随着计算机技术与通信技术的飞快发展,计算机网络在社会、经济及人们生活中占有举足轻重的地位。由于计算机网络的逐步扩大,入网的用户日益增加,网络设备急剧增多,结构越来越复杂,功能也越来越强,与此同时给网络管理带来了巨大难度。由于网络规模的膨胀和复杂度的提高,网络管理技术就成为一个日益重要的课题。网络管理就是对网络状态进行调整,以保证它正常、高效运行的时间尽可能长,使网络中的各资源得以充分的利用,当网络出现故障时能及时做出报告和处理,并协调、维持网络的正常运行,提高效率,降低成本。网络拓扑发现作为网络管理的重要组成部分,它对于异构的、多样的和多变的网络日益显示其重要性。对于一些小型网络来说,网络管理员可以手工绘制拓扑图。但是对于校园网或大中型网络而言,则包括的网络设备多而且连接关系复杂,网络的结构经常发生变化。此时仍然依靠管理员采用手工方法获得网络拓扑已不太现实,且效率较低,所以迫切需要能够自动生成网络拓扑结构图并且动态地反映网络拓扑变化情况的方法和平台。网络拓扑发现算法就是为解决这样的问题而提出来的。利用网络协议或当前网络工具,基于拓扑发现算法,自动探测网络,从而得到整个网络中存在的设备及相互连接的关系及相关信息。就目前市场来看,已经出现很多管理软件具有自动发现网络拓扑的功能,如HP公司的OpenView,IBM公司的Tivoli及SUN公司的Sun NetManager等。但这些软件是以商业化为目的,价格非常贵并且对硬件环境要求也很高,操作相对复杂。因此本文以校园网络为依托,研究网络拓扑发现算法,从而为网络结构的发现及故障的排除提供前提和基础。本文分析了网络管理的目的和任务,SNMP的功能、体系结构、协议框架及MIB库；研究并分析基于SNMP、ICMP、RIP、OSPF、ARP等的拓扑发现算法。基于SNMP拓扑发现算法：通过获取MIB中的信息得到网络拓扑图。此方法发现效率高,系统和网络开销小,并且易于实现。不足之处是没有办法发现网络中不支持SNMP协议或没有安装SNMP代理的网络；由于路由器每接口一个IP,而路由表是以唯一的IP地址作为记录因素,因此就存在多条目路由器的问题,不利用直观反映网络拓扑结构。出于安全原因,对MIB库的访问通常需要特权,若不知道路由器community信息,就无法获得所需信息。所以此方法主要用于单管理域中的拓扑发现,发现网络中的路由设备,反映网络的整体拓扑结构。基于ICMP的拓扑发现算法：此方法依据理论简单,实现较为可靠,几乎所有基于TCP/IP网络设备都支持此协议,因此适应性较强。并且在进行拓扑发现的同时检测了网络设备的活动性。不足之处：ping命令只能测试目的IP是否可达,但无法确定中间经过哪些路由器。在用tracert命令时,可知道途中经过哪些路由器,但想知道路由器间的连接关系却是很难。在进行ping操作及tracert操作时不但费时且增加网络负担。有些防火墙设置禁ICMP包通过,此时无法检测隐藏于防火墙后的设备。基于RIP的拓扑发现算法：可以通过RIP协议与路由器交互,获得相关路由表信息,并从中分析提取出网络拓扑结构。该算法的优点是速度快、性能高且发现结构较准确。但该协议的各种命令原语、解析协议数据单元等难度较大,并要求被测试网络内的路由器都得启用RIP协议。此外,由于RIP协议以跳数作为度量值,最大为15跳,这就决定了它只能适用于小型网络,即搜索的范围较小,并且RIP协议逐渐被OSPF所取代,因此这种算法的实用性也变得越来越小。基于OSPF拓扑发现算法：此方法只需访问区域内的某一路由器即可,不像基于SNMP算法那样需要访问整个网络内的路由器。因为启用OSPF的每个路由器的链路状态数据库都能反映整个网络的结构。显然该方法效率和速度都有较大提高,并且利用OSPF的LSA更新动态检测网络拓扑变化而不需要重新进行检测。不足之处是：要求所有设备都支持OSPF协议,OSPF没有端口级的拓扑连接信息，并且OSPF采用的算法很复杂,系统的开销大,实现难度较大。基于ARP拓扑发现算法：ARP表中的网络设备都是最近活动的有效设备的IP地址,而且没有冗余信息,所以此方法的发现效率很高。但不足之处是只适用于局域网拓扑,不能发现不支持ARP的设备,当网络过大时,ARP表中的记录可能无法包括网络中的所有设备。通常该方法与其他方法结合,以弥补不足。本文上述算法中总结出其优缺点,并根据上述理论提出了基于SNMP与ICMP协议的分级网络拓扑发现算法。首先是发现网络中的设备及之间的连接关系,通过MIB库中的ipForwarding与sysServices值的结合,判断网络设备的类型；通过遍历ipAddrTable中的ipAdEntAddr变量得到对应路由器所有接口地址,并选取最大的IP地址作为该路由器的标识,从而达到多IP地址路由器归并的目的。在进行子网内主机发现时,本文采用的方法是,根据子网队列中的IP地址及掩码,进行与运算,可以得到该子网内可用主机地址的范围。注意要去掉主机位全0的网络地址及主机位全1的广播地址,因为这两个地址不能分配给主机使用。确定子网内可用主机IP范围后,采用ICMP的ping命令依次向这些IP地址发送ping包,以确认子网内主机的存活状态。为了提高子网内主机的发现速度,采用了异步方式进行主机的发现,即采用两个线程进行ICMP报文的收发,从而缩减了发现延时,提高了发现效率。接着进行了此算法的实现,测试结果表明该算法达到了预期的目标。通过测试得出本算法只适合于支持SNMP协议的网拓扑发现,而对于那些不支持SNMP的网络不适用,从而限制了此方法；根据实际应用环境,本算法中没有提出如何发现三层交换机及VLAN;若在主机上安装了防火墙,设置禁止ICMP包,则该算法将无法发现此主机。由于时间和精力有限,本算法还存在上述足,需要进一步完善。