[发明专利]一种链路层网络拓扑发现方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种链路层网络拓扑发现方法及装置，属于计算机网络管理领 域。

背景技术

交换式以太网(switched Ethernet)是目前局域网的主要组网方式之一，其 组网核心是一个或多个互相连接的以太网交换机；每个交换机可以有多个端口； 每个端口可与一个交换机或终端设备连接，也可与一个共享式hub连接。

在交换式以太网组网系统中，网络拓扑发现是网络管理中的重要一环，是 配置管理、性能管理、故障管理和安全管理等方面的基础。网络拓扑发现是指 通过获取一定的信息，分析得到网络各结点之间的连接关系。目前的网络拓扑 发现算法主要分为处于IP层(即第3层)的逻辑网络拓扑发现和处于数据链路 层(即第2层)的物理网络拓扑发现算法。第3层网络拓扑发现旨在发现路由 器与子网及其之间的关系，第2层网络拓扑发现旨在确定网桥、交换机等链路 层设备之间的连接关系。

目前对于网络第3层(IP层)拓扑发现，已经有了很完善的解决方案。在 很多成熟的网络管理软件中的网络拓扑发现，大多是基于IP层，然而IP层拓 扑发现仅能覆盖IP网络内一部分元素及连接关系，它不能俘获链路层物理设备。 随着交换技术的引入，以太网的规模迅速增加，在同一个子网中可以包含几百 个设备，网络拓扑结构也变得更加复杂。链路层网络拓扑信息对于网络管理的 重要性也随着突显出来。

链路层拓扑发现的目标是确定网络中各种设备以及这些设备物理端口之间 的连接关系，通常称之为物理拓扑发现。准确及时的物理拓扑信息对于网络性 能监测与评估、故障发现与定位、资源分配与管理、网络维护等一系列工作具 有重要意义。基于链路层的拓扑发现，目前也有不少算法，其基本思想是通过 简单网络管理协议(SNMP：Simple Network Management Protocol)获取交换 机的地址转发表(AFT：Address Forwarding Table)，然后采用直接连接定理， 或者采用生成树协议推算出网络物理拓扑连接情况。为了说明链路层的拓扑发 现，首先介绍网络管理的基本概念和链路层拓扑发现算法中用到的术语和符号：

管理域(Administrative Domain)：进行二层拓扑发现的范围，本算法限定 为一个IP子网。IP子网定义为任意两个节点不经过路由器通信的最大的IP地 址集合，即为一个广播域(Broadcast Domain)。不同子网的节点之间进行通 信至少要经过一个路由器。为了避免广播风暴的发生，一个IP子网的拓扑结构 必须是树型的，因此我们也称IP子网的拓扑结构为拓扑树，生成树协议能够保 证IP子网的拓扑是一个树状结构。

网络设备类型：主要可分为3类。一类是交换机(Switch)，每个交换机 维护一张地址转发表，可以利用该SNMP读取这张表；一类是主机(Host)，在 上面没有地址转发表；还有一类是集线器(Hub)，这类设备没有MAC地址，在 网络中无法直接发现。

地址转发表(AFT：Address Forwarding Table)：每个交换机上都维护着 一张AFT表，该表记录着接收到的数据包应该从那个端口转发出去。地址转发 表的记录格式可以简单地表示为由端口和MAC地址组成的二元组：(port，mac)， 其中port称为转发端口，mac称为转发地址。转发端口为p的转发条目构成一个 子集，称为端口p的转发表。如果交换机端口p的地址转发表中包含了该端口所 能接收到的所有数据帧的MAC地址，则称该端口的地址转发表是完整的。如果一 个交换机的每个端口的地址转发表都是完整的，则称该交换机的地址转发表是 完整的。地址转发表采用反向学习机制动态建立，并采用超时老化机制把一段时 间内没有用到的转发条目删除。