【技术实现步骤摘要】
基于监听的还原网络动态拓扑图和可视化呈现的方法
[0001]本专利技术属于网络拓扑分析领域，涉及一种基于监听的还原网络动态拓扑图和可视化呈现的方法。
技术介绍
[0002]目前针对网络拓扑分析有着协议众多，网络形式多样，工作环境复杂，网络拓扑多变等特点。网络拓扑及其变化反应了网络的内在关系，稳定性和通信质量。无论是在针对网络协议的制定、网络产品的研发、部署和运维阶段，能够在不影响网络自身行为的情况下，实时、准确、全面的掌握网络整体的网络拓扑的变化，对于研发人员和技术人员是非常重要的。
[0003]在实际应用中，目前尚不存在针对繁杂的协议采用一种统一的基于监听的动态拓扑图还原方法，在协议研发阶段，无法准确的全面捕获到拓扑图的动态变化，以至于研发人员需要在大量的协议栈运行时打印信息去寻找和拓扑图变化有关的信息，既不能全面且一目了然的观察到网络拓扑的变化，也会增加许多协议栈的不必要的开销；在网络协议产品的应用阶段，如果某一链路或者某一节点出现故障，监控维修人员并不能第一时间发现和定位问题，还需要逐一排查每个链路、节点以及发...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于监听的还原网络动态拓扑图和可视化呈现的方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：数据采集和融合：使用一个或多个专用接收设备监听目标网络进行数据采集，记录成特定格式的报文并实时传输到计算机端，在计算机端将多个专用接收设备采集到的多源数据融合成有序数据；S2：数据预处理：对数据进行清洗、筛选和保存，删除错误的数据和重复的数据，筛选出只跟拓扑图变化有关系的数据；S3：生成动态拓扑信息记录：依次逐条取出数据报文，解析每条数据报文，分析其中所包含的拓扑关系信息，生成动态拓扑变化信息记录，直到处理完所有数据报文；S4：拓扑图呈现：根据步骤S3生成的动态拓扑变化信息记录，完成动态拓扑图的绘制和呈现。2.根据权利要求1所述的基于监听的还原网络动态拓扑图和可视化呈现的方法，其特征在于：在步骤S1中，通过缓存队列、排序容器和报文列表来将采集到的多源数据融合成有序数据；缓存队列：计算机端给每个专用接收设备设置一个先进先出的队列，每个专用接收设备传入计算机端的报文放入各自的缓存队列中；排序容器：大小和专用接收设备的数量相同，用于存放从缓存队列中取出的报文；报文列表：遵循先进先出原则，用于存放从排序容器中取出的报文；网络基准时间报文：将网络中携带网络基准时间的报文抽象定义为网络基准时间报文，在具体的应用网络中可以使用不同的名称；所述网络基准时间报文包含当前网络中所有节点统一的网络基准时间，以及发出这条网络基准时间报文的网络节点在网络中的地址；定义网络节点地址ANN为节点在网络中的唯一地址，即每个节点在网络中的唯一标识，采用X比特编码；步骤S1中具体包括以下步骤：S11：每个专用接收设备在启动之后，利用目标网络的网络基准时间报文，完成接收设备与目标网络的时间同步，并在后续工作过程中，维持与目标网络的时间同步；S12：每个专用接收设备在捕获到一条数据时，记录成特定格式的报文，报文中加入记录当前时间的捕获时间戳字段，并标志是哪个专用接收设备的字段，实时传输到计算机端；计算机端将专用接收设备传入的报文存入与对应的缓存队列；S13：从所有缓存队列中各取出一条报文，放入排序容器；S14：对排序容器按照捕获时间进行排序；S15：取出捕获时间最小的报文存入报文列表；S16：判断步骤S15中取出的报文属于哪个缓存队列，从该缓存队列中取出一条报文放入排序容器，跳转至步骤S14。3.根据权利要求1所述的基于监听的还原网络动态拓扑图和可视化呈现的方法，其特征在于：所述步骤S2具体包括以下步骤：S21：对数据进行清洗，删除校验错误的数据报文和重复的报文；S22：筛选出跟拓扑图变化有关系的报文，包括筛选出业务报文和网络管理报文，将其
余类型的报文舍弃；S23：将最后得到的数据保存到原始数据文件中；所述业务报文用于承载网络业务，所述网络管理报文，用于进行网络管理；所述网络管理报文包括关联请求、关联确认、中继变更请求、中继变更确认、离线指示；所述关联请求用于表明节点建立连接、拆除连接的请求；所述关联确认用于表明关联请求的确认；所述中继变更请求用于表明节点拆除与原节点的连接，建立与新节点的连接的请求；所述中继变更确认用于中继变更请求的确认；所述离线指示用于表明断开所有与当前节点相连接的连接关系；所述业务报文除了携带业务数据外，还携带有源ANN字段、目的ANN字段、原始源ANN字段、原始目的ANN字段；所述源ANN表示当前发送数据报文的节点的ANN；所述目的ANN表示数据报文的直接目的节点的ANN；所述原始源ANN表示最初产生该数据报文的节点的ANN；所述原始目的ANN表示该数据报文的最终目的节点的ANN，即最终需要处理该数据报文的节点的ANN。4.根据权利要求1所述的基于监听的还原网络动态拓扑图和可视化呈现的方法，其特征在于：步骤S3具体包括以下步骤：S301：初始化：初始化连接关系二维表全为零，节点哈希表为空，表示此时无任何节点，无任何连接关系；S302：判断报文列表是否为空，若为空，等待；若不为空，取出一条报文；S303：解析报文，判断是何种类型的报文；如果是关联请求报文，生成关联请求的拓扑变化信息记录；如果是关联请求确认报文，生成关联请求确认的拓扑变化信息记录；如果是中继变更请求报文，生成中继变更请求的拓扑变化信息记录；如果是中继变更请求确认报文，生成中继变更请求确认的拓扑变化信息记录；如果是离线指示报文，生成离线指示的拓扑变化信息记录；如果是业务报文，生成业务报文的拓扑变化信息记录；如果是其他类型报文，直接进行下一步；S304：将拓扑变化信息记录送入拓扑图呈现，保存拓扑变化信息记录到拓扑变化信息记录文件，跳转至步骤S302；所述拓扑变化信息记录的结构如下：时间：产生此次拓扑图最基本变化的时间，对应生成本拓扑变化信息记录的报文的时
间戳；源ANN：此记录的源节点的ANN；目的ANN：此记录的目的节点的ANN；模式：此记录的类型，表示建立连接或者拆除连接，0b表示建立连接，1b表示拆除连接；目的节点模式：表示此记录中目的节点的变化模式，0b表示建立，1b表示不变；源节点模式：表示此记录中源节点的变化模式，0b表示建立，1b表示不变；连接关系状态：表示连接关系的状态：000b表示此字段初始化，001b表示开始建立连接；010b表示确认建立连接，011b表示开始通信连接，100b表示开始断开连接，101表示确认断开连接；联系关系合理性：0b表示合理，1b表示不合理；如果根据报文分析，判定新增加的连接关系与原来的连接关系存在矛盾，则联系关系合理性为1b；总数目：一条数据报文会导致不止一条拓扑图的基本变化，总数目代表着此条拓扑变化信息记录所属的数据报文产生的拓扑变化信息记录的总数目；数目表示此条拓扑变化信息记录在其所属的数据报文生成的所有拓扑变化信息记录中是第几条记录；所述连接关系二维表是一个可扩展二维表格：012.....012
……
行和列的属性是正整数index，跟每个节点ANN一一对应，表格中的每个位置都表示两个节点之间的连接关系，初始化时为0行0列，随着拓扑图中节点的数目增加而扩展，每增加一个节点，连接关系二维表增加一行和一列；每两个节点之间的连接关系的数据结构为：字段字段大小(比特)标识1连接关系状态3标识：表明这两个节点之间的连线是否存在，0b表示不存在，1b表示存在；连接关系状态：表示连接关系的状态：000b表示此字段初始化，001b表示开始建立连接；010b表示确认建立连接，011b表示开始通信连接，100b表示开始断开连接，101表示确认断开连接；定义连接关系二维表的维护操作如下：扩展连接关系二维表：使二维表新增一行，新增一列，新增的行和列初始数据全为零；更新连接关系，根据行索引和列索引，定位到具体的连接关系，更新连接关系的字段；节点哈希表，其数据结构基础为哈希表；节点哈希表中数据以key
‑
value形式组织，称之为节点数据，节点ANN为此节点的ANN，index是为每个节点ANN分配的唯一索引，表示此节点在连接关系二维表中行或列索引，即对应于连接关系二维表中具体的哪一行或列；其字段大小为X，依据具体目标网络中节点数量而定，key为节点ANN，value为index；
定义节点哈希表的维护操作如下：针对ANN新增节点：在节点哈希表中插入一条新的节点数据，其中节点ANN为节点的ANN，index为节点哈希表的当前大小。5.根据权利要求4所述的基于监听的还原网络动态拓扑图和可视化呈现的方法，其特征在于：步骤S303中，如果是关联请求报文，生成关联请求的拓扑变化信息记录，具体包括以下步骤：S3011：初始化拓扑变化信息记录；S3012：根据关联请求报文中的ANN信息填写拓扑变化信息记录中的源ANN和目的ANN，模式为0b，然后根据源节点ANN和目的节点ANN查询节点哈希表，判断源节点和目的节点是否存在，如果是新增节点，则根据新增节点个数在节点哈希表中添加节点数据，并在节点连接关系二维表扩展相应的行和列；然后根据节点哈希表中填写源节点模式和目的节点模式；S3013：根据源节点的index和目的节点的index查询节点连接关系二维表，判断连接线是否已经存在，若不存在，拓扑变化信息记录的连接关系状态字段都为001b，连接关系合理性为0b；若连接关系二维表中的连接已存在，则连接关系状态字段都为001b，连接关系合理性为1b；根据拓扑信息记录的信息更新连接关系二维表。6.根据权利要求4所述的基于监听的还原网络动态拓扑图和可视化呈现的方法，其特征在于：步骤S303中，如果是关联请求确认报文，生成关联请求确认的拓扑变化信息记录，具体包括以下步骤：S3021：初始化拓扑变化信息记录；S3022：根据关联请求确认报文中的ANN信息填写拓扑变化信息记录中的源ANN和目的ANN，模式为0b，然后根据源节点ANN和目的节点ANN查询节点哈希表，判断源节点和目的节点是否存在，如果是新增节点，则根据新增节点个数在节点哈希表中添加节点数据，并在节点连接关系二维表扩展相应的行和列；然后根据节点哈希表中填写源节点模式和目...
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