SNMP拓扑发现方法分析总结

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1、1SNMP 协议介绍及算法说明1.1 SNMP 协议介绍SNMP 是目前最流行的网管协议。作为应用层上的协议，它主要通过一组 Internet 协议及其所依附的资源提供网络管理服务。利用SNMP管理工作站可以远程管理所有支 持这种 SNMP 的网络设备，包括监视网络状态、修改网络设备配置、接收网络事件警告 等。1.2 管理信息库 MIB管理信息库MIB (Management Information Base)是网络管理系统中所有被管理元 素信息的数据库。数据库中的元素是网管中的被管资源，且被管资源以对象来表示，每 个对象表示被管资源某一方面的属性。通过对这些对象的存取访问，就可以得到网络设

2、备的所有静态或动态内容，涵盖网络性能、配置、路由和故障等各个方面。每个对象又 包含若干信息变量，每个信息变量包含如下信息：变量名、变量的数据类型、变量的读 写属性、变量的值。MIB的定义与具体的网络管理协议无关，厂商可以在产品(如路由器)中包含SNMP 代理软件，并保证在定义新的 MIB 项目后该软件仍遵守标准。用户可以使用同一网络 管理客户软件来管理具有不同版本的 MIB 的多个路由器。MIB 中的所有被管对象都被排列在一个树形结构之中。处于叶子位置上的对象是实 际的被管对象，每个实际的被管对象表示某些被管资源、活动或相关信息。MIB分为公有MIB和私有MIB，公有MIB-2 (RFC121

3、3)是1990年定义的，所有设 备厂商都支持该MIB库定义的OID变量，每个厂商还可以补充自己的MIB库，这就是 私有MIB，例如Cisco的私有MIB是1.3.6.4.1.9开始，该节点下的所有自变量都是Cisco 自己定义的。9是Cisco申请的唯一厂商编号。1.3 算法思想基于SNMP的拓扑发现算法方法，其基本思想是所有的网络设备维护一个MIB库， 保存其所有运行进程的相关信息，并对管理工作站的查询进行响应。在网络设备的 MIB 中含有网络连接的信息，基于 SNMP 的网络拓扑发现算法就是通过采集设备的 MIB 数 据，从中提取出关于网络拓扑的信息。算法从管理中心的缺省路由开始，采用广度

4、优先 搜索遍历的方法，对整个网络中的路由进行广度搜索，用SNMP获取每台被搜索到的路 由器的路由表、地址表等信息，然后进行综合分析，从而发现网络中的路由拓扑结构。 然后进行子网搜索，确定子网内各网络设备的状态、类型等。1.4 算法理论基础从设备的MIB库中提取出与逻辑网络拓扑发现相关的信息，然后将这些信息归纳、 总结，从而得出网络的路由拓扑结构。在算法中需要使用的 MIB-II 对象描述如下：( 1) system 组算法中使用的对象有 sysObjectID,sysLocation 和 SysService.( 2) ip 组算法中使用的对象有简单对象ipFowarding和两个表对象，ip

5、AddTable(地址表)、 ipRouteTable (路由表)。(3) interfaces 组算法中使用的interfaces组的对象是ifNumber,表示系统中的网络接口数量。2现有的网络拓扑发现算法2.1 传统的 SNMP 拓扑发现算法算法中定义三个队列用于实现基于SNMP的网络拓扑发现算法，分别为路由器队列、 子网队列和连接队列,用于存放发现过程中的路由器、子网和连接关系。以运行拓扑发 现的主机的默认网关为起始节点，访问其路由表，对于路由表的每项ipRouteDest，如 果对应的 ifType=4， 将下一跳路由器地址 ipRouteNextHop 放到路由 器队列， 将 ip

6、RouteNextHop和路由器的连接放到连接队列。如果对应的ifType=3，将ipRouteDest 放到子网队列，将ipRouteDest和路由器的连接放到连接队列中。其中的数据结构定义 如下：Struct RouterQueueIpAddress routerIp; RouterQueue *next;Struct SubNetQueueIpAddress subnetIp;/子网地址IpAddress subnetMask;/子网掩码Int subnetType;/子网类型连接可用一个二元组(from,to)来表示Struct ConnectQueueItemIpAddress fr

7、om;IpAddress to;ConnectQueueItem *next;*ConnectQueue;算法描述：Begin初始化路由器队列，子网队列，连接队列；把缺省路由器放入到路由器队列中；While (路由器队列非空)从路由器队列中取出一个路由器，为currentRouter;访问currentRouter路由表；If (ifType=3)表示 ipRouteNextHop 和 currentRouter 相连接把路由表中的各ipRouteNextHop不重复地放到路由器列表中；把currentRouter与各ipRouteNextHop的连接不重复地放到连接队列；If (iftype

8、=4)ipRouteDest 不重复地放入到子网队列中； 把 currentRouter 与 ipRouteNext 的连接不重复地放入连接队列中； 根据子网队列的子网地址和子网掩码利用 ping 技术来发现子网内的其他设备； End 经过上述的遍历过程，可以得到网络中支持 SNMP 协议的路由器和子网。2.2 改进的 SNMP 拓扑发现算法对于 SNMP 发现算法有很多种改进的方法，多数是针对路由器多 IP 问题，且是在 传统算法的基础上进行的。下面一种改进方法，改进了原算法中的数据结构，并且采用多线程发现。（1）已访问路由器的二叉排序树Struct routerNode IpAddress

9、 id;/标识本路由器的 idIpAddress ip;/路由器端口 ip 地址routerNode *left;/指向左子树的指针routerNode *right;/指向右子树的指针VisitedRouter二叉树类，其中： root :树的根节点（2）路由器与路由器的连接队列 用来存储路由器之间的连接信息，其数据结构表示为： connRoute（3）路由器与子网的连接队列 用来存储路由器与子网的连接信息，其数据结构表示为： connSubnet算法流程描述如下：（1）初始化，将当前机器的默认网关作为种子节点，将其插入到VisitedRoute 二叉树中。（2）将当前路由器的所有端口地址插

10、入到VisitedRoute二叉树中。访问当 前路由器中的ipRouteTable表得到每一项ipRouteNextHop和 ipRouteType。（3）如果ipRouteNextHop代表 的路由 器不在 VisitedRoute中并且 ipRouteType值为4则说明目标子网不是直接和路由器相连， ipRouteNextHop代表了下一条路由器地址，将当前路由器信息和 ipRouteNextHop代表的路由器信息加入到RouteConnect中，并启动 路由器发现线程。（4）如果ipRouteNextHop代表的路由器不在 VisitedRoute中并且 ipRouteType值为3则

11、说明目标子网与路由器直接相连，将当前路由 器和子网信息记录到SubnetConnect数据结构中，并启动子网发现 线程。（5）如此方法直到所有的路由器和子网都被遍历过。3算法分析3.1 速度传统的SNMP拓扑发现算法的复杂度较高，为网络中可访问的路由器数目的3次幕， 管理的网络规模较大时，搜索速度比较慢。如果路由器数量为n则算法的复杂度为 O(n3) 。与传统的SNMP拓扑发现算法相比，路由器数量同样为n,采用二叉树排序树结构 改进算法的复杂度将为 O(n2)。需要指出的是基于MIB-II的网络拓扑发现，若使用单线程，不管采用何种算法，都 必须访问所有的路由器以及相应的每个路由器的路由表，即算

12、法复杂度最少为 O(n2)。 若采用多线程，可以节约时间和提高效率，但空间复杂度会提高。3.2 负载在基于SNMP的算法中，给网络引入的负载包括获得拓扑信息的SNMP数据包和为 判断一个地址是否有效所引入的ICMP报文利用Ping引入的。由于由ICMP所引入的负 载远远大于其他因素引入的负载，所以可以用一个算法用到的所有ICMP报文在网络中 所经历的总跳数(hop)代表该算法对网络造成的负载。按照这个定义，对于Ping，假 设对每个节点Ping2次，则要判断一个H跳处的设备是否有效需要引入的负载是4H。3.3 完整性影响 SNMP 拓扑发现算法完整性的因素主要有两个，一是网络上的设备是否支持

13、SNMP,二是管理站是否有权限访问节点的MIB库。算法要求设备必须支持SNMP协议，但一些老的设备上没有实现SNMP。在新一点 的设备上，SNMP也可能被关掉了或者有访问的权限限制。对于完全支持 SNMP 协议的网络，拓扑发现的完整性是非常高的。因此网络中不支 持SNMP协议以及没有访问权限的设备的数量决定了拓扑发现的完整性。3.4 准确性准确性可用算法对多个可选的拓扑结构的可能性来表示。SNMP算法中影响准确性的因素是对路由器多IP问题的判定。一个路由器有多个端 口，每个端口对应一个IP地址，传统的SNMP算法在拓扑发现时会将一个路由器的多个 端口的不同 IP 地址作为不同的路由器而被发现，

14、造成拓扑图的不正确。图 1 路由器多 IP 问题针对这个路由器多 IP 问题的判定，很多人提出了不同的改进算法。每种方法有各自 的优点但是也都或多或少存在一些问题。大部分传统算法根据sysObjectID的值作为设备的ID来识别设备，因为每台设备在 出厂时就被赋予了一个不同的 sysObjectID 值，这种方法大多数情况下是正确的，但由 于它不像 MAC 地址一样是全世界唯一的，也有可能重复。因此有人提出不仅使用 sysObjectID的值，还使用sysLocation的值，因为在sysObjectID有可能重复的情况下， sysLocation的值是不可能相同的。但是实际网络中路由器MIB

15、中的sysLocation很多都 没有赋值。有人提出通过MIB中的sysDescr、sysName和IfNumber这三项来归并同一路由器 的不同IP的方法。还有人提出参照OSPF协议将路由器地址表(ipAddrTable)中最小的 IP地址作为它的标记。也有人提出了基于二维链表的路由器多IP地址合并算法。4其他需要考虑的问题4.1 私有 MIB 库在多厂商设备网络环境中，由于各个厂商大量地定义私有 M I B ，以扩展管理功能， 使得多厂商网络的综合网管面临MIB异构性问题。一些通用网络管理软件可以提供一个第三方的网关平台，支持对所有SNMP设备的 发现和监控，可集成厂商设备的私有 MIB 库，实现对全网(多厂商)设备进行识别和 统一的管理。但私有 MIB 的定义一般都是用于扩展新特性的，而拓扑发现中所需的信息在公有 MIB-II中定义的对象就已经足够，因此私有MIB对拓扑发现中SNMP协议对M