以太網物理拓撲的發現方法
2019-11-05 01:41:12
供稿：網友
以太網技術是第二層網絡技術，其網絡發現到目前還沒有成熟的技術和方法?，F有的網管如ＨＰ ＯｐｅｎＶｉｅｗ無法提供第二層的網絡發現，并且各廠家的網管不能互通，如Ｃｉｓｃｏ的ＣＷＳＩ和３Ｃｏｍ Ｔｒａｎｃｅｎｄ等，須采用專用的協議或方法來實現。
目前，運行在第二層的通用協議有ＶＬＡＮ和Ｓｐａｎｎｉｎｇ Ｔｒｅｅ生成樹等，其主要設備是以太網交換機。根據網絡的拓撲結構，用以太網交換機組成的ＬＡＮ一般有３種運行模式：運行Ｓｐａｎｎｉｎｇ Ｔｒｅｅ協議、不運行Ｓｐａｎｎｉｎｇ Ｔｒｅｅ協議以及混合式。本文以混合模式為例，結合網橋和Ｓｐａｎｎｉｎｇ Ｔｒｅｅ的基本原理，介紹一種簡單的ＬＡＮ物理網絡拓撲的發現方法。
為方便討論，在此假定由以太網交換機組成的ＬＡＮ不支持ＶＬＡＮ技術。將靠近路由器Ｒ１的交換機Ｂ１設為優先級最低的ＤＲＤｅｓｉｇｎａｔｅｄ Ｒｏｏｔ，指定的根。Ｂ１、Ｂ２和Ｂ３形成一個環路，其上運行Ｓｐａｎｎｉｎｇ Ｔｒｅｅ協議；對于不運行Ｓｐａｎｎｉｎｇ Ｔｒｅｅ協議的ＬＡＮ，一般成樹型結構，不能有閉環連接，如Ｂ１、Ｂ４和Ｂ５為單鏈路級連，不運行Ｓｐａｎｎｉｎｇ Ｔｒｅｅ協議。
在ＬＡＮ物理網絡拓撲發現以前，網段的網關地址是已知的，如本例中的６１．１４０．２１６．２５４。為方便起見，我們假設所有以太網交換機的治理ＩＰ地址是已知的，即手工加入的，也可通過ＳＮＭＰ協議發現。如圖１所示的６１．１４０．２１６．２５３、６１．１４０．２１６．２４５、６１．１４０．２１６．２４６、６１．１４０．２１６．２１５和６１．１４０．２１６．２１９共５臺以太網交換機的ＩＰ地址是已知。
為方便說明，本文將網關看作ＬＡＮ的根。兩臺交換機直連時，將靠近根的交換機稱作上游交換機，另一臺稱作下游交換機。下面論述ＬＡＮ物理拓撲發現的方法。
１ 通過網管向所有交換機發Ｃｌｅａｒ命令，清除交換機上所有的包轉發表。
從橋的基本原理得知，以太網交換機動態學習通過它的數據包的ＭＡＣ地址，并生成包轉發表，轉發表包含了目的ＭＡＣ對應的目的端口號。由于交換機治理ＩＰ地址之間可能會進行一些相互的訪問（如ｐｉｎｇ或ｔｅｌｎｅｔ等操作），各個交換機的包轉發表比較復雜。為使問題簡單化，我們先把各個交換機的包轉發表清除掉，讓交換機重新學習并生成包轉發表，然后繼續下面的操作。
?。玻?利用路由器Ｒ１的ＡＲＰ地址解析協議表，得到所有交換機的治理ＩＰ地址所對應的ＭＡＣ地址以太網物理地址。
為保證ＡＲＰ表包含所有交換機的ＭＡＣ地址，可以執行“ｐｉｎｇ廣播地址”命令，如“ｐｉｎｇ ６１．１４０．２１６．２５５假定圖１中治理子網的網模為６１．１４０．２１６．１２８”。路由器接收到該命令后，將從目的地６１．１４０．２１６．１２９開始執行ｐｉｎｇ命令，直到６１．１４０．２１６．２５５結束。此時，路由器的ＡＲＰ表是最全、最新的。
?。? 從各個交換機中獲得包轉發表并進行分析。
在交換機Ｂ１上，只有通過Ｆ０／２４端口才能到達ＭＡＣ地址為００ｅ０．１ｅｃｅ．１ｂｄ２的交換機或路由器。同理可知到達其他交換機的端口。通過這個簡單的方法可以得到以Ｂ１為中心的星型網絡結構?！ 〉沁€存在多個ＭＡＣ地址同一目的端口的情況，如表２中，００９０．０４１６．ｄ８ｆ８ Ｂ５和０８００．４ｅｃｃ．８９ｄ８Ｂ４ 都是通過Ｆ０／１８到達的，這種情況說明存在交換機級連。對交換機Ｂ１而言， Ｂ５和Ｂ４通過同一目的端口Ｆ０／１８，而到網關的端口號是Ｆ０／２４，這說明Ｂ４和Ｂ５是Ｂ１的下游交換機，并且兩者級連。
通過分析Ｂ４和Ｂ５交換機上的ＭＡＣ轉發表來判定Ｂ４和Ｂ５交換機的連接情況。交換機Ｂ４上的ＭＡＣ轉發表見表３ 同樣只保留了與交換機治理ＭＡＣ地址有關的條目。
與交換機Ｂ１對應的條目，這是因為發自Ｂ１的治理ＩＰ地址的數據包一般不通過Ｂ４，即上游交換機的數據包一般不通過下游交換機。這樣，下游交換機的ＭＡＣ轉發表中不會擁有上游交換機的ＭＡＣ轉發條目。但每臺交換機上都有指向網關的ＭＡＣ轉發條目因執行了“ｐｉｎｇ ６１．１４０．２１６．２５５ ”命令。由表３可知，到達交換機８００．４ｅｃｃ．８９ｄ８Ｂ５的目的端口是Ｆ０／２５，而到達００ｅ０．１ｅｃｅ．１ｂｄ２的端口是Ｆ０／２４ 。這說明Ｂ５是Ｂ４的下游交換機， Ｂ４與上游交換機Ｂ１的端口是Ｆ０／２４。根據Ｂ２、Ｂ３和Ｂ５交換機的ＭＡＣ轉發表，同理可以判定出Ｂ２、Ｂ３和Ｂ５到上游交換機的端口號，從而得知整個網絡的拓撲結構。
?。? 尋找被Ｓｐａｎｎｉｎｇ Ｔｒｅｅ隱藏的連接。
由于Ｂ１、Ｂ２和Ｂ３之間運行了Ｓｐａｎｎｉｎｇ Ｔｒｅｅ協議，Ｂ２的端口Ｆ０／１處于Ｂｌｏｃｋ阻塞狀態，采用上述方法無法得知Ｂ２和Ｂ３之間存在物理連接。這時，我們可以利用Ｓｐａｎｎｉｎｇ Ｔｒｅｅ協議本身的特點來發現Ｂ２和Ｂ３之間的連接。
根據Ｓｐａｎｎｉｎｇ Ｔｒｅｅ協議，每一個ＳｅｇｍｅｎｔＬＡＮ交換機之間的ＬＡＮ連接存在一個ＤＢＤｅｓｉｇｎａｔｅｄ Ｂｒｉｄｇｅ，指定的橋。與該Ｓｅｇｍｅｎｔ連接的交換機的端口都知道本Ｓｅｇｍｅｎｔ的ＤＢ的ＩＤ識別號，即不同交換機上的端口的ＤＢ ＩＤ相同，說明這些端口連接在同一Ｓｅｇｍｅｎｔ上。如在圖１中，可以通過讀取交換機的端口參數得知交換機Ｂ３的Ｆ０ ／ １端口的ＤＢ ＩＤ是００３２．０００２．ｂ９ｃｆ．１ａｃ０，交換機Ｂ２的Ｆ０ ／ １端口的ＤＢ ＩＤ同樣是００３２．０００２．ｂ９ｃｆ．１ａｃ０，這說明Ｂ２的Ｆ０／１端口與Ｂ３的Ｆ０／１端口直連。通過該方法可以發現運行Ｓｐａｎｎｉｎｇ Ｔｒｅｅ 協議的網絡結構。
假如全網都運行Ｓｐａｎｎｉｎｇ Ｔｒｅｅ協議，通過該方法可以快速而簡單地發現其網絡結構。但該方法不能使用在沒有運行Ｓｐａｎｎｉｎｇ Ｔｒｅｅ協議的ＬＡＮ上，所以當ＬＡＮ是混合式時，應綜合采用本文所介紹的方法。
事實上，通過ＳＮＭＰ協議同樣可以獲得上述步驟中的所有信息，從而為實現網管開發提供了條件。此外，筆者為敘述簡單起見，在上文中假定由以太網交換機組成的ＬＡＮ不支持ＶＬＡＮ技術。但實際上，上述方法同樣適用于支持ＶＬＡＮ技術的ＬＡＮ。因支持ＶＬＡＮ的ＬＡＮ一定存在一個包含所有交換機在內的治理ＶＬＡＮ缺省情況下為ＶＬＡＮ １，我們只需把上述方法針對“ＶＬＡＮ １”進行分析，就可以很輕易地得到這種ＬＡＮ的物理拓撲結構。
