SNMP協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)拓撲自動發(fā)現(xiàn)中的應(yīng)用

摘要：網(wǎng)絡(luò)拓撲自動發(fā)現(xiàn)是通過收集網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中各個元素之間的必要信息，確定網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的相互關(guān)系，從而自動生成網(wǎng)絡(luò)拓撲圖，為網(wǎng)絡(luò)管理人員提供一個直觀、可視的網(wǎng)絡(luò)展示界面。本文通過分析SNMP協(xié)議的基本概念，提出一種利用SNMP協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)鏈路層進行網(wǎng)絡(luò)拓撲自動發(fā)現(xiàn)的方法，使得拓撲發(fā)現(xiàn)算法更加簡單，發(fā)現(xiàn)效率更加高效。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)拓撲自動發(fā)現(xiàn)SNMP簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議

在信息化建設(shè)飛速發(fā)展的今天，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)深入到各行業(yè)及人們的日常生活學習中，隨之而來的就是網(wǎng)絡(luò)規(guī)模日益擴大，網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜，如何對網(wǎng)絡(luò)進行優(yōu)質(zhì)的維護及正確的管理已經(jīng)成為當前網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的重點問題。一個良好的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)可以實時、準確的反映出網(wǎng)絡(luò)中所有設(shè)備的布局結(jié)構(gòu)，方便管理員第一時間了解網(wǎng)絡(luò)運行狀況。網(wǎng)絡(luò)拓撲自動發(fā)現(xiàn)是網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)重要組成部分，是衡量一個網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)好壞的首要標準。

一、網(wǎng)絡(luò)管理的主要功能

網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)是現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的衍生品，是改變網(wǎng)絡(luò)管理者工作模式的重要工具，通過網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，從而確保網(wǎng)絡(luò)持久化的正常運行，同時，一旦網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障能夠第一時間做出及時響應(yīng)，使得管理員能夠立刻做出應(yīng)對，達到其管理目的。根據(jù)國際標準化組織ISO（InternationalOrganization for Standardization）定義，網(wǎng)絡(luò)管理的主要功能劃分為5個方面：配置管理CM（config Management）、故障管理FM（Fault Management）、性能管理PM（Performance Management）、計費管理AM（Account Management）、安全管理SM（Security Management），他們各有其特點。

網(wǎng)絡(luò)拓撲自動發(fā)現(xiàn)作為網(wǎng)絡(luò)管理的一個主要技術(shù)環(huán)節(jié)，他不僅是網(wǎng)絡(luò)管理的基礎(chǔ)，也是網(wǎng)絡(luò)管理的重要組成。網(wǎng)絡(luò)拓撲自動發(fā)現(xiàn)是根據(jù)一種算法通過收集網(wǎng)絡(luò)元素之間的各種必要信息，確定網(wǎng)絡(luò)元素之間的互連關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)拓撲圖，當前最常用的網(wǎng)絡(luò)拓撲自動發(fā)現(xiàn)方法主要包括基于SNMP協(xié)議的拓撲發(fā)現(xiàn)方法。

二、SNMP簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議

1.SNMP協(xié)議基本概念

SNMP（Simple Network Management Protocol）即簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議，是由Internet工程任務(wù)組織（IETF）研究小組為解決Internet上的路由器管理問題而提出，目標是保證管理信息在任意兩點中傳送，便于網(wǎng)絡(luò)管理員在網(wǎng)絡(luò)上的任何節(jié)點檢索信息，進行信息修改。SNMP是目前TCP/IP網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用最為廣泛的網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議，1990年5月定義了第一個版本SNMPv1，后得到迅猛發(fā)展，但同時也暴露出明顯不足，因此1993年發(fā)布了SNMPv2版本，SNMPv2不僅包容了以前對SNMP所做的各項改進工作，同時還保持了SNMP的各項功能特點，目前市場上常見的均為SNMPv2版本。1998年1月隨著互聯(lián)網(wǎng)的深入，正式形成SNMPv3體系結(jié)構(gòu)，其主要特點就是可以實現(xiàn)基本的管理功能。

2.SNMP管理信息庫MIB

網(wǎng)絡(luò)管理信息庫（MIB）是一個信息存儲庫，如圖一所示這里包括許多數(shù)據(jù)對象，網(wǎng)絡(luò)管理員可以通過直接控制這些數(shù)據(jù)對象去控制、配置或監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。他指明了網(wǎng)絡(luò)元素所維持的變量（即能夠被管理進程查詢和設(shè)置的信息）。

網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)可以通過agent來控制MIB數(shù)據(jù)對象，管理節(jié)點一般是面向工程應(yīng)用的服務(wù)器，擁有很強的處理能力，在它的上面運行SNMP管理軟件。在網(wǎng)絡(luò)中可以存在多個網(wǎng)絡(luò)管理節(jié)點，每個網(wǎng)絡(luò)管理節(jié)點可以同時和多個SNMP代理節(jié)點通訊，SNMP管理軟件一般采用圖形用戶界面來顯示網(wǎng)絡(luò)的狀況，并接受管理員的操作指示不斷地調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的運行。代理節(jié)點可以是網(wǎng)絡(luò)上任何類型的節(jié)點，如主機、服務(wù)器、路由器、交換機等，這些設(shè)備上運行SNMP服務(wù)進程，用于接受和發(fā)送SNMP數(shù)據(jù)包，代理節(jié)點只需與管理節(jié)點通訊，它們占用很少的處理器和內(nèi)存資源。管理信息庫是網(wǎng)絡(luò)被管設(shè)備的各種狀態(tài)信息的集合，這些信息被稱為SNMP的被管對象，管理信息庫就是保存所有網(wǎng)絡(luò)管理對象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

三、SNMP協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)拓撲自動發(fā)現(xiàn)中的應(yīng)用

1.SNMP服務(wù)器

SNMP服務(wù)器是由唯一的SNMP進程組成，始終不斷接受請求報文，分析后執(zhí)行相應(yīng)的請求，執(zhí)行后返回一個響應(yīng)。當今，幾乎全部操作系統(tǒng)中均提供SNMP代理服務(wù)，其進程名稱為snmpd，這個進程就是實現(xiàn)SNMP服務(wù)器的主要算法。工作流程為：snmpd進程首先打開一個的UDP端口，不停循環(huán)調(diào)用，等待下一個read報文，當其中一個SNMP報文送達時，調(diào)用snparse分析該報文，轉(zhuǎn)換為內(nèi)部格式，同時提取字段，調(diào)用sna2b，snmpd從報文中提取對象標識符序列，并把它們轉(zhuǎn)換到一個鏈表中，鏈表中的每個結(jié)點對應(yīng)于一個綁定，這些結(jié)點被定義為文件snmp.h中的snbentry結(jié)構(gòu)。在轉(zhuǎn)換時，sna2b把每個ASN.1對象標識符轉(zhuǎn)換成內(nèi)部表示形式，當報文和變量名序列都已經(jīng)成功轉(zhuǎn)換為內(nèi)部格式，snmpd調(diào)用snrslv解決報文提出的請求，包括為鏈表中每個對象標識符執(zhí)行指定的get，snmpd調(diào)用mksnmp生成響應(yīng)報文，用write向客戶機發(fā)送回答報文，服務(wù)器發(fā)送一個響應(yīng)報文后，調(diào)用snfreeb1釋放變量名鏈表，并返問到主循環(huán)的頭部，繼續(xù)等待下一個輸入報文。如果因出現(xiàn)差錯而無法完成上述工作，則服務(wù)器生成一個差錯回答報文，含有差錯類型碼（Error Type Code）和差錯索引（Error Index）。差錯類型碼給出差錯發(fā)生的原因，差錯索引指出導(dǎo)致差錯的變量名，這涉及到的SNMP報文分析、鏈表中ASN.1名字的轉(zhuǎn)換、請求的解析、SNMP操作的解釋和執(zhí)行以及表格的間接尋址等。

2.SNMP客戶機端

SNMP客戶機生成報文后會主動向服務(wù)器發(fā)送，并等待服務(wù)器的響應(yīng)，同時驗證響應(yīng)是否與請求相對應(yīng)。執(zhí)行客戶機功能的過程snclient，以請求描述塊的地址為入口參數(shù)，塊中包含了報文的內(nèi)容，包括需要完成的操作和一張操作執(zhí)行對象的綁定表。流程如下：首先snclient調(diào)用mksnmp生成以ASN.1格式表示的報文，調(diào)用open打開一個用于發(fā)送數(shù)據(jù)包的描述塊，并調(diào)用write 發(fā)送上面所生成的報文，在定時模式下，進行read操作，接收響應(yīng)，如果snclient接收到響應(yīng)，它調(diào)用snparse將響應(yīng)轉(zhuǎn)換為內(nèi)部格式，然后將響應(yīng)中的標識字段與請求中的標識符字段相比較，驗證該報文是對客戶機剛才發(fā)送的請求的響應(yīng)，正常時snclient調(diào)用sna2b將每個對象標識符從ASN.1表示形式轉(zhuǎn)換為內(nèi)部格式。由于UDP是不可靠的，因而SNMP客戶機必須實現(xiàn)自己的超時和重傳策略。

在網(wǎng)絡(luò)層，拓撲發(fā)現(xiàn)主要目的在于發(fā)現(xiàn)同在網(wǎng)絡(luò)層的網(wǎng)絡(luò)元素之間的相互聯(lián)系。在大多數(shù)情況下，僅僅發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)層的拓撲結(jié)構(gòu)是不夠的，還需要發(fā)現(xiàn)鏈路層的拓撲結(jié)構(gòu)，即子網(wǎng)內(nèi)的設(shè)備及其連接關(guān)系。子網(wǎng)內(nèi)的設(shè)備包括服務(wù)器、交換機、存儲、無線設(shè)備等等。相互關(guān)聯(lián)關(guān)系不但包括設(shè)備之間的聯(lián)系，還包括其他設(shè)備和交換機端口之間的連接關(guān)系以及交換機端口之間的連接關(guān)系。網(wǎng)絡(luò)管理的基礎(chǔ)就是拓撲發(fā)現(xiàn)，可是目前還沒有統(tǒng)一的行業(yè)標準，這樣就使得拓撲發(fā)現(xiàn)操作變得困難，當前國內(nèi)外出現(xiàn)了一些新興實用的網(wǎng)絡(luò)拓撲發(fā)現(xiàn)算法，這些算法在功能上都各有特點。當今網(wǎng)絡(luò)時刻在變化，算法應(yīng)不僅能發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)，而且要及時發(fā)現(xiàn)其變化，為網(wǎng)絡(luò)運營過程中的配置管理提供支持，才能滿足網(wǎng)絡(luò)管理員的根本需要。

四、應(yīng)用效果

在網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的地位是非常重要的，拓撲結(jié)構(gòu)的展示也是評判網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)是否優(yōu)質(zhì)的一個基本因素，本文上述所

描述的一些基本理論已經(jīng)在一個比較成熟的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中進行應(yīng)用，并取得了良好的效果，目前在各高校、政府、醫(yī)療行業(yè)均有廣泛的應(yīng)用，并得到了一致的認可。一套完整的網(wǎng)絡(luò)拓撲圖，不僅可以清晰的展示出利用拓撲自動發(fā)現(xiàn)后的全網(wǎng)設(shè)備的相互關(guān)聯(lián)關(guān)系，還包括各個設(shè)備之間，各個設(shè)備接口之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，很好的為管理員展示出一套直觀、實時的網(wǎng)絡(luò)拓撲圖，大大的提升了網(wǎng)絡(luò)管理員的工作效率，最大的改變了IT工作者的工作模式，從原先的被動工作，到利用網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)變?yōu)橹鲃拥墓ぷ髂Ｊ剑@也是網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的本質(zhì)理念。

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