基于SNMP網絡拓撲動態呈現技術的設計與實現

江華 賴昕 白維學

摘 要：在無線組網應用場景中，提出一種基于SNMP的網絡拓撲動態呈現技術的設計與實現方法。該方法能夠快速發現不同平臺無線組網應用后的網絡拓撲動態變化，并以圖形化的方式實時顯示網絡拓撲動態變化，能夠及時采集到組網節點拓撲發現時間及子網收斂時間。通過構建MIB庫實際獲取到的節點隨遇入網時間、初始建網時間、節點退網時間等信息，網絡管理人員可有效評估無線組網應用技術所達到的相應指標要求。該設計思路簡單、直觀，易于實現。

關鍵詞：SNMP;MIB;網絡拓撲;動態呈現;圖形化;無線組網

中圖分類號：TP311文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2019）04-00-03

0 引 言

在無線通信環境中，不同無線組網應用平臺的節點數量不盡相同，加之信道條件的優劣、環境噪聲不穩定、干擾特性時變等因素，易造成網絡連接關系不停變換，如節點入網、遲入網或退網等。不同應用平臺無線組網的網絡拓撲結構可能變換頻繁，不同網絡節點間的鏈路連通性具有不確定性，因此網絡管理員迫切需要掌握當前網絡運行狀況，以便評估當前網絡拓撲的可用性、可靠性與抗毀性。例如，當網絡拓撲結構發生變化后，由于節點不具備適應網絡結構變化的能力，導致其不能迅速做出對策并適時調整調度關系。通過網絡拓撲動態呈現技術，網絡管理員可在網絡管理應用終端軟件界面直觀地了解當前網絡運行狀況并及時分析、調整網絡狀況，確保網絡持續通暢及快速適應網絡拓撲變化的能力。

本文提出一種基于SNMP的網絡拓撲動態呈現技術的設計思路與實現方法，能夠快速識別無線組網環境中網絡拓撲的動態變化，并實時刷新界面呈現。最終在終端軟件界面呈現一張全網絡“拓撲圖”，并在網絡拓撲結構發生變化時實時更新、維護這張“拓撲圖”。

1 SNMP簡介

簡單網絡管理協議（Simple Network Management Protocol，SNMP）是目前最流行、應用最廣泛的網絡管理協議，是管理進程與代理進程之間的一種簡單請求-應答協議[1]，

屬于TCP/IP應用層協議，采用的傳輸層服務是面向無連接的用戶數據報協議UDP。其基本思想是所有的網絡設備維護一個管理信息庫（Management Information Base，MIB），保存其所有運行進程的相關信息，并對管理工作站的操作進行響應[2]。目前，大多數廠商的網絡產品如交換機、路由器等都支持SNMP協議。SNMP協議基本模型如圖1所示。

SNMP包括查詢、查詢下一個參數、設置、響應、Trap報文等5種操作。前4種操作是簡單的請求-應答方式，即管理進程發出請求，代理進程應答響應。管理進程發送的UDP包使用的端口號為161，代理進程發出的Trap包使用的UDP端口號為162。SNMP的5種操作如圖2所示。SNMP報文的詳細格式如圖3所示。

2 MIB簡介

MIB是管理對象的虛擬數據庫，其中包括被SNMP代理管理的網絡設備變量，且定義了所有代理進程所包含的、能夠被管理進程查詢與設置的變量[1]。MIB是樹形結構，構件了層次化的命名結構，所有數據構成樹的葉節點，所有MIB對象都用一個唯一的對象標識符（Object Identifier，OID）命名與標識，MIB對象在樹狀結構中的位置決定了標識符的內容。對象標識符是一種數據類型，表示一個整數序列，以點（.）分隔，有數字與名字兩種形式。例如，某個MIB庫的葉子節點數據可表示為：

3 網絡拓撲動態呈現的設計思路

網絡拓撲是一種表達網絡邏輯連接關系與物理連接關系的方法[3]，其呈現方式通常分為平面網絡結構與樹形分級結構設計模式。目前，在不同無線組網通信平臺的軍事應用環境中，小規模的組網方式適合采用平面式網絡結構，該結構直觀、實用，實現方式簡單。對于規模較大的網絡，常采用分簇分級方式，同時簇的劃分可按軍隊編制或以地理位置進行[4]。本文根據實際通信平臺組網方式的不同、頻率資源的分配差異，以及參與通信的網絡規模，采用平面網絡結構設計，以分布式無中心化方式動態呈現網絡拓撲，充分展現靈活組網的特點及互聯互通的鄰居節點信息，滿足靈活多變的無線應用環境，能夠動態呈現各種應用場景下的拓撲結構變化，有利于評估組網內各節點對各種指揮信息、路由、業務、管理等信息的處理方式。同時，考量網絡的可靠性與抗毀性，在較強干擾與攻擊的條件下，保證網絡的可用性，結構簡單、節點對等、網絡相對健壯[4]。在不同的無線組網平臺，任意兩個節點在加入某個通信網絡時，兩者之間會存在一條單向或雙向鏈路。網絡中的節點都具有唯一的ID號，每個節點都維護著一張其一跳鄰節點表（鄰節點表為距離本節點只有一跳的所有鄰節點的列表[5]），并且該節點發送的信息可在有限時間內成功地被其所有鄰節點接收[5]。平面網絡結構設計模式示例如圖5所示。

本文考慮兩種拓撲更新方式：一種是管理終端軟件輪詢各設備代理端軟件的節點信息，當網絡內節點數較多時，該方式執行一次輪詢操作的網絡開銷很大，故在使用時不能過于頻繁操作;第二種是設備代理端軟件自身周期性地維護自己節點范圍內的鄰節點表，當鄰節點信息發生變化時主動上報Trap管理終端軟件，并更新相應網絡拓撲節點信息，該方式降低了網絡開銷，并已通過實現驗證該方法可行。

通過SNMP協議，管理終端軟件能夠采集到設備代理端軟件上報的參與組網的節點拓撲發現時間及子網收斂時間，并實時獲取相應的拓撲變化信息。通過構建MIB庫實際獲取到的節點隨遇入網時間、初始建網時間、節點退網時間等，網絡管理人員可有效評估無線組網應用技術所達到的相應指標要求。在終端軟件界面能夠快速呈現一張全網絡“拓撲圖”，并結合設備上報信息，在網絡拓撲結構發生變化時實時更新、維護這張“拓撲圖”。網絡結構邏輯關系變化示意如圖6所示。

4 網絡拓撲動態呈現的實現方法

本文采用的開發工具為Microsoft Visual C++ 6.0 ，開發語言為C/C++，支持Windows XP（32位）、Windows 7（64位）操作系統的軟件運行環境。利用SNMP協議將獲取到的信息轉換成圖形顯示在網絡管理平臺上，完成網絡拓撲圖構建。為了直觀展現節點隨遇入網、退網的網絡狀況，在呈現終端軟件界面，采用相應的圖形繪制技術不斷實時刷新軟件界面[6]。管理端實現應用終端軟件時，采用一個二維數組存儲設備代理端上報的拓撲信息，記錄網絡鄰居連通情況，生成鄰居矩陣，并根據源鄰居節點ID號按行排序，最終將各通信節點布局在一個圓形平臺，通過圖形繪制技術展現各節點間的拓撲連接關系[7]。

管理端應用終端軟件的設計模塊組成如圖7所示。各模塊主要功能描述如下：

（1）界面呈現：實現網絡拓撲動態呈現、實時刷新功能。

（2）管理協議數據處理模塊：按照網絡管理接口協議，獲取相應內容保存或封裝。

（3）配置、查詢處理：Set，Get及Response消息處理。

（4）Trap處理：Trap主報消息處理。

（5）管理端-代理端SNMP接口協議解析/封裝：SNMP標準接口協議的解析/封裝。

5 結 語

本文提供了一種基于SNMP的網絡拓撲動態呈現技術的設計思路和實現方法。通過項目實際測試與功能驗證，該方式能夠滿足當前項目指標要求。但采用平面網絡結構設計拓撲動態呈現的缺點是網絡規模受限，網絡管理控制開銷大，可擴展性差[3]。因此，當前不同組網平臺采用不同波形實現差異化組網，面臨的問題是當節點數眾多且移動性較強時，網絡拓撲保持性較差，拓撲結構變化較快，界面刷新速度不能實時高效。在后續項目實踐過程中，網絡拓撲動態呈現效果與圖形繪制技術有待進一步優化與改進，以完善網絡拓撲動態呈現技術的設計模式與實現方式。

參 考 文 獻

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[6]繪制動態網絡拓撲的程序實現[EB/OL].[2015-09].http：//www.cnblogs.com/xhload3d/p/4857105.html.

[7] Web網絡拓撲圖動態繪制的實現[EB/OL].[2013-03].http：//blog.sina.com.cn/s/blog_b51f36440101a97r.html.

[8]基于HTML5的3D網絡拓撲樹呈現[EB/OL].[2014-03].http：//www.cnblogs.com/xhload3d/p/4857105.html.

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