第３８卷第２期
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计算机工程
２０１２年１月
ＪａＩｌｕａｒｙ２０１２
文■耘讽码；Ａ
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・网络与通信・
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措糟‘，王勇。，■奠玲‘
一种基于ＳＮＭＰ的链路层拓扑发现算法
（桂林电子科技大学＆计算机科学与工程学院；ｂｃｓＩＰ广西分中心；ｃ信息与通信学院，广西桂林５４１００４）
■蔓：为提高链路层网络拓扑发现效率，提出一种基于简单网络管理协议的拓扑发现算法。将交换机间的连接网络用树形结构表示，自
顶向下连层确定每个交换机的连接关系。通过修改连接关系的判定条件，并结合线程池和哈希查找技术，提高拓扑发现的效率。实验结果表明，该算法能快速准确地获得完整的哺｝备：陌扑结构。
美ｔ■：链路层；拓扑发现；简单网络管理协议；地址转发表；线程池；哈希查找
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ｌ捱述
链路层拓扑发现是确定子网内部网络设备之间的连接关系，其中最主要的是确定交换机之间的连接关系。目前，基于简单网络管理协议（ｓｉｍｐＩｅ
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径。直接连接实际上是间接连接的特殊形式。例如在图ｌ中，ｓｗｉｔｃｈｌ和ｓｗｉｔｃｈ２属于直接连接关系，ｓｗｉｔｃｈｌ与ｓｗｉｔｃｈ４则是间接连接关系。
ｓＮＭＰ）的网络拓扑发现算法在国内外得到了广泛的研究”４１。文献【４—５Ｊ提出了基于地址转发表（ＡｄｄｒｅｓｓＦｏｎⅣａｒｄｉｎｇ１曲ｌｅ，ＡＦＴ）的物理拓扑发现算法，但该算法要求所有交换机的地址转发表是完整的。文献【６】在此基础上提出了改进算法，充分利用不完整的ＡＦＴ信息判断网络设备的连接关系，并能发现可能存在的“哑设备”，但该算法运算量较大。文献【７】通过将交换机端口分为上行端口和下行端口，降低了对ＡＦＴ的要求，并提出了一条判定上行端口和下行端口直连的引理。本文在上述研究工作的基础上。提出一种新的链路层网络拓扑发现算法，通过改进交换机连接关系的判定条件，并借助于线程池和哈希查找等技术，提高拓扑发现的效率。
２拓扑发现算法理论基稿
本文将子网中连接在一台路由器下的所有交换机的连接结构看作一棵“树”，设与路由器直接相连的交换机为树的第１层节点，与第１层交换机直接连接的交换机为第２层节点，以此类推，将交换机的连接结构划分为多个层，每个层有若干个节点。每个交换机节点又会连接一个或多个主机。这种结构方式清楚地反映了网络的拓扑结构。图１是一种常见的阿络拓扑结构。在交换机的结构树中，连接关系包括直接连接和问接连接。直接连接是指处于相邻位置的交换机相连接；而间接连接是指２个交换机之间存在着一条连接路
基盒疆目：国家自然科学基金资助项目（６嘴７２０２２）；广西研究生创新
基金资助项日（２０１０１０５９５０８１２Ｍ２１）
圈ｌ膏且曲阿掌精扦结糟
作者骱：潘楠（１９８５一），男，硕士研究生，主研方向：网络安全；
王勇．教授；陶晓玲，工程师
姻日囊：加１１－０５—１９
Ｅ・ｍａｉｌ：ｐｎ８５２７＠ｙａｌｌ００ｃｏｍｃｎ
万方数据
１０４
计算机工程
２０１２年１月２０日
２．１基本概念
定义ｌ标志节点即出口路由器。
定义２品表示第ｆ台交换机Ｓ的第Ｊ个端口。
定义３如表示品包含的ＭＡｃ地址的集合；＾表示交
换机墨的所有下行端口包含的ＭＡＣ地址的集合。
定义４若交换机Ｓ的４中包含除Ｓ本身以外的所有其他交换机的ＭＡｃ地址，则该交换机为根交换机。
定义５交换机端口所对应的地址转发表中出现标志节点ＭＡＣ地址的端口为上行端口，否则，为下行端口。
定义６交换机墨的Ａ中未出现其他交换机ＭＡｃ地址的端口为叶端口，否则，为非叶端口。２．２相关定理
定理ｌ若交换机墨的Ａ中包含交换机＆的ＭＡＣ地址
墨一心ｃ和Ａ，则可确定品与品有连接关系。
证明：因为交换机置的Ａ中包含Ｓ一胍ｃ和Ａ，说明
从毛出发必存在一条路径可以到达足，所以＆与＆有连接关系（直接相连或间接相连）。
定理２当＆与＆之间存在连接关系时。若Ａ中ＭＡｃ
地址的个数（ＩＡＩ）等于Ａ中ＭＡｃ地址个数（ＩＡＩ）加１，即
ｌ如｜．ＩＡ｜＋ｌ，则毛与＆直接连接。
证明：采用反证法证明。假设定理２不成立，即在品与
＆之间存在连接关系且Ｉ气ｌ＝ＩＡＩ＋ｌ时，％与＆为间接连接。由此可知，Ａ中除了包含瓯一枷ｃ和Ａ之外，还包含
其他交换机的ＭＡｃ地址，因此，有ｌ气ｌ＞ＩＡＩ＋ｌ，与假设矛
盾，定理２得证。
定理３如果交换机墨的叶端口品的Ａ中仅包含一台主机的ＭＡＣ地址，那么该主机与交换机的品端口直接相连，若包含多台主机的ＭＡｃ地址，则这些主机通过Ｈｕｂ与交换机的岛端口相连。
定理４如果交换机Ｓ的叶端口毛的如中仅包含路由器足的ＭＡＣ地址，那么尺与交换机置的品端口直接相连。
３改进的链路层拓扑发现算法
根据链路层网络的拓扑结构，将拓扑发现分为以下３个步骤：
（１）获得活动设备集合
由子网对应的出口路由器的ＩＰ地址和子网掩码可确定子网的ＩＰ探测范围，向该范围内的每一个ＩＰ地址发送ＩｃＭＰ回显请求报文，根据是否返回ＩｃＭＰ回显响应报文判断设备的活动状态。
（２）确定设备类型
向每个活动设备的指定端口１６ｌ号发送ｓＮＭＰ报文，若有回应，则确定是交换机，否则，认为是主机。
（３）确定设备之间的连接关系
网络中主要存在的连接关系包括交换机与交换机的连接、交换机与主机的连接以及交换机与出口路由器的连接。根据定理ｌ～定理４可分别判断以上连接关系，最终得到完整的网络拓扑结构。
在发现设备之间连接关系的操作中，确定交换机与交换机之间的连接关系最复杂也最耗时。传统的确定交换机与交换机之间连接关系的算法如下：
万方数据
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ｆｏｒ（交换机ｓｉ的第ｊ个靖口）｛ｉ“ｓ；已经与别的交换机端口相连）
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ｓ日与ｓｋ的上行端口直接相连；Ｊｌ｝
对于上述算法中的判定条件Ａ＝ＡＵ＆一心ｃ，需要将Ａ与网络中所有的ＡＵ瓯一胍ｃ（七≠ｆ）进行判断操作，而Ａ
的计算量很大，导致发现效率不高，根据定理ｌ和定理２，
可对上述判定条件作出修改，修改后的拓扑发现算法如下：
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ｓｎ与ｓｋ的上行端口直接相连；
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上述算法相对于传统算法的优势在于：通过修改交换机与交换机连接关系的判定条件，减少了Ａ的计算量，缩短了确定连接关系的时间，提高了发现效率。
算法的关键技术包括：
（１）采用线程池技术提高发现效率
本文采用线程池的方式实现算法的前２步。与一般的多线程技术相比，线程池适用于单个任务处理时间较短、所需处理任务数量较多的情况，可减少频繁创建和销毁线程花费的时间，节省系统资源开销。采用线程池获得活动设备集合的核心代码如下：
ＥｘｅｃｕｔｏｒＳｅｒｖｉｃｅ
ｐｏｏｌ＿Ｅｘｅｃｕｔｏｒｓ．ｎｅｗＳｃｈｅｄｕｌｅｄＴｈｒｅａｄＰｏｏｌ（５０）；
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ＡｒｆａｙＬｉｓｔ＜Ｆｕｎ盯ｅ＜Ｓｔｒｉｎｇ＞＞（）；
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ｐ００１．ｓｈｕｔｄｏｗｎ（）：
（２）采用哈希查找提高发现效率
在交换机连接关系的判断中，判断交换机端口的ＭＡｃ地址集合中是否包含某一给定ＭＡｃ这一操作的频率很高，但此操作一般需要通过遍历匹配实现，计算量非常大，尤其是在网络中交换机数目较多时，效率很低。因此，本文引入哈希表，将Ａ存为哈希表，采用哈希查找的方式确定ＭＡｃ
第３８卷第２期潘楠，王勇，陶晓玲：一种基于ｓＮＭＰ的链路层拓扑发现算法
换机相连。
地址的包含关系，判断交换机之间是否连接。其中，哈希函致采用折叠法加除留余教法构造：首先把ＭＡｃ地址分为６段，把每一段转换为十进制致后再顺叠相加，通过对相加的结果与Ｐｐ为一个素数，且小于或等于哈希表的大小）进行模运算得到哈希地址。此方法计算简单，得出的哈希地址可使ＭＡｃ地址比较均匀地分布在哈希表中，从而减少查找的次数。当然。任何哈希函数的选择都有可能出现冲突，本文选择拉链法处理冲突。
４棱心算扶实现
通过采用线程池技术可快速得到网络中的交换机集合
州ｆ圮＾和主机集合＾吲；确定ｓｗＩｒ曲中的根交换机，并没置
第ｌ层标识ｋｖＰ仁１，下一层标识ｎ“ｆｋｖｅｆ＿拓坩“１。在此基础上判定交换机与交换机、主机、路由器的连接关系，从根交换机开始逐层向下判断，类似于广度优先搜索算法，直到所有交换机都已判断，算法结束。基本流程如下：
（１）对交换机Ｓ。从ｊｗｆｆｃ＾中将其删除。
（２）对墨的一个恬动端口Ｓ，，将＾ｆ存为哈希表＾ｎｓ柚ｋｃ；根据定义判断乳的类型，若为上行端口，执行步骤（３）；若为下行端口，执行步骤（４）。
（３）判断＾ｄ曲＾如ｃ中ＭＡｃ个数是否为１，若是，则根据定理４确定晶与路由器相连；若不是，说明＆为只的上行
端口。
圈２阿皤拓｝｝置理鳍秉
实验网络是一个ｃ类子网，而对于ｃ类子网，最大存在的主机数为２５４台，采用本文算法创建一个大小为５０的线程池对象，进行全网活动设备的探谢仅需要约７．２ｓ，若采用单线程方式，则需要约１２３ｓ；对于确定交换机之问的连接关系这一操作，若采用改进前的算法耗时约３．９ｓ，而采用本文的发现算法仅需要约１．２ｓ，可见，本文算法的效率更高。
（４）根据定义６判断Ｓ，若其为叶端口，判断＾Ⅱ曲肼们中ＭＡｃ个数是否为ｌ，若是，则根据定理３确定Ｓ，与一台主机相连；若不是，则由定理３确定量．通过Ｈｕｂ与多台主机相连；否则，执行步骤（５）。
（５）从５ｗｆ，曲中取出交换机置。在妇ｊ柚缸ｃ中查找只一＾Ｍｃ，若能查到，再在＾ｄｊＭ忆ｃ中查找Ａ，若能查到，则根据定理１确定品与＆之间存在连接关系；然后判断＾ｄ曲Ｍ们中ＭＡｃ个数是否等于＾的ＭＡｃ个数再加ｌ，若相等，则根据定理２确定Ｓ．与以的上行端口＆直接相连，将邑一朋Ｈｃ存入第ｎ“ｒｊＰｖ“层交换机的集合中；如果查不到，则判定ｓｗｉｌｃ＾中是否还有未判断的交换机，若有，重复此步骤，若无，执行步骤（６）。
（６】若置还有未确定的端口，返回步骤（２）；否则，判断第ｋｐＰｊ层交换机的集合是否非空，若是，取未处理的交换机，并从集合中删除，返回步骤（１）；否则，执行步骤（７）。
（７）拓坩ｆ－＾“ｆｋｖ“。判断第ｋｗ，层交换机的集合是否非
６结束语
链路层的拓扑能真实地反映子网内部各个设备之问的连接情况。本文为快速实现链路层拓扑昀快速发现，提出了一种新的基于ｓＮＭＰ的拓扑发现算法，该算法通过修改交换机连接关系的判定条件，并采用线程池和哈希查找等技术，提高了拓扑发现的效率。同时能处理网络中存在的Ｈｕｂ。本文提出的算法能较好地解决单子网的拓扑发现问题，但无法发现存在ｖＬＡＮ的拓扑结构，这将是下一步的研究方向。
参考文簟
【ｌ】邓泽林．傅明．刘翌南一种新的异构网络链路层拓扑发现
算法Ｉ耵计算机工程，２０ｌｏ’３ｑ２）：１１９－１２０．
【２Ｊ孔令文，谭景倍数据链路层同络拓扑发现算珐研究唧．计算
机工程与设计，２∞８．２９（１９）：４９４Ｉ—４９“
空，若是，ｎ删ｋｖＰｆ加ｌ，取未处理的交换机，并从该层交
换机集台中删除，返回步骤（１）；否则，算法结束。
ｆ３】孙娟基于地址过滤的网络拓扑发现算法【刀计算机工程，
【４】Ｂ嘣ｔｂａｒｃＹＧ帅脚ａｋｉｓＭ．Ｍａ币ｎｃ，ｃｔ胡．伽Ｉｏ科Ｄｉｏｃｏｖｃｆｙｉｎ
Ｈ啪哪聊删ｓＩＰＮｅｔｗｏｒｌ【ｓ【Ｃ】胛眦．ｏｆ山ｅ１９ｔｌｌＡ肌ｕ甜ＪｏｉｎｔＣ０ｎｆ廿即ｃｅｏｆｍｃ皿ＥＣ伽Ｄｕ竹卸ｄｃｏｍ删１１ｉ∞ｄ０ＩｌｓＳｏｃｉ甜ｅｓ
【Ｓ．１．】：ＩＥＥＥＰＩｅｓｓ．２０００：２６５—２７４．
２０１０，３６（７）：９６．９８．
５测试结果与分析
５．１实验环曩
在搭建的实验环境中，有Ｉ台路由器、３台交换机、１台Ｈｕｂ和５台主机。在测试本文的算法前，需要确保３台交换机开启ｓＮＭＰ协议。
５．２实验结果分析
采用本文的改进算法对实验嘲络进行发现，结果如图２所示。图２的左侧以树形结构显示了发现网络中的所有交换机和主机的ＩＰ地址；右下方显示了设备的详细信息；右上方显示了子网拓扑图。借助于不同的网络设备图标，可以直观地反映设备类型。当鼠标移至网络设备或链路时，会显示出相应信息，方便查看。图中虚线表示多台主机通过Ｈｕｂ与交
【５】
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Ｙ．Ｇ帅ｆａｌａｋｉｓ
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ｕＳＡ：Ｉｓｎ】．２００１：２３７－２４８
【７】郑海，张国清物理罔络拓扑发现算法的研究【Ｊ】计算机研
究与发展，２００２，３９（３）：２６４・２６８
编辑张帆
万方数据
一种基于SNMP的链路层拓扑发现算法
作者：作者单位：
潘楠， 王勇， 陶晓玲， PAN Nan， WANG Yong， TAO Xiao-ling
潘楠,PAN Nan(桂林电子科技大学计算机科学与工程学院,广西桂林,541004)， 王勇,WANG Yong(桂林电子科技大学CSIP广西分中心,广西桂林,541004)， 陶晓玲,TAO Xiao-ling(桂林电子科技大学信息与通信学院,广西桂林,541004)计算机工程
Computer Engineering2012,38(2)
刊名：英文刊名：年，卷(期)：
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_jsjgc201202033.aspx
第３８卷第２期
ｖｏｌ－３８
Ｎｏ．２
文章■号ｔ
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２０１２年１月
ＪａＩｌｕａｒｙ２０１２
文■耘讽码；Ａ
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Ｃｏ唧ｕ时Ｅｎｇｉｎｅｅ咖ｇ
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１伽０＿删（加１２）ｏ：｝＿＿０１０３——∞
措糟‘，王勇。，■奠玲‘
一种基于ＳＮＭＰ的链路层拓扑发现算法
（桂林电子科技大学＆计算机科学与工程学院；ｂｃｓＩＰ广西分中心；ｃ信息与通信学院，广西桂林５４１００４）
■蔓：为提高链路层网络拓扑发现效率，提出一种基于简单网络管理协议的拓扑发现算法。将交换机间的连接网络用树形结构表示，自
顶向下连层确定每个交换机的连接关系。通过修改连接关系的判定条件，并结合线程池和哈希查找技术，提高拓扑发现的效率。实验结果表明，该算法能快速准确地获得完整的哺｝备：陌扑结构。
美ｔ■：链路层；拓扑发现；简单网络管理协议；地址转发表；线程池；哈希查找
ＬｉｎｋＬａｙｅｒ’ｒｏｐｏｌＯｇｙＤｉｓｃＯＶｅｒｙＡｌｇＯｒｉｔｈｍ
Ｂａｓｅｄ仰ＳｉＩｎｐＩｅＮｅｔｗｏｒｋＭａｎａｇｅｍｅｎｔ
Ｅ＾ＮＮ锄’ｗ＾ＮＧＹ０Ⅱ矿，１ＡｏⅪａｏ－曲ｇｃ
（ａｃｏｌｌｅｇｅｏｆｃｏｍｐｕｔｅｒｓ石ｅｎｃｃ
ＰｒｏｔｏｃｏＩ
ａｌｌｄＥｎｇｉ【ｌ∞血ｇ：ｂ
ｃｓｍＧ啪ｇ鲥ｃ朋竹；ｃ．ｃｏｕｅｇｃｏｆＩｌｌｆ０呻ａ６∞ａｎｄｃｂｍｍ帅ｉｃａｔｉ蚰，
ａｄｉｓｃｏｖｅｒｙ柚ｇ耐ｔｈｍｆｏｒｌｌｌｌｋｌ８ｙｅｒｏｆ
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Ｇｕｉｌｉｎｕｎｉｖｅ阽ｉ【ｙ
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ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｆｄｖｃⅡｌｅ
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ｄｅｓｃ—ｂｉｎｇⅡ＂ｃ∞ｎ∞ｄｏｎｓｂｅｔｗ∞ｎｓ“忙ｈ船孵ａⅡ优．ｔｈｅ
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链路层拓扑发现是确定子网内部网络设备之间的连接关系，其中最主要的是确定交换机之间的连接关系。目前，基于简单网络管理协议（ｓｉｍｐＩｅ
ＮｅｔｗｏｒｋＭａｎ８９ｅｍｅｎｔ
Ｐｒｏｔｏｃｏｌ，
径。直接连接实际上是间接连接的特殊形式。例如在图ｌ中，ｓｗｉｔｃｈｌ和ｓｗｉｔｃｈ２属于直接连接关系，ｓｗｉｔｃｈｌ与ｓｗｉｔｃｈ４则是间接连接关系。
ｓＮＭＰ）的网络拓扑发现算法在国内外得到了广泛的研究”４１。文献【４—５Ｊ提出了基于地址转发表（ＡｄｄｒｅｓｓＦｏｎⅣａｒｄｉｎｇ１曲ｌｅ，ＡＦＴ）的物理拓扑发现算法，但该算法要求所有交换机的地址转发表是完整的。文献【６】在此基础上提出了改进算法，充分利用不完整的ＡＦＴ信息判断网络设备的连接关系，并能发现可能存在的“哑设备”，但该算法运算量较大。文献【７】通过将交换机端口分为上行端口和下行端口，降低了对ＡＦＴ的要求，并提出了一条判定上行端口和下行端口直连的引理。本文在上述研究工作的基础上。提出一种新的链路层网络拓扑发现算法，通过改进交换机连接关系的判定条件，并借助于线程池和哈希查找等技术，提高拓扑发现的效率。
２拓扑发现算法理论基稿
本文将子网中连接在一台路由器下的所有交换机的连接结构看作一棵“树”，设与路由器直接相连的交换机为树的第１层节点，与第１层交换机直接连接的交换机为第２层节点，以此类推，将交换机的连接结构划分为多个层，每个层有若干个节点。每个交换机节点又会连接一个或多个主机。这种结构方式清楚地反映了网络的拓扑结构。图１是一种常见的阿络拓扑结构。在交换机的结构树中，连接关系包括直接连接和问接连接。直接连接是指处于相邻位置的交换机相连接；而间接连接是指２个交换机之间存在着一条连接路
基盒疆目：国家自然科学基金资助项目（６嘴７２０２２）；广西研究生创新
基金资助项日（２０１０１０５９５０８１２Ｍ２１）
圈ｌ膏且曲阿掌精扦结糟
作者骱：潘楠（１９８５一），男，硕士研究生，主研方向：网络安全；
王勇．教授；陶晓玲，工程师
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Ｅ・ｍａｉｌ：ｐｎ８５２７＠ｙａｌｌ００ｃｏｍｃｎ
万方数据
１０４
计算机工程
２０１２年１月２０日
２．１基本概念
定义ｌ标志节点即出口路由器。
定义２品表示第ｆ台交换机Ｓ的第Ｊ个端口。
定义３如表示品包含的ＭＡｃ地址的集合；＾表示交
换机墨的所有下行端口包含的ＭＡＣ地址的集合。
定义４若交换机Ｓ的４中包含除Ｓ本身以外的所有其他交换机的ＭＡｃ地址，则该交换机为根交换机。
定义５交换机端口所对应的地址转发表中出现标志节点ＭＡＣ地址的端口为上行端口，否则，为下行端口。
定义６交换机墨的Ａ中未出现其他交换机ＭＡｃ地址的端口为叶端口，否则，为非叶端口。２．２相关定理
定理ｌ若交换机墨的Ａ中包含交换机＆的ＭＡＣ地址
墨一心ｃ和Ａ，则可确定品与品有连接关系。
证明：因为交换机置的Ａ中包含Ｓ一胍ｃ和Ａ，说明
从毛出发必存在一条路径可以到达足，所以＆与＆有连接关系（直接相连或间接相连）。
定理２当＆与＆之间存在连接关系时。若Ａ中ＭＡｃ
地址的个数（ＩＡＩ）等于Ａ中ＭＡｃ地址个数（ＩＡＩ）加１，即
ｌ如｜．ＩＡ｜＋ｌ，则毛与＆直接连接。
证明：采用反证法证明。假设定理２不成立，即在品与
＆之间存在连接关系且Ｉ气ｌ＝ＩＡＩ＋ｌ时，％与＆为间接连接。由此可知，Ａ中除了包含瓯一枷ｃ和Ａ之外，还包含
其他交换机的ＭＡｃ地址，因此，有ｌ气ｌ＞ＩＡＩ＋ｌ，与假设矛
盾，定理２得证。
定理３如果交换机墨的叶端口品的Ａ中仅包含一台主机的ＭＡＣ地址，那么该主机与交换机的品端口直接相连，若包含多台主机的ＭＡｃ地址，则这些主机通过Ｈｕｂ与交换机的岛端口相连。
定理４如果交换机Ｓ的叶端口毛的如中仅包含路由器足的ＭＡＣ地址，那么尺与交换机置的品端口直接相连。
３改进的链路层拓扑发现算法
根据链路层网络的拓扑结构，将拓扑发现分为以下３个步骤：
（１）获得活动设备集合
由子网对应的出口路由器的ＩＰ地址和子网掩码可确定子网的ＩＰ探测范围，向该范围内的每一个ＩＰ地址发送ＩｃＭＰ回显请求报文，根据是否返回ＩｃＭＰ回显响应报文判断设备的活动状态。
（２）确定设备类型
向每个活动设备的指定端口１６ｌ号发送ｓＮＭＰ报文，若有回应，则确定是交换机，否则，认为是主机。
（３）确定设备之间的连接关系
网络中主要存在的连接关系包括交换机与交换机的连接、交换机与主机的连接以及交换机与出口路由器的连接。根据定理ｌ～定理４可分别判断以上连接关系，最终得到完整的网络拓扑结构。
在发现设备之间连接关系的操作中，确定交换机与交换机之间的连接关系最复杂也最耗时。传统的确定交换机与交换机之间连接关系的算法如下：
万方数据
ｆ０“每个交换机Ｓｊ）｛
ｆｏｒ（交换机ｓｉ的第ｊ个靖口）｛ｉ“ｓ；已经与别的交换机端口相连）
ｃｏｎｔｉｎｕｅ：
ｅｌ∞｛
ｉ“Ａｉｉ－ＡｋＵＳＬＭＡＣ）
ｓ日与ｓｋ的上行端口直接相连；Ｊｌ｝
对于上述算法中的判定条件Ａ＝ＡＵ＆一心ｃ，需要将Ａ与网络中所有的ＡＵ瓯一胍ｃ（七≠ｆ）进行判断操作，而Ａ
的计算量很大，导致发现效率不高，根据定理ｌ和定理２，
可对上述判定条件作出修改，修改后的拓扑发现算法如下：
ｆｏｒ（每个交换机ｓｉ）｛
ｆｏｒ（交换机Ｓ。的第ｊ个靖口）ｌｉ“Ｓ；已经与别的交换机端口相连）
ｃｏｎｔｉｎｕｅ：
ｅｌｓｅＩ
ｉ“Ａｂ中能查找到ｓＬＭＡＣ）ｌｉ“Ａｉ，中能查找到ＡｋＪ｛
ｉ“ＩＡｂＩ－ＩＡｋ｜＋１）
ｓｎ与ｓｋ的上行端口直接相连；
｝ｌ｝Ｊｌ
上述算法相对于传统算法的优势在于：通过修改交换机与交换机连接关系的判定条件，减少了Ａ的计算量，缩短了确定连接关系的时间，提高了发现效率。
算法的关键技术包括：
（１）采用线程池技术提高发现效率
本文采用线程池的方式实现算法的前２步。与一般的多线程技术相比，线程池适用于单个任务处理时间较短、所需处理任务数量较多的情况，可减少频繁创建和销毁线程花费的时间，节省系统资源开销。采用线程池获得活动设备集合的核心代码如下：
ＥｘｅｃｕｔｏｒＳｅｒｖｉｃｅ
ｐｏｏｌ＿Ｅｘｅｃｕｔｏｒｓ．ｎｅｗＳｃｈｅｄｕｌｅｄＴｈｒｅａｄＰｏｏｌ（５０）；
ＡｍｙＬｉｓｔ＜Ｆｕｔｕｒｃ＜Ｓｔｒｉｎｇ＞＞ｆｕｔｕｒｃＬｉｓｔ＝
ｎｅｗ
ＡｒｆａｙＬｉｓｔ＜Ｆｕｎ盯ｅ＜Ｓｔｒｉｎｇ＞＞（）；
ｆｏｆ（ｉｎ“＝ｏ；ｉ＜ｉｐＳｐ∞ｅＬｉｓｔ．ｓｉｚｃ（）；ｉ＋＋）｛
ｆｕｔｕｒｅＬｉｓｔ．ａｄｄ（ｐ００１．ｓｕｂｍｉｔ（ｎｅｗ
ＰｉｎｇＡｃｔｉＶｅＤｅＶｉｃｅＣａｌｌａｂｌｅ（ｉｐｓｐａｃｅＬｉｓｔ．ｇｅｔ（ｉ））））：Ｊ
ｆｏｒ（Ｆｕｔｕｒｅ＜Ｓｔｒｉｎｇ＞ｆｓ：ｆｕｔｕｒｃＬｉｓｔ）ｆ
ｔｒｙ
ｆ
ｉ“ｆｓ名ｅｔ（）ｆ－ｎｕｌｌ）
ａｃｔｊＶｅＤｅＶｉｃｅＬｉｓｔ．ａｄｄ（ｆｓ．ｇｃｔ（）．ｔ０ＳⅢｎｇ（））；
｝ｃａｔｃｈ（Ｉｎｔｅ唧ｐｔｅｄＥｘｃｅｐｔｉｏｎｅ）ｆ
ｅ．ｐｒｉｎｔＳｔａｃｋＴｒａｃｅ（）：
｝ｃａｔｃｈ《ＥｘｅｃｕｔｉｏｎＥｘｃｅｐｔｉｏ曲ｅ）ｆｅ．ｐｒｉｎｔＳｔａｃｋＴｒａｃｅ（）；｝｝
ｐ００１．ｓｈｕｔｄｏｗｎ（）：
（２）采用哈希查找提高发现效率
在交换机连接关系的判断中，判断交换机端口的ＭＡｃ地址集合中是否包含某一给定ＭＡｃ这一操作的频率很高，但此操作一般需要通过遍历匹配实现，计算量非常大，尤其是在网络中交换机数目较多时，效率很低。因此，本文引入哈希表，将Ａ存为哈希表，采用哈希查找的方式确定ＭＡｃ
第３８卷第２期潘楠，王勇，陶晓玲：一种基于ｓＮＭＰ的链路层拓扑发现算法
换机相连。
地址的包含关系，判断交换机之间是否连接。其中，哈希函致采用折叠法加除留余教法构造：首先把ＭＡｃ地址分为６段，把每一段转换为十进制致后再顺叠相加，通过对相加的结果与Ｐｐ为一个素数，且小于或等于哈希表的大小）进行模运算得到哈希地址。此方法计算简单，得出的哈希地址可使ＭＡｃ地址比较均匀地分布在哈希表中，从而减少查找的次数。当然。任何哈希函数的选择都有可能出现冲突，本文选择拉链法处理冲突。
４棱心算扶实现
通过采用线程池技术可快速得到网络中的交换机集合
州ｆ圮＾和主机集合＾吲；确定ｓｗＩｒ曲中的根交换机，并没置
第ｌ层标识ｋｖＰ仁１，下一层标识ｎ“ｆｋｖｅｆ＿拓坩“１。在此基础上判定交换机与交换机、主机、路由器的连接关系，从根交换机开始逐层向下判断，类似于广度优先搜索算法，直到所有交换机都已判断，算法结束。基本流程如下：
（１）对交换机Ｓ。从ｊｗｆｆｃ＾中将其删除。
（２）对墨的一个恬动端口Ｓ，，将＾ｆ存为哈希表＾ｎｓ柚ｋｃ；根据定义判断乳的类型，若为上行端口，执行步骤（３）；若为下行端口，执行步骤（４）。
（３）判断＾ｄ曲＾如ｃ中ＭＡｃ个数是否为１，若是，则根据定理４确定晶与路由器相连；若不是，说明＆为只的上行
端口。
圈２阿皤拓｝｝置理鳍秉
实验网络是一个ｃ类子网，而对于ｃ类子网，最大存在的主机数为２５４台，采用本文算法创建一个大小为５０的线程池对象，进行全网活动设备的探谢仅需要约７．２ｓ，若采用单线程方式，则需要约１２３ｓ；对于确定交换机之问的连接关系这一操作，若采用改进前的算法耗时约３．９ｓ，而采用本文的发现算法仅需要约１．２ｓ，可见，本文算法的效率更高。
（４）根据定义６判断Ｓ，若其为叶端口，判断＾Ⅱ曲肼们中ＭＡｃ个数是否为ｌ，若是，则根据定理３确定Ｓ，与一台主机相连；若不是，则由定理３确定量．通过Ｈｕｂ与多台主机相连；否则，执行步骤（５）。
（５）从５ｗｆ，曲中取出交换机置。在妇ｊ柚缸ｃ中查找只一＾Ｍｃ，若能查到，再在＾ｄｊＭ忆ｃ中查找Ａ，若能查到，则根据定理１确定品与＆之间存在连接关系；然后判断＾ｄ曲Ｍ们中ＭＡｃ个数是否等于＾的ＭＡｃ个数再加ｌ，若相等，则根据定理２确定Ｓ．与以的上行端口＆直接相连，将邑一朋Ｈｃ存入第ｎ“ｒｊＰｖ“层交换机的集合中；如果查不到，则判定ｓｗｉｌｃ＾中是否还有未判断的交换机，若有，重复此步骤，若无，执行步骤（６）。
（６】若置还有未确定的端口，返回步骤（２）；否则，判断第ｋｐＰｊ层交换机的集合是否非空，若是，取未处理的交换机，并从集合中删除，返回步骤（１）；否则，执行步骤（７）。
（７）拓坩ｆ－＾“ｆｋｖ“。判断第ｋｗ，层交换机的集合是否非
６结束语
链路层的拓扑能真实地反映子网内部各个设备之问的连接情况。本文为快速实现链路层拓扑昀快速发现，提出了一种新的基于ｓＮＭＰ的拓扑发现算法，该算法通过修改交换机连接关系的判定条件，并采用线程池和哈希查找等技术，提高了拓扑发现的效率。同时能处理网络中存在的Ｈｕｂ。本文提出的算法能较好地解决单子网的拓扑发现问题，但无法发现存在ｖＬＡＮ的拓扑结构，这将是下一步的研究方向。
参考文簟
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空，若是，ｎ删ｋｖＰｆ加ｌ，取未处理的交换机，并从该层交
换机集台中删除，返回步骤（１）；否则，算法结束。
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【４】Ｂ嘣ｔｂａｒｃＹＧ帅脚ａｋｉｓＭ．Ｍａ币ｎｃ，ｃｔ胡．伽Ｉｏ科Ｄｉｏｃｏｖｃｆｙｉｎ
Ｈ啪哪聊删ｓＩＰＮｅｔｗｏｒｌ【ｓ【Ｃ】胛眦．ｏｆ山ｅ１９ｔｌｌＡ肌ｕ甜ＪｏｉｎｔＣ０ｎｆ廿即ｃｅｏｆｍｃ皿ＥＣ伽Ｄｕ竹卸ｄｃｏｍ删１１ｉ∞ｄ０ＩｌｓＳｏｃｉ甜ｅｓ
【Ｓ．１．】：ＩＥＥＥＰＩｅｓｓ．２０００：２６５—２７４．
２０１０，３６（７）：９６．９８．
５测试结果与分析
５．１实验环曩
在搭建的实验环境中，有Ｉ台路由器、３台交换机、１台Ｈｕｂ和５台主机。在测试本文的算法前，需要确保３台交换机开启ｓＮＭＰ协议。
５．２实验结果分析
采用本文的改进算法对实验嘲络进行发现，结果如图２所示。图２的左侧以树形结构显示了发现网络中的所有交换机和主机的ＩＰ地址；右下方显示了设备的详细信息；右上方显示了子网拓扑图。借助于不同的网络设备图标，可以直观地反映设备类型。当鼠标移至网络设备或链路时，会显示出相应信息，方便查看。图中虚线表示多台主机通过Ｈｕｂ与交
【５】
Ｂｎ州蛆ｎ
Ｙ．Ｇ帅ｆａｌａｋｉｓ
Ｍ，Ｊ缸Ｂ，ｃｔ胡．Ｔ‘，ｐｏｌｏｇｙＤｉｓｃｏｖｏｒｙｊｎ
Ｈｅ懈Ｄｇ曲ｅｏｕｓ口Ｎｅｔｗｏ【Ｉ（８：ｎｅＮ眦Ｉｎｖ即砌了Ｓｙｓ把ｍ【Ｊ】ⅢＥ日
ＡＣＭ
Ｔｒ删ｄ∞ｓ叩№ｔｗｏｒＩ（ｉｎ盘２００４，１２（３）：加１４１４．
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【６】Ｌｏｗ出帅ｐＢ，０’Ｈｍｌ啪ｎＲ，Ｇ瞄ｓＴＲＴ０叫ｏｇｙＤｉｓｃ０ＶｅＩｙｆｏｒ
ｓＩＧｃ０Ⅳ蹦’０ｌｓｎ
Ｄｉｃｇｏ．
Ｌａ噼Ｅ山ｍｃｔＮ眈ｗｏｒＩ（ｓ【ｑ腑ｏｃ
ｕＳＡ：Ｉｓｎ】．２００１：２３７－２４８
【７】郑海，张国清物理罔络拓扑发现算法的研究【Ｊ】计算机研
究与发展，２００２，３９（３）：２６４・２６８
编辑张帆
万方数据
一种基于SNMP的链路层拓扑发现算法
作者：作者单位：
潘楠， 王勇， 陶晓玲， PAN Nan， WANG Yong， TAO Xiao-ling
潘楠,PAN Nan(桂林电子科技大学计算机科学与工程学院,广西桂林,541004)， 王勇,WANG Yong(桂林电子科技大学CSIP广西分中心,广西桂林,541004)， 陶晓玲,TAO Xiao-ling(桂林电子科技大学信息与通信学院,广西桂林,541004)计算机工程
Computer Engineering2012,38(2)
刊名：英文刊名：年，卷(期)：
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_jsjgc201202033.aspx