子網(wǎng)物理拓撲發(fā)現(xiàn)方法的研究與實現(xiàn).pdf

Y 1 5 2 4 2 6 8 浙爐z 角矢乎 碩士學位論文 論文題目 基壬曼醛M 故多壬圈物理拓鹽 發(fā)理左法的班究與塞毯 作者姓名 蒸劍鑒 學科專業(yè) 通焦魚焦盤壅綾 提交日期 2 0 0 9 年3 月 基于S N M P 的多子網(wǎng)物理拓撲發(fā)現(xiàn)方法的研究與實現(xiàn) 摘要 計算機網(wǎng)絡規(guī)模的不斷擴大 網(wǎng)絡異構性和分布性的日趨顯著 網(wǎng)絡結構的日益復雜 用戶對網(wǎng)絡資源的可靠性要求的不斷提高 使 得網(wǎng)絡管理已經(jīng)成為網(wǎng)絡系統(tǒng)正常運行的關鍵因素 網(wǎng)絡拓撲信息可 以幫助網(wǎng)絡管理員掌握網(wǎng)絡拓撲結構 迅速定位故障發(fā)生地點 確定 故障影響的范圍 還可以成為發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡設備并調用其它管理功能模塊 的共同出發(fā)點 精確的網(wǎng)絡拓撲信息對于現(xiàn)代網(wǎng)絡管理和預測網(wǎng)絡性 能是至關重要的 然而 現(xiàn)代網(wǎng)絡的動態(tài)特性使得想要通過手動的方 式來獲得網(wǎng)絡拓撲信息是難以做到的 因此 近年來在國內外網(wǎng)絡拓 撲發(fā)現(xiàn)新方法和新技術的研究倍受關注和重視 成為計算機領域研究 的熱點問題 本文深入地分析了國內外拓撲發(fā)現(xiàn)的相關理論 技術和應用 介 紹了常用的可被用來進行網(wǎng)絡拓撲發(fā)現(xiàn)的協(xié)議 并在適用性 網(wǎng)絡負 荷 速度及準確性等方面對各協(xié)議進行對比 在研究單子網(wǎng)和多子網(wǎng) 物理拓撲發(fā)現(xiàn)算法的基礎上 總結了現(xiàn)有的幾種物理拓撲發(fā)現(xiàn)算法 并對這些算法的優(yōu)缺點進行分析 在對已有算法進行深入分析的基礎 上 并結合運用了A F T S T P 等協(xié)議及E t h e r e a l 軟件 本文提出了一 種基于S N M P 的多子網(wǎng)物理拓撲發(fā)現(xiàn)方法 該方法有效地解決了A F T 信息不完整 不支持S N M P 設備及啞設備的發(fā)現(xiàn)等問題 本文設計并實現(xiàn)了拓撲發(fā)現(xiàn)的原型系統(tǒng) 對系統(tǒng)體系結構中各模 T 塊進行了詳細的介紹 并在所搭建的試驗環(huán)境中進行測試 驗證了拓 撲發(fā)現(xiàn)方法的有效性 本文的創(chuàng)新之處主要體現(xiàn)于以下四個方面 在所提出的拓撲發(fā)現(xiàn) 方法中結合S N M P A F T 及S T P 等協(xié)議 實現(xiàn)了對多子網(wǎng)物理拓撲 的發(fā)現(xiàn) 并實現(xiàn)了簡單的異構 采用產(chǎn)生額外流量 試探法等方法 解決A F T 的不完整問題 使用E t h e r e a l 軟件對數(shù)據(jù)報偵聽 解決不 支持S N M P 的設備的發(fā)現(xiàn)問題 對設備端口流量的分析 解決啞設 備的發(fā)現(xiàn)問題 關鍵字 網(wǎng)絡管理 S N M P 物理拓撲發(fā)現(xiàn) 多子網(wǎng) 異構網(wǎng)絡 R E S E A R C HA N DI M P L E M E N T A T I O No FP H Y S I C A L T o P O L o G YD I S C O V E R YM E T H o DI NM U l 月I S U B N E T B A S E Do NS N M P A B S T R A CT N o w a d a y s w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h et e c h n o l o g yo fc o m p u t e r n e t w o r k s c a l eo fc o m p u t e rn e t w o r ki sg e t t i n gb u l k ya n dc o m p l e x t h e n e e do fr e l i a b i l i t yo fc o m p u t e rn e t w o r ki sc o n t i n u a l l yi m p r o v e d n e t w o r k m a n a g e m e n t h a sb e e nt h ek e yt on o r m a lo p e r a t i o no ft h en e t w o r ks y s t e m I t Sm o r ea n dm o r ei m p o r t a n tt og e tac o m p l e t ea n dc o r r e c tt o p o l o g y w h i c hc a nb eu s e di nt h e s ef i e l d ss u c ha sn e t w o r km a n a g e m e n t n e t w o r k o p t i m i z a t i o na n df a u l tl o c a t i o n A n da c c u r a t en e t w o r kt o p o l o g y i n f o r m a t i o ni sc r u c i a lf o rb o t hn e t w o r km a n a g e m e n ta n dp e r f o r m a n c e p r e d i c t i o n G i v e nt h ed y n a m i c n a t u r eo f t o d a y SI Pn e t w o r k s k e e p i n g t r a c ko ft o p o l o g yi n f o r m a t i o nm a n u a l l yi sad a u n t i n gt a s k I nr e c e n ty e a r s i th a sb e e na t t r a c t e dc o n s i d e r a b l ea t t e n t i o nf o ram a s so fr e s e a r c h e r so n n e t w o r k si nw o r l d a n db e c o m et h e h o tr e s e a c ha r e ao fc o m p u t e r n e t w o r k s B a s e do nc a r e f u la n a l y s i so nr e l a t e dt h e o r y t e c h n i q u ea n d a p p l i c a t i o no ft h et o p o l o g yd i s c o v e r yi nw o r l d t h i st h e s i si n t r o d u c e s s e v e r s a lc o m m o n p r o t o c o l sw h i c hc o u l db eu s e di nt o p o l o g yd i s c o v e r y a n dw h i c ha r ec o m p a r e dt oe a c ho t h e ra c c o r d i n gt ot h e i rs u i t a b l e a p p l i c a t i o n n e t w o r kl o a d s p e e da n da c c u r a c y O nt h eb a s eo ft h e p h y s i c a lt o p o l o g yd i s c o v e ra l g o r i t h mf o rs i n g l eo rs u b n e t s t h ea u t h o ri s c o n c e r n e dw i t hs u m m a r i z i n gt h e s et o p o l o g yd i s c o v e r y a l g o r i t h m s a n d c o m p a r i s o no f a d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e sa m o n g t h e s ea l g o r i t h m si s a l s op r e s e n t e d B a s e do n s t u d y i n gt h em e t h o d so fp h y s i c a lt o p o l o g y d i s c o v e r ya n dc o m p a r e dt h e m a n dg a v ean o v e lp h y s i c a lt o p o l o g y d i s c o v e r ym e t h o di nm u l t i s u b n e tb a s e do nS N M P m a k eu s eo fE t h e r e a l a n dm a n yp r o t o c o l ss u c ha sA F T S T P w h i c hc a ns o v l en i c e l yt h e p r o b l e mo fi n c o m p l e t eA F T t h ed e v i c e sw h i c hd o n ts u p p o r tS N M Pa n d d u m p o ru n c o o p e r a t i v en e t w o r ke l e m e n t s A c o m p l e t et o p o l o g yd i s c o v e r ys y s t e mh a sb e e nd e s i g n e da n d i m p l e m e n t e d a n de v e r ym o d u l e so ft h es y s t e mh a v ea l s oi n t r o d u c e d d e t a i l e d l yi nt h ee n do ft h et h e s i s T h en e wm e t h o dh a sb e e nt e s t e di nt h e r e a ln e t w o r k s I ti sp r o v e dt h a tt h i sm e t h o di se f f i c i e n t T h ei n n o v a t i o no ft h ew o r ki nt h i st h e s i sc a nb es h o w na st h e f o l l o w i n gf o u ra s p e c t s T h e r ep r o t o t o c o l sS N M P S T Pa n dA F T a r e c o m b i n e di nt h i sn e wt o p o l o g yd i s c o v e r ym e t h o d w h i c hc a nd i s c o v e r m u l t is u b n e ta n dh e t e r o g e n e o u sn e t w o r k O w i n gt ot h eu s i n go ft h e m e t h o d so f c r e a t i n ge x t r at r a f f i ca n da p p r o x i n m a t i o n s w es o l v et h e p r o b l e mo fi n c o m p l e t eA F T O w i n gt ot h eu s i n go fE t h e r e a l w h i c hc a n w eu s et os o l v et h ep r o b l e mo f d i s c o v e r y i n gt h ed e v i c e sw h i c hd o n t I V s u p p o r tS N M P B e n e f i t e df r o ma n a l y s i s t ot h et r a f f i co ft h ee q u i p m e n t w ec a ns o l v et h ep r o b l e mo fd i s c o v e r y i n gd u m po ru n c o o p e r a t i v e n e t w o r ke l e m e n t s K e yW o r d s n e t w o r km a n a g e m e n t s n m p p h y s i c a lt o p o l o g yd i s c o v e r y m u l t i s u b n e t h e t e r o g e n e o u sn e t w o r k V 獨創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學位論文是本人在導師指導下進行的研究工 作及取得的研究成果 盡我所知 除了文中特別加以標注和致謝的地 方外 論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果 也不包含 本人為獲得浙江工商大學或其它教育機構的學位或證書而使用過的 材料 與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作 了明確的說明并表示謝意 簽名 壘壘糾壟望日期 年月日 關于論文使用授權的說明 本學位論文作者完全了解浙江工商大學有關保留 使用學位論文 的規(guī)定 浙江工商大學有權保留并向國家有關部門或機構送交論文的 復印件和磁盤 允許論文被查閱和借閱 可以將學位論文的全部或部 分內容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索 可以采用影印 縮印或掃描等復制 手段保存 匯編學位論文 并且本人電子文檔的內容和紙質論文的內 容相一致 保密的學位論文在解密后也遵守此規(guī)定 簽名 巡導師簽名 日期 年月日 1 1 研究背景及意義 1引言 隨著計算機網(wǎng)絡的飛速發(fā)展 人們對于通信方式 通信效率的要求也越來越 高 計算機網(wǎng)絡已經(jīng)滲透到了社會的各個領域 包括政府 商業(yè) 軍事 教育和 科研等領域 逐漸成為企業(yè)和個人不可缺少的工具 隨著網(wǎng)絡技術的迅速發(fā)展 網(wǎng)絡規(guī)模不斷擴大 網(wǎng)絡結構越來越復雜 網(wǎng)絡功能越來越強大 網(wǎng)絡管理技術 已經(jīng)成為一個日益重要的課題 計算機網(wǎng)絡管理是對網(wǎng)絡和網(wǎng)絡資源的規(guī)劃 設計 監(jiān)測和控制等各種活動 的總稱 根據(jù)I S O 的定義 網(wǎng)絡管理主要包括五個功能域 l 故障管理 配置管 理 性能管理 安全管理和計費管理 五大功能域之間既相互獨立 又存在著聯(lián) 系 在五大功能域中 配置管理是基礎 它的主要功能包括發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡拓撲結構 監(jiān)視和管理網(wǎng)絡設備的配置情況 要對網(wǎng)絡性能及流量進行分析 首先必須得到 正確的拓撲結構和相關信息 因此 網(wǎng)絡拓撲發(fā)現(xiàn)成為網(wǎng)絡管理的基礎 拓撲發(fā)現(xiàn)是指發(fā)現(xiàn)網(wǎng)元并確定網(wǎng)元之問的互連關系 包括互連設備 如路由 器 網(wǎng)橋 交換機等 主機和子網(wǎng) 網(wǎng)絡拓撲從不同的抽象層次上可分為邏輯網(wǎng)絡拓撲與物理網(wǎng)絡拓撲 邏輯網(wǎng) 絡拓撲指的是網(wǎng)絡層設備及其之間的連接關系 即路由器到路由器 路由器接口 到子網(wǎng)的連接關系 物理網(wǎng)絡拓撲指的是網(wǎng)絡元素之間的實際物理連接 即在原 有網(wǎng)絡層拓撲的基礎上增加交換機到交換機 交換機到路由器 交換機到主機之 間的連接關系 其中 發(fā)現(xiàn)交換機到交換機之間的連接關系是物理網(wǎng)絡拓撲發(fā)現(xiàn) 的關鍵 網(wǎng)絡拓撲發(fā)現(xiàn)對于網(wǎng)絡管理 網(wǎng)絡當前狀況的研究以及優(yōu)化網(wǎng)絡性能等有著 重要的作用及意義 主要體現(xiàn)于以下幾個方面 2 1 模擬網(wǎng)絡 為了模擬實際網(wǎng)絡 分析網(wǎng)絡性能 合理擴容和優(yōu)化網(wǎng)絡 必須先得到該網(wǎng)絡的拓撲結構 2 網(wǎng)絡優(yōu)化 網(wǎng)絡拓撲信息可以幫助網(wǎng)絡管理者確定是否需要增加新的路 由器 當日 J 硬件是否配置正確 并發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡中的瓶頸所作和失敗的鏈路 進行網(wǎng)絡優(yōu)化 3 用戶接入方式的選擇 網(wǎng)絡拓撲信息可以幫助用戶確定自身處于網(wǎng)絡中 的位置 從而決定服務器的位置以及選擇哪一個網(wǎng)絡服務提供商可以將 網(wǎng)絡時延最小化 可用帶寬最大化 4 研究拓撲敏感算法 一些新的協(xié)議和算法可以在得到網(wǎng)絡拓撲信息的基 礎上改善網(wǎng)絡性能 例如 基于拓撲敏感策略和Q o s 的路由選擇算法與 基于拓撲敏感進程組選項和組通信算法 5 確定鏡像服務器的位置 根據(jù)拓撲信息合理配置鏡像服務器的位置以最 大可能減少時延 解決瓶頸問題 1 2 研究現(xiàn)狀 盡管拓撲信息對現(xiàn)代的I P 網(wǎng)絡管理工作非常重要 但是如今從市場上可得到 的網(wǎng)絡管理平臺中沒有一個提供自動發(fā)現(xiàn)物理I P 網(wǎng)絡連通性的通用目的工具 多 數(shù)網(wǎng)絡管理系統(tǒng)提供了3 層拓撲的發(fā)現(xiàn) 由于路由器能明確地知道其3 層鄰居的情 況 因此 發(fā)現(xiàn)3 層拓撲就相對容易 并且3 層拓撲只覆蓋了I P 網(wǎng)絡互連關系的小 部分 因為它不捕捉屬于不同I P 子網(wǎng)的2 層網(wǎng)絡設備 如 交換機和網(wǎng)橋 的復 雜連接關系 網(wǎng)絡層主要是從路由表中提取拓撲發(fā)現(xiàn)信息 1 9 9 0 年I E T F 在R F C l l 5 7 t 3 中正 式公布了 簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議 S N M P 1 9 9 1 年K M c C l o g h i i e 和M R o s e 在R F C l 2 1 3 4 中提出了基于T C P I P 協(xié)議的因特網(wǎng)管理信息庫M I B I I 1 9 9 3 年4 月I E T F 又發(fā) 布了S N M P v 2 國外許多商業(yè)網(wǎng)絡管理系統(tǒng)都已提供了基于S N M P 自動發(fā)現(xiàn)3 層網(wǎng) 絡拓撲的算法 如H P 公司的O p e nV i e w 5 1 I B M 的T i v o l i 6 1 A c t u a l i t 的O p t i m a l S u e y o r 和D a n m o u t h 的I n t e 徹a p p e r I 7 1 網(wǎng)絡上的設備十分繁雜 不是所有的設備都支持S N M P 基于S N M P 的網(wǎng)絡 層拓撲發(fā)現(xiàn)算法要求網(wǎng)絡內的設備必須支持S N M P 代理 具有其一定的局限性 因此 人們逐漸開始利用路由協(xié)議來發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡層拓撲 A m a nS h a i k h 等人 8 提出 了一種通過監(jiān)聽網(wǎng)絡中的O S P F 數(shù)據(jù)包來獲得網(wǎng)絡拓撲的方法 這種方法的優(yōu)點 是可以繞過設備不支持S N M P 帶來的麻煩 同時可以避免向網(wǎng)絡中注入大量數(shù)據(jù) 包 從而減輕了網(wǎng)絡的負擔 沒有自動捕獲物理拓撲 即2 層 信息的解決方案意味著網(wǎng)絡管理員通常被 迫為他們所使用的管理工具手工輸入必要的信息 由于現(xiàn)代I P 網(wǎng)絡具有的動態(tài)特 性與同趨增加的復雜性 要想通過手工方式進行拓撲信息跟蹤是不可想象的 所 以必須為I P 網(wǎng)絡的最新物理拓撲找到有效的 有通用目的的算法 自動生成拓撲 圖 綜上所述 任何發(fā)現(xiàn)物理I P 拓撲的切實可行的解決方案必須應對以下三個難 題 9 1 有限的本地信息 算法只能對設備可給出的有關信息做很少的推理假 設 也就是說 算法只能利用大多數(shù)網(wǎng)絡設備通常給出的本地信息 此 外 由于2 層網(wǎng)絡設備不能明確感知物理上與其連接的鄰居設備 所以2 層的物理互連不是直接可以得到的 2 設備對協(xié)議層的透明性 算法必須為在I S O 協(xié)議棧不同層次上運行的網(wǎng) 絡設備找到正確的連接關系 這點很重要 因為交換式I P 子網(wǎng)中 2 層 網(wǎng)絡設備對控制進 出子網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)? 層路由器是完全透明的 3 網(wǎng)絡設備的異構性 發(fā)現(xiàn)算法應該能從不同種類的網(wǎng)絡設備中搜集拓撲 信息 并且確保從不同廠商設備中搜集到的相關信息被正確地訪問和解 釋 對于局域網(wǎng) L A N 的物理拓撲發(fā)現(xiàn)的成果還相對較少 對于L A N 拓撲發(fā) 現(xiàn)所感興趣的主要集中在構成該L A N 的二層網(wǎng)絡設備 而實質上 這些2 層設備 對那些只能發(fā)現(xiàn)I P 路由器互連的工具是透明的 對于物理網(wǎng)絡拓撲的發(fā)現(xiàn) 主要 是利用A R P 協(xié)議和I C M P 協(xié)議來發(fā)現(xiàn)局域網(wǎng)中的設備 S N M P 的出現(xiàn)也為物理網(wǎng) 絡拓撲發(fā)現(xiàn)算法提供了有力的工具 在國外 Y u r iB r e i t b a r t 等人在參考文獻 9 中 提出了一種基于B r i d g eM I B 的拓撲發(fā)現(xiàn)算法 并給出了嚴格的數(shù)學證明 但是該 方法對網(wǎng)絡環(huán)境要求太高 H w a C h u nL i n 等人利用B r i d g eM I B R F C1 4 9 3 來獲取 交換機的連接信息 1 0 但是該方法的準確性不高 針對二層拓撲發(fā)現(xiàn)一些廠家 提供了相應的協(xié)議及產(chǎn)品 C i s c o 的發(fā)現(xiàn)協(xié)議C i s c oD i s c o v e r yP r o t o c o l 和B a y 的 N e t w o r k sO p t i v i t yE n t e r p r i s e 然而 這些工具通?；谔囟◤S商擴展的S N M P M I B 不具有通用性 I E T F 在意識到物理拓撲發(fā)現(xiàn)的重要性后 指定了物理拓撲 S N M PM I B 庫 但是并沒有定義任何通用的協(xié)議和算法用于獲得物理拓撲信 息 1 3 研究內容 1 3 1 本文貢獻 本文對已有的物理拓撲發(fā)現(xiàn)算法進行研究和分析 在此基礎上進行改進 提 出新的多子網(wǎng)物理拓撲發(fā)現(xiàn)算法 利用和研究現(xiàn)有的拓撲發(fā)現(xiàn)工具 分析各自的 有點及不足 從而提出新的基于S N M P 的多子網(wǎng)的物理拓撲發(fā)現(xiàn)算法 并完成原 型系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 具體內容如下 1 研究和分析了目前國內外拓撲發(fā)現(xiàn)的研究背景 意義及研究現(xiàn)狀 對S N M P 等網(wǎng)絡拓撲發(fā)現(xiàn)相關工具及協(xié)議進行研究 分析其優(yōu)缺點 并對拓撲發(fā)現(xiàn)性 能進行比較 分析他們各自適用的網(wǎng)絡環(huán)境 2 介紹了單子網(wǎng)和多子網(wǎng)交換域 針對當前對多子網(wǎng)物理拓撲發(fā)現(xiàn)算法的研究 相對較少的情況 分析比較了已有的物理拓撲發(fā)現(xiàn)算法 基于S N M P I C M P A F T 及S T P 等物理網(wǎng)絡拓撲算法 指出其各自存在的問題與不足 在此基礎 上提出了一種運算速率高 實用性好的改進的多子網(wǎng)物理拓撲發(fā)現(xiàn)算法 3 該算法支持簡單的異構 結合相關研究 對多子網(wǎng)內 啞 設備的發(fā)現(xiàn) A F T 不完整及不支持S N M P 設備的發(fā)現(xiàn)的問題上也提出相應的創(chuàng)新 4 詳細介紹實驗設計的各個模塊 基于v C 6 0 M i c r o s o t tA C C E S S C i s c o 路 由器及華為交換機搭建實驗平臺 驗證了算法的有效性 1 3 2 本文的創(chuàng)新點 本文的創(chuàng)新之處主要體現(xiàn)于以下四個方面 1 在所提出的拓撲發(fā)現(xiàn)方法中結合S N M P A F T 及S T P 等協(xié)議 實現(xiàn)了對多子 網(wǎng)物理拓撲的發(fā)現(xiàn) 并實現(xiàn)了簡單的異構 2 采用產(chǎn)生額外流量 試探法等方法 解決A F T 的不完整問題 3 使用E t h e r e a l 軟件對數(shù)據(jù)報偵聽 解決不支持S N M P 的設備的發(fā)現(xiàn)問題 4 對設備端1 2 流量的分析 解決啞設備的發(fā)現(xiàn)問題 1 4 本文的組織結構 本文共分為六個章節(jié) 內容安排如下 第一章緒論 闡述了論文的選題背景及研究意義 分析了網(wǎng)絡拓撲發(fā)現(xiàn)的重 4 要性及當前國內外拓撲發(fā)現(xiàn)技術的研究現(xiàn)狀 并闡述了本文的主要工作 第二章介紹了相關的網(wǎng)絡拓撲發(fā)現(xiàn)工具及協(xié)議 詳細介紹了S N M P 簡單網(wǎng) 絡管理協(xié)議 再分別介紹了I C M P 網(wǎng)際控制報文協(xié)議 P i n g 程序 T r a c e r o u t e 程序 D N S 及A R P 等其他拓撲發(fā)現(xiàn)工具及協(xié)議 第三章是物理網(wǎng)絡拓撲發(fā)現(xiàn)算法分析 詳細介紹了單子網(wǎng)和多子網(wǎng)交換域 并且介紹了基于S N M P I C M P A F T 及S T P 等物理網(wǎng)絡拓撲算法 第四章介紹改進的多子網(wǎng)物理拓撲發(fā)現(xiàn)算法 內容包括算法的可行性分析 算法提出及實現(xiàn)所面臨的問題的解決 理論基礎 算法的具體描述以及流程圖 第五章介紹拓撲發(fā)現(xiàn)的具體實現(xiàn) 介紹了系統(tǒng)體系結構及具體模塊的實現(xiàn) 并詳細描述了實驗設計及實驗結果 第六章總結并展望下一步研究工作 2網(wǎng)絡拓撲發(fā)現(xiàn)相關工具及協(xié)議 2 1S N M P 協(xié)議概述 S N M P 即S i m p l eN e t w o r kM a n a g e m e n tP r o t o c o l 簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議 它是 一個標準的用于管理I P 網(wǎng)絡上設備的協(xié)議 首先是由I n t e m e t 工程任務組織 I n t e m e tE n g i n e e r i n gT a s kF o r c e I E T F 的研究小組為了解決I n t e m e t 上的路由器 管理問題而提出的 它可以在I P I P X A p p l e T a l k O S I 以及其他用到的傳輸協(xié) 議上被使用 S N M P 是最早提出的網(wǎng)絡管理協(xié)議之一 它一推出就得到了廣泛的 應用和支持 特別是很快得到了數(shù)百家廠商的支持 其中包括I B M H P S U N 等大公司和廠商 目前S N M P 已成為網(wǎng)絡管理領域中事實上的工業(yè)標準 并被 廣泛支持和應用 大多數(shù)網(wǎng)絡管理系統(tǒng)和平臺都是基于S N M P 的 S N M P 的前身是簡單網(wǎng)關監(jiān)控協(xié)議 S G M P 用來對通信線路進行管理 隨 后 人們對S G M P 進行了很大的修改 特別是加入了符合I n t e m e t 定義的S M I 和M I B 體系結構 改進后的協(xié)議就是著名的S N M P S N M P 的目標是管理互聯(lián) 網(wǎng)I n t e m e t 上眾多廠家生產(chǎn)的軟硬件平臺 因此S N M P 受I n t e m e t 標準網(wǎng)絡管理 框架的影響也很大 現(xiàn)在S N M P 已經(jīng)出到第三個版本的協(xié)議 其功能較以前已 經(jīng)大大地加強和改進了 S N M P 被設計成與協(xié)議無關 所以它可以在I P I P X A p p l e T a l k O S I 以及 其他用到的傳輸協(xié)議上被使用 S N M P 是一系列協(xié)議組和規(guī)范 見表2 一1 它們提供了一種從網(wǎng)絡上的設備 中收集網(wǎng)絡管理信息的方法 S N M P 也為設備向網(wǎng)絡管理工作站報告問題和錯誤 提供了一種方法 1 2 表2 1S N M P 的組成 名字 說明 M I B 管理信息庫 S M I管理信息的結構和標識 S N M P簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議 S N M P 的體系結構是圍繞著以下四個概念和目標進行設計的 保持管理代理 6 a g e n t 的軟件成本盡可能低 最大限度地保持遠程管理的功能 以便充分利用 I n t e r a c t 的網(wǎng)絡資源 體系結構必須有擴充的余地 保持S N M P 的獨立性 不依 賴于具體的計算機 網(wǎng)關和網(wǎng)絡傳輸協(xié)議 在最近的改進中 又加入了保證S N M P 體系本身安全性的目標 2 1 1S N M P 協(xié)議的發(fā)展 簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議是建立在T C P I P 網(wǎng)絡上的公共網(wǎng)絡管理協(xié)議 它定義了 用于交換管理信息的協(xié)議 管理信息的表示格式 分布式的組織框架和一種特定 的儲存管理信息的數(shù)據(jù)庫 M I B 它的發(fā)展經(jīng)過了幾個階段 1 3 目前使用到的S N M P 共有3 個版本和兩個擴展 目前S N M P 共有v 1 v 2 v 3 共3 個版本 1 4 v l 和v 2 都具有基本的讀 寫M I B 功能 v 2 增加了警報 批量數(shù)據(jù)獲取 管理站和管理站的通信能力 v 3 在v 2 的基礎上增加了U S M 使用加密的數(shù)據(jù)和用戶驗證技術 提高 了安全性 另外 R M O N 是S N M P 的一個重要擴展 為S N M P 增加了子網(wǎng)流量 統(tǒng)計 分析能力 現(xiàn)有兩個版本 R M O N 提供了O S I 七層網(wǎng)絡結構中網(wǎng)絡層和數(shù)據(jù)鏈路層監(jiān)視能力 R M O N 2 提供了O S I 七層網(wǎng)絡結構中網(wǎng)絡層之上各層的監(jiān)視能力 2 1 1 1S N M Pv l 1 9 9 0 年I E T F 互聯(lián)網(wǎng)工程任務組 在R F C l l 5 7 中正式公布了S N M P 又稱 為S N M P v l S N M P 的設計原則是簡單 可靠 有效 這樣做有以下幾個好處 1 開發(fā)簡單 周期短 2 開發(fā)費用低 3 易掌握 易普及 4 帶寬利用率高 5 使用方便 S N M P 協(xié)議定義了使用到的傳輸層協(xié)議 支持的操作 操作相關的P D U 結 構 操作的時序 角色 實例取值 共同體等 7 根據(jù)網(wǎng)絡管理的需求 S N M P 設計了5 個基本操作 其支持的操作僅僅是對 變量的修改和檢查 G e t R e q u e s t 讀對象值操作 使N M S 能夠從被管理A g e n t 中檢索對象的值 G e t N e x t R e q u e s t 讀取當前對象的下一個可讀取的對象實例值 S e t R e q u e s tN M S 更新A g e n t 中對象的值 G e t R e s p o n s eA g e n t 對G e t R e q u e s t G e t N e x t R e q u e s t S e t R e q u e s t3 種操作的 應答 T r a p A g e n t 向N M S 發(fā)送對象值 2 1 1 2S N M Pv 2 S N M P v l 公布之后得到了廣泛的應用 廣泛的使用也使使用者發(fā)現(xiàn)了 S N M P v l 的很多缺陷和不足 S N M P v l 一個主要的缺陷是沒有提供安全功能 特 別是不能對管理消息進行鑒別 也不能防止監(jiān)聽 另一方面 S N M P 缺少管理站 到管理站的通信機能 使管理站之問不能有效協(xié)作 為了彌補S N M P v l 的缺陷 對它進行了重大改進 因此 1 9 9 3 年發(fā)布了S N M P v 2 具有以下特點 1 5 1 支持分布式網(wǎng)絡管理 2 擴展了數(shù)據(jù)類型 3 可以實現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的同時傳輸 提高了效率和性能 4 豐富了故障處理能力 5 增加了集合處理功能 S N M P v 2 能支持高度集中的網(wǎng)絡管理策略 也能支持分布式的管理策略 在 分布式的管理策略下 一些系統(tǒng)在運行時既有管理站的功能也有代理的功能 S N M P v 2 對S N M P v l 的主要增強可以分為以下幾類 S M I 管理站到管理站功能 協(xié)議控制 S N M P v 2S M I 在幾個方面擴展了S N M P S M I S M Iv 2 中增加了用于定義對象 的擴展宏 增加了幾個新的數(shù)據(jù)類型 另一個非常顯著的變化就是對創(chuàng)建和刪 除表中的概念行提供了新的規(guī)范 協(xié)議操作中最顯著的變化就是包含兩種新的P D U 以下是S N M P v 2 提供的 7 種操作 G e t R e q u e s t 管理站向代理讀取對象實例值 G e t N e x t R e q u e s t 管理站向代理讀取給定對象的下一個可用實例值 S e t R e q u e s t 管理站向代理發(fā)出的設置操作 S N M P v 2 T r a p 代理向管理站主動發(fā)起的通告消息 R e s p o n s e 代理響應管理站請求的應答包 I n f o r m R e q u e s t 管理站向另一個管理站報告通報的消息 G e t B u l k R e q u e s t 管理站向代理讀取表中的若干行的操作 與S N M P v l 一樣 G e t R e q u e s t G e t N e x t R e q u e s t 和S e t R e q u e s t 操作由管理站 發(fā)出 代理受到請求都要一個R e s p o n s e 消息應答 不管處理成功與否 S B N P v 2 T r a p 由代理主動發(fā)出 管理站沒有相應的應答 與v 1 不同 S N M P v 2 T r a p 的P D U 結構與G e t R e q u e s t G e t N e x t R e q u e s t S e t R e q u e s t I n f o r m R e q u e s t 相同 不像在v l 中擁有自己特殊的模式 I n f o r m R e q u e s t 是S N M P v 2 引入的新的操作 由管理站發(fā)起 向另一個管理 站報告狀態(tài)和數(shù)據(jù) 2 1 1 3S N M Pv 3 S N M P v 2 因為項目時間緊迫 而在安全性發(fā)面沒有達成一致的意見 所以在 最終形式中沒有包括安全性 安全性要求在S N M P v 2 中就被迫切地提出來 這 是因為S N M P 的消息在網(wǎng)絡上傳輸面臨著以下的安全性問題 1 4 修改信息一個實體可以修改另一個授權實體產(chǎn)生的傳輸中的消息 從 而以這樣的一種方式實現(xiàn)非授權的管理操作 包括設置對象的取值 偽裝通過偽裝成另一個授權實體 該授權實體試圖進行某些沒有授權 的操作 修改信息流S N M P 被設計成在無連接的傳輸層協(xié)議上傳輸 這樣便存 在S N M P 消息被重新排序 顯示或重播來影響授權的管理操作的威脅 泄密一個實體可能觀測管理站和代理之間的交換 從而得知被管理對 象的取值以及一些應用通告的事件 因為這些原因 提出了S N M P 的安全性要求 1 9 9 7 年4 月I E T F 成立了 9 S N T M P v 3 I 作組 于1 9 9 8 年1 月提出了互聯(lián)網(wǎng)建議R F C2 2 7 1 2 2 7 5 正式形成 S N M P v 3 S N M P v 3 的R F C 描述了S N M P v 3 的整體框架和具體的消息結構及安全特 性 沒有定義新的S N M PP D U 格式 因此在新的結構中必須使用已有的S N M P v l 和S N M P v 2P D U S M I 及主要M I B 所以 可以有這樣一個公式 S N M P v 3 S N M P v 2 安全 管理 上面所寫的S N M P 面臨的安全性問題相應的解決方法 就是對數(shù)據(jù)進行加密 和鑒別 借助于密碼學相關的加密和摘要算法實現(xiàn) 鑒別數(shù)據(jù)整體性和數(shù)據(jù)發(fā)送源鑒別 保證消息是由該發(fā)送源發(fā)送的 不是別人偽造的數(shù)據(jù)包 傳輸過程中沒有被篡改過 使用H M A C M D 5 散列函數(shù)或S H A 1 這些算法對數(shù)據(jù)進行摘要 從而鑒別數(shù)據(jù)有沒有哦被 篡改 加密對數(shù)據(jù)進行加密 保證不能使用網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包截獲技術將包偵聽而 直接解讀 使用D E S 的C B C C i p h e r B l o c k C h a i n i n g 模式來加密數(shù)據(jù) 即保證了加解密的效率 又保證了足夠的強度 2 1 1 4R M O N 與R M O N 2 R M O N 是適應對子網(wǎng)流量監(jiān)視的需求而產(chǎn)生的 R M O N 發(fā)布在S N M P v l 之 后 在S N M P v 2 之前 R M O N 最初的設計是用來解決從一個中心點管理各局域分 網(wǎng)和遠程站點的問題 R M O N 規(guī)范是由S N M PM I B 擴展而來 R M O N 中 網(wǎng)絡 監(jiān)視數(shù)據(jù)包含了一組統(tǒng)計數(shù)據(jù)和性能指標 它們在不同的監(jiān)視器 或稱探測器 和控制臺系統(tǒng)之間相互交換 結果數(shù)據(jù)可用來監(jiān)控網(wǎng)絡利用率 以用于網(wǎng)絡規(guī)劃 性能優(yōu)化和協(xié)助網(wǎng)絡錯誤診吲1 6 1 R M O N 的設計是為了實現(xiàn)如下目標 離線操作 前攝監(jiān)視 問題探測和報告 有效的附加數(shù)據(jù) 多管理站 R M O N 2 在S N M P v 2 之后發(fā)布 主要對R M O N 進行了擴充 R M O N 2 對R M O N 的擴充主要表現(xiàn)在新的類型和M I B 的擴展上 另一方面 R M O N 2 擴大了對I S 0 網(wǎng)絡模型的監(jiān)控深度 可以監(jiān)視更多的層次 1 0 R M O N 2 是R M O N 的升級版本 R M O N 對I S O 網(wǎng)絡模型的第2 層 數(shù)據(jù)鏈路層 和第3 層 網(wǎng)絡層 進行分析 R M O N 2 除了對這兩層進行監(jiān)視外 還對傳輸層 會話層 表示層 應用層進行監(jiān)視 圖2 1 描述了R M O N 和R M O N 2 適用的網(wǎng)絡層 次 0 4 1 7 應用層 6 表示層 5 會話層 4 傳輸層 3 N 絡層 2 數(shù)據(jù)鏈路層 1 物理層 回 R M O N 2 圖2 1R M O N 和R M O N 2 適用的網(wǎng)絡層次 R M O N 可以監(jiān)聽M A C 地址 并分析上面的I P R M O N 在這兩個層面上進行 分析 統(tǒng)計 R M O N 2 還可以分析再上面的各層數(shù)據(jù) 比如應用層的E m a i l r t p W W W 等 可以分析的范圍加大了 更方便進行網(wǎng)絡性能分析 2 1 2 管理信息結構 s 管理信息結構 S M I 是S N M P 的描述方法 有眾多的供應商提供支持S N M P 協(xié)議的設備和服務 如果沒有一種約束機制 可能各個企業(yè)寫出來的M I B 都各不 相同 這樣的網(wǎng)絡設備在S N M P 層上的協(xié)同會出現(xiàn)大麻煩 所以 需要一種機制 限制和規(guī)范M I B 的定義 這就是S M I 它規(guī)定了使用到的抽象語法記法l A S N 1 子類型 宏 符號等 是A S N 1 的一個子集和超集 定義了S N M P 自定義類型 用于描述S N M P 協(xié)議數(shù)據(jù)包和管理信息庫 M I B 是S N M P 的基礎之一 S M I 定義在R F C l l 5 5 中 該規(guī)范定義了一個基本框架 使用框架內的規(guī)范可 以定義M I B S M I 定義了基本的數(shù)據(jù)類型 宏結構及命令規(guī)則 S N M P 的主要目 標之一是簡化網(wǎng)絡管理 所以 S M I 也將A S N 1 進行限制和簡化 只用到其中很 小的一部分 因此 M I B 只能存儲簡單的數(shù)據(jù)類型 分別是標量和標量的二維數(shù) 組 S N M P 只能檢索標量 包括表中的單個條目 S M I 不支持復雜數(shù)據(jù)結構的創(chuàng) 建和檢索 S M I 的內容包括 M I B 結構定義語句 單個對象定義語句 包括語法和每個對象的值 數(shù)據(jù)編碼格式 管理對象以虛擬信息存儲方式存儲和訪問 M I B d 的對象以A s N 1 語言定 義 看一個例子 a t l f l n d e x a t E n t r y1 S y n t a x I N T E G E R D e f i n i t i o n T h ei n t e r f a c en u m b e rf o rt h ep h y s i c a la d d r e s s A c c e s s r e a d w r i t e S t a t u s m a n d a t o r y 例子中定義了一個管理對象 其名字為a t I f l n d e x 語法為I N T E G E R 編碼方 法由I N T E G E R 的B E R 編碼方法指定 S M I 規(guī)定 S N M P 使用B E R 對管理信息進行 編碼 每個管理對象有自己的名字 類型 S y n t a x 和編碼 以下主要介紹這3 種 屬性 2 1 2 1 名字 對象名字與對象標識一樣是唯一的 名字用于表示對象 對象標識則可以更 準確地標識對象 標識是一個樹形結構 根結點不進行標記 但它至少有三個結點 一個由C C I T T 管理 標記為c c i t t 0 另一個子結點由國際標準化組織管理 標記為i s o 1 第三個由兩者共同管理 標記為j o i n t i s o c c i t t 2 2 1 2 2 語法 每一個S N M PM I B I 為部對象都要J 下式定義 定義規(guī)定了對象的數(shù)據(jù)類型 允 許的形式 取值范圍以及與其他M I B 內部對象之間的關系 定義時使用A S N 1 定 義每一個對象 也用來定義整個M I B 的結構 S M I 中使用三種語法 原始類型 S M I 預定義類型 自定義類型 1 原始類型 S N M P 中使用到如下A S N 1 原始類型 I N T E G E R O C T E TS T R I N G O B J E C TI D E N T I F I E R N U L L 其中 整數(shù)類型可以作為枚舉類型使用 2 構造類型 S N M P 使用A S N 1 中的S E Q U E N C E 建立行或表 3 定義的類型 S N M P 允許在一個新產(chǎn)品的范圍內定義新類型 新類型必需能夠分解為基本 類型 行 表或其他新類型 這些類型是S N M P 使用A S N 1 語言自定義的類型 在S N M P 中使用 與其他A S N 1 基本類型和結構類型一起構成了S N M P 中使用 的類型 S M I 中定義了用于S N M P 的一些自定義類型 N e t w o r k A d d r e s s 描述多個可能的協(xié)議族中的地址格式 I p A d d r e s s 描述3 2 位的I P 地址 它表示為長度為4 的字符竄 C o u n t e r 描述一個非負整數(shù) 它只能增加 直到最大值 G a u g e 描述一個非負整數(shù) 它可以增加或減少 但在最大值時停止 T i m e T i c k s 此類型為非負整數(shù) 用于記錄一個時間點起經(jīng)過了多少個百 分之一秒的時間 O p a q u e 支持對A S N 1 語法進行擴充的能力 2 1 2 3 編碼 使用A S N 1 的B E R 編碼規(guī)則將數(shù)據(jù)從A S N 1 編碼為字節(jié)流以在網(wǎng)絡上傳 輸 2 1 3 管理信息庫 B 所謂管理信息庫 或者M I B 就是所有代理進程包含的 并且能夠被管理 進程進行查詢和設置的信息的集合 S N M P v l 中有兩個版本的管理信息庫 R F C 1 1 5 6 定義了S N M P 第一個版本的管理信息 稱為M I B I R F C1 2 1 3 定義了第二 個版本的管理信息 稱為M I B I I M I B I I 對M I B I 進行了擴展和修改 現(xiàn)在的 S N M P 都以M m I I 為基準 M I B 變量使用的名字取自I S O 和I T U 管理的對象標識符 o b j e c ti d e n t i f i e r 名字空間 對象標識是一個整數(shù)序列 以點 分隔 這些整數(shù)構成一個樹 型結構 類似于D N S 或U N I X 的文件系統(tǒng) 圖2 2 顯示了在S N M P 中用到的這種樹型結構 所有的M I B 變量都從 1 3 6 1 2 1 這個標識開始 樹上的每個節(jié)點同時還有一個文字名 例如標識 1 3 6 1 2 1 就和i s o o r g d o d i n t e r n e t m e a n t m i b 對應 這主要是為了人們閱讀方便 在實際應用中 M I B 變量是以對象標識來標識的 當然都是以1 3 6 1 2 1 開始的 翻 I l 日瞧乞乞j 細 l i 嘲秘 茗黟曩纛t I 嘲 靜艚l 髯璽a 睜 l 鉑髫落 磊翻鹱酪 f 一 一一一一一 一一9 i 燃囊j t l 鼯 1 晨酗 擻 刪 諺 嬲鍛辯f 翱嘲鐮t 秘辨l 鞲t 霹街 赫l 锨 p1 3 磊l 幺l 麟鋼睇鬈重量睡蟛蟄 勒爝謄積l l 菇2 麓譬 蕾糾I 毒喲靠蠕 l 聰鑄l 駕蔫瞄辮 鰳諺輔A p 1 t t t t 1 J l 4 4 蠢 4 一 8 編病i 鞠蠢弱國 枷 圖2 2 管理信息庫中的對象標識 最初的結點M I B 將其所管理的信息分為8 個類別 如表2 2 M I B I I 包含下列分組 S y s t e m I n t e r f a c e s A d d r e s sT r a n s l a t i o n d