校园网网络拓扑发现技术研究
金洪颖，王朝斌，廖鹰梅
（西华师范大学计算机学院，Ｉ￣ｔ ＪｌＩ南充６３７００９）
摘要：从现有的网络拓扑发现方法出发，结合本校校园网的实际情况，提出了一种分层对校园网进行拓扑发现的方法，并对
该方法进行了详细论述。 关键词：拓扑发现；ＳＮＭＰ；ＩＣＭＰ；ｐｉｎｇ；ｔｒａｃｅｒｏｕｔｅ
Ｔｈｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｃａｍｐｕｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｔｏｐｏｌｏｇｙ Ｄｉｓｃｏｖｅｒｙ
ＪＩＮ Ｈｏｎｇ－ｙｉｎｇ，ＷＡＮＧ Ｃｈａｏ－ｂｉｎ，ＬＩＡＯ Ｙｉｎｇ—ｍｅｉ
：ｏｑ ｕｔｅ Ｄ：ｐａｘｔｍｅｎ：，ｅ １４／：，￣ｆ Ｎｏ：／ｚ￣］Ｕｎ／ｉ，ｅ／＇ｓ／ｔｙ，Ｎ￣ｎｃｈｏｎｇ．ＳＪｃｈ￣ａｎ ６５７Ｄ０９．ｅｌ＃ｈａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｎｅｔｗｏｒｋ ｔｏｐｏｌｏｇｙ ｄｉｓｃｏｖｅｒｙ ｍｅｔｈｏｄ，ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｏｕｒ ｏｗｎ ｃａｍｐｕｓ ｎｅｔｗｏｒｋ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ
ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ａ ｌａｙｅｒ ｏｆ ｃａｍｐｕｓ ｎｅｔｗｏｒｋ ｔｏｐｏｌｏｇｙ ｄｉｓｃｏｖｅｒｙ ｍｅｔｈｏｄｓ．ａｎｄ ｔｈｅｎ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｏｐｏｌｏｇｙ ｄｉｓｃｏｖｅｒｙ；ＳＮＭＰ；ＩＣＭＰ；ｐｉｎｇ；ｔｒａｃｅｒｏｕｔｅ
１引言 ２．２基于ＩＣＭＰ的网络拓扑发现方法
随着我校校园网规模的不断扩大，接入的硬件设备 ＩＣＭＰ是一种差错报告机制，可以被用来向目的主
种类和数量日益增多，如何进行有效快速的网络管理已 机报告或者请求各种网络信息。基于ＩＣＭＰ协议的最著 日益成为学校网络中心的重要任务。网络拓扑发现是网 名应用就是Ｐｉｎｇ。通过Ｐｉｎｇ发送ＩＣＭＰ报文，可以探
络管理中的一种基本而又重要的技术，它能够帮助网 测网络设备的活动状态和可达性。对一个网段内所有可
管人员对整个网络ＤＥ拓扑结构进行准确的把握和定位， 能的网络ＩＰ地址发送ＩＣＭＰ报文，根据应答就可以发 是进行有效网络管理的基础和前提，对于监控整个校园 现该网段内所有活动的节点。这种方法的优点是：基于
网络，获取完整的网络信息，保证网络高效稳定的运行ＴＣＰ／ＩＰ协议的网络设备几乎都支持所有的ＩＣＭＰ协议，发
非常重要。 现网络拓扑的同时，检测简单、快速和可靠。不仅可以
用于搜索活动节点，还可以检测可达性。该方法的不足 ２常用的网络拓扑发现方法 是：（１）报文容易伪造。由于可以通过编程直接改写报文
２．１基于ＳＮＭＰ的网络拓扑发现方法 的ＩＣＭＰ头部和ＩＰ头部，这样的报文携带的源地址若是
ＳＮＭＰ的基本思想是所有的网络设备维护的一个管 伪造的，在被攻击端根本无法追查。为了防止遭到这样
理信息库，保存该设备所有运行进程的相关信息，并对 的网络攻击，很多系统会将ＩＣＭＰ服务关闭。此种情况
管理工作站的查询进行响应。现在用作网关的网络设备 下，单独使用ＩＣＭＰ搜索会无效。（２）无法发现设备类型
一般都支持ＳＮＭＰ代理，网络拓扑信息主要包含在ＭＩＢ 和设备之间的连接关系。
中，通过对ＭＩＢ中拓扑信息的获取，就可以分析出网络 的拓扑连接情况。使用ＳＮＭＰ的最大优点是信息自动随 ３校园网网络拓扑发现方法
着网络状况的变化而更新，通过ＳＮＭＰ获取的拓扑信息 通过以上几种网络拓扑发现方法的分析比较，可以 总是反映网络最新的状况。该方法存在的不足有：（１）无 看出它们各有优点和不足，因此，在实际应用中，若能
法发现网络中不支持ＳＮＭＰ协议或没有安装ＳＮＭＰ代 将几种方法结合使用，将能够达到更好的效果。结合我 理的网络设备；（２）路由表中包含了大量的冗余信息；（３） 校校园网的实际情况，现提出如下的分层网络拓扑发现
存在多目路由的问题，不利于直观地反映网络拓扑的连 方法：
按情况。所以，基于ＳＮＭＰ的网络拓扑发现方法比较适 （１）利用ＳＮＭＰ协议发现网络核心层设备；
合用于发现网络中的主干拓扑，反映网络的整体状况。 （２）利用ＡＲＰ协议来发现网络汇聚层设备；
基金项目：本文由西华师范大学大学生科技创新基金项目资助，项目编号４２ ７０８０８０
（３）利用ＩＣＭＰ协议来发现网络接入层设备。 ３．１核心层网络设备的发现 网络的核心层的主要功能是实现骨干网络之间的优
化传输，核心层网络就是整个校园网的主干网络。我校
校园网的主干网络设备都是支持ＳＮＭＰ协议的，因此， 可以利用ＳＮＭＰ协议进行网络拓扑发现。 用ＳＮＭＰ读取入口设备（路由器）的ＩＰ路由表，
并存入数据库，然后再从数据库中读取下一路由地址字 段。通过循环且不重复地从数据库中读取下一路由地址 字段便可实现对树的层次遍历。具体算法描述如下：
初始化路由器队列，子网队列，连接队列； Ｗｌ１ｉｌｅ（路由器队列非空） ｆ
从路由器队列中取出一个路由器，为当前路由器；
访问其路由表； 把路由表中的ｉｐＲｏｕｔｅＮｅｘｔＨｏｐ不重复地放到路由
器队列中；
把各ｉｐＲｏｕｔｅＤｅｓｔ不重复地放到子网队列中；
把当前路由器和ｉｐＲｏｕｔｅＮｅｘｔＨｏｐ的连接不重复地 放到连接
队列中； Ｉｆ（ｉｐＲｏｕｔｅＮｅｘｔＨｏｐ和ｉｐＲｏｕｔｅＤｅｓｔ在同一个子网）
｛
把ｉｐＲｏｕｔｅＮｅｘｔＨｏｐ和ｉｐＲｏｕｔｅＤｅｓｔ的连接放到连 接队 列中；｝ Ｉｆ（ｉｐＲｏｕｔｅＮｅｘｔＨｏｐ和当前网关的地址相同）
｛ 把当前网关和ｉｐＲｏｕｔｅＤｅｓｔ的连接放到连接队列中。
｝
｝ ３．２汇聚层网络设备的发现 在对核心层支持ＳＮＭＰ的设备进行发现之后，对于
大多数不支持ＳＮＭＰ协议或者是禁用了ＳＮＭＰ的网络
设备，使用ＡＲＰ协议来进行网络拓扑发现。由于有以太
网接口的网络设备都支持ＡＲＰ协议，并在本机维护着一 张用于ＩＰ地址与以太网网卡地址问的地址解析和转换的
ＡＲＰ表，并且在统一以太网网段内的所有活动主机的地 址信息一般都在ＡＲＰ表中，因此，可以利用ＡＲＰ表进
行拓扑搜索。具体步骤如下：
向目的主机发送ＡＲＰ请求，如果该主机存在且处
于活动状态，则将到一个ＡＲＰ回应，提取ＡＲＰ报文的 发送端硬件地址字段，就可以得到目的主机的ＭＡ Ｃ地 址，从而惟一确定子网内的网络设备，由此来标志网络
设备。同时，还可以利用ＡＲＰ回应报文的硬件类型字段
来发现目的主机所处子网的类型：１一以太网，２－－实验
太网，３－－Ｘ．２５，４－令牌网，５一混沌网（ｃｈａｏｓ），６－－ ＩＥＥＥ ８０２．Ｘ，７一ＡＲＣ网络。这样可以对原来用ＳＮＭＰ
协议生成的核心层网络设备拓扑图进行细化。
３．３接入层网络设备的发现 通常将网络中直接面向用户连接或访问网络的部分 称为接入层。接入层网络连接的主要是低端的交换机和
用户的主机，网络结构简单，网络设备种类比较单一，
因此可以使用ＩＣＭＰ中的ｐｉｎｇ和ｔｒａｃｅｒｏｕｔｅ工具进行拓
扑发现。具体方法是： （１）通过ｐｉｎｇ发送ＩＣＭＰ报文（类型码为８，代码 为０），每一个被ｐｉｎｇ的主机向源主机发一个ＩＣＭＰ回
应应答包（Ｅｃｈｏ Ｒｅｐｌｙ），包中包含应答和时延等信息。
（２）对所有ｐｉｎｇ通的主机进行ｔａｃｅｒｏｕｔｅ，这样就可 以依次发现并记录所有活动主机的路由信息。
４小结
本文根据现有基于ＳＮＭＰ、ＡＲＰ和ＩＣＭＰ的拓扑发 现方法，结合我校校园网的具体情况，提出了按照核心、
汇聚、接入三层网络进行分层拓扑发现的方法。下一步
的工作重点就是如何通过软件来实现这个拓扑发现方法，
并画出实时的网络拓扑结构图。
参考文献： ［１］李明江．ｓＮＭＰ简单网络管理协议［Ｍ】．电子工业出版
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算机工程与设计，２００６年ｌ ２月．
作者简介：金洪颖（１ ９８３），女，现任西华师范大学计算
机学院通信工程教研室教师，硕士研究生在读。 收稿日期：２０】Ｏ－０８－－０４