CN101420343B - Epa网络的网络拓扑发现方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种针对EPA网络的网络拓扑发现方法，涉及工业以太网技术。该方法包括以下步骤：EPA网络监控服务器根据EPA网桥网络拓扑信息存储模块中的网络拓扑信息构造EPA网桥的连接关系；根据EPA交换机网络拓扑信息存储模块中的中网络拓扑信息构造EPA交换机的连接关系；通过EPA网桥和EPA交换机网络拓扑信息存储模块中的网桥和交换机端口邻接设备对象信息，构造EPA网桥和EPA交换机与EPA终端设备的连接关系；根据上述连接关系，绘制网络拓扑结构图；本发明能够及时、准确得提供EPA网络拓扑结构更新信息，为EPA网络的实时监测和控制提供有效的支持。

Description

EPA网络的网络拓扑发现方法 

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，具体涉及一种EPA网络中的网络拓扑发现方法。 

背景技术

国家标准GB/T 20171-2006《用于工业测量与控制***的EPA(Ethernet forplant automation工业以太网)***结构和通信标准》(以下简称EPA标准)于2005年5月被国际电工委员会(IEC)正式发布为公共可用规范(Public AvailableSpecification)IEC/PAS 62409，成为我国第一个拥有自主知识产权并被IEC认可的工业自动化领域国际标准。2007年10月又列入实时以太网应用行规集IEC61784-2(Commom Profile Family 14，CPF14)和现场总线国际标准IEC61158第四修订版的IEC 61158-314/414/514/614。 

网络拓扑是指网络上实体元素间的相互连接关系。网络拓扑从不同的抽象层次上可分为三层网络拓扑与二层网络拓扑。三层网络拓扑指的是网络层(对应于OSI模型的第三层)设备及其之间的连接关系，即路由器到路由器、路由器接口到子网的连接关系。二层网络拓扑指的是一个通信网内部实体的实际物理连接(对应于OSI模型的第二层设备的连接)，即在原有网络，是指交换机到交换机、交换机到路由器、交换机到设备之间的连接关系，其中，发现交换机到交换机之间的连接关系是物理网络拓扑发现的关键。网络拓扑发现主要是通过获取和维护网络节点存在性的信息和它们之间的连接关系信息，并在此基础上绘制出整个网络的拓扑结构图。网络管理人员通过拓扑结构信息能对网络故障进行定位和诊断，发现网络瓶颈，从而优化整个网络性能和提高网络的可靠性。 

网络拓扑发现是网络管理***的基础。网络拓扑发现能够分层显示运营网络 的拓扑结构，并提供拓扑节点的级联菜单，为网络性能管理、故障管理和配置管理等提供支持。很多重要的网络管理任务，如网络资源管理、服务器部署、事件关联以及故障分析等都是以网络的拓扑结构为前提的。网络拓扑发现能够全面、动态地反映网络的运行状况，为用户监视整个网络提供强有力的手段。其次，网络拓扑发现对于网络流量测量有着重要作用，其本身就是网络测量的一个重要组成部分。网络拓扑发现对于测量方案的设计，测量站点的布置也起到重要的作用，它可以帮助分析测量方案是否合理，确定测量站点的数目及其具***置。通过网络拓扑发现，有效的监控网络设备端口的状态，防止非法外部设备接入网络，保障网络的安全。 

在工程应用中，EPA网络的网络拓扑结构与设备时常变化，人工往往难以维护网络拓扑，当EPA网络中设备大量增加后，网络结构也异常复杂，尤其对于上千台设备的大型EPA网络来说情况更为复杂，而目前还没有针对EPA网络的网络拓扑发现方法。 

发明内容

有鉴于此，为了解决上述问题，本发明提供一种针对EPA网络的网络拓扑发现方法，为EPA网络的实时监测和控制提供有效的支持。 

本发明的目的是这样实现的，EPA网络的网络拓扑发现方法，所述EPA网络包括EPA网桥、EPA网桥、EPA交换机、EPA终端设备和EPA网络监控服务器，所述EPA网桥和EPA交换机内设有网络拓扑信息存储模块，所述EPA网桥网络拓扑信息存储模块内存储有网桥头部对象信息、网桥端口对象信息和网桥端口邻接设备对象信息，EPA交换机网络拓扑信息存储模块内存储有交换机头部对象信息、交换机端口对象信息和交换机端口邻接设备对象信息； 

所述EPA网络的网络拓扑发现方法包括以下步骤： 

1)EPA网络监控服务器通过EPA协议，读取EPA网桥网络拓扑信息存储模块中的网桥头部信息、网桥端口对象信息和网桥端口邻接设备对象信息，构 造EPA网桥的连接关系； 

2)EPA网络监控服务器通过EPA协议，读取EPA交换机网络拓扑信息存储模块中的交换机头部对象信息、交换机端口对象信息和交换机端口邻接设备对象信息，构造EPA交换机的连接关系； 

3)EPA网络监控服务器通过EPA网桥和EPA交换机网络拓扑信息存储模块中的网桥和交换机端口邻接设备对象信息，构造EPA网桥和EPA交换机与EPA终端设备的连接关系； 

4)EPA网络监控服务器根据步骤1)-3)所得的连接关系，绘制网络拓扑结构图。 

进一步，步骤4)之后还有如下步骤： 

5)EPA网络监控服务器获取网络拓扑更新信息，更新网络拓扑结构图； 

进一步，所述步骤5)具体包括如下步骤： 

501)EPA设备发送EPA设备声明报文； 

502)EPA网桥收到所述EPA设备声明报文后，对所述EPA设备声明报文进行解析，判断所述EPA设备声明报文的跳数，若该EPA设备声明报文的跳数为0，则执行步骤503)；否则转到执行步骤505)； 

503)所述EPA网桥查询网络拓扑信息存储模块，若所述EPA设备的设备对象信息在网络拓扑信息存储模块中存在，则执行步骤504)；否则将所述EPA设备的设备对象信息添加进网络拓扑信息存储模块，设置该设备状态为活动，并向EPA网络监控服务器发送时间通知服务报文，并转到执行步骤505)； 

504)设置该设备状态为活动，并转到执行步骤505)； 

505)所述EPA网桥将所述EPA设备声明报文中的跳数加1，并转发该EPA设备声明报文； 

进一步，步骤505)后还包括如下步骤： 

506)EPA网络监控服务器接收到EPA设备声明报文后，根据报文类型判 断设备类型，并通过跳数字段判断该设备在网络拓扑中的位置，以此更新网络拓扑结构图。 

进一步，步骤505)后还包括如下步骤： 

506)EPA网络监控服务器接收到EPA网桥发送的时间通知服务报文后，通过EPA协议，读取该EPA网桥网络管理信息库中更新的拓扑信息，以此更新网络拓扑结构图。 

进一步，所述步骤5)还包括如下步骤： 

511)EPA网桥定时查询网桥端口邻接设备对象信息，获取每个端口邻接设备的IP； 

512)EPA网桥向邻接设备发送回送请求报文，根据设备的回送应答情况，更新端口邻接设备对象信息中的设备状态，若设备状态发生变化，则向EPA网络监控服务器发送时间通知服务报文； 

513)EPA网络监控服务器接收到EPA网桥发送的时间通知服务报文后，通过EPA协议，读取该EPA网桥网络管理信息库中更新的拓扑信息，以此更新网络拓扑结构图。 

本发明提供一种针对EPA网络的网络拓扑发现方法，为EPA网络的实时监测和控制提供有效的支持；在进一步的技术方案中，还提供了针对EPA网络拓扑结构更新的主动发现方法和被动发现方法，能够及时、准确得提供EPA网络拓扑结构更新信息，使EPA网络更易于维护，防止非法接入，保证网络安全。 

本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。 

具体实施方式

以下将对本发明的优选实施例进行详细的描述。 

EPA网络包括EPA网桥、EPA交换机、EPA终端设备和EPA网络监控服务器，所述EPA网桥和EPA交换机内设有网络拓扑信息存储模块，EPA网桥的网络拓扑信息存储模块内存储有网桥头部对象信息、网桥端口对象信息和网桥端口邻接设备对象信息，其数据结构分别如表1-表3所示； 

表1 网桥头部对象编码： 

  

序号

参数名

数据类型

读写属性

编码位置偏离(单位：字节)

字节长度

说明

1

obj_id

uint16

只读

0

2

网桥头部对象在本地EPA管理信息库中的索引

2

ver

Uint16

只读

2

2

版本号

3

num_port_obj

uint16

只读

4

2

网桥的端口数

表2 网桥端口对象编码表 

  

序号

参数名

数据类型

读写属性

编码位置偏离(单位： 字节)

字节长度

说明

1

obj_id

uint16

只读

0

2

网桥端口对象在本地EPA管理信息库中的索引

2

mac

Uint8

只读

2

6

端口的MAC地址

3

state

Uint8

只读

8

1

端口的状态

4

config_state

Uint8

读/写

9

1

端口组态状态

5

num_adjoin_entry

uint16

只读

10

2

端口邻接设备的活动个数

6

max_num_adjoin

uint16

读/写

12

2

端口最大的邻接设备个数

7

first_adjoin_obj

unit16

只读

14

2

端口和第一个邻接设备的obj_id号。

8

port_ip；

uint32

只读

16

4

端口的IP地址

[0037]   

9

Gnetwork；

uint32

只读

20

4

端口的子网地址

表3别网桥端口邻接设备对象编码表： 

  

序号

参数名

数据类型

读写属性

编码位置偏离(单位：字 节)

字节长度

说明

1

obj_id

uint16

只读

0

2

邻接设备对象在本地EPA管理信息库中的索引

2

mac

uint8

只读

2

6

邻接设备的MAC地址

3

device_type

uint8

只读

8

1

邻接设备的类型

4

state

uint8

只读

9

1

邻接设备的状态

5

config_state

uint8

读/写

10

1

邻接设备的组态状态

6

reserve；

uint8

只读

11

1

保留字

7

ip；

uint32

只读

12

4

邻接设备的IP 地址

EPA交换机的网络拓扑信息存储模块内存储有交换机头部对象信息、交换机端口对象信息和交换机端口邻接设备对象信息，其数据结构可参照EPA网桥设置，在此不再赘述； 

本实施例的EPA网络的网络拓扑发现方法，包括如下步骤： 

1)EPA网络监控服务器通过EPA协议，读取EPA网桥网络拓扑信息存储模块中的网桥头部信息、网桥端口对象信息和网桥端口邻接设备对象信息，构造EPA网桥的连接关系； 

2)EPA网络监控服务器通过EPA协议，读取EPA交换机网络拓扑信息存储模块中的交换机头部信息、交换机端口对象信息和交换机端口邻接设备对象信息，构造EPA交换机的连接关系； 

3)EPA网络监控服务器通过EPA网桥和EPA交换机网络管理信息库中的 网桥或交换机端口邻接设备对象信息，构造EPA网桥和EPA交换机与EPA终端设备的连接关系； 

4)EPA网络监控服务器根据步骤1)-3)所得的连接关系，绘制网络拓扑结构图；在显示时，首先显示主层次的拓扑结构图，即网络层设备(路由器和子网)的拓扑结构图，而并不显示子网内部的拓扑；当需要显示子网内部拓扑结构时，重新打开一个新窗口进行显示。由于一个子网内部主机数量较多，如果将它们与路由器、子网显示在同一个窗口内，会使整个图形显得零乱，不够清晰。使用基于分层的算法，在构造拓扑时将整个显示区域分层，各个设备都有自己所属的层次，同一个设备不会分属两个不同的层次，将它们各自显示在自己所属的层次上，这样构造出来的拓扑结构清晰明了。 

步骤1-3)中，EPA网络监控服务器读取所述信息后，将其存储于自身的存储器的设备信息链表中，在构造网络拓扑结构图时，对该设备信息链表进行遍历搜索。 

5)EPA网络监控服务器获取网络拓扑更新信息，更新网络拓扑结构图；EPA网络监控服务器具体可通过主动发现模式和/或被动发现模式获取网络拓扑更新信息； 

其中被动发现模式包括如下步骤： 

501)EPA设备发送EPA设备声明报文； 

502)EPA网桥收到所述EPA设备声明报文后，对所述EPA设备声明报文进行解析，判断所述EPA设备声明报文的跳数，若该EPA设备声明报文的跳数为0，则执行步骤503)；否则转到执行步骤505)； 

503)所述EPA网桥查询网络信息管理库，若所述EPA设备的设备对象信息在网络信息管理库中存在，则执行步骤504)；否则将所述EPA设备的设备对象信息添加进设备对象表，设置该设备状态为活动，并向上位机发送时间通知服务报文，并转到执行步骤505)； 

504)设置该设备状态为活动，并转到执行步骤505)；

505)所述EPA网桥将所述EPA设备声明报文中的跳数加1，并转发该EPA设备声明报文； 

506)EPA网络监控服务器接收到EPA设备声明报文后，根据报文类型判断设备类型，并通过跳数字段判断该设备在网络拓扑中的位置，以此更新网络拓扑结构图； 

或EPA网络监控服务器接收到EPA网桥发送的通知服务报文后，通过EPA协议，读取该EPA网桥网络管理信息库中更新的拓扑信息以此更新网络拓扑结构图。 

其中主动模式包括如下步骤： 

511)EPA网桥定时查询网桥端口的设备对象表，获取每个端口邻接设备的IP； 

512)EPA网桥向邻接设备发送回送请求报文，根据设备的回送应答情况，更新设备对象表中的设备状态，若设备状态发生变化，则向EPA网络监控服务器发送通知服务报文； 

513)EPA网络监控服务器接收到EPA网桥发送的通知服务报文后，通过EPA协议，读取该EPA网桥网络管理信息库中更新的拓扑信息以此更新网络拓扑结构图。 

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.EPA网络的网络拓扑发现方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

1)EPA网络监控服务器通过EPA协议，读取EPA网桥网络拓扑信息存储模块中的网桥头部信息、网桥端口对象信息和网桥端口邻接设备对象信息，构造EPA网桥的连接关系；

2)EPA网络监控服务器通过EPA协议，读取EPA交换机网络拓扑信息存储模块中的交换机头部对象信息、交换机端口对象信息和交换机端口邻接设备对象信息，构造EPA交换机的连接关系；

3)EPA网络监控服务器通过EPA网桥和EPA交换机网络拓扑信息存储模块中的网桥和交换机端口邻接设备对象信息，构造EPA网桥和EPA交换机与EPA终端设备的连接关系；

4)EPA网络监控服务器根据步骤1)-3)所得的连接关系，绘制网络拓扑结构图。

2.根据权利要求1所述的EPA网络的网络拓扑发现方法，其特征在于：步骤4)之后还有如下步骤：

5)EPA网络监控服务器获取网络拓扑更新信息，更新网络拓扑结构图。

3.根据权利要求2所述的EPA网络的网络拓扑发现方法，其特征在于：所述步骤5)具体包括如下步骤：

501)EPA设备发送EPA设备声明报文；

502)EPA网桥收到所述EPA设备声明报文后，对所述EPA设备声明报文进行解析，判断所述EPA设备声明报文的跳数，若该EPA设备声明报文的跳数为0，则执行步骤503)；否则转到执行步骤505)；

503)所述EPA网桥查询网络拓扑信息存储模块，若所述EPA设备的设备对象信息在网络拓扑信息存储模块中存在，则执行步骤504)；否则将所述EPA 设备的设备对象信息添加进网络拓扑信息存储模块，设置该设备状态为活动，并向EPA网络监控服务器发送时间通知服务报文，并转到执行步骤505)；

504)设置该设备状态为活动，并转到执行步骤505)；

505)所述EPA网桥将所述EPA设备声明报文中的跳数加1，并转发该EPA设备声明报文。

4.根据权利要求3所述的EPA网络的网络拓扑发现方法，其特征在于：步骤505)后还包括如下步骤：

506)EPA网络监控服务器接收到EPA设备声明报文后，根据报文类型判断设备类型，并通过跳数字段判断该设备在网络拓扑中的位置，以此更新网络拓扑结构图。

5.根据权利要求3所述的EPA网络的网络拓扑发现方法，其特征在于：步骤505)后还包括如下步骤：

506)EPA网络监控服务器接收到EPA网桥发送的时间通知服务报文后，通过EPA协议，读取该EPA网桥网络管理信息库中更新的拓扑信息，以此更新网络拓扑结构图。

6.根据权利要求3、4或5所述的EPA网络的网络拓扑发现方法，其特征在于：所述步骤5)还包括如下步骤：

511)EPA网桥定时查询网桥端口邻接设备对象信息，获取每个端口邻接设备的IP；

512)EPA网桥向邻接设备发送回送请求报文，根据设备的回送应答情况，更新端口邻接设备对象信息中的设备状态，若设备状态发生变化，则向EPA网络监控服务器发送时间通知服务报文；

513)EPA网络监控服务器接收到EPA网桥发送的时间通知服务报文后，通过EPA协议，读取该EPA网桥网络管理信息库中更新的拓扑信息，以此更新网络拓扑结构图。