摘要：介绍了几种常见的网络拓扑发现方法，从负载、速度、准确性及成本等方面对各方法的执行效果进行了分析；对比了常用的网络拓扑发现方法的优缺点。提出了对网络拓扑发现技术进行评判的要求及其下一步网络拓扑发现技术准确性的需求。

　　关键词：网络拓扑 SNMP ICMP

　　中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）09-0028-01

　　随着计算机网络的发展和普及，计算机网络在金融、商业、交通、制造业、服务业等社会生活的各个领域发挥着越来越重要的作用，在当今的信息化社会里，计算机网络的稳定和可靠运行可以说已经成为我们生活中的一个基本要求。完善的网络管理维护系统是计算机网络能够可靠、稳定运行的保证，也是进行网络性能分析、网络配置和安全管理等的前提。所谓拓扑发现是指发现网络元素并确定网络元素之间的互连关系，包括互连设备（如路由器、网桥、交换机等）、主机和子网。

　　1 网络拓扑在网络管理中的地位

　　目前，关于网络管理的定义很多，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，提出了一个OSI管理的结构并描述了OSI管理应有的行为。它认为网络管理系统需要有以下内容：系统的功能、网络资源的表示、网络管理信息的表示、系统的结构。所以网络管理的五大功能分别是配置管理、故障管理、性能管理、安全管理和计费管理。这五大功能包括了保证一个网络系统正常运行的基本功能。其中网络拓扑的发现就是其中之一。

　　网络拓扑的自动发现是实现网络拓扑图形显示的技术关键，而路径搜索是故障定位的重要内容。拓扑发现作为配置管理和故障管理中的一项重要功能，是网络管理的一个重要组成部分。本文是分析了网络拓扑自动发现的几种方法。网络拓扑图是拓扑结构的可视化表现形式，拓扑发现生成的网络拓扑可以帮助网络管理员掌握网络拓扑结构，迅速定位故障地点，确定故障影响的范围。随着Internet的出现，基于Web的网络管理成为网络管理的一种新的趋势，它使网络管理不再需要地理位置、具体平台和专业技能等要求，从而给网络管理带来许多方便。

　　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

　　当前最有效的拓扑发现方式应该是利用SNMP。该技术要求所有网络设备必须支持SNMP协议，具有SNMP的代理，利用SNMP里定义的MIB库中路由表的信息进行拓扑发现。由于路由表中的下一跳地址，必然是具有路由功能的网络结点，因此从管理工作站的缺省路由器开始，通过读取路由器的路由表，可逐步向下发现网络中的所有具有路由功能的网络结点。

　　SNMP的一个突出优点是当网络发生变化时MIB中的信息将会随之变化，并且信息获取的整个过程相当快，从而也提高了拓扑发现的速度。使用SNMP进行拓扑发现的主要问题在于并不是每一个网络设备都提供SNMP服务，即便提供了SNMP服务，MIB中也可能没有保存足够多的有用信息。另外一个问题是关于MIB值的解释问题，虽然关于设备的一些基本信息在MIB中都进行了标准化的定义，但是许多生产商为了更好的描述它们自己产品的功能，在MIB中添加私有信息，为了能更好的利用这些新的信息，我们必须能够在拓扑发现的实现中将这些内容及时加入。

　　2.2 基于ICMP Ping的拓扑发现技术

　　Ping是IP网络中使用最早和最广泛的工具之一，它主要是利用ICMP echo reply消息来检测主机是否可达，同时也可以通过计算往返延迟推断节点据我们有“多远”。我们这里所指的节点通常是主机或路由器。由于使用较小的分组，Ping的开销较小。我们可以Ping每一个可能的IP地址以判断它们是否对应可达的网络节点。当向一个可达节点发出Ping报文时，通常会很快得到响应（几十微秒），但当向一个不可达的节点发山Ping报文时，将在设定的间隔后超时，这个间隔通常是2秒，因此在这种情况下，使用Ping是相当低效的，尤其当出于拓扑发现的目的向大量待定的IP地址发出Ping报文时效率更低。一个简单的解决方案是减少超时间隔，但此时需要注意应确保间隔不要低于正常网络延时。

　　2.3 基于OSPF的拓扑发现技术

　　OSPF中链路状态数据库存放的信息可以用来计算网络路由，计算过程是从不同的链路状态记录中概括出一个代表网络的节点图。节点图中内部节点是OSPF路由器和中转网络，外围节点是末梢网络、汇总网络以及外部目的站点，连接的弧线是具有不同度量制式的各种链路。因此，网络管理维护系统也可以访问自治系统每个区域中某一个路由器存有的相关的OSPF路由表信息，就可以构造出整个自治系统的网络拓扑图。

　　实际运行的企业网管系统一般不会超出自治系统的范围，因此基于OSPF构造网管系统有较大的适用性，该技术的效率和速度也比较高。但此技术不能发现那些不支持OSPF协议的网络连接和设备。另外，OSPF中涉及的路由部分比较复杂，算法上的理解和实现都有一定的困难。

　　3 网络拓扑发现技术的评价方法

　　3.1 速度

　　可用算法执行所花费的时间来衡量。算法执行的时间分为两部分： 采集信息生成拓扑结构的时间；将生成的表示拓扑关系的数据结构以图形化的形式显示出来的时间。

　　3.2 负载

　　因为一个算法中对网络造成的负载可能由多个部分引起， 如在基于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。

　　3.3 完整性

　　可用算法发现的网络设备数量占实际网络中设备数量的百分比表示。也就是说一个网络中可以发现的网络设备数量和不能发现的网络设备数量之比这个数值越大越好。

　　3.4 准确性

　　可用算法面对多个可选的拓扑结构的可能性来表示。对算法要进行优化，不能对产生的拓扑结构有二义性，这是下一步所要做的工作。

　　3.5 成本

　　这里不尽是设备成本，也包括人员成本、效率成本。如果一个拓扑发现技术虽然可以很好的发现网络的拓扑情况，但从人员、设备上考虑成本昂贵那也不是最优的选择。

　　4 结语

　　本文从目前拓扑结构发现技术的现状及评价标准几个方面对网络拓扑发现技术进行了介绍， 提出了评价网络拓扑发现技术的方法。为初步接触网络拓扑发现的人员提供了参考， 同时也为产生新的网络拓扑发现技术提供基础研究。