顯示和分析多播分布的拓撲圖算法
【專利摘要】顯示和分析多播分布的拓撲圖算法，采用客戶端/服務端架構，服務端分為通訊線程和服務線程。通訊線程負責接收客戶端的鄰居信息和多播地址信息并建立公共數(shù)據(jù)結構，該結構存放設備信息、端口相連的鄰居信息、多播地址信息，并建立三者之間關聯(lián)。服務線程負責繪制拓撲圖和接收用戶查詢，用戶可查看設備的多播地址并查詢特定多播地址在網(wǎng)絡中的分布?？蛻舳诉M程和LLDP協(xié)議、GMRP協(xié)議、IGMP協(xié)議同步協(xié)作，將鄰居信息和多播地址信息發(fā)給客戶進程，客戶進程處理后發(fā)給服務端。
【專利說明】顯示和分析多播分布的拓撲圖算法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明為顯示和分析多播分布的拓撲圖算法，屬于網(wǎng)絡通信領域。該算法采用客 戶端/服務端架構，網(wǎng)絡中一臺PC機作為服務端，網(wǎng)絡中的交換機或路由器作為客戶端，客 戶端收集數(shù)據(jù)上報給服務端，服務端按照客戶端上報的數(shù)據(jù)生成整個網(wǎng)絡的拓撲圖，同時 反映網(wǎng)絡中的多播分布情況。

【背景技術】
[0002] 現(xiàn)在網(wǎng)絡中多播應用非常廣泛，多播和廣播相比有明顯的優(yōu)勢：一點發(fā)送，多點接 收，接收方可以選擇離開或加入該多播組。和廣播不同的是，不加入多播組的設備，可以不 受多播影響，減輕了這些設置處理負擔。多播的廣泛的應用帶來的一個問題就是管理員需 要了解當前網(wǎng)絡的多播分布情況，比如一個特定多播地址在網(wǎng)絡中流動的路徑，該多播的 源發(fā)起端在何處，它的最終的目的端在何處，中間通過何種設備。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明提出的算法可以解決上述問題，它計算整個網(wǎng)絡的拓撲圖，同時在拓撲圖 上顯示多播分布情況，幫助用戶診斷網(wǎng)絡。它直觀、實時地顯示網(wǎng)絡中的多播路徑，查看特 定多播流所經(jīng)過的設備，以及該多播流的發(fā)送端和接收端。本算法支持復雜的拓撲圖生成， 和多播路徑結合起來，可以在生成的網(wǎng)絡拓撲圖上顯示特定拓撲節(jié)點的多播流，同時實時 展示特定的多播流流經(jīng)的拓撲節(jié)點，方便管理員的監(jiān)視和管理。
[0004] 本算法采用客戶端/服務端結構，選擇網(wǎng)絡中一臺PC作為服務端，網(wǎng)絡中交換機 和路由器作為客戶端，客戶端和服務端之間采用m)P協(xié)議通訊。服務端的程序分成兩個獨 立的線程，分別是通訊線程和服務線程。通訊線程負責和客戶端通訊并接收客戶端的上傳 信息，根據(jù)上傳信息生成網(wǎng)絡拓撲圖，保存各種上傳數(shù)據(jù)，建立各網(wǎng)絡節(jié)點和多播地址的對 應關系。服務線程主要用來展現(xiàn)拓撲圖，展現(xiàn)各個節(jié)點上的多播表，同時提供查詢?nèi)肟诠┕?理人員使用。兩個線程使用公共的數(shù)據(jù)結構來存放拓撲圖和多播表的數(shù)據(jù)。兩個線程采用 同步機制，通訊線程收到客戶端的數(shù)據(jù)，建立維護公共數(shù)據(jù)結構，在操作完公共數(shù)據(jù)結構后 則通知服務線程，服務線程接收到通知，讀取公共的數(shù)據(jù)結構，按照公共數(shù)據(jù)結構存放的信 息重新繪制拓撲圖。通訊線程和服務線程的同步關系如圖1所示。
[0005] 公共數(shù)據(jù)結構包括三個部分：設備鏈表、多播地址表。設備鏈表包含設備節(jié)點。設 備節(jié)點包括設備標示、設備IP地址、設備MAC地址,指向端口節(jié)點的指針、指向下一個設備 節(jié)點的指針。端口節(jié)點包括：本端的端口編號、對端的端口編號，鄰居設備指針、指向同一個 設備的下一個端口節(jié)點的指針；多播地址表包括：多播地址節(jié)點，該節(jié)點包含多播地址的 類型、多播MAC地址、多播IP地址、指向的多播設備節(jié)點的指針，指向下一個多播地址節(jié)點 的指針。多播設備節(jié)點包括指向設備節(jié)點的指針、該多播地址使用的設備端口向量，指向下 一個多播設備節(jié)點的指針。公共數(shù)據(jù)結構之間的關系如圖2所示。
[0006] 服務端和客戶端采用UDP協(xié)議，客戶端發(fā)現(xiàn)連接變化或IP/MAC多播流變化時，主 動上傳信息給服務端。網(wǎng)絡穩(wěn)定的情況下需要上傳的數(shù)據(jù)很少，當網(wǎng)絡產(chǎn)生變化時需要及 時將變化信息發(fā)給服務端，服務端和客戶端經(jīng)常是短連接，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不大，對時間要求 較高，故采用UDP協(xié)議，同時相比TCP服務器采用UDP服務端可以支持更多的UDP客戶端。 服務端對客戶端上傳的報文進行確認，為此通訊雙方定義兩種數(shù)據(jù)格式：客戶端上傳的數(shù) 據(jù)格式和服務端確認的數(shù)據(jù)格式。上傳的數(shù)據(jù)格式包含：序列號、發(fā)送者IP地址、發(fā)送者 MAC地址、命令類型、命令的正文部分。其中一個上傳的UDP報文包含一個或者多個命令的 類型和命令的正文部分，命令的類型決定了正文部分的內(nèi)容，命令的類型及其正文有下面 幾種： 1.命令類型0x01，含義是加入新的鄰居；該命令的正文包括：發(fā)送者的IP地址，發(fā)送 者的MAC地址，本端的端口編號，對端的端口編號，鄰居的IP地址，鄰居的MAC地址。
[0007] 2.命令類型0x11，含義是失去鄰居連接；該命令的正文包括：發(fā)送者的IP地址， 發(fā)送者的MAC地址，本端的端口編號，對端的端口編號，鄰居的IP地址，鄰居的MAC地址。
[0008] 3.命令類型0x02,含義是新加入多播地址；該命令正文包括：發(fā)送者的IP地址， 發(fā)送者的MAC地址，多播地址的類型，多播IP地址，多播MAC地址，對應的端口向量。
[0009] 4.命令類型0x22,含義是多播地址離開；該命令正文包括：發(fā)送者的IP地址，發(fā) 送者的MAC地址，多播地址的類型，多播IP地址，多播MAC地址，對應的端口向量。
[0010] 首先服務端綁定雙方約定的公共的UDP端口，等待客戶端數(shù)據(jù)到達。服務端收到 客戶端的上傳報文后，首先發(fā)出回應報文，回應報文內(nèi)容包括上傳報文的序列號，然后解析 報文的內(nèi)容，操作公共數(shù)據(jù)結構。服務端取出報文中發(fā)送方的IP和發(fā)送方的MAC地址，據(jù) 此查詢對應的設備鏈表。如果沒有查詢到對應的設備節(jié)點，則新建一個設備節(jié)點，然后查看 命令的類型。
[0011] 如果命令類型是0x01，用命令正文中發(fā)送者設備的IP和MAC在設備鏈表中找到 對應的發(fā)送設備節(jié)點，如果可以找到對應的設備，按照命令正文中的本端的端口編號，查找 設備節(jié)點指向的端口鏈表有無對應的本端的端口編號的端口節(jié)點，如果有對應的端口節(jié)點 存在，則將端口節(jié)點的鄰居設備針指向的設備節(jié)點與命令正文中鄰居設備的IP和MAC進行 比較。如果相等，則證明該鄰居關系已經(jīng)存在，結束處理；如果鄰居設備不能匹配，則用命令 正文中鄰居設備的IP和MAC在設備鏈表中找到對應的設備節(jié)點，若找到對應的鄰居設備節(jié) 點，則修改端口節(jié)點的鄰居設備指針指向新找到的設備節(jié)點，若沒有找到鄰居設備，則創(chuàng)建 一個新的設備節(jié)點，插入到設備鏈表的末尾，然后端口節(jié)點的鄰居設備指針指向該設備；如 果沒找到對應的發(fā)送設備的本端的端口編號，則創(chuàng)建一個端口節(jié)點，插入到設備節(jié)點端口 鏈表的尾部，用命令正文中的鄰居設備的IP和MAC在設備鏈表中找對應的設備節(jié)點，如果 找到對應的鄰居設備將新創(chuàng)建的端口節(jié)點的鄰居設備指針指向找到的設備節(jié)點，如果沒有 找到鄰居設備，創(chuàng)建一個新的設備節(jié)點，插入到設備鏈表的末尾，該端口節(jié)點的鄰居設備指 針指向該設備。
[0012] 如果命令類型是ΟχΙ 1，用命令正文中發(fā)送者設備的IP和MAC在設備鏈表中找到對 應的發(fā)送設備節(jié)點，如果沒有對應的發(fā)送設備結束處理。如果有對應的發(fā)送設備，按照命令 正文中的本端的端口編號，查找設備節(jié)點指向的端口表有無對應的端口，如果沒有對應端 口結束處理；如果有對應的端口節(jié)點，將端口節(jié)點的鄰居設備指針指向的設備節(jié)點的IP和 MAC與命令正文中的鄰居設備的IP和MAC進行比較。如果比較相同，則把端口的設備指針 設為空指針；如果比較不相同，則不作處理。
[0013] 如果命令的類型是0x02,則代表有新的多播地址加入，首先查找多播地址表，如果 找到多播地址節(jié)點，則查找多播地址指向的多播設備節(jié)點，如果多播設備節(jié)點的設備指針 所指向的設備節(jié)點的IP和MAC和報文中的IP和MAC -樣，則用用命令正文中端口向量填 充該節(jié)點的端口向量，結束處理流程；如果沒有找到對應的設備節(jié)點，創(chuàng)建一個新的設備節(jié) 點，插入到設備鏈表的末尾，用命令正文中端口向量填充該節(jié)點的端口向量，多播設備節(jié)點 的設備指針所指向新建立的設備。如果沒有找到多播地址節(jié)點，則添加一個多播地址節(jié)點； 然后查找該多播地址關聯(lián)的設備節(jié)點是否存在，如果不存在則新建一個設備節(jié)點，該設備 節(jié)點放到設備鏈表的末尾，然后按照報文中的端口向量創(chuàng)建一個或多個端口節(jié)點，新創(chuàng)建 的設備鏈表節(jié)點的端口節(jié)點指針指向新創(chuàng)建的端口節(jié)點；新的多播地址節(jié)點的設備鏈表設 備指針指向新建的設備節(jié)點，用命令正文中端口向量填充該節(jié)點的端口向量，設備指針指 向創(chuàng)建的設備節(jié)點。如果找到多播地址節(jié)點，然后查找該多播地址關聯(lián)的設備節(jié)點是否存 在，如果不存在則新建一個設備鏈表節(jié)點，該設備鏈表節(jié)點放到設備鏈表的末尾，然后按照 報文中的端口向量創(chuàng)建一個或多個端口節(jié)點，新創(chuàng)建的設備鏈表節(jié)點的端口節(jié)點指針指向 新創(chuàng)建的端口節(jié)點；新的多播地址節(jié)點的設備鏈表設備指針指向新建的設備節(jié)點，用命令 正文中端口向量填充該節(jié)點的端口向量，設備指針指向創(chuàng)建的設備節(jié)點。如果存在該設備 節(jié)點，查看多播設備節(jié)點的端口向量是否相同，若果不相同則替換，相同則結束處理。如果 多播地址節(jié)點存在的同時對應的設備也存在，則查看多播設備節(jié)點的端口向量是否相同， 若果不相同則替換，相同則結束處理。
[0014] 如果命令的類型是0x22,則代表有多播地址離開，首先查找多播地址表，如果找到 多播地址節(jié)點，查找它指向的設備節(jié)點指針，然后比較設備指針指向的多播設備節(jié)點的設 備的IP地址和MAC地址與報文發(fā)送方的IP地址和MAC地址是否相等。如果相等判斷報文 中的端口向量和多播設備節(jié)點中端口向量按位進行比較，如果對應的位兩者都是1，則該多 播設備對應的端口向量的該位置〇 ;若多播設備指針指向的多播設備的ip地址和mac于報 文中不相等，比較下一個多播設備節(jié)點指針指向的下一個多播設備節(jié)點。上述服務端接收 命令的處理流程如圖3所示。
[0015] 如上所述，服務端的通訊線程負責建立并維護公共數(shù)據(jù)結構，如果通訊線程發(fā)現(xiàn) 公共數(shù)據(jù)結構有任何更改，通知服務線程開始重新繪制拓撲圖。服務端長時間運行，隨著時 間的推移，公共數(shù)據(jù)結構會有越來越多的垃圾數(shù)據(jù)，為此通訊線程打開定時器，定時收集清 理公共數(shù)據(jù)結構中不需要的數(shù)據(jù)。具體的清理方法如下： 首先清理孤立的設備節(jié)點，孤立的設備節(jié)點是沒有任何鄰居設備的節(jié)點。依次掃描設 備鏈表，查看設備鏈表指向的端口鏈表指針是否是空指針，如果是空指針，表明該設備沒有 鄰居，是一個孤立的設備，則刪除該設備節(jié)點；如果端口鏈表指針非空，檢查該設備的所有 的端口節(jié)點的鄰居設備指針是否都是空指針，如果都是空指針，則可以刪除該設備的所有 端口節(jié)點，然后刪除該設備節(jié)點。其次清空無效的多播地址，無效的多播地址是指該多播地 址不在任何設備上。清除的步驟是：掃描多播地址表，查看多播地址節(jié)點的多播設備節(jié)點指 針是否為空指針，如果是空指針，刪除該多播地址節(jié)點。
[0016] 服務線程的功能之一是生成網(wǎng)絡拓撲圖，生成拓撲圖的可以采用深度優(yōu)先搜索算 法和廣度優(yōu)先搜索的算法。本算法采用深度優(yōu)先搜索，其具體步驟是： A.設置環(huán)網(wǎng)標志量為ο表明沒有出現(xiàn)環(huán)路，設備鏈表的每個節(jié)點設置為沒有搜索完成 標志； Β.尋找一個沒有搜索完成的設備，如果沒有找到該設備退出整個步驟。如果找到該設 備，把該設備的當前深度和最大深度置〇,建立當前設備當前深度路徑向量，當前深度路徑 向量，最深深度路徑向量，同時把所有設備的所有端口設置為未被訪問標志； C. 建立一個棧，棧的元素包含節(jié)點的類型，設備節(jié)點，端口節(jié)點；如果類型等于〇代表 存放的是設備，端口節(jié)點清零代表沒有意義；如果類型等于1存放的是端口，此時設備存放 的是端口所在的設備節(jié)點，端口存放端口節(jié)點數(shù)據(jù)，代表當前設備節(jié)點入棧；把步驟Β找到 的未搜索完成設備節(jié)點入棧，設備節(jié)點存入當前深度路徑向量，當前深度值1 ; D. 判斷棧是否為空，如果桟為空，最近出棧的設備節(jié)點設置為搜索已完成，轉步驟Β; 如果不為空，取棧頂元素，如果棧頂元素是端口節(jié)點則轉向步驟Ε ;如果棧頂元素是設備節(jié) 點，查找該設備未被訪問過的端口節(jié)點并入棧，設置該端口為已訪問標志，同時把端口節(jié)點 指向的鄰居設備的對應的端口設置為已訪問標志；如果設備沒有找到未被訪問過的端口節(jié) 點，則出棧，當前深度減1，當前路徑深度向量移除該設備，轉向步驟D;如果找到該端口，該 端口入棧，設置該端口為已訪問標志，同時把端口節(jié)點指向的鄰居設備的對應的端口設置 為已訪問標志；如果該端口節(jié)點的鄰居設備指針存在，查看指針所指的設備節(jié)點和路徑向 量中的節(jié)點是否相同，相同轉步驟G，如果都不相同，則當前深度加1，鄰居設備存入當前深 度路徑向量，然后跳轉到鄰居設備指針指向的設備節(jié)點，鄰居設備入棧，同時移入當前深度 路徑向量；轉步驟F; Ε·如果棧頂元素是端口節(jié)點，從該棧頂元素中得到端口所在的設備，查找該設備的未 訪問的端口節(jié)點，找到該端口入棧，設置該端口為已訪問標志，同時把端口節(jié)點指向的鄰居 設備的對應的端口設置為已訪問標志，端口節(jié)點所指鄰居設備節(jié)點入棧，轉向步驟D;未訪 問的端口節(jié)點不存在，出棧，轉向步驟D ; F·當前深度加1，當前深度大于最大深度時，用當前深度更新最大深度，同時當前深度 路徑向量復制到最大深度向量，轉向步驟D ; G.如果相同，則證明出現(xiàn)環(huán)路，記錄環(huán)路上的所有節(jié)點并保存，設置環(huán)網(wǎng)標志量為1表 明出現(xiàn)環(huán)路，同時保存該環(huán)存在的節(jié)點數(shù)，放棄本次深度搜索，把環(huán)路中出現(xiàn)的所有節(jié)點， 設置為已搜索完成標記，然后開始尋找下個深度優(yōu)先搜索的根節(jié)點，該節(jié)點沒有在記錄的 環(huán)路中出現(xiàn)過。轉向步驟Β; 重復上述所有步驟直到所有設備都設置了搜索完成標志，通過上述操作可以求出所有 以該設備為根節(jié)點的最大深度。如果在求最大深度過程中沒有發(fā)現(xiàn)在重復的節(jié)點，則網(wǎng)絡 結構是樹形拓撲結構。求最大深度的算法流程如圖4所示。
[0017]求出最大深度后，開始計算設備之間的距離，每個設備所占的面積，用正方形代表 設備，設備之間的距離等于畫布的總高度除以最大深度：假設該距離為D,代表設備的正方 形的邊長等于設備距離的八分之一，即邊長a=D/8。每個設備有 2個隱藏畫布，一個畫布記 錄設備的基本信息包括設備標示、IP地址、MAC地址，另一個畫布記錄設備的每個端口關聯(lián) 的多播地址。同時每 2個設備的連線的兩端有一個隱藏畫圖，記錄所連設備的端口號。 [0018]網(wǎng)絡拓撲圖有兩大類：樹形拓撲結構、環(huán)形拓撲結構。按照深度優(yōu)先搜索和廣度優(yōu) 先搜索，在搜索路徑中出現(xiàn)兩個和多個同樣的設備節(jié)點，則可以判斷是環(huán)形拓撲結構，否則 ^樹形拓撲結構，本算法求設備節(jié)點的最大深度過程中判斷網(wǎng)絡是環(huán)形還是樹形拓撲，并 采用不同的方法繪制拓撲圖。
[0019]樹形拓撲結構的繪制步驟為：檢測環(huán)網(wǎng)標志量，如果為〇,則代表是樹形結構，檢 查每個設備節(jié)點的最大深度，如果深度相同則比較設備的mac地址，mac地址小的優(yōu)先，把 它們進行降序排列，找到排列第一個設備，把它置于畫布的最上方的中央位置，然后遍歷該 設備的路徑向量，當前掃描下標的設備指向排列的開始，從下標指向的排列的第1個設備 開始，在設備的正下方的D距離，畫出下一個設備，然后畫線連接這兩個設備。按此方法畫 出此設備的最大深度路徑上的所有設備。當深度最深設備的最深路徑的所有設備連線繪制 完成以后，當前掃描下標加1，開始繪制掃描下標所指的設備最大深度的設備節(jié)點路徑：首 先判斷該設備是否在以前繪制的圖形中出現(xiàn)過，如果出現(xiàn)過則不用單獨繪制，找出該節(jié)點， 然后按照繪制第一條最深路徑的方法進行繪制。每次繪制該節(jié)點之前，首先判斷該節(jié)點是 否已經(jīng)存如果已經(jīng)存在則不用繪制，直接用直線連接即可。如果該節(jié)點未出現(xiàn)過，水平 偏移D距離，垂直偏移Η (H=(最大深度-當前節(jié)點深度）XD),繪制該節(jié)點。另外為了圖的 總體保持平衡，輪流在最深的路徑左右兩邊繪制路徑和設備，每次繪制向下方偏離D距離， 同時向左邊或右邊偏離D距離。按照此種方法直到隊列中的所有設備都繪制完成。然后再 次掃描設備鏈表，這次按照廣度優(yōu)先搜索，檢查哪些設備連線沒有繪制，如果沒有繪制則用 指向連上這兩個設備。樹形結構的繪制方法如圖5所示。
[0020] 環(huán)形拓撲圖的繪制，檢測環(huán)網(wǎng)標志量，如果為1，檢查保存的所有的環(huán)網(wǎng)節(jié)點和環(huán) 網(wǎng)中節(jié)點數(shù)數(shù)據(jù)，從中找出保存的節(jié)點數(shù)最多的那個環(huán)。如果幾個環(huán)的節(jié)點數(shù)一樣，則先檢 測的優(yōu)先，把該環(huán)的節(jié)點數(shù)設置為深度H，繪制該環(huán)上的設備并連線，在畫布的中央確定一 點，以該點為圓心、畫布的1/4寬度為半徑，開始繪制圓周長上的設備。每次增加 360/H度 圓心角，繪制出環(huán)上的所有設備并直線連接。然后再依次以該環(huán)上的設備為源點，做廣度搜 索，首先查看它鄰居設備在已繪制的圖中是否出現(xiàn)，如果出現(xiàn)過并且他們之間沒有連線，則 直接畫直線連接這兩個設備；如果沒有出現(xiàn)過，以環(huán)上的設備為圓心，畫布的1/8寬度為半 徑，把它的未出現(xiàn)的鄰居設備都繪制在畫布上。每次繪制增加一個固定角度的圓心角，假設 它為T=360/未出現(xiàn)過的鄰居數(shù)，當把環(huán)上所有設備的鄰居都繪制完以后，再按照同樣的方 式，以這些新加入的設備為圓心開始繪制，直到所有的邊和設備都在畫布上出現(xiàn)過。
[0021]按照上述的樹形結構和環(huán)形結構的繪制方法，在繪制每個設備的同時，在隱藏圖 層的同樣位置添加該設備的IP地址、MAC地址、描述信息、設備連線兩邊的端口信息。在所 有設備及設備之間的連線繪制完成后，掃描多播地址表，將多播地址添加到多播地址關聯(lián) 設備的隱藏畫布上，同時也添加該多播地址對應設備的端口向量。
[0022]服務端的服務線程負責用戶接口部分，它具有顯示并隱藏圖層、查詢設備信息、查 詢多播地址信息、查詢多播路徑等各種功能。用戶查詢特定設備的多播地址，只需要把設備 隱藏的多播地址畫布重新顯示出來。用戶要想查詢特定的多播地址是否在當前網(wǎng)絡中存 在，首先需查詢該地址是否存在于多播地址表中，如果在多播地址表中不存在，返回查詢失 敗信息；如果存在，則查詢多播地址指向的多播設備指針鏈表，然后在畫布上把指針所指向 的這些相關設備加亮顯示，連線也加粗顯示。藉此可以查看當前網(wǎng)絡中的任何一個多播地 址在網(wǎng)絡中的分布情況。
[0023] 客戶端負責上傳信息給服務端，客戶端需要知道服務端的IP地址和端口號，一般 端口號保持不變，但是有時網(wǎng)絡管理員會更改服務端的ip設置，或者管理員把服務端從一 臺電腦遷移到另一臺電腦，此時在常規(guī)情況下所有的客戶端都需要重新配置。本發(fā)明提出 以下的方案解決該問題：服務端運行過程中，周期性的對外廣播自己的IP地址，客戶端在 剛開始運行中首先采用以前保存的IP來探測服務端是否正常，如果超時沒有收到服務端 的響應信息，開始接收服務端的廣播信息，從接收的廣播信息的內(nèi)容中得到新的服務端的 IP地址，然后用新的IP地址和服務端通訊，并保存該IP地址，到下次運行時使用該地址。
[0024] 客戶端需要上傳鄰居信息和多播地址信息，客戶端進程和LLDP協(xié)議進程，GMRP協(xié) 議進程，IGMP協(xié)議進程進行同步協(xié)作。同步協(xié)作的方式有管道、消息隊列、共享內(nèi)存、網(wǎng)絡 套接字等幾種類型。在本算法中采用消息隊列，這里消息類型和服務端處理的命令的類型 是完全一樣的，消息類型的編號和含義如下： 1.消息類型0x01，發(fā)現(xiàn)新的鄰居。
[0025] 2.消息類型0x02,以前的鄰居失去聯(lián)系。
[0026] 3.消息類型0x11，發(fā)現(xiàn)新的多播地址。
[0027] 4.消息類型0x12,多播地址離開一個端口。
[0028]客戶端進程需要和LLDP協(xié)議進程協(xié)作得到鄰居信息，兩個進程之間采用消息隊 列進行數(shù)據(jù)傳送和同步。LLDP協(xié)議發(fā)現(xiàn)一個新的鄰居后，設置消息類型0x01，將發(fā)送者的 IP地址、發(fā)送者的MAC地址、鄰居的IP地址、MAC地址及對應的端口號等這些信息，通過消 息隊列發(fā)給客戶端進程?？蛻舳诉M程在消息隊列中收到該信息后，組裝成UDP報文發(fā)給服 務端。LLDP協(xié)議發(fā)現(xiàn)鄰居失去聯(lián)系后，設置消息類型〇χ〇2,將發(fā)送者的ip地址、發(fā)送者的 MAC地址、鄰居的IP地址、MAC地址及對應的端口號這些信息，通過消息隊列發(fā)給客戶端進 程，客戶端進程在隊列中收到該信息后，組裝成UDP報文發(fā)給服務端。
[0029]客戶纟而進程需要和GMRP協(xié)議或者IGMP協(xié)議進程協(xié)作得到多播地址信息，當GMRP 協(xié)議或者IGMP協(xié)議進程收到加入報文注冊多播地址時，設置消息類型0xll，將發(fā)送者的ιρ 地址、發(fā)送者的MAC地址、多播地址類型、多播地址、對應的端口向量，寫到消息隊列中，當 GMRP協(xié)議或者IGMP協(xié)議進程收到離開報文注銷多播地址時或者多播地址超時被清楚時， 設置消息類型Ox 12，把發(fā)送者的IP地址、發(fā)送者的MC地址、多播地址類型、多播地址、對應 的端口向量、寫到消息隊列中。客戶端進程在隊列中收到該信息后，組裝成脈報文發(fā)給月艮 務端。服務端和客戶端的進程間的協(xié)作關系如圖5所示。
[0030]

【專利附圖】

【附圖說明】 圖1通訊線程和服務線程的同步關系 圖2公共數(shù)據(jù)結構之間關系圖 圖3服務端處理命令的流程 圖4以設備節(jié)點為根求最大深度的算法流程 圖5樹形結構的繪制方法 圖6環(huán)形結構的繪制方法 圖7服務端和客戶端的進程間的協(xié)作關系

【具體實施方式】
[0031]首先選擇一臺高性能的服務器作為服務端，它具有并行處理大量網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的能力 同時具有良好的人機界面，運行服務端進程。服務端的通訊線程周期性對外發(fā)布自己的ip 地址，接收客戶端的上傳信息，建立公共數(shù)據(jù)結構。如果公共數(shù)據(jù)結構有變動，發(fā)信號通知 服務線程刷新拓撲圖。服務端周期性清理無效的設備、無效的設備鄰居關系、當前無用的多 播地址，在此過程中若發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)結構被清除，則發(fā)信號通知服務線程刷新拓撲圖。服務端 的服務線程等待接收信號，收到信號后，掃描公共數(shù)據(jù)結構，生成新的拓撲圖。服務線程在 生成拓撲圖后，根據(jù)公共數(shù)據(jù)結構中多播地址表信息，在隱藏圖層上填充每個設備的多播 地址信息，同時它接收用戶的查詢請求，收到查詢請求后，查詢公共數(shù)據(jù)機構和生成的拓撲 圖，然后打開隱藏圖層的內(nèi)容展現(xiàn)給用戶。當用戶查詢特定設備的多播地址時，只需把該設 備隱藏填充的多播地址信息畫布顯示出來。當用戶查詢特定多播地址的分布時，首先查詢 特定多播地址表中是否存在，如果在多播地址表中不存在，返回查詢失敗信息；如果該多播 地址存在，查詢多播地址指向的設備指針鏈表，然后在畫布上把指針所指向的這些相關設 備加點、加亮顯示，連線也加粗顯示。藉此可以查看當前網(wǎng)絡中的任何一個多播地址在網(wǎng)絡 中的分布情況。
[0032] 客戶端包含支持LLDP協(xié)議，GMRP協(xié)議，IGMP協(xié)議的設備，一般情況包括智能交換 機，路由器，智能電子設備?？蛻舳诵枰薷腖LDP協(xié)議，GMRP協(xié)議，IGMP協(xié)議，打開各自的 消息隊列，這些隊列連接到客戶端進程，需要將這些協(xié)議的源代碼進行修改，在GMRP協(xié)議， IGMP協(xié)議發(fā)現(xiàn)需要注冊和注銷特定多播地址時，將這些信息都過消息隊列發(fā)給客戶進程進 行處理。在LLDP協(xié)議發(fā)現(xiàn)新的鄰居設備或者有鄰居設備失去聯(lián)系時，將這些信息都過消息 隊列發(fā)給客戶進程進行處理?？蛻舳诉M程在收到這些消息后，通過UDP報文發(fā)給服務端進 行處理。
[0033]以上所述內(nèi)容，只是本發(fā)明的一個具體的實例，并不僅用于限定本發(fā)明的保護范 圍。凡在本發(fā)明的原創(chuàng)范圍以內(nèi)的任何修改，等價替換，改進和任何參數(shù)調整，都應包含在 本發(fā)明的保護范圍之中。
【權利要求】
1. 顯示和分析多播分布的拓撲圖算法，采用客戶端/服務端架構實時顯示網(wǎng)絡中的 鄰居拓撲圖，同時反映網(wǎng)絡中的多播分布情況，其特征是：服務器和客戶端上分別執(zhí)行下述 步驟： 服務端是一臺并行處理大量網(wǎng)絡數(shù)據(jù)并具有良好人機界面的服務器，包括并行執(zhí)行的 兩個線程：通訊線程和服務線程，通訊線程；它們的運行步驟如下： A通訊線程接收客戶端發(fā)來的鄰居信息報文和多播地址信息報文； B通訊線程根據(jù)接收的鄰居信息和多播地址信息建立公共數(shù)據(jù)結構，該數(shù)據(jù)結構包含 設備信息，端口鄰居信息，多播地址信息； C通訊線程在建立公共數(shù)據(jù)結構后通知服務線程； D服務線程收到通知，掃描公共數(shù)據(jù)結構的信息，繪制拓撲圖，同時在隱藏圖層添加關 于設備的多播地址信息； E服務實時顯示網(wǎng)絡拓撲圖并等待用戶的查詢和顯示請求，按照請求顯示多播地址信 息； 客戶端由支持LLDP協(xié)議，GMRP協(xié)議，IGMP協(xié)議的設備組成，運行步驟如下： A客戶端通過LLDP協(xié)議進程、GMRP協(xié)議進程、IGMP協(xié)議進程同步收集鄰居信息和多播 地址伯息； B收集到的消息傳給客戶進程； C客戶進程把消息上傳給服務端。
2. 根據(jù)權利要求1所示的顯示和分析多播分布的拓撲圖算法，公共數(shù)據(jù)結構包括設備 鏈表，多播地址鏈表；設備鏈表由設備節(jié)點組成，設備節(jié)點包含指向端口節(jié)點的指針，指向 下一個設備節(jié)點的指針，設備的IP地址，設備的mac地址；端口節(jié)點包含本端的端口編號， 對端的口編號，指向它的鄰居設備的設備節(jié)點指針，指向屬于同一個設備的下-t端口 節(jié)點的指針；多播設備節(jié)點包括指向設備節(jié)點的指針、該多播地址使用的設備端口向量，指 向下一個多播設備節(jié)點的指針；在設備，端口，多播地址之間通過設備鏈表，多播地址表和 端口之間建立關聯(lián)；其特征是：公共數(shù)據(jù)結構的建立步驟如下： A服務端收到客戶端上傳的鄰居信息，鄰居信息包括發(fā)送者信息，端口消息，端口的鄰 居信息；判斷客戶端發(fā)送者在設備鏈表是否存在，如果不存在，執(zhí)行步驟B ;如果存在執(zhí)行 步驟C ; B創(chuàng)建一個設備節(jié)點，同時創(chuàng)建一個端口節(jié)點，設備節(jié)點中的端口指針指向該端口節(jié) 點； C判斷端口節(jié)點是否存在，如果不存在創(chuàng)建一個端口節(jié)點，設備節(jié)點中端口指針指向該 端口節(jié)點；判斷它的鄰居設備在設備鏈表中是否存在，如果存在，端口節(jié)點的鄰居設備指向 該設備節(jié)點；如果不存在執(zhí)行步驟D ; D創(chuàng)建一個設備節(jié)點，端口節(jié)點的鄰居設備指針指向該設備； E服務端收到客戶端上傳的多播地址信息，多播地址信息包含發(fā)送者信息和多播地址 信息，首先判斷該多播地址是否存在，如果不存在則創(chuàng)建一個多播地址節(jié)點； F判斷多播地址信息中的關于發(fā)送者設備是否存在；如果不存在則創(chuàng)建該設備節(jié)點； G判斷多播地址節(jié)點指向的多播設備節(jié)點中是否存在，如果不存在，創(chuàng)建該多播設備節(jié) 點，計算端口向量，并把多播設備節(jié)點的設備指針指向設備節(jié)點。
3. 根據(jù)權利要求1和2所示的顯示和分析多播分布的拓撲圖算法，服務端的服務線 程負責繪制拓撲圖，設備進行深度優(yōu)先搜索得到最長路徑，在深度搜索過程中，如果出現(xiàn)環(huán) 路，設置環(huán)網(wǎng)標志量，記錄環(huán)路中各個節(jié)點和環(huán)路節(jié)點的總數(shù)：其特征是：求設備最大深度 路徑的步驟是： Α設置環(huán)網(wǎng)標志量為〇表明沒有出現(xiàn)環(huán)路，設備鏈表的每個節(jié)點設置為沒有搜索完成 標志； B尋找一個沒有搜索完成的設備，如果沒有找到該設備退出整個步驟，如果找到該設 備，把該設備的當前深度和最大深度置〇,建立當前設備當前深度路徑向量，當前深度路徑 向量，最深深度路徑向量，同時把所有設備的所有端口設置為未被訪問標志； C建立一個棧，棧的元素包含節(jié)點的類型，設備節(jié)點，端口節(jié)點；如果類型等于〇代表存 放的是設備，端口節(jié)點清零代表沒有意義；如果類型等于1存放的是端口，此時設備存放的 是端口所在的設備節(jié)點，端口存放端口節(jié)點數(shù)據(jù)，代表當前設備節(jié)點入棧；把步驟Β找到的 未搜索完成設備節(jié)點入棧，設備節(jié)點存入當前深度路徑向量，當前深度值加1 ; D判斷棧是否為空，如果棧為空，最近出棧的設備節(jié)點設置為搜索已完成，轉步驟Β; 如果不為空，取棧頂元素，如果棧頂元素是端口節(jié)點則轉向步驟Ε ;如果棧頂元素是設備節(jié) 點，查找該設備未被訪問過的端口節(jié)點并入棧，設置該端口為已訪問標志，同時把端口節(jié)點 指向的鄰居設備的對應的端口設置為已訪問標志；如果設備沒有找到未被訪問過的端口節(jié) 點，則出棧，當前深度減1，當前路徑深度向量移除該設備，轉向步驟D;如果找到該端口，該 端口入棧，設置該端口為已訪問標志，同時把端口節(jié)點指向的鄰居設備的對應的端口設置 為已訪問標志；如果該端口節(jié)點的鄰居設備指針存在，查看指針所指的設備節(jié)點和路徑向 量中的節(jié)點是否相同，相同轉步驟G，如果都不相同，則當前深度加1，鄰居設備存入當前深 度路徑向量，然后跳轉到鄰居設備指針指向的設備節(jié)點，鄰居設備入棧，同時移入當前深度 路徑向量；轉步驟F ; Ε如果棧頂元素是端口節(jié)點，從該棧頂元素中得到端口所在的設備，查找該設備的未訪 問的端口節(jié)點，找到該端口入棧，設置該端口為已訪問標志，同時把端口節(jié)點指向的鄰居設 備的對應的端口設置為已訪問標志，端口節(jié)點所指鄰居設備節(jié)點入棧，轉向步驟 D ;未訪問 的端口節(jié)點不存在，出棧，轉向步驟D ; F當前深度加1，當前深度大于最大深度時，用當前深度更新最大深度，同時當前深度 路徑向量復制到最大深度向量，轉向步驟D ; G如果相同，則證明出現(xiàn)環(huán)路，記錄環(huán)路上的所有節(jié)點并保存，設置環(huán)網(wǎng)標志量為！表 明出現(xiàn)環(huán)路，同時保存該環(huán)存在的節(jié)點數(shù)，放棄本次深度搜索，把環(huán)路中出現(xiàn)的所有節(jié)點， 設置為已搜索完成標記，然后開始尋找下個深度優(yōu)先搜索的根節(jié)點，該節(jié)點沒有在記錄的 環(huán)路中出現(xiàn)過，轉向步驟B。
4. 根據(jù)權利要求1和3所示的顯示和分析多播分布的拓撲圖算法，其特征是：如果深 度優(yōu)先搜索中沒有出現(xiàn)環(huán)路，將所有設備的深度優(yōu)先搜索得到的最長路徑降序排列，排列 根據(jù)路徑的深度和設備的mac地址進行比較，深度達優(yōu)先，深度一樣，mac地址小的優(yōu)先；然 后先繪制最長深度的設備及連線，再繪制次長深度的設備及連線，如果以前的設備繪制過， 則不用繪制直接連接；重復這些操作直到所有的設備和連線都繪制完成。
5. 根據(jù)權利要求1和3所示的顯示和分析多播分布的拓撲圖算法，其特征是：如果深 度優(yōu)先搜索中出現(xiàn)環(huán)路，則首先求出環(huán)路中節(jié)點數(shù)最多的環(huán)，然后以畫布的中間為邏輯圓 心，以一定的長度為半徑，每次遞增一個固定的圓心角，在圓周上依次把最長環(huán)路徑上的設 備繪制出來，并直線連接該設備；然后以這些設備為圓心，同時對這些設備進行廣度搜索， 把搜索到的設備依次繪制在圓周上，并直線連接；重復這些操作直到所有的設備和鄰居關 系都被繪制出來。
6.根據(jù)權利要求1所示的顯示和分析多播分布的拓撲圖算法，其特征是：在繪制完拓 撲圖后，掃描多播地址表，得到指向多播地址關聯(lián)的設備，在設備的隱藏圖層中添加該多播 地址。
7·根據(jù)權利要求1所示的顯示和分析多播分布的拓撲圖算法，其特征是：用戶要想查 詢特定的多播地址是否在當前網(wǎng)絡中存在，首先需查詢該地址是否存在于多播地址表中， 如果在多播地址表中不存在，返回查詢失敗信息；如果存在，則查詢多播地址指向的設備指 針鏈表，然后在畫布上把指針所指向的這些相關設備加亮顯示，連線也加粗顯示，藉此可以 查看當前網(wǎng)絡中的任何一個多播地址在網(wǎng)絡中的分布情況。
8.根據(jù)權利要求1所示的顯示和分析多播分布的拓撲圖算法，其特征是：客戶端進程 需要和LLDP協(xié)議進程、GMRP協(xié)議進程、IGMP協(xié)議進程進行同步來收集鄰居信息和多播地址 信息，上述各進程可以通過管道、消息隊列、共享內(nèi)存、套接字等方式進行數(shù)據(jù)傳送和同步； 當LLDP協(xié)議進程發(fā)現(xiàn)鄰居有變動時，把變動的消息發(fā)給客戶進程進行處理；當 GMRP協(xié)議進 程和IGMP協(xié)議進程發(fā)現(xiàn)多播地址發(fā)生注冊或注銷時，把變動的消息發(fā)給客戶進程進行處 理，客戶端收到消息后進行處理并通過UDP協(xié)議發(fā)給服務端處理。
【文檔編號】H04L12/28GK104219113SQ201410250288
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年6月9日 優(yōu)先權日:2014年6月9日
【發(fā)明者】周厚明, 崔磊 申請人:武漢邁威實達軟件有限公司