多VLAN条件下以太网拓扑发现算法的研究与改进

论文摘要

网络拓扑用于描述网络中的各种设备、节点、线路的连接关系,亦可以认为网络拓扑是针对网络物理拓扑结构的描述。网络拓扑中的连接关系可以是节点与节点之间通过物理线路连接也可以是通过VLAN虚拟网络进行的连接。网络拓扑的发现可以分为互联网或骨干拓扑发现、局域网(LAN)或团体、组织内部网络拓扑发现,如网络自治系统(AS)的拓扑发现。本文仅进行局域以太网(LAN)的拓扑发现算法的研究与改进。在网络管理中,最重要的就是能及时找到网络中的故障点并解决出现的问题。而通过拓扑发现建立完整的网络拓扑,能够为定位故障提供重要的依据。因此,在实际工作中,网络拓扑发现技术发挥着重要的作用。例如：对于一个没有经验的网络管理员来说,面对纷繁的网络线路及设备,如果没有一套完善的自动网络拓扑发现管理软件来提供网络的全部细节,那必然给管理工作带来极大的不便和诸多困难。即使是十分熟悉网络的管理人员,也很难做到准确的知道每条线路的连接情况,如果能够借助完善的自动网络拓扑发现管理软件,会方便日常的管理工作。因此,在本文之前已经有许多研究者在以太网络拓扑发现的领域采用不同的方法进行研究,如：ping,路由跟踪,简单网络管理协议(SNMP)等,也取得了成绩。本文在先前研究者的基础上,部分继承他们的工作并提出了一种以简单网络管理协议(SNMP)为基础的算法以及两种后续改进算法,并将算法应用于我的工程实践中。应用本文的算法,可以自动发现并计算出工作在二层及三层以太网的交换和路由设备的网络拓扑。通过实际工作的检验,本文的拓扑发现算法切实可行,且能够在一定程度上,减轻局域以太网络的管理工作强度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 题目选取的相关背景
• 1.2 论文工作概述
• 1.3 论文的组织方式
• 第二章 相关技术背景与概念
• 2.1 以太网相关技术
• 2.1.1 以太网的发展与壮大
• 2.1.2 以太网分类标准
• 2.1.3 以太网拓扑结构
• 2.2 虚拟局域网（VLAN）相关技术
• 2.2.1 VLAN概述
• 2.2.2 VLAN目的
• 2.2.3 划分VLAN的基本策略
• 2.2.4 VLAN的标准
• 2.2.4.1 802.10VLAN标准
• 2.2.4.2 802.1Q
• 2.2.4.3 Cisco ISL标签
• 2.3 简单网络管理协议（SNMP）相关技术
• 2.3.1 SNMP概述
• 2.3.2 MIB管理信息库
• 2.3.2.1 MIB管理信息库概述
• 2.3.2.2 MIB管理信息库结构图
• 2.3.2.3 管理信息库的对象命名举例
• 2.3.3 SNMP协议数据单元
• 2.3.3.1 SNMP协议数据单元概述
• 2.3.3.2 公共SNMP首都
• 2.3.3.3 GET/SET首都
• 2.3.3.4 TRAP首都
• 第三章 拓扑发现原理研究
• 3.1 以太网拓扑结构的数学模型
• 3.1.1 以太网物理拓扑转化为树（图论）
• 3.1.2 树（图论）的概述
• 3.1.3 树（图论）的基本概念
• 3.2 获取设备MAC地址,计算邻接关系
• 3.2.1 获取设备MAC地址
• 3.2.2 多VLAN网络规划与MAC地址获取
• 3.2.3 计算邻接关系
• 第四章 拓扑发现算法设计研究
• 4.1 算法概述与建立数学模型
• 4.1.1 算法概述
• 4.1.1.1 算法适用的以太网环境
• 4.1.1.2 算法设计思路描述
• 4.1.2 建立数学模型
• 4.2 拓扑发现算法设计与研究
• 4.2.1 结合二号学生公寓网络实例分析拓扑发现算法设计-总体分析
• 4.2.1.1 网络基本情况介绍
• 4.2.1.2 多VLAN网络地址规划
• 4.2.1.3 网络拓扑图
• 4.2.1.4 网络拓扑结构分析
• 4.2.1.5 拓扑发现算法分析
• 4.2.2 结合二号学生公寓网络实例分析拓扑发现算法设计-关键环节分析
• 4.2.3 实际拓扑计算展示
• 第五章 拓扑发现算法实现
• 5.1 相关技术
• 5.2 数据结构和数据库结构
• 5.2.1 算法描述
• 5.2.2 数据结构
• 5.2.3 数据库结构
• 5.3 算法实现
• 5.3.1 发现连接关系
• 5.3.2 构建交换机结点
• 5.3.3 拓扑发现算法
• 第六章 拓扑发现算法的改进
• 6.1 分析拓扑发现算法中存在的不足
• 6.1.1 概述
• 6.1.2 拓扑发现算法中的问题描述及确认
• 6.1.2.1 拓扑发现算法中存在部分设备拓扑识别有误的情况
• 6.1.2.2 拓扑发现算法中没有针对三层设备优化的情况
• 6.2 拓扑发现算法改进的相关技术分析
• 6.2.1 以太网络与OSI七层模型
• 6.2.1.1 OSI第二层数据链路层
• 6.2.1.2 OSI第三层网络层
• 6.2.1.3 OSI参考模型与TCP/IP以太网参考模型
• 6.2.2 以太网三层交换技术分析
• 6.2.2.1 三层交换技术的产生
• 6.2.2.2 三层交换原理
• 6.2.2.3 三层交换机与路由器的对比
• 6.3 根据拓扑发现算法存在不足的分析进行改进与优化
• 6.3.1 拓扑发现算法中增加对多VLAN的局域网络进行改进与优化
• 6.3.2 拓扑发现算法中增加针对三层设备的改进与优化
• 6.3.2.1 算法增加针对三层交换祝的改进
• 6.3.2.2 算法增加针对路由器及端口路由模式的改进与优化
• 第七章 拓扑展示管理系统
• 7.1 系统架构
• 7.2 实现平台
• 7.3 系统特点
• 7.4 拓扑效果实现
• 7.4.1 整体拓扑效果
• 7.4.2 自动拓扑构建效果
• 7.4.3 控制面板
• 7.5 拓扑展示管理系统在网管中的应用
• 第八章 总结
• 参考文献
• 致谢