CN1921419A - 网络物理结构的拓扑方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种确定局域网络中物理设备的物理连接结构的方法，尤其是涉及一种基于SNMP的网络物理结构的拓扑方法。其包括：步骤一、确认一核心交换机的IP；步骤二、通过SNMP(Simple Network Management Protocol，简单网络管理协议)协议获取与该核心交换机相连的所有子节点；步骤三、过滤掉不与该核心交换机直接相连的设备；步骤四、确认该一子节点的类型；步骤五、在交换机类型子节点中过滤掉不与该当前子节点直接连接的设备；及步骤六、选择另一子节点，执行步骤四。该方法实现难度低、访问速度快并且数据流量小，可高效实现局域网的物理结构监控。
Description
技术领域
本发明涉及一种确定局域网络中物理设备的物理连接结构的方法及其系统，尤其是涉及一种基于SNMP的网络物理结构的拓扑方法及其系统。
背景技术
网络监控在通讯领域中是一项极为重要而复杂的技术。网络监控系统是通过软硬件结合的方式对计算机网络进行监控，确认处于正常工作状态的计算机应用系统。其监控的内容通常包括：网络中设备的异常接入、网络结构的改变、错误设备所影响到的具体设备范围、网络中出现异常的环状结构等问题。这些都是网络管理中需要面对的基础性问题，这些问题如果不能很好的解决，网络监控也就无从谈起。面对这样的需求，自动探测网络物理拓扑结构就成为了应用中的基础问题，无法及时有效的获得拓扑结构很多时候预示着应用的失败。
目前常见的确定网络拓扑结构的方式包括下述几个步骤：
确认一个很大IP的范围；
使用PING(响应请求报文)的方式逐个确认IP节点是否有设备连接；
如果某个IP节点有设备存在，通常使用ICMP(Internet Control MessageProtocol，网间控制报文协议)的方式进一步对设备进行探测；
通过分析返回的TTL(Time-to-Live)字段等细节了解网络的结构和设备的物理连接状况。
上述方法可以确定网络中的拓扑结构，但是其最主要的缺点是因为需要了解各种网络协议的细节，而且要了解各种操作系统(包括交换设备的内嵌式操作系统)对网络协议的实现细节，这样的方式难度较大，而且整个过程中需要大量的计算过程；并且要逐个确认节点的细节信息，这需要逐个的反复访问每一个IP节点，以获取足够的信息，尤其是需要在很大的范围内确认IP，所以耗时很长，通常需要数个小时甚至长得多的时间完成探索，这样的消耗是无法被生产线接受的。而且，反复访问设备的过程，从整体网络的角度上看会带来巨大的数据流量，不符合网管系统应尽可能的减少网络消耗的原则。
因此，需要一种实现方式难度低、访问速度快并且数据流量小的网络拓扑结构的确定方法。
发明内容
本发明所要解决的主要技术问题在于提供一种实现难度低、访问速度快并且数据流量小的网络拓扑方法。
因此，为达上述目的，本发明提供了一种网络物理结构的拓扑方法，其包括：步骤一、确认一核心交换机的IP；步骤二、通过SNMP(Simple NetworkManagement Protocol，简单网络管理协议)协议获取与该核心交换机相连的所有子节点；步骤三、过滤掉不与该核心交换机直接相连的设备；步骤四、确认该一子节点的类型；步骤五、在交换机类型子节点中过滤掉不与该当前子节点直接连接的设备；及步骤六、选择另一子节点，执行步骤四。
发明所述的网络物理结构的拓扑系统，包括：SNMP访问模块，其发送和接受SNMP报文以访问由节点维护的MIB数据库；交换机连接设备的MAC/IP地址获取模块，其从该MIB(Management Informat ion Base，管理信息数据库)数据库中获取该网络中所有设备的MAC地址；设备类型获取模块，其区分该网络中各设备的类型；MAC地址比较和移除模块，包括判断一端口的MAC地址列表与当前交换机的MAC地址列表中是否有重复的MAC地址的比较单元和从该端口中的MAC地址列表中，移除重复的MAC地址的移除单元。
本发明所述的网络物理结构的拓扑方法，通过SNMP直接访问由节点维护的MIB资料，无需了解网络协议、操作系统等细节，因而实现难度非常低，只需要访问交换设备(可以在运行时刻确认)获取MIB中的资料，不用关注其它节点，速度非常快，访问产生的资料量非常小，仅包括MIB中描述的字符串和数字。
有关本发明的技术特征与实施例，现配合附图详细说明如下。
附图说明
图1所示为本发明网络物理结构的拓扑方法的流程图；
图2a及图2b所示为本发明节点过滤步骤的流程图；
图3所示为本发明一实施例网络物理结构的拓扑方法中的网络示意图；
图4所示为本发明网络拓扑模块的示意图。
其中，附图标记：
501 SNMP访问模块
503 交换机连接设备的MAC获取模块
505 设备类型获取模块
507 MAC比较和移除模块
具体实施方式
以下将结合附图详细说明本发明网络物理结构的拓扑方法。其中，在颇具规模的网络中应用支持SNMP(Simple Network Management Protocol，简单网络管理协议)的交换设备(交换机、路由器等)，是必备的条件。
图1所示为本发明网络物理结构的拓扑方法的流程图。包括的步骤有：
确认核心交换机的IP(步骤301)；
可由网管人员输入，核心交换机的IP是网管人员的常识；
通过SNMP协议获取与核心交换机相连的所有节点(步骤303)；
访问核心交换机RFC-1213(Management Information Base for NetworkManagement of TCP/IP-based internets：MIB-II，RFC-1213是这份文件在RFC(国际组织)中的正式文档编号，该文档没有官方的中文版)定义的AT组节点，获取所有与网络连接的设备MAC(Media Access Control，介质访问控制，每个接入网络的设备的必备全球唯一地址，一般位于网卡的EPROM中，用于标识网络设备，控制对网络介质的访问)地址，通过MAC地址获取设备IP地址的方式很多，比如：使用RARP(Reverse Address Resolution Protocol，反向地址转换协议)和通过SNMP读取当前交换机的RFC-1213的接口(interface)组都可以获得，同时可以确认获得的MAC地址确实在网络中有对应的IP；
通过SNMP确认一子节点(主机或交换设备)的类型(步骤305)；
根据RFC-1213 system.sysServices(网络设备提供的协议层服务)的定义，每个设备都有一个数字描述它的类型，通过这个数字可以区分设备类型，对于主机通常没有安装SNMP服务，所以如果无法获取这个数字，可以认为当前设备为非交换设备，同时RFC-1213 system.sysDescr描述了设备的详细内容，包括厂商、设备名、型号等信息；
在交换机类型子节点中过滤掉不与当前子节点直接连接的设备(步骤307)；
通过SNMP协议获取与当前交换机相连的所有节点(步骤309)，而后执行步骤305，直至网络中的所有设备都被确定。
其中步骤303至步骤309的循环如图2a及图2b所示，包括如下子步骤：
进入拓扑某一层，如第i层(步骤3071)；
判断该层是否存在(步骤3073)，如果不存在拓扑结束，如果存在执行步骤3075；
选择某个交换机，如交换机j(步骤3075)；
判断该交换机是否存在(步骤3077)，如果不存在，执行步骤100，如果存在执行步骤3079；
进入第i+1层，然后执行步骤3073(步骤100)；
确定该交换机的某个端口，如第n个端口(步骤3079)；
判断该端口是否存在(步骤30711)，如果不存在，执行步骤200，如果该端口存在，执行步骤30713；
选择第j+1交换机，然后执行步骤3077(步骤200)；
通过SNMP获取MAC地址列表，确定每个MAC地址对应的设备(步骤30713)；
通过SNMP获取每个设备的类型(交换机或主机)(步骤30715)；
判断MAC地址列表中的设备数是否大于1(步骤30717)，如果不大于1，执行步骤300，如果大于1，执行步骤30719；
选择第n+1端口，然后执行步骤30711(步骤300)；
取列表中的第一个设备(步骤30719)；
判断该设备是否为交换机(步骤30721)，如果不是执行步骤30723，如果是执行步骤30725；
移除第n个端口的第一个设备(步骤30723)，然后执行步骤30719；
通过SNMP获取该交换机所有端口的MAC地址列表(步骤30725)；
在第n个端口的MAC地址列表中移除与当前交换机MAC地址列表中重复的MAC地址(步骤30727)；
判断n个端口的MAC地址列表中MAC地址个数是否大于1(步骤30729)，如果大于1，执行步骤30721，如果不大于1，执行步骤300。
为了更明确本发明网络物理结构的拓扑方法，以下，将结合某一网络详细阐述本发明所述方法确定网络中物理设备的流程。图3所示为本发明一实施例网络物理结构的拓扑方法中的网络示意图。依照上述判断网络中物理设备的拓扑方法，判断图3中所示的设备的步骤包括：
1.网管直接输入核心交换机的IP；
2.通过SNMP获取与该核心交换机相连的子节点包括port1、port2、port3；
3.通过SNMP确定子节点的类型分别为交换机、交换机、主机；
4.子节点中过滤掉不是与当前交换机直接连接的设备；
4.1拓扑第一层结构；
对核心交换机Port1处理，读取MAC地址列表，并且获取各个设备类型，可得到表1(表1中MAC地址的排列不依赖任何规律)：
表1
| MAC地址 | IP地址 | 设备类型 |
| 主机B的MAC地址 | 主机B的IP | 主机 |
| 交换机A的MAC地址 | 交换机A的IP | 交换机 |
| 主机C的MAC地址 | 主机C的IP | 主机 |
从表1中选出第一个设备，即主机B，它不是交换机所以直接移除；
接下来选择表1中的第一个设备，即交换机A，它是交换机；
读取交换机A的所有端口连接的MAC地址列表，包括：核心交换机，主机B，主机C；
判断出交换机A的上行端口Port3(因为只有这个端口的MAC地址列表中有核心交换机的对外MAC地址)，并将Port3上连接的核心交换机的MAC地址从列表中移除，这时交换机A的MAC地址列表中只有设备：主机C、主机B；
接下来从核心交换机Port1的MAC地址列表中移除交换机A的MAC地址列表中包含的MAC地址，即主机C、主机B的MAC地址，这样核心交换机Port1的MAC地址列表中只剩下交换机A的MAC地址了，到此对核心交换机Port1的处理完成；
然后处理核心交换机的Port2，可得到表2(表2中MAC地址的排列不依赖任何规律)：
表2
| MAC地址 | IP地址 | 设备类型 |
| 交换机B的MAC地址 | 交换机B的IP | 交换机 |
| 交换机C的MAC地址 | 交换机C的IP | 交换机 |
| 主机D的MAC地址 | 主机D的IP | 主机 |
| 主机E的MAC地址 | 主机E的IP | 主机 |
从表2中选出第一个设备，为交换机B；
读取交换机B的MAC地址列表，排除掉交换机B的上行端口的MAC地址列表，即核心交换机的MAC地址，这时交换机B的MAC地址列表中包括：交换机C、主机D、主机E；
在核心交换机Port2的MAC地址列表中移除交换机B的MAC地址列表中包含的MAC地址，即交换机C、主机D、主机E的MAC地址，这样核心交换机Port2的MAC地址列表中只剩下唯一交换机B的对外MAC地址，到此对核心交换机Port2处理完毕；
核心交换机Port3只有1个MAC地址，即主机A，所以不存在交换机了，到此第一层拓扑完毕，接下来开始第2层结构的拓扑；
4.2拓扑第二层结构：
在2层交换机列表中选择第一个：交换机A，首先排除交换机A的上行端口，它的每个下行端口都只有1个MAC地址，分别为主机B，主机C，并且都不是交换机，所以直接完成处理；
在2层交换机列表中选择第2个：交换机B。用4.1中描述的方法得到Port1连接交换机C，Port2连接主机D；第2层拓扑完毕。
4.3拓扑第3层结构：
第3层交换机列表中只有1个交换机C，首先排除掉上行端口Port3，Port1的下面只有主机E，Port2下面没有连接设备直接中断。
实现上述网络拓扑的方法的网络拓扑系统如图4所示，还包括用于实现上述步骤的SNMP访问模块501、交换机连接设备的MAC/IP地址获取模块503、设备类型获取模块505和MAC地址比较和移除模块507。
其中，SNMP访问模块501用于通过SNMP协议发送SNMP报文，实现网络中设备之间的SNMP报文传送与接收，通过访问交换机RFC-1213定义的可获取MAC/IP地址转换的数据结构以访问该节点维护的MIB数据库，或者通过访问交换机RFC-1213定义的可获取MAC/IP地址与交换机特定端口对应关系的数据结构访问该节点维护的MIB数据库，以获取与核心交换机相连的所有子节点；交换机连接设备的MAC/IP地址获取模块503从节点维护的MIB数据库中获取所有局域网中连接的设备的MAC地址地址；依照RFC-1213 ystem.sysServices的定义，交换设备都有数字描述其类型，如果没有获取数字，可认为该设备为非交换设备，即主机设备。因此类型获取模块505依照SNMP协议区分设备类型，并获取交换设备的详细信息；MAC地址比较和移除模块507包括比较单元和移除单元，其中比较单元用于判断某一端口的MAC地址列表中与当前交换机的MAC地址列表中是否有重复的MAC地址，移除单元将重复的MAC地址移除。
该网络拓扑系统可位于网络中任何一个主机上，如图3中的主机A上。通过在网络中的某台主机上设置网络拓扑模块，可实现本发明所述的网络物理结构的拓扑方法。
本发明所述的网络物理结构的拓扑方法通过SNMP直接访问由节点维护的MIB资料，无需了解网络协议、操作系统等细节，实现难度非常低，只需要访问交换设备(可以在运行时刻确认)获取MIB中的资料，不用关注其它节点，速度非常快，访问产生的资料量非常小，仅包括MIB中描述的字符串和数字。
虽然本发明以前述的较佳实施例公开如上，但并非用以限定本发明。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与修改，因此本发明的专利保护范围须视本说明书所附的权利要求书所界定范围为准。
Claims (8)
1、一种网络物理结构的拓扑方法，其特征在于，包括：
步骤一、确认一核心交换机的IP；
步骤二、通过SNMP协议获取与该核心交换机相连的所有子节点；
步骤三、过滤掉不与该核心交换机直接相连的设备；
步骤四、确认该一子节点的类型；
步骤五、在交换机类型子节点中过滤掉不与该当前子节点直接连接的设备；
步骤六、选择另一子节点，执行步骤四。
2、如权利要求1所述的网络物理结构的拓扑方法，其特征在于，该步骤四中过滤的步骤包括：
a.进入某一拓扑层；
b.选择该拓扑层的一交换机；
c.选择该交换机的一端口；
d.获取该端口维护的MAC地址列表，并确定每个MAC地址对应的设备及设备类型；
e.选择该列表中一设备，判断其是否为交换机，是执行步骤f，否执行步骤e；
f.获取该交换机所有端口的MAC地址列表，在该端口的MAC地址列表中移除与该交换机MAC地址列表中重复的MAC地址。
3、如权利要求2所述的网络物理结构的拓扑方法，其特征在于，该步骤一中，该核心交换机的确认由网管直接输入该核心交换机的IP地址。
4、如权利要求2所述的网络物理结构的拓扑方法，其特征在于，步骤二中通过访问该核心交换机的节点获取网络连接的所有设备的MAC地址。
5、一种网络拓扑系统，其特征在于，可位于网络中任何一台主机上以进行网络设备的拓扑，其包括：
SNMP访问模块，其发送和接受SNMP报文以访问由节点维护的MIB；
交换机连接设备的MAC/IP地址获取模块，其从该MIB数据库中获取该网络中所有设备的MAC地址；
设备类型获取模块，其区分该网络中各设备的类型；
MAC地址比较和移除模块，包括判断一端口的MAC地址列表中与当前交换机的MAC地址列表中是否有重复的MAC地址的比较单元和从该端口中的MAC地址列表中移除重复的MAC地址的移除单元。
6、如权利要求5所述的网络拓扑系统，其特征在于，该SNMP访问模块通过访问核心交换机RFC-1213定义的AT组节点以访问该节点维护的MIB数据库。
7、如权利要求5所述的网络拓扑系统，其特征在于，该SNMP访问模块通过访问该交换机RFC-1213定义的可获取MAC/IP地址转换的数据结构以访问该节点维护的MIB数据库。
8、如权利要求5所述的网络拓扑系统，其特征在于，该SNMP访问模块通过访问该交换机RFC-1213定义的可获取MAC/IP地址与交换机特定端口对应关系的数据结构以访问该节点维护的MIB数据库。
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