浅谈计算机网络的拓扑发现技术

摘 要：本文作为通过发现网络拓扑方面的问题，概况研究了网络拓扑的内容与目标，介绍了几种网络拓扑发现技术的研究方法，将所有研究方法的运行机理做了详细的论述，同时将网络发现技术的评价方法进行了阐述，最后对于网络拓扑发现技术的未来发展趋势进行了详细的讨论。

关键词：计算机网络；探测；发现技术；网络拓扑；协议

中图分类号：TP393.07

在当今社会，计算机网络技术发展的越来越迅速，在商业、制造业、金融、服务业以及交通行业，计算机网络都占有显著的作用，在快速发展的社会中，要想满足我们生活的基本要求，就必须要建设稳定的计算机网络并使其能够可靠的运行。使计算机网络得以稳定、可靠运行的保证就是要建立一个完善、健全的网络管理维护系统，同时也能够促进网络配置、网络性能分析以及安全管理。拓扑发现就是指对于网络元素的发现以及将各个网络元素之间的关系确定出，主要为主机、子网以及互联设备（网桥、交换机、路由器等）。

1 网络拓扑在网络管理中的地位

在当今社会中，定义了多种多样的网络管理，国际标准化组织（ISO）在ISO/IEC7498-4中定义并描述了开放系统互连参考模型（OSI/RM）管理的术语和概念，将OSI管理结构提出来，同时对于所有OSI的行为进行了具体详细的描述。网络管理信息的表示、网络资源的表示、系统的结构以及系统的功能都是网络管理系统所包含的内容。因此，性能管理、配置管理、计费管理、故障管理以及安全管理都是网络管理最主要的五个功能。要想确保网络系统能够正常顺利的运行，就必须要确保网络管理的这五大功能，这其中就包含了网络拓扑。

要想将网络拓扑图形显示实现，就必须要确保网络拓扑的自动发现技术，故障定位最主要的内容就是路径搜索。对于故障管理与配置管理来说，十分重要的功能就是拓扑发现，同时也是构成网络管理最主要的内容。本文对于几种网络拓扑自动发现的方法做了详细的论述。将拓扑结构的关系具体形象的展现出来，所利用的就是网络拓扑图，利用网络拓扑图有助于网络管理员对于网络拓扑结构更快更详细的掌握，对于出现故障的地点也能够尽快的将其定位，将故障所影响的范围迅速确定。基于Web的网络管理在Internet出现之后，也迅速发展成为一种新的发展模式，它的出现使得网络管理不再受到地理位置、专业技能以及具体平台的约束，而能够单独存在，进而使得网络管理更加方便。

2 网络拓扑发现技术分析

2.1 基于SNMP路由表的拓扑发现技术。对于当今社会来说，利用SNMP是拓扑发现方式之中最有效、最科学的，只有网络设备支持SNMP协议，才能够应用此技术，也就是说要具有SNMP的代理，对于拓扑发现，利用的就是MIB库中路由表中的信息，该信息就是SNMP所定义的。因为路由表中下一跳的地址，都是网络结点，且该结点都拥有路由功能，所以说，读取路由器中的路由表就应当从管理工作站缺省路由器开始，也就可以慢慢的发现拥有功能的网络结点。

MIB中的信息会随着网络的变化而变化，是SNMP最主要的优点，同时具有相对较快的信息获取速度，这也使得拓扑发现速度得到了进一步的加快。不是所有的网络设备都可以为其提供SNMP服务，这就是利用SNMP进行拓扑发现最主要的原因，有时即使利用SNMP服务，也不能确保MIB中具有相当多的有用信息。还有一个解释MIB值的问题，尽管已经标准化的定义了MIB的某些信息，还有不少的生产商为了使得自己生产的产品的功能得到详细具体的描述，擅自将私有信息加入到MIB之中。因此，只有及时的将这些内容添加至拓扑发现之中，才能使得这些新的信息得以发挥利用。

2.2 基于ICMP Ping的拓扑发现技术。在IP网络之中，最早应用也最广泛应用的工具就是Ping，它的主要功能就是测试主机是否能够收到ICMP ech reply信息，当然，也能够根据对于往返延迟的计算，判断我们距离结点有多远。路由器或者主机就是这里所说的节点，Ping的开销与分组的大小有关，分组越小，开销越小。要想确定是否与可达的网络节点相对应，可以利用Ping与任意一个IP地址进行判断。如果发出Ping报文的是一个可达节点，那么大约几十微妙就能能到响应；如果发出Ping报文的是一个不可达的节点，那么就可能间隔2秒才能得到响应，所以对于不可达节点来说，利用Ping不能得到很好的效果，特别是如果向很多待定的IP地址进行拓扑发现，其失效率会更低。只有将超时间隔降到最低，才能保证其效果，但是要保证其间隔高于网络的正常延时。

2.3 基于OSPF的拓扑发现技术。对于OSPF中链路状态数据库存放的信息来说，能够利用计算机网络路由计算，主要过程是指从各种不同的链路状态记录之中，将代表网络的节点图描绘出来。中转网络以及OSPF路由器是节点图之中的内部节点，汇总网络、外部目的、末梢网络站点为外围节点，各种链路所包含的就是具有不同度量制式的弧线。所以说，对于自治系统的各个区域来说，存在于任意一个路由器中的OSPF路由表信息能够被网络管理维护系统所访问，进而能够将网络拓扑图构造出。

在企业网络管理系统的实际运行之中，都会处于自治系统的范围之内，所以说，具有很大的适用性是基于OSPF构造网络管理系统的一大特点，另外两个特点就是具有较高的速度与效率。然而，该技术却局限于不能支持OSPF协议的设备与网络连接。除此之外，OSPF具有相对较复杂的路由计算，很难实现算法上的理解。

3 网络拓扑发现技术的评价方法

3.1 速度。利用算法执行花费的时间来衡量速度，通过采集信息而生成拓扑结构的时间与利用图形化的方式将所生成的拓扑关系表示出来的时间是组成算法执行时间的两大主要部分。

3.2 负载。在计算机网络拓扑发现过程中，可能由很多原因造成算法对网络所引起的负载，比如，在基于SNMP算法之中，判别该地址能否将ICMP报文成功的引入与拓扑信息SNMP数据包的有效获取都是网络引入负载的两个主要方面。

3.3 完整性。网络设备数量在实际网络中设备数量所占的比例能够利用算法来表示，换种说法就是说，在一个网络之中，所能够发现的网络设备的数量与不能够发现的网络设备的数量所构成的比例，该比例越小越不好。

3.4 准确性。对于多种可能选择的拓扑结构的可能性，能够用算法来表示。在实际网络管理过程中，对于拓扑结构不能使其具有二义性，必须要对其进行优化，也就是说，下一步工作就会把此作为重点。

3.5 成本。计算机网络工程中，不单单只有设备成本，同样效率成本与人员成本也包含其中。尽管利用一个拓扑发现技术，能够将网络之中的拓扑情况详细具体的表达清楚，然而如果设备成本、人员成本过高，也不是一个正确的选择。

4 结束语

通过观察与研究可以发现拓扑结构的实用性并不是十分的强，甚至于国内还不具有成熟的网络拓扑模型，仅仅在单一的拓扑发现策略上对其进行研究分析。对于未来网络拓扑发现的研究方向主要归纳为以下几点：第一，通过对Internet历史进行分析，可以看出Internet自治域系统与骨干网的发展变化，提出Internet未来的发展方向，进而为网络拓扑发现的研究做铺垫。第二，面对如此庞大的Internet网络结构，将构件网络拓扑模型的顺序，以及如何取舍节点把握清楚。第三，由于组播通信技术快速发展，可以利用概率统计方式研究网络拓扑发现技术。

参考文献：

[1]张宏莉.Internet测量与分析综述[J].计算机光盘软件与应用，2013（12）：110-111.

[2]蔡伟鸿.基于SNMP协议的以太网拓扑自动发现算法研究[J].计算机工程与应用，2013（14）：156-160.

[3]王福威.基于SNMP的网络拓扑发现研究与实现[J].石油化工高等学校学报，2012（03）：82-86.

作者简介：魏景林（1977.10-），男，湖南永州人，本科，讲师，从事计算机教学工作，研究方向：计算机网络与计算机操作系统。

作者单位：湖南省永州工贸学校，湖南永州 425300

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