以太网链路层网络拓扑发现方法研究论文

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1、以太网链路层网络拓扑发现方法研究论文摘要本文分析了现有的以太网链路层拓扑发现算法，在此基础上提出了改进算法，给出了算法的基本实现方法。新算法放宽了原算法中的条件限制，使得算法的应用范围更广，适应性更强。新算法可以发现网络中原算法无法发现的设备。关键词链路层拓扑SNMP1引言随着计算机性能的提高及通信量的巨增，传统局域网已经愈来愈超出了自身的负荷，交换式以太网技术应运而生，大大提高了局域网的性能。与过去基于网桥.freel)/*S1,S2,.freelaretheroutersofthesubS*/beginforeachsping程序：对原有的ping程序进行修改，利用rap响

2、应请求报文中的源IP地址改为给定的目标交换机的IP地址，目的IP地址为网络中其它主干设备的地址。当其他主干设备接收到ICMP查询请求报文后，将向给定的目标交换机发送ICMP查询响应报文，则给定的目标交换机地址转发表中就会增加目的设备的MAC地址。这种mping程序在原理上是正确地，但在一些安全配置严格的网络中这种设置虚假源IP地址的数据报文将被路由器、防火墙所过滤，使mping程序不能达到预期的效果。即使在一个宽松的网络环境中，有的目的设备在接收到ICMP查询请求报文后并不进行ARP操作，而是简单地将接收到的数据帧的源MAC地址与目的MAC地址互换3，然后发送ICMP查询响应报

3、文，该响应报文的目标MAC地址与IP不对应是无效报文，不能够有效的增强转发表的完备性。并且这种算法大大的增加了额外的网络报文，其数量级为O（（交换机＋路由器）2）。另外此算法要求所有交换机都能取得其SNMP信息，并且HUB只能在其叶端口上。但在复杂的网络结构中有的交换机虽然支持SNMP协议，但出于安全考虑或设置问题无法取得其SNMP信息，而且有些网络会出现交换机之间通过一个HUB进行连接，这两种情况基本算法都无法解决。3算法改进链路层拓扑自动发现算法的困难在于网络信息的获取，在实际的网络环境中，各种网络设备为节约资源或网络安全等原因，对网络拓扑结构相关信息的采集设置了种种苛刻的

4、条件。改进算法的出发点在于降低算法对拓扑信息特别是地址转发表的完备性的要求，并且通过简单而有效的手段满足这种降低后的要求。考虑到物理网络主链路中有可能存在哑设备（无法获取SNMP数据的交换机、HUB的统称）的存在，新算法放宽了交换机（所有可以获取到SNMP数据的交换机的统称）与交换机必须直接连接的限制，扩展为交换机端口可以通过哑设备与多台交换机相连，这使的算法的应用范围更广，适应性更强。3.1算法的理论基础为了更好的描述新的链路层拓扑发现算法，这里对已有定义进行补充：定义6：标志节点：当运行算法的主机在预发现的子网中时，将此主机命名为标志节点，若不在，则将目标子网中，转发运行算

5、法主机发出的数据报文的路由器定义为标志节点。3定义7：上行端口：指端口对应的地址转发表中出现标志节点MAC地址的端口3定义8：下行端口：指端口对应的地址转发表中没有出现标志节点MAC地址的端口。3定义9：Si的MAC令交换机Si的MAC地址表示为Si_MAC。定义10：令交换机Si下行端口Sij的Lij（j＝1,2,…,N）的和为Li，则Li＝{ij

6、Lij所对应端口Sij为下行端口}定义11：令交换机Si下行端口Sij的Dij（j＝1,2,…,N）的和为Di，则Di＝{ij

7、Dij所对应端口Sij为下行端口}定义12：任意非叶端口Sij，Lij必不为空集，Lij集合中的某台交

8、换机Sk，其Lk最大，则Sk为Sij的最大子树根节点（如果存在多个交换机其L值相同，则任选一个）。结论1：交换机非叶端口与交换机直接相连判定：交换机Si其下行非叶端口Sij的MAC表的集合Aij等于其最大子树的根节点Sk的所有下行端口的MAC表的和再加上Sk的MAC地址即Aij＝Ak＋Sk_MAC，则Si通过下行端口Sij与Sk的上行端口直接连接。结论2：交换机非叶端口与哑设备直接相连判定：交换机Si其下行非叶端口Sij的MAC表的集合Aij大于其最大子树的根节点Sk的所有下行端口的MAC表的和再加上Sk的MAC地址。AijAk＋Sk_MAC。则Si通过下行端口Sij与哑设备相

9、连，Sk通过上行端口与哑设备直接相连。3.2算法描述及实现改进算法的基本描述如下：⑴获取子网内所有路由器、交换机、主机的列表，确定IP地址与MAC地址的对应关系以及标志节点。⑵ping子网内所有活动设备。⑶读取每台交换机的地址转发表。⑷判断标志节点的连接情况，将与其最近的交换机设置为根交换机，加入到交换机发现队列。⑸取出交换机发现队列中的首个交换机，确定其下行端口的连接关系。如果是叶端口则根据结论3判断其与哑设备、主机路由器的连接关系，如果不是叶端口则根据结论1、2判断其连接关系，将新发现的