确定网络拓扑结构的方法和装置与流程

本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种确定网络拓扑结构的方法和装置。

背景技术：

随着互联网技术的飞速发展，互联网、云计算公司数据中心的网络设备数量越来越多，网络拓扑结构也越来越复杂，网络拓扑发现作为网络监控和网络排障最基础的部分，能加快网络排障速度，为运维人员提供网络间的连接关系。其中，网络拓扑结构是指用传输介质互联各种设备的布局，即构成网络的成员间特定的物理的即真实的或者逻辑的即虚拟的排列方式。

目前，常用的网络拓扑发现的方法包括：基于snmp协议的网络拓扑发现方法和基于路由协议的网络拓扑发现方法。其中，snmp协议：simplenetworkmanagementprotocol，简单网络管理协议，由一组网络管理的标准组成，包含一个应用层协议、数据库模型和一组资源对象。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

由于机房的很多探测数据已经是基于snmp协议抓取的(例如端口流量)，而通过snmp协议对设备进行高频度抓取容易导致设备cpu使用率过高，影响设备转发报文。另外，snmp协议报文基于udp来操作，有可能出现丢失的情况，精度较低，因此对精度要求较高的机房拓扑数据而言，基于snmp协议的网络拓扑发现方法效果较差。其中，udp(userdatagramprotocol，用户数据报协议)是开放式系统互联参考模型中一种无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务。基于路由协议的网络拓扑发现方法虽然也能发现链路连接关系，但是多数设备上的路由条目是以网段的形式存在，无法确保拓扑被完整的探测出来，精度较低，对精度要求较高的机房拓扑数据而言，其效果较差。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供一种确定网络拓扑结构的方法和装置，能够实时地探测出网络拓扑结构，精度较高，易于维护，而且不产生额外的网络探测报文，不影响机房设备对报文的转发。

为实现上述目的，根据本发明实施例的一个方面，提供了一种确定网络拓扑结构的方法，包括：获取与链路层发现协议相关的第一数据，以确定网络设备之间的连接关系；获取与地址解析协议相关的第二数据和与介质访问控制协议相关的第三数据，以确定网络设备与主机之间的连接关系；基于所述网络设备之间的连接关系和所述网络设备与主机之间的连接关系，确定网络拓扑结构。

可选地，所述方法还包括：获取全网活动的网络设备的ip；基于所述ip，模拟登录所述全网活动的网络设备，以从全网活动的网络设备上获取与链路层发现协议相关的第一数据、与地址解析协议相关的第二数据和与介质访问控制协议相关的第三数据。

可选地，所述方法还包括：获取全网活动的网络设备的配置信息；

获取与链路层发现协议相关的第一数据以确定网络设备之间的连接关系包括：基于所述配置信息和所述第一数据，确定本端网络设备的本地端口信息以及与所述本地端口连接的远端网络设备的远端端口信息；根据本端网络设备的本地端口信息以及与所述本地端口连接的远端网络设备的远端端口信息，确定网络设备之间的连接关系。

可选地，确定网络设备与主机之间的连接关系包括：解析所述第二数据，以确定第一物理地址和与第一物理地址对应的主机；解析所述第三数据，以确定第二物理地址、与第二物理地址对应的网络设备和所述网络设备的端口；判断第一物理地址和第二物理地址是否相同，若相同，则确定所述主机与所述端口相连。

可选地，解析所述第二数据，以确定第一物理地址和与第一物理地址对应的主机包括：解析所述第二数据，获得第一物理地址和ip信息；基于获取的全网活动的网络设备的ip，确定所述ip信息是否为主机的ip；若是，则确定与第一物理地址对应的主机。

为实现上述目的，根据本发明实施例的一个方面，提供了一种确定网络拓扑结构的装置，包括：第一获取模块，用于获取与链路层发现协议相关的第一数据，以确定网络设备之间的连接关系；第二获取模块，用于获取与地址解析协议相关的第二数据和与介质访问控制协议相关的第三数据，以确定网络设备与主机之间的连接关系；拓扑结构确定模块，用于基于所述网络设备之间的连接关系和所述网络设备与主机之间的连接关系，确定网络拓扑结构。

可选地，所述装置还包括模拟登录模块，用于：获取全网活动的网络设备的ip；基于所述ip，模拟登录所述全网活动的网络设备，以从全网活动的网络设备上获取与链路层发现协议相关的第一数据、与地址解析协议相关的第二数据和与介质访问控制协议相关的第三数据。

可选地，所述装置还包括配置信息获取模块，用于获取全网活动的网络设备的配置信息；所述第一获取模块还用于：基于所述配置信息和所述第一数据，确定本端网络设备的本地端口信息以及与所述本地端口连接的远端网络设备的远端端口信息；根据本端网络设备的本地端口信息以及与所述本地端口连接的远端网络设备的远端端口信息，确定网络设备之间的连接关系。

可选地，所述第二获取模块还用于：解析所述第二数据，以确定第一物理地址和与第一物理地址对应的主机；解析所述第三数据，以确定第二物理地址、与第二物理地址对应的网络设备和所述网络设备的端口；判断第一物理地址和第二物理地址是否相同，若相同，则确定所述主机与所述端口相连。

可选地，所述第二获取模块还用于：解析所述第二数据，获得第一物理地址和ip信息；基于获取的全网活动的网络设备的ip，确定所述ip信息是否为主机的ip；若是，则确定与第一物理地址对应的主机。

为实现上述目的，根据本发明实施例的一个方面，提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现本发明实施例的确定网络拓扑结构的方法。

为实现上述目的，根据本发明实施例的一个方面，提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现本发明实施例的确定网络拓扑结构的方法。

上述发明中的一个实施例具有如下优点或有益效果：因为根据与链路层发现协议相关的第一数据确定网络设备之间的连接关系；根据与地址解析协议相关的第二数据和与介质访问控制协议相关的第三数据，确定网络设备与主机之间的连接关系；基于所述网络设备之间的连接关系和所述网络设备与主机之间的连接关系，确定网络拓扑结构的技术手段，能够实时地探测出网络拓扑结构，精度较高，易于维护，而且不产生额外的网络探测报文，不影响机房设备对报文的转发。

上述的非惯用的可选方式所具有的进一步效果将在下文中结合具体实施方式加以说明。

附图说明

附图用于更好地理解本发明，不构成对本发明的不当限定。其中：

图1是根据本发明实施例的确定网络拓扑结构的方法的主要流程的示意图；

图2是本发明实施例的网络逻辑图；

图3是根据本发明实施例的确定网络拓扑结构的装置的主要模块的示意图；

图4是本发明实施例可以应用于其中的示例性系统架构图；

图5是适于用来实现本发明实施例的终端设备或服务器的计算机系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的示范性实施例做出说明，其中包括本发明实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本发明的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

图1是根据本发明实施例的确定网络拓扑结构的方法的主要流程的示意图。如图1所示，该方法包括：

步骤s101：获取与链路层发现协议相关的第一数据，以确定网络设备之间的连接关系；

步骤s102：获取与地址解析协议相关的第二数据和与介质访问控制协议相关的第三数据，以确定网络设备与主机之间的连接关系；

步骤s103：基于所述网络设备之间的连接关系和所述网络设备与主机之间的连接关系，确定网络拓扑结构。

在本法实施例中，可以将机房或数据中心的设备按照逻辑关系抽象为网络逻辑图，如图2所示。全网的设备(即机房或数据中心的设备)是指在网络数据传输过程中流经的设备，可以是网关、交换机、路由器、主机以及网络中其他的机器。在图2中，核心设备层可以包括网关；tor设备层可以包括以tor(topofrank，最高等级)方式接入的路由器或交换机。

在步骤s101之前，所述方法还包括：

获取全网活动的网络设备的ip；

基于所述ip，模拟登录所述全网活动的网络设备，以从全网活动的网络设备上获取与链路层发现协议相关的第一数据、与地址解析协议相关的第二数据和与介质访问控制协议相关的第三数据。

网络设备是指具有网络转发功能的设备，例如交换机、路由和网关，即图2中核心设备层的设备和tor设备层的设备。活动的网络设备是指该网络设备处于开机状态。一般机房或机房数据中心的网络设备的ip网段是预先设定的，则可以通过主动方式对预先设定的网段进行扫描以获取全网活动的网络设备的ip，例如通过ping命令(packetinternetgroper，因特网包探索器，用于测试网络连接量的程序，应用格式：ping空格ip地址)获取全网活动的网络设备的ip。网络设备的ip可以称为管理ip，管理ip为可以登录设备并对设备进行管理的ip地址。基于获得的ip，通过ssh(secureshell，安全外壳协议)模拟登录每一台活动的网络设备，从全网活动的网络设备上获取与链路层发现协议相关的第一数据、与地址解析协议相关的第二数据和与介质访问控制协议相关的第三数据。

具体的，可以通过netconf(thenetworkconfigurationprotocol，netconf的事件通知机制)或ssh模拟执行命令等方式从设备上获取与链路层发现协议相关的第一数据、与地址解析协议相关的第二数据和与介质访问控制协议相关的第三数据。

其中，链路层发现协议(lldp，linkla6erdiscover6protocol)提供了一种标准的链路层发现方式，可以将本端网络设备的主要能力、管理地址、设备标识、接口标识等信息组织成不同的tlv(t6pe/length/value，类型/长度/值)，并封装在lldpdu(linkla6erdiscover6protocoldataunit，链路层发现协议数据单元)中发布给与自己直连的邻居。

进一步的，在登录上活动的网络设备之后，可以获取全网活动的网络设备的配置信息，该配置信息可以包括品牌信息、版本信息和该网络设备的名称。则可以获得网络设备的ip与该网络设备的名称之间的映射关系。

由于在数据中心的网络设备可能存在多个品牌，可以将已知的品牌的相关命令全部写入程序中以获取该设备的品牌和版本信息。根据该品牌和版本信息可以确定与链路层发现协议相关的第一数据(以下简称lldp表项数据)的存储形式，进而可以对lldp表项数据进行解析。

获取与链路层发现协议相关的第一数据，以确定网络设备之间的连接关系的步骤包括：

基于所述配置信息和所述与链路层发现协议相关的第一数据，确定本端网络设备的本地端口信息以及与所述本地端口连接的远端网络设备的远端端口信息；

根据本端网络设备的本地端口信息以及与所述本地端口连接的远端网络设备的远端端口信息，确定网络设备之间的连接关系。网络设备包括本端网络设备和远端网络设备。

虽然不同品牌的网络设备的lldp表项数据的存储形式不同，但都包括本地端口的名称，远端端口的名称以及远端网络设备的名称。

由于lldp表项数据表示的是邻居关系，是一个相互的记录关系，因此，可以将lldp表项数据中远端网络设备的名称转换为远端网络设备的ip。作为具体的示例，通过网络设备a的ip(以下简称ip_a)登录网络设备a，在网络设备a的lldp表项数据中存在一条数据：ifa—b—ifb，其中，ifa表示本地端口ip_a，b表示本地端口ip_a连接的远端网络设备b的名称，ifb表示远端网络设备b的端口。通过网络设备b的ip(以下简称ip_b)登录网络设备b，在网络设备b的lldp表项数据中存在一条数据：ifb—a—ifa，其中，ifb表示本地端口ip_b，a表示本地端口ip_b连接的远端网络设备a的名称，ifa表示远端网络设备a的端口。根据上述两个设备的lldp表项数据可以确定网络设备a与网络设备b之间的连接关系：网络设备a的端口ip_a与网络设备b的端口ip_b相连。

在实际网络应用中，主机很少开通lldp协议，即便主机开通了lldp协议，对于运行docker(容器)或虚拟机的主机而言，内部docker或虚拟机也难以被lldp协议感知到。而对于网络设备而言，其能够对流经端口的所有数据包进行头部学习，因此，可以利用网络设备学习到的与地址解析协议相关的第二数据和与介质访问控制协议相关的第三数据来探测网络设备与主机之间的连接关系。

其中，地址解析协议(arp，addressresolutionprotocol)是根据ip地址获取物理地址的一个tcp/ip协议。主机发送信息时将包含目标ip地址的arp请求广播到网络上的所有主机，并接收返回消息，以此确定目标的物理地址；收到返回消息后将该ip地址和物理地址存入本机arp缓存中并保留一定时间，下次请求时直接查询arp缓存以节约资源。介质访问控制协议(mac，mediaaccesscontrol)定义了数据帧怎样在介质上进行传输。在共享同一个带宽的链路中，对连接介质的访问是“先来先服务”的。mac地址称为物理地址，用来定义网络设备的位置。为方便描述，以下将与地址解析协议相关的第二数据简称为arp表项数据，与介质访问控制协议相关的第三数据简称为mac表项数据。

对于步骤s102，获取arp表项数据和mac表项数据，以确定网络设备与主机之间的连接关系的步骤包括：

解析获取的mac表项数据，以确定第二物理地址、与第二物理地址对应的网络设备和所述网络设备的端口；

解析获取的arp表项数据，以确定第一物理地址和与第一物理地址对应的主机；

判断第一物理地址和第二物理地址是否相同，若相同，则确定所述主机与所述端口相连。

在某些网络中存在给虚拟局域网(vlan)分配ip和物理地址的需求，因此需要对mac表项数据进行过滤，以过滤掉为虚拟局域网(vlan)分配的ip和物理地址，具体的可以根据由解析获取的mac表项数据而获得的本地端口的属性信息进行过滤。

在某些arp表项数据中存储的ip信息是网络设备的ip，而不是主机的ip，因此需要对arp表项数据中的ip信息进行过滤，具体的可以根据如下过程过滤：

解析获取的arp表项数据，获得第一物理地址和ip信息；

基于获取的全网活动的网络设备的ip，所述ip信息是否为主机的ip；

若是，则确定与第一物理地址对应的主机

其中，该ip信息为活动的网络设备的ip或者主机的ip。基于上述获取的全网活动的网络设备的ip，确定该ip信息是否为主机的ip。当确定arp表项数据中的ip信息为主机的ip，则可以确定与第二物理地址对应的主机。

比对第一物理地址与第二物理地址，若两者相同，则确定arp表项数据中的主机与mac表项数据中的端口相连。

由于arp表项数据可以存储在核心设备层，也可以存储在tor设备层，为了使确定的网络拓扑结构更加完整以及准确，则在本发明实施例中从全网活动的网络设备上获取arp表项数据。

对于步骤s103，根据上述确定的网络设备之间的连接关系和所述网络设备与主机之间的连接关系，确定网络拓扑结构。

本发明实施例的方法因为根据与链路层发现协议相关的第一数据确定网络设备之间的连接关系；根据与地址解析协议相关的第二数据和与介质访问控制协议相关的第三数据，确定网络设备与主机之间的连接关系；基于所述网络设备之间的连接关系和所述网络设备与主机之间的连接关系，确定网络拓扑结构的技术手段，能够实时地探测出网络拓扑结构，精度较高，易于维护，而且不产生额外的网络探测报文，不影响机房设备对报文的转发。

图3是根据本发明实施例的确定网络拓扑结构的装置的主要模块的示意图。如图3所示，该装置300包括：第一获取模块301，用于获取与链路层发现协议相关的第一数据，以确定网络设备之间的连接关系；第二获取模块302，用于获取与地址解析协议相关的第二数据和与介质访问控制协议相关的第三数据，以确定网络设备与主机之间的连接关系；拓扑结构确定模块303，用于基于所述网络设备之间的连接关系和所述网络设备与主机之间的连接关系，确定网络拓扑结构。

可选地，所述装置还包括模拟登录模块，用于：获取全网活动的网络设备的ip；基于所述ip，模拟登录所述全网活动的网络设备，以从全网活动的网络设备上获取与链路层发现协议相关的第一数据、与地址解析协议相关的第二数据和与介质访问控制协议相关的第三数据。

可选地，所述装置还包括配置信息获取模块，用于获取全网活动的网络设备的配置信息；

第一获取模块301还用于：基于所述配置信息和所述与链路层发现协议相关的第一数据，确定本端网络设备的本地端口信息以及与所述本地端口连接的远端网络设备的远端端口信息；根据本端网络设备的本地端口信息以及与所述本地端口连接的远端网络设备的远端端口信息，确定网络设备之间的连接关系。

可选地，第二获取模块302还用于：解析获取的与地址解析协议相关的第二数据，以确定第一物理地址和与第一物理地址对应的主机；解析获取的与介质访问控制协议相关的第三数据，以确定第二物理地址、与第二物理地址对应的网络设备和所述网络设备的端口；判断第一物理地址和第二物理地址是否相同，若相同，则确定所述主机与所述端口相连。

可选地，第二获取模块302还用于：解析获取的与地址解析协议相关的第二数据，获得第一物理地址和ip信息；基于获取的全网活动的网络设备的ip，确定所述ip信息是否为主机的ip；若是，则确定与第一物理地址对应的主机。

上述装置可执行本发明实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的方法。

图4示出了可以应用本发明实施例的确定网络拓扑结构的方法或确定网络拓扑结构的装置的示例性系统架构400。

如图4所示，系统架构400可以包括终端设备401、402、403，网络404和服务器405。网络404用以在终端设备401、402、403和服务器405之间提供通信链路的介质。网络404可以包括各种连接类型，例如有线、无线通信链路或者光纤电缆等等。

用户可以使用终端设备401、402、403通过网络404与服务器405交互，以接收或发送消息等。终端设备401、402、403上可以安装有各种通讯客户端应用，例如购物类应用、网页浏览器应用、搜索类应用、即时通信工具、邮箱客户端、社交平台软件等。

终端设备401、402、403可以是具有显示屏并且支持网页浏览的各种电子设备，包括但不限于智能手机、平板电脑、膝上型便携计算机和台式计算机等等。

服务器405可以是提供各种服务的服务器，例如对用户利用终端设备401、402、403所浏览的购物类网站提供支持的后台管理服务器。后台管理服务器可以对接收到的产品信息查询请求等数据进行分析等处理，并将处理结果(例如目标推送信息、产品信息)反馈给终端设备。

需要说明的是，本发明实施例所提供的确定网络拓扑结构的方法一般由服务器405执行，相应地，确定网络拓扑结构的装置一般设置于服务器405中。

应该理解，图4中的终端设备、网络和服务器的数目仅仅是示意性的。根据实现需要，可以具有任意数目的终端设备、网络和服务器。

下面参考图5，其示出了适于用来实现本发明实施例的终端设备的计算机系统500的结构示意图。图5示出的终端设备仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图5所示，计算机系统500包括中央处理单元(cpu)501，其可以根据存储在只读存储器(rom)502中的程序或者从存储部分508加载到随机访问存储器(ram)503中的程序而执行各种适当的动作和处理。在ram503中，还存储有系统500操作所需的各种程序和数据。cpu501、rom502以及ram503通过总线504彼此相连。输入/输出(i/o)接口505也连接至总线504。

以下部件连接至i/o接口505：包括键盘、鼠标等的输入部分506；包括诸如阴极射线管(crt)、液晶显示器(lcd)等以及扬声器等的输出部分507；包括硬盘等的存储部分508；以及包括诸如lan卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分509。通信部分509经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器510也根据需要连接至i/o接口505。可拆卸介质511，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器510上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分508。

特别地，根据本发明公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本发明公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分509从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质511被安装。在该计算机程序被中央处理单元(cpu)501执行时，执行本发明的系统中限定的上述功能。

需要说明的是，本发明所示的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本发明中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本发明中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。

附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

描述于本发明实施例中所涉及到的模块可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。所描述的模块也可以设置在处理器中，例如，可以描述为：一种处理器包括发送模块、获取模块、确定模块和第一处理模块。其中，这些模块的名称在某种情况下并不构成对该单元本身的限定，例如，发送模块还可以被描述为“向所连接的服务端发送图片获取请求的模块”。

作为另一方面，本发明还提供了一种计算机可读介质，该计算机可读介质可以是上述实施例中描述的设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该设备中。上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被一个该设备执行时，使得该设备包括：

获取与链路层发现协议相关的第一数据，以确定网络设备之间的连接关系；

获取与地址解析协议相关的第二数据和与存储介质访问控制协议相关的数据表，以确定网络设备与主机之间的连接关系；

基于所述网络设备之间的连接关系和所述网络设备与主机之间的连接关系，确定网络拓扑结构。

本发明实施例的技术方案，根据与链路层发现协议相关的第一数据确定网络设备之间的连接关系；根据与地址解析协议相关的第二数据和与介质访问控制协议相关的第三数据，确定网络设备与主机之间的连接关系；基于所述网络设备之间的连接关系和所述网络设备与主机之间的连接关系，确定网络拓扑结构的技术手段，能够实时地探测出网络拓扑结构，精度较高，易于维护，而且不产生额外的网络探测报文，不影响机房设备对报文的转发。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。