网络安全管理中拓扑发现方法研究

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1、网络安全管理中拓扑发现方法研究【摘要】为了提高X络拓扑发现的准确性，提出多层的拓扑发现方法。该方法从X络层和数据链路层分别进行拓扑分析，先找出X络的逻辑拓扑，然后在此基础上将数据链路层的交换设备加入到逻辑拓扑结构中去，进而形成完整的X络拓扑。通过该方法设计的原型系统验证，其能够无遗漏的发现数据链层交换机与其它设备的链接关系。　　【关键词】拓扑发现；SNMP；地址转发表；端口信息表　　0.引言　　随着X络规模的不断增大，X络设备逐渐多样化，其结构也呈现了复杂化的趋势，要实现对X络的有效管理，其前提是要了解X络的状态，通常X络管理系统首先要实现X络的拓

2、扑发现，在正确、完整的X络拓扑基础上可以通过SNMP（简单X络管理协议）等X络管理协议实现对X络的有效管理，因此研究X络拓扑发现对于计算机X络的有效管理具有重要作用。　　当前的X络拓扑发现主要集中在两个层次上，即X络层的拓扑发现以及数据链路层的拓扑发现。X络层拓扑发现相对比较成熟，发现过程中一般不会出现设备和链路的遗漏，基于SNMP协议的MIB-2信息库查询是其主要方法，文献[1，2]中采用该方法，这也是当前商业X络管理软件所广泛采用的一种方法；数据链路层的拓扑发现机制主要用来发现X桥类设备，当前主要是用来发现交换机在X络上的拓扑状况，文献[3，4

3、，5]提出了基于地址转发表（AFT）的数据链路层拓扑发现算法，但算法要求所有交换机的地址转发表是完整的，如果地址转发表不完整将会出现拓扑部分链路遗漏的情况。　　1.X络层拓扑发现方法　　根据X络结构的不同，X络拓扑发现方法也有所区别，当前商业X络管理软件广泛采用的拓扑发现机制是利用ICMP配合SNMP协议的综合X络拓扑发现方法，ICMP协议可以发现X络中存在的设备，SNMP协议可以通过MIB-2功能组读取的方法获得X络中相关节点的重要控制信息，比如路由表，进而完成X络拓扑发现的功能。以下对拓扑发现领域的常见方法进行总结。　　1.1ICMP协议发现设

4、备　　ICMP协议的设备发现类似Ping命令完成的功能，ICMP协议通过发送请求报文ICMP_ECHO和应答报文ICMP_ECHOREPLY可以达到判断目标主机连接是否正常的目的。请求和应答报文是相互配合工作的。当源主机向目标主机发送了ICMP_ECHO数据包后，它等候目标主机的应答，目标主机在收到一个ICMP_ECHO数据包后，将交换源主机IP地址和目的主机IP地址后将收到的ICMP_ECHO数据包中的数据部分原封不动地封装在自己的ICMP_ECHOREPLY数据包中，然后将该数据包反馈给发送ICMP_ECHO数据报的主机。接收方收到ICMP_E

5、CHOREPLY数据包后进行校验，如果校验正确，发送主机认为目标主机连通正常，很显然ICMP是设备发现的一种高效方法？　　1.2SNMP协议发现设备间的连接关系　　在大部分商业软件中都通过SNMP协议进行拓扑的发现，比如SNMPc管理站软件、HPOpenVieily:微软雅黑,Helvetica;font-size:16px;line-height:28px;"/>　　1.3ARP协议发现局域X内部设备　　ARP协议能够在局域X中对IP地址和物理地址进行解析，依靠的是计算机维护的一张ARP表，记录了IP地址和物理地址的对应关系。因为ARP表中记录的

6、都是最近活动的主机IP地址和物理地址的对应关系，因此，能够及时发现局域X的设备情况。但该发现设备的方法依赖局域X内部的ARP表，所以应用范围有限，一般仅仅作为X络拓扑发现局域X的一个辅助方法使用。　　2.数据链路层的拓扑发现方法　　定理1：如果：SA（s1，i1）USA（s2，i2）=SaII并且SA（s1，i1）∩SA（s2，i2）=?，则IF（s1，i1）和IF（s2，i2）中间是直接相连接的关系。　　在定理1中，交换机s的第i号端口为IF（s，i）；交换机s的地址转发表中通过其i号端口IF（s，i）数据帧的源物理地址的集合表示为SA（

7、s1，i1）；子X中所有交换机的集合为SaII。　　证明：这里使用反证法，假如，IF（s1，i1）和IF（s2，i2）中间不是直接相连接的关系，则在IF（s1，i1）和IF（s2，i2）之间必然还存在其它设备m，假设该设备的物理地址为Am，根据地址转发表的生成规则可知：Am∈SA（s1，i1）并且Am∈SA（s2，i2），很显然此时：SA（s1，i1）∩SA（s2，i2）=Am，这与SA（s1，i1）∩SA（s2，i2）=?矛盾，因此可以判断定理一成立。　　定理2：如果路由器r和交换机s之间直接互相连接，当且仅当

8、其互联端口IF（s，i）没有出现其它交换机的物理地址并且SA（s，i）中包含路由器r的物理地址。　　证明：首先进行充分性证