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计 算 机 测 量 与控 制 .2005.1 3(9)
Computer Measurem ent & Control 设:计:与应 舟
文章编号 :1671—4598(2005)09—0978—03 中图分类 号 :TP183 文献标识 码 :B
网络拓扑 自动发 现 算 法 的研 究
王 捷 . 欧 阳 松
(中 南 大 学 信 息科学 与 工 程 学院计 算 机 应 用 研究所 ,湖 南 长 沙 410083)
摘要 :在 不断 发展的 网络 中 ,网络拓 扑结 构是很 难确 定的 ,而这些 信息 对 网络管理 却是 至关重要 的 ;传统 的拓扑 发现 算法大 多是基
于 SNMP的,但是 SNMP协议 并不是 通用 的 ,有的主机 可能 不支持 此协 议 ;为了 完整而 准确 地 确定 网络的 拓扑 结 构,提 出 了几个 探索
性 的算法 ,可 以发 现 Internet骨 干的拓 扑结构 和局 域 网内部的 拓扑 。
关键 词 : 网络 管 理 ;拓 扑发 现 ;DNS区域 转 送
Research 0f Algorithm s 0f Network Topology Discovering Autom atically
w ang Jie,0U Yangsong
(College of Information Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China)
Abstract: In constantly evolving networks,it is difficult to determine networks topology.H owever,such inform ation is important to
network management.The traditional algorithm s about topology discovery are based on SNM P,but SNM P is not commonly available,and
not supported by some hosts.In order to determine completely and accurately the topology of network, several heuristic algorithms that can
be used to discover Internet backbone topology and intra——domain topology are presented.
Key words: network management; topology discovering; DNS zone transfer
0 引 言
网络 拓 扑 是 网 络 中实体 之 间 互联 关 系 的一种 表 示 , 发 现 网
络拓 扑是 实现许 多关键 网络管理任务的先决条件 ,如 帮 助网络
管 理 员发 现 当 前 网络的 瓶 颈 和 故障 、被 动 或 主动性 的 资源管 理
和 估 算 当 前硬件 配 置 是 否合理 等 。但 是 由于 网 络 拓扑具 有 动态
的特 性 ,随着 网 络 节点和 连 接 的增 加 或 撤 销 , 网络 拓 扑 不 断 地
发 生 着 变 化 ,通 过 手 工方式 跟 踪 网 络 拓扑的 变 化 将 是一 项 非 常
困 难 和 繁 琐 的 工 作 ,因 而 , 自动 发 现 网 络拓 扑 是 必 需 的 。 目
前 .普 遍采用 的 方 法 是通过 SNMP 自动 发 现 网 络 拓扑 。 然 而 。
在 很 多 情 况下 , 网络 站 点 不 支 持 SNMP。在 大 多 数 老 机 器 中 .
没 有 实 现 SNMP, 即使 在新 机 器 中 实 现了 SNMP,SNMP功 能
也 可 能 被 禁止或 者 访 问受 限 。想 当然 地 认 为 网络 中 的 所 有结点
都 支 持 SNMP,并 且 都是 可 以 访 问 的 ,这 种 想 法 是 很 幼 稚 的 。
为 此 ,我 们 论 述 了一 些 拓扑算 法 ,可 以用 来 发 现 Internet骨 干
拓 扑 结 构 和单个 管 理域 的 网络 拓 扑 ,这 些 算法 不仅 仅 局 限 于使
用 SNMP协 议 。它 们 各 有 优缺点 ,在 评 价 每个 具 体 的算 法 时 ,
我 们 的 目标 是 有 效 、快 速 、完 整 和精 确 。
1 背 景 和 工 具
Internet被划分 成 数 千 个 管 理 域 。一 个 管 理 域 中 的 所 有 主
机 、路 由 器 和链 路 由 一 个 唯 一 的 实 体 管 理 ,他 们 的 IP地 址 有
共 同的前 缀 , 即网络 号 。在每 个 域 中 ,IP地 址被 进一 步划 分
成 子 网 ,所 以 一 个 子 网 中 的 所 有 IP地 址 具 有 相 同 的 子 网号 ,
子 网 掩 码 用来区 分 IP地 址 中的 子 网 号。子 网 之间 的 路 由 由 路
收 稿 日期 :2004— 12— 14; 修 回 日期 :2005— 01— 12o
作 者简 介 :王捷 (1979一 ),女 ,河 南 省 新 乡 人 .硕 士 研 究 生 。主 要 从 事
电 信 网 络 管 理 的研 究 。
欧阳松 (1946一 ),男 ,湖南 省长沙 人 ,教授 ,硕士 生导 师 ,主 要从 事分
布式系 统、软件 工程等 方 向的研究 。
由 器 完成 , 一个 路 由器 同 时和 多 个子 网相 连 ,所 以 具有多 个 IP
地址 。通 常 给路 由器分配每个 子 网地 址 范 围中 的第 一个 IP地
址 。例 如 , 一 个 路 由 器 连 接 了 子 网 192.168.1.0 和
192.168.12.0, 它 将 拥 有 两 个 IP 地 址 : 192.168.1.1 和
192.168.12.1。 以下 介 绍 本文讨 论 的 算 法所基 于 的 3个 广 泛 使
用 的 工 具 。
1.1 PinIg/Broadcast Ping
ICMP允 许主机 或路 由 器报 告 差 错 情 况 和 提供有 关 异 常情
况 的报 告 。但 ICMP不 是 高 层 协 议 ,它 仍 是 IP层 的协 议 ,IC—
MP报 文 作 为 互连网层 数 据报 的 数 据 ,加 上 数据 报 的 首部 ,组
成 IP数据 报 发送出 去_1]。 每个 IP主机 都必须 能对信 源机 回应
一
个 ICMP ‘ping’包 。因 此 ,ping工 具 可 以 准 确 地 探 知 一 个
被 ping的 机 器 在 网络 中 是 否 存 活 (实 际 上 , 由 于 ping包 也 会
丢失 ,所 以 一般 是 对 一 个 地 址 ping两 次 ,如 果 两 次 都 没 有 回
应 就假 定它 不可 达 )。ping数 据 包 比 较 小 ,对 网 络 产 生 的 开 销
小 。成 功地 ping一 个 活动的 主机 只需 要 几 十 ms,速度 非 常快 。
然 而 ,ping一 个 不 存在的 主 机 ,需 要 20 S, 因此 ,ping对 于这
些 主 机来说 代 价 是 昂贵的 。
“直 接 广 播 ping” 是 指把一 个 ping包 发 送 给 整 个 子 网 ,而
不 是 某 个 主 机 。广 播 ping可 以 被 子 网 中 的 所 有 主 机 接 收 。这
对于发现子 网中 的所有 主机是 有用的 。然而 ,并 不是所 有 的子
网 都 支 持 广播 ping。有 些 网络 中 ,只 有 路由器 负 责对 广 播 ping
做 出 响 应 (称 为 弱 广 播 ping)。 还 有 一 些 网 络 , 根本不 对 广 播
ping做 任 何 响应 。这 些 限制 是 为 了阻 止 “拒 绝 服 务 ”的攻 击 。
1.2 Traceroute
Traceroute使 用 路 径探测 法 来 发 现位 于 探 测 点 和 目标 主 机
之 间的路 由 器序列 。其基本做法 是顺 序发送 一系列 TTL值递
增 的 UDP报 文 到 所有 目标 机 _2]。 如 图 1所 示 , 对 一个 特 定 目
标 Destination发送 的第 一个 探测报 文的 TTL值 为 1,当这 个
探测报文到达位 于去 Destination的路径上的第 一个路 由器 R1
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