25中存储的相关拓扑信息提取出来，按照一定的方式编码、封装后以拓扑收集应答报文方式发送给网络拓扑收集设备。

根据本发明思想，拓扑发现单元21在对拓扑信息数据库25中的拓扑信息进行更新时，它产生一个拓扑信息更新消息给拓扑收集单元26，该拓扑收集更新消息需包含足够的信息以指示更新后的拓扑信息。

根据本发明思想，拓扑收集单元26收到拓扑信息更新消息，将及时通知网络拓扑收集设备，因此，拓扑收集单元26在处理拓扑收集请求报文时，需要记录下拓扑收集请求报文中网络拓扑收集设备的地址信息，在收到来自拓扑发现单元21的拓扑更新消息后，它产生一个相应的拓扑收集更新消息N，该拓扑收集更新消息N包含了更新后的拓扑信息，其目标地址指向网络拓扑收集设备。

作为拓扑发现单元21的一种实施例，该单元可以由以下结构方式实现：

拓扑发现报文接收/发送单元22：用于通过网络接口单元20接收相邻的网络设备以各自设定的时间间隔定时发送来的拓扑发现报文；以及将本网络设备产生的拓扑发现报文以设定的时间间隔定时通过网络接口单元20发送给网络中连接的所有设备。

拓扑发现报文解码/编码单元23：从拓扑发现报文发送/接收单元22接收来的拓扑发现报文中提取设备信息，从而获取网络中相邻的网络设备当前设备信息，报文协议类型不同需要不同的解码方式；以及，将本网络设备存储的设备信息按照一定的方式编码、封装成指定的报文形式。

拓扑信息更新单元24：根据拓扑发现报文编码/解码单元23解码后获得的相邻网络设备信息、同时结合本网络设备信息及其与相邻的网络设备相互间拓扑关系等信息，对拓扑信息数据库25中的相关拓扑信息进行比较、更新/存储，形成最新的拓扑信息，同时，如果通过比较，发现需要更新相关拓扑信息，它将产生一个拓扑信息更新消息给拓扑收集单元26，该拓扑收集更新消息需包含足够的信息以指示更新后拓扑信息；拓扑信息更新单元24也为拓扑发现报文编码/解码单元23提供本网络设备必要的拓扑信息以最终形成本网络设备的拓扑发现报文。

作为拓扑收集单元26的一种实施例，它可以由以下结构方式实现：

拓扑收集报文发送/接收单元27：拓扑收集报文包括拓扑请求和拓扑应答两种类型，作为如图1中的网络设备17，18，该单元接收来自网络拓扑收集设备的拓扑请求报文，同时也将本网络设备产生的拓扑收集应答报文通过网络接口单元20发送给网络中网络拓扑收集设备。

拓扑收集报文编码/解码单元28：从拓扑收集报文发送/接收单元26接收来的拓扑收集报文中解码、提取拓扑请求信息。报文协议类型不同需要不同的解码方式；以及，将本网络设备的拓扑信息按照一定的方式编码、封装成指定的拓扑应答报文形式。

拓扑收集报文处理单元29：根据拓扑收集报文编码/解码单元28输出的拓扑请求信息、或根据拓扑信息更新单元24产生的相关拓扑信息更新消息，从拓扑信息数据库25中提取被请求的、或已更新拓扑信息，将以上拓扑信息提供给拓扑收集报文编码/解码单元28。

图3是一种典型的网络拓扑收集设备结构示意图。作为网络拓扑收集发起者和收集者，其拓扑收集单元36与图2中拓扑收集单元26又有不同：这里，拓扑收集单元36产生拓扑收集请求消息，并接收来自各网络设备的拓扑应答消息，并根据拓扑应答消息中提供的设备拓扑信息与本网络拓扑收集设备中存储的相关网络拓扑信息进行比较，如果不一致，则更新相关拓扑信息。

根据本发明思想，网络拓扑收集系统中的网络设备在其拓扑信息发生变化时，它在更新本地存储的拓扑信息的同时，将自动触发产生一个拓扑收集更新消息，其目标地址指向网络拓扑收集设备的MAC地址；因此，网络拓扑收集设备的拓扑收集单元36在进行拓扑收集时候，需要具有识别拓扑收集更新消息的能力，并根据拓扑收集更新消息中提供的相关拓扑信息与本网络拓扑收集设备中存储的相关网络拓扑信息进行比较，如果不一致，则更新相关拓扑信息。

另外，作为网络拓扑收集系统中的网络设备，网络拓扑收集设备也可以包括拓扑发现单元31，其结构、功能与图2中拓扑发现单元21一致，不再累述。

另外，网络拓扑信息数据库35中的拓扑信息是一定网络范围所有网络设备的拓扑信息，其拓扑发现单元31也可以对其中的相邻网络设备信息进行更新操作。

优选地，拓扑收集单元36在进行网络拓扑信息更新操作的同时(可以是基于拓扑应答消息、拓扑收集更新消息)或收到拓扑发现单元31产生的拓扑信息更新消息，它进一步通知网络管理系统更新相应的网络拓扑信息。

优选地，拓扑收集单元36可以设置一段等待时间，以等待可能的后续拓扑收集更新消息、拓扑应答报文、或拓扑信息更新消息，并将该等待时间段内产生的、最终需要更新的网络拓扑信息进一步通知网络管理系统。采用上述延时机制，一定程度上可以避免网络管理系统与拓扑收集设备之间的网络拓扑信息更新过于频繁，一些短暂的拓扑信息改变后又恢复可以被过滤掉。

作为拓扑收集单元36的一种实施例，该单元可以由以下结构方式实现：

拓扑收集报文发送/接收单元37：作为拓扑收集发起者和收集者，它定时产生、或根据指令产生网络拓扑收集请求报文，并接收一定网络范围网络设备的拓扑应答报文，该单元需要具有识别拓扑收集更新消息的能力，如前所述，网络设备产生的拓扑收集更新消息可以采用拓扑应答报文方式，为了和其他拓扑应答报文相区别，该拓扑应答报文可以采用预留的报文标志(IndexID)予以标识，例如0xff。

拓扑收集报文解码单元38：从拓扑收集报文发送/接收单元37接收来的拓扑收集报文中解码、提取出拓扑信息。报文协议类型不同需要不同的解码方式。

拓扑收集报文处理单元39：根据解码、提取出的拓扑信息，对拓扑信息数据库35中的相关拓扑信息进行比较、更新/存储，形成最新的网络拓扑信息，同时，如果通过比较，发现需要更新相关拓扑信息。

优选地，如果该拓扑收集设备包括拓扑发现单元31，当其设备自身拓扑信息发生变化时，拓扑发现单元更新相关拓扑信息并进一步产生拓扑信息更新消息通知拓扑收集单元36，这里，拓扑收集报文处理单元39也可以根据该拓扑信息更新消息向网络管理系统发送拓扑信息更新消息。

优选地，拓扑收集报文处理单元39设置一段等待时间，并将该时间段内拓扑应答报文、拓扑收集更新消息、拓扑信息更新消息所提供的所有拓扑信息更新在等待时间结束后再通知给网络管理系统，从而避免由于拓扑收集报文丢失、网络设备重新启动或其他原因而引起的错误的拓扑信息更新在网络管理系统和网络拓扑收集设备之间的重传，减少了一些错误的或不必要的拓扑信息更新操作。

需要说明的是：以上仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (13)

1、一种网络拓扑收集系统，由若干网络设备组成，所述网络设备获取相邻网络设备信息形成其拓扑信息，其中一台网络设备被指定为网络拓扑收集设备，发起拓扑收集请求，网络设备将其保存的拓扑信息以拓扑收集应答方式发送给网络拓扑收集设备，网络拓扑收集设备根据上述拓扑收集应答更新相关网络拓扑信息，其特征在于：

网络设备在其拓扑信息发生变化时，触发一个相应的拓扑收集更新消息，该消息目标地址为网络拓扑收集设备的地址；

网络拓扑收集设备在进行拓扑收集时，进一步根据拓扑收集更新消息更新相应的网络拓扑信息。

2、如权利要求1所述的网络拓扑收集系统，其特征在于所述网络设备为二层网络设备，网络拓扑收集设备的地址为MAC地址。

3、如权利要求2所述的网络拓扑收集系统，其特征在于所述拓扑收集更新消息以拓扑收集应答消息方式实现，采用预留的报文标志予以标识。

4、如权利要求1所述的网络拓扑收集系统，其特征在于其进一步包括网络管理系统，所述网络拓扑收集设备进一步根据拓扑收集更新消息通知网络管理系统更新相应的网络拓扑信息。

5、如权利要求4所述的网络拓扑收集系统，其特征在于网络拓扑收集设备设置一段等待时间，并将该时间段内所产生的拓扑收集更新进一步通知网络管理系统更新相应的网络拓扑信息。

6、一种网络设备，包括：拓扑发现单元，通过拓扑发现获得相邻网络设备信息并形成相关拓扑信息，以及拓扑收集单元，将其保存的拓扑信息以拓扑收集应答方式发送给网络拓扑收集设备，其特征在于：

所述拓扑发现单元当拓扑信息发生变化时，更新相关拓扑信息并进一步产生拓扑信息更新消息通知拓扑收集单元；

所述拓扑收集单元接收来自拓扑发现单元的拓扑信息更新消息，产生一个相应的拓扑收集更新消息，该消息目标地址为网络拓扑收集设备的地址。

7、如权利要求6所述的一种网络设备，其特征在于所述网络设备是二层网络设备，网络拓扑收集设备的地址为MAC地址。

8、如权利要求7所述的一种网络设备，其特征在于所述拓扑收集单元产生的拓扑收集更新消息以拓扑收集应答消息方式实现，采用预留的报文标志予以标识。

9、一种网络拓扑收集设备，包括：拓扑收集单元，产生拓扑收集请求消息，并接收拓扑应答消息，更新相关网络拓扑信息，其特征在于：

所述拓扑收集单元在进行拓扑收集时，进一步根据拓扑收集更新消息更新相关网络拓扑信息。

10、如权利要求9所述的网络拓扑收集设备，其特征在于其进一步包括拓扑发现单元，在其设备拓扑信息发生变化时，更新相关拓扑信息并进一步产生拓扑信息更新消息通知拓扑收集单元。

11、如权利要求10所述的网络拓扑收集设备，其特征在于其拓扑收集单元根据拓扑发现单元产生的拓扑信息更新消息进一步通知网络管理系统更新相应的网络拓扑信息。

12、如权利要求9所述的网络拓扑收集设备，其特征在于其拓扑收集单元根据拓扑收集更新消息，进一步通知网络管理系统更新相应的网络拓扑信息。

13、如权利要求9或10所述的网络拓扑收集设备，其特征在于其拓扑收集单元设置一段等待时间，并将该时间段内产生的网络拓扑信息更新进一步通知网络管理系统更新相应的网络拓扑信息。

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