（计算机应用技术专业论文）移动网络监测技术研究和实现.pdf

南京邮电大学硕士研究生学位论文 南京邮电大学 硕士学位论文摘要 移动网络监测技术研究和实现 学科 专业 工学计算机应用技术 研究方向 计算机网络与分布计算系统 作者 2 0 0 7 级硕士研究生乔凯 指导老师 沈苏彬研究员 博士生导师 题目 移动网络监测技术研究和实现 英文题目 t h er e s e a r c h a n d i m p l e m e n t a t i o n o fm o b i l en e t w o r k m o n i t o r i n gt e c h n o l o g y 关键词 移动网络 网络监测 通用网关接口 k e y w o r d s m o b i l e n e t w o r k n e t w o r km o n i t o r i n g c o m m o mg a t e i n t e r f a c e 课题来源 国家8 6 3 计划项目 项目编号 2 0 0 6 a a 0 1 2 2 0 8 江苏省科 技支撑计划项目 项目编号 b e 2 0 0 9 1 5 7 南京邮电大学硕士研究生学位论文 摘要 摘要 移动网络以其灵活性 可移动性的优势得到了广泛的应用 移动网络规模也在不断扩大 随之产生的移动网络的管理也成为用户关注的焦点 网络监测的好坏直接影响了整个网络的 运行效率 而现有的性能监测机制不能有效的运用在移动网络环境中 因此 研究移动网络 监测技术具有重要意义 结合移动网络特点 通过对性能监测模型和技术的研究 本文选取开源网络监测软件 n a g i o s 用于移动网络 该软件具有灵活性好 可扩展性强特点 因此可以较好地适应移动网 络的环境中 然而 n a g i o s 本身有一些不足 不能直接应用在大规模的网络环境中 只能对 实时数据进行分析 难以判断数据的变化情况 没有提供对网络流量的监测 为了解决以上问题 本文在分析n a g i o s 源代码的基础上 设计了改进的n a g i o s 监测系 统 改进方面包括 采用多服务器网络结构代替集中式网络结构 适应大规模网络的环境 利用r r d t o o l 工具包创建r r d 数据库 保存历史数据 提供历史数据的统计 利用n e t s n m p 包中的s n m p w a l k 工具 编写监测网络流量插件 提供网络流量的监测功能 按照设计方案 本文在l i n u x 平台下 实现了改进后的n a g i o s 监测系统 并对若干台主 机进行监测 测试结果验证了改进的n a g i o s 监测系统的可行性 关键词 移动网络 网络监测 通用网关接口 i i a b s t r a c t w i t ht h ea d v a n t a g e so ff l e x i b i l i t ya n dm o b i l i t y t h em o b i l en e t w o r ki sw i d e l yu s e d m o b i l e n e t w o r k sa r ee x p a n d i n g a n dt h er e s u l t i n gm o b i l en e t w o r km a n a g e m e n th a sa l s oa t t r a c t e dt h eu s e r s a t t e n t i o n n e t w o r km o n i t o r i n g a sa ni m p o r t a n tc o m p o n e n to fn e t w o r km a n a g e m e n t h a sa nd i r e c t i m p a c to nt h ee f f i c i e n c yo fe n t i r en e t w o r k t h ee x i s t i n gn e t w o r km o n i t o r i n gm e c h a n i s m sc a l l n o t e f f e c t i v e l ya d a p tt o t h em o b i l en e t w o r ke n v i r o n m e n t t h e r e f o r e r e s e a r c ho fm o b i l en e t w o r k m o n i t o r i n gt e c h n o l o g yh a sg r e a ts i g n i f i c a n c e o p e ns o u r c en e t w o r km o n i t o r i n gs o f t w a r e n a g i o sh a sg o o df l e x i b i l i t y a n ds c a l a b i l i t y c h a r a c t e r i s t i c so fs t r o n g s oi tc a nb ea d a p t e dt om o b i l en e t w o r ke n v i r o n m e n tb e t t e r h o w e v e r n a g i o s i t s e l fh a ss o m es h o r t c o m i n g s i tc a nn o tb ea p p l i e dd i r e c t l yt ol a r g e s c a l en e t w o r k e n v i r o n m e n t i tc a no n l ya n a l y s em o n i t o r i n gd a t ai nr e a l t i m e i td o e sn o tp r o v i d en e t w o r kt r a f f i c m o n i t o r i n g i no r d e rt os o l v et h et h e s ep r o b l e m s t h ei m p r o v e dn a g i o sm o n i t o r i n gs y s t e mi sd e s i g n e d i m p r o v e m e n t sa r ei n c l u d e d u s i n gad i s t r i b u t e dn e t w o r ka r c h i t e c t u r e i n s t e a do fac e n t r a l i z e d n e t w o r ks t r u c t u r et oa d a p tt ol a r g e s c a l en e t w o r ke n v i r o n m e n t u s i n gr r d t o o lt o o l k i tt oc r e a t e r r dd a t a b a s e p r e s e r v i n gh i s t o r i c a ld a t at og e n e r a t eh i s t o r i c a lc h a r t ss ot a h ta d m i n i s t r a t o r sc a n f u r t h e ra n a l y s i s u s i n gn e t s n m pp a c k a g e s n m p w a l kt o o lt ow r i t ep l u g i nf o rm o n i t o r i n gn e t w o r k t r a f f i c s ot h a ti tc a np r o v i d et h en e t w o r kt r a f f i cm o n i t o r i n g a c c o r d a n c ew i t ht h ed e s i g n u n d e rt h el i n u xp l a t f o r m t h i st h e s i si m p l e m e n t st h ei m p r o v e d n a g i o sm o n i t o r i n gs y s t e m an u m b e ro f h o s t sa r em o n i t o r e d t e s tr e s u l t sv a l i d a t et h ef e a s i b i l i t yo f a ni m p r o v e dm o n i t o r i n gs y s t e mn a g i o s k e y w o r d s m o b i l en e t w o r k n e t w o r km o n i t o r c o m m o ng a t e w a yi n t e r f a c e i i i 南京邮电大学硕士研究生学位论文 绪论 目录 摘要 i i a b s t r a c t i i i 目录 i v 第一章绪论 1 1 1 研究背景 1 1 2 研究意义 1 1 2 移动网络监测 2 1 2 1 移动网络监测技术现状及发展前景 2 1 2 2 移动网络适用环境 2 1 2 3 移动网络的特点 3 1 2 4 移动网络监测面临的问题 3 1 3 问题的提出及研究目标 4 1 4 有待于解决的问题 4 1 5 研究工作 6 1 6 论文组织结构 一6 第二章网络监测模型及其关键技术研究 7 2 1 性能监测 7 2 1 i 性能监测标准 7 2 1 2 网络监测模型 8 2 2w e b 网络管理技术 1l 2 2 1w e b 网络管理技术的优点 1 1 2 2 2w e b 的实现方式 1 2 2 3 多服务器分布式网络管理 1 3 2 3 1 多服务器分布式网络管理产生原因 1 3 2 3 2 多服务器分布式网络管理发展趋势 1 3 2 4i t r d t o o l 1 3 2 5n e t s n m p 1 4 2 6c g i 1 4 2 7 本章小结 1 5 第三章性能监测模型设计 1 6 3 1 性能监测结构 1 6 3 2 数据采集模块 1 7 3 3 数据存储处理模块 1 7 3 4 数据展示模块 1 7 3 5 本章小结 1 8 第四章改进的性能监测系统的实现 1 9 4 1 开源代码的分析 1 9 4 1 1n a g i o s 功能分析 l9 4 1 2n a g i o s 结构分析 1 9 4 1 3n a g i o s 存放数据 2 4 4 1 4n a g i o s 存在的问题 2 5 4 2 改进的n a g i o s 扩展功能 2 5 4 3 多服务器网络结构 2 5 i v 南京邮电大学硕士研究生学位论文 绪论 4 3 1 多服务器网络交互结构 o 2 5 4 3 2 多服务器分布式网络流程描述 2 7 4 4 改进的n a g i o s 性能监测模型的实现 一 3 0 4 4 1 数据采集模块 3 0 4 4 2 数据存储处理模块 一j 3 5 4 4 3 数据展示模块 3 6 4 5 本章小结 3 8 第五章改进的性能监测系统测试 3 9 5 1 测试平台及方法 3 9 5 2 系统测试分析 3 9 5 3 本章小结 4 3 第六章总结与展望 4 4 6 1 本文的贡献 4 4 6 2 论文不足之处以及下一步的工作 4 4 参考文献 4 6 致谢 4 9 发表论文 5 0 v 南京邮电大学硕士研究生学位论文 绪论 第一章绪论 1 1 研究背景 移动网络当前正处于迅速的发展和变化之中 lj 笔记本 p d a p e r s o n a ld i g i t a la s s i s t a n t 和智能手机使用数量的不断增加 促使越来越多的用户使用各种移动网络来相互通信并交换 信息 无线移动网络技术以快捷高效 组网灵活为优势成为了最受瞩目的技术领域之一 无线移动网络 2 1 是在有线网的基础上发展起来的 是指以无线信道作为传输媒介的计算 机移动网络 是计算机网络与无线通信技术相结合的产物 无线移动网络的物理组成或物理 结构由站 s t a t i o n s t a 无线介质 w i r e l e s s m e d i u m w m 基站 b a s e s t a t i o n b s 或接入点 a e c e s s p o i n t a p 几部分组成 站 点 也称为主机 h o s t 或终端 t e r m i n a l 是移动网的最基本 的组成单元 网络就是进行站点之间的数据传输 我们把连接在无线移动网中的设备称为站 站在无线移动网中通常用作客户端 在我们平时所组建的移动网络中 带有无线网卡的计算 机 掌上电脑等设备都可以称之为站 无线介质 3 是无线移动网中站与站之间 站与接入点 之间的通信的传输介质 a p 可以看成是一个无线h u b 它的作用是提供工作站 s t a 和现有 骨干网络之间的桥接 移动网络要求以无线方式相连的计算机之间共享资源 具有现有网络操作系统 n o s 所 支持的各种服务功能 计算机无线联网常见的形式是把远程计算机以无线方式连入一个计算 机网络中 作为网络中的一个节点 使之具有网上工作站所具有的功能 获得网络上的所有 服务 或把数个有线移动网和移动网络联成一个区域网 当然 也可以用全无线方式构成一 个移动网或在一个移动网中混合使用有线与无线方式 此时 以无线方式入网的计算机将具 有可移动性 在一定的区域移动而同时又随时与网络保持联系 目前 己经有越来越多的企 业认识到移动网络的优势 并且开始借助无线技术来解决问题h j 1 2 研究意义 伴随着移动网络技术的广泛应用 对移动网络进行性能监测就变的越来越重要 通过对 移动网络的监测 可以实现以下功能 5 1 1 做到实时监测网络状况 以便及时获取移动网络 当前运行状况 2 合理规划和优化网络 通过对网络流量的监视 数据采集和分析 给出详 细链路和节点流量分析报告 获得流量分布 为网络规划 路由策略等提供依据 3 给出数 据长期动态变化情况 为移动网络的变化情况提供依据 南京邮电大学硕士研究生学位论文 绪论 1 2 移动网络监测 1 2 1 移动网络监测技术现状及发展前景 从移动网络监测技术来看 目前国内尚未提出有效的移动网络分析方法 国外采用的技 术比较相似 一般都是将无线网卡设置为混杂监听模式 6 1 对该区域内的无线接入点 a p 和 无线主机进行监听 捕获数据包 并对捕获的数据包进行分析 从而分析出当前区域内通信 质量 无线网络安全性 信号质量 网络连通性 各类数据包统计等评估信息 从无线移动 网监测产品的发展来看 目前国外主要有美国f l u k e 网络公司推出的无线通 w a v er u n n e r 和 艾尔麦公司推出的无线移动网监测仪 7 1 这两种监测仪的功能相似 能够完成大部分的无线 移动网监测任务 但是他们的监测功能都是基于p d a 没有自己开发的硬件系统 这两种设备 的造价都非常昂贵 对于小型公司来说 如果购买这种设备的话成本过高 而国内这方面的 研究还比较落后 在国内对于无线移动网的研究主要集中在西电捷通 西安电子科技大学 北京邮电大学等大学及科研机构 主要从事网络无线扩展 漫游 无线安全等关键基础技术 的研究 目前基本上还没有涉及移动网络监测系统的应用研究 开发功能齐全的专用无线网 络监测设备成为了未来移动网络监测的发展方向 移动网络的监测必须能跟上移动网络应用 的发展步伐 能够满足高速率和大型网络监测的任务 8 1 1 2 2 移动网络适用环境 开发和试验无线网络监测系统是有重要的实际意义的 对于加强网络的信息安全 保证 信息的稳定可靠传输 辅助管理网络资源和排除网络故障等具有很强的实用价值 同时也是 我们学习网络结构和网络协议的重要工具 移动网络监测系统主要应用于下面所述的工作环 境 9 1 1 使用无线移动网络的公司 可以方便网络管理员对于本网络的监测 合理的规范 本公司的无线接入 对于外来客户的接入做实时监测 以避免入侵 防止机密信 息外泄 2 各种报告会 论坛使用无线移动网的场合 可以方便会场现场工程师对网络进行 分析 对于有多个接入点和信道的无线移动网络 可以合理的指挥会场人员或合 理的安排接入点的数量并合理的分布接入点位置 平衡使用的网络资源 避免某 个接入点过于拥挤或网络拥塞的情况发生 3 在加工制造业使用无线移动网的用户 对于整个网络的无线接入实施监测 如果 有某个设备仪器或计算机控制台出现故障可以迅速的找到故障机位置 地点 实 时监测 迅速排除故障 避免生产受损 该系统能够有效的提高网络性能 快速 南京邮电大学硕士研究生学位论文 绪论 发现网络故障 并帮助管理人员找出故障原因 以排除故障 同时还能够增强网 络的安全性能 是网络管理人员的得力助手 1 2 3 移动网络的特点 移动网络 1 0 1 由一系列带有无线收发装置的动态结点形成 任意时刻任一结点可以向任意 方向运动 结点的运动是自主的 不同时刻的网络 其拓扑结构也随之发生变化 因此它有 以下特点 1 灵活性和移动性 1 在有线网络中 网络设备的安放位置受网络位置的限制 而 移动网络在无线信号覆盖区域内的任何一个位置都可以接入网络 移动网络另一 个最大的优点在于其移动性 连接到移动网络的用户可以移动且能同时与网络保 持连接 2 安装便捷 12 1 移动网络可以免去或最大程度地减少网络布线的工作量 一般只要 安装一个或多个接入点设备 就可建立覆盖整个区域的移动网络 3 易于进行网络规划和调整 13 1 对于有线网络来说 办公地点或网络拓扑的改变通 常意味着重新建网 重新布线是一个昂贵 费时 浪费和琐碎的过程 移动网络 可以避免或减少以上情况的发生 4 有限的无线传输带宽 1 4 由于无线信道本身的物理特性 它的网络带宽要比有线 信道低得多 考虑到竞争共享 信道碰撞 信号衰减 噪声干扰等因素 结点可 以得到的实际带宽远小于理论上的最大带宽值 比有线信道要低得多 1 2 4 移动网络监测面临的问题 相对于有线网络 无线移动网具有非常独特的特性 因此必须建立相应的无线网络管理 系统 除了系统结构 用户需求和典型应用等模块之外 一个好的无线网络管理系统还必须 考虑以下因素 1 标准的网管通信方式 1 5 网管子系统通常与中央主机相连 网管子系统必须基于 工业标准的管理协议 比如s n m p s i m p l en e t w o r km a n a g e m e n tp r o t o c 0 1 这样 才能监视主机和子系统之间每条链路上的状态信息 并可根据状态信息快速分析 和解决出现的问题 2 网络监视和报告 1 6 主机必须能够监视移动网络系统中所有单元 考虑到移动网 络的连接性不如有线网络那样稳定 移动网络管理系统必须监视和报告无线性能 参数的变化以及接入点的业务类型和负载情况 3 有效地利用带列1 7 尽管随着新技术的发展 移动网络的可用带宽逐步增大 但 3 南京邮电大学硕士研究生学位论文 绪论 还是远远小于有线网络的带宽 因此 在实际应用中必须考虑带宽的合理使用 1 3 问题的提出及研究目标 人们对于移动网络往往只是关注它的实时数据 但是对于一个完整的网络监测系统来说 南京邮电大学硕士研究生学位论文绪论 些数据的时候从采集设备提取 2 s n m p a g e n t 无法提供某个数据的历史记录 2 0 s n m pa g e n t 只能提供被监控设备 的当前状态 某些时候 s n m pa g e n t 也能提供设备在1 5 分钟或者更短时间内的 某些统计数据 但是一个设备的性能和状态的历史记录对网络优化和性能调优有 着很大的帮助 整个网络的设备的历史记录还可以帮助决策者进行更有效 更合 理的决策 当前解决上面问题的办法是管理端必须要在一定的间隔时间内不断的进行 s n m p 轮询 并把轮询得到的结果存储在本地以便将来能够对这些数据进行查询 和分析 比较有名的m r t g 2 1 就是采用这种方式来统计网络设备的流量信息的 并可以生成各种统计数据的趋势图 但是很多网络管理软件根本无法提供这些历 史数据 3 s n m p 协议不能以一种统一通用的数据描述格式保存所有被管理设备的标识 状 态和配置等信息 2 2 1 s n m p 这个缺点 在某种程度上来说主要是因为m 1 b 库的混 乱所导致的 在s n m p 协议被提出来的最初 定义了一些公用 p u b l i c 的m i b 库 在s n m p v 2 版本 也定义了m i b i i 但是这些m i b 库并不能够包容所有厂商 的被监控的信息 例如w i n d o w sn t 2 0 0 0 的一些性能参数在这些公用的m i b 库中 根本无法得到体现 因此m i c r o s o f t 就不得不定义一系列自己的m i b 库来提供这些 信息 由于这个原因 每个厂商都有大量的自己私有 p r i v a t e 的m i b 库 正因 为这些私有m i b 库的存在 导致s n m p 协议不能以一种统一通用的数据描述格式 来保存所有被管理设备的各种信息 其中 第三点是s n m p 致命的缺点 从现在的情况来看 我们不可能仅仅只利用一套网 络管理系统来有效的管理一个拥有a i x h p u x s o l a r i s l i n u x i b ms w i t c h c i s c or o u t e r c i s c os w i t c h f o u n d r ys w i t c h n e t s c r e e n a p cu p s w i n d o w sn t 2 0 0 0 n e t w a r e 等等各种 厂商和平台的网络中的所有设备 这也是为什么c i s c o 的网络环境用c i s c o w o r k s 来管理最方 便最有效 而h p 的o p e n v i e w 虽然可以管理更多厂商的设备 但是在c i s c o 网络环境下不如 c i s c o w o r k s 的主要原因之一 这也是当今主流的网络和系统管理软件无法有效的共享信息和 协作的最主要的原因 2 3 从以上对s n m p 标准协议的分析 可以看出现有的s n m p 会造成网络巨大的开销 大量 的消耗网络带宽资源 对于带宽极为珍贵的移动网络来说 s n m p 是难以在移动网络的环境 下采用的 因此 如何将标准的网管通信协议与移动网络结合还有待于进一步研究 南京邮电大学硕士研究生学位论文 绪论 1 5 研究工作 在现有的移动网络管理的研究理论的基础上 并结合科研项目的实际工作 对以下内容 进行了更深一步的研究 在一定程度上 解决了提出的主要问题 并以此形成论文 1 深入研究现有的网络监测模型及其技术 包括w e b 网络管理技术 多服务器技术 等的研究 其中包括实现机制 适用范围 2 基于以有的网络监测模型 利用模块化分析方法将本文设计的模型进行模块划分 3 研究分析开源网络监测软件n a g i o s 开源代码 并提出改进方案 4 根据n a g i o s 的改进方案 实现改进后的n a g i o s 系统 并进行测试 1 6 论文组织结构 第一章绪论 介绍了移动网络监测的研究意义 现状 发展前景 移动网络适用环境 特点及面临的问题 提出了本文要解决的问题和有待于解决的问题 根据要解决的问题提出 了本论文要研究的内容 第二章阐述网络监测模型及其相关研究技术 包括基于w e b 的网络管理技术 还有本章 在实现部分将采用的软件 第三章在研究和分析网络监测模型的基础上 针对移动网络面临的问题 给出了改进的 网络监测模型设计 第四章在分析了n a g i o s 开源代码的基础上 结合网络监测模型的设计 实现了改进后的 网络监测系统 第五章针对改进后的网络监测系统 对其进行测试 分析 第六章总结和展望 6 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章第三章网络监测模型及其关键技术研究 第二章网络监测模型及其关键技术研究 2 1 性能监测 2 1 1 性能监测标准 性能管理是网络管理五大职能之一 它主要是对网络的性能进行管理 具体来说 就是 通过对网络运行状况的监测 保证网络能够有效 平稳 安全地运行 并通过对网络设备数 据的采集和分析 给网络管理人员提供充足 完整的网络运行情况并制定合适的运行策略 使网络在最高效的状态下运行 2 4 如上所述 为了保证网络有效 平稳 安全地运行 必须有一套性能监测标准来衡量网 络的性能 性能监测标准是量化网络性能的指标 一方面要保障性能监测的有效性 另一方 面又要防止使用过多的指标从而造成计算时间太长 浪费系统资源 因此 选择合适并能精 确测量 准确解释的性能监测标准是性能监测的关键 2 5 1 1 响应时间 2 6 响应时间是指系统对给定输入做出反应所需要的时间 对不同的应用程序 可能稍有不 同的定义 在理想的情况下 应用程序响应的时问越短越好 但响应时间越短 计算机需要 的处理能力就越高 随之需要的费用就越高 且对一些进程提供快的响应时间必然会使另外 一些进程处于不利位置 由于响应时间由传送时间 处理时间等组成 所以一般把它分成总的响应时间 网络传 送时延和处理机时延这3 个部分 但针对不同的系统也有不同的元素占用整体响应时间 为 了测量响应时间 需要监测许多元素 尽量详尽的分解响应时间来找出瓶颈和问题所在 2 利用率 2 7 利用率是指在给定时间内 资源利用的时间百分比 是网络资源使用频度的动态参数 它最大的用途在于检测潜在的瓶颈或阻塞区域 通过分析利用率可以识别整个网络的拥塞问 题 输入利用率计算公式如下 输入利用率3 面d i e 品l i n i o 五c t e 函t s 忑x 8 1 0 0 2 1 输出利用率计算公式如下 输出利用率公式2 面d 面e l 乏o u 夏t o 五c t 丽e t s x 8 1 0 0 2 2 7 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章第三章网络监测模型及其关键技术研究 接口利用率计算公式如下 接口利用率 里丝型嘉三兰菱昱警 t o o 2 3 其中i f s p e e d 为接口速率 d e l t i m e 为采样间隔 d e l i n o c t e t s 为采样间隔内接收的字节数 d e l o u t o c t e t s 为采样间隔内发送的字节数 3 网络时延 网络时延 2 8 1 主要包括以下几部分 包在物理链路上传送的时间 包在路由器队列中的处 理时间和目的节点接收包并生成应答包的时间 网络时延主要分为两类 单程 o n e w a y 时延和往返 r o u n d t r i p 时延 通常意义上的网络传送时延测量是指的往返时延 即报文从 发送方发送时计时 接收方收到该报文后立即返回相应给发送方 发送方接收到该测量报文 后停止计时 此时发送方所得的时间间隔即为往返时延 网络时延的测量按照承载报文的发 送方式又可以分为被动测量和主动测量两种方式 被动测量不发送承载报文 而是根据具体 情况选取正在通讯的报文作为承载报文 即在正常通信过程中同时实现网络时延的测量 主 动测量是主送发送承载报文 根据返回的反馈报文分析网络的时延 主动测量经常采用i c m p i n t e m e tc o n t r o lm e s s a g ep r o t o c 0 1 包 2 9 1 经常使用的 p i n g 命令就是i c m p 的典型应用 在实际中 测量一对源节点和目的节点之间的时延的时候 每次测量源节点都会向目的节点 发送若干个i c m p 包 记录每个包的往返时间和返回包的数量 然后通过下面的公式计算平 均时延 d e t i 一 2 4 其中 d 表示时延 以表示返回的包数 表示单个返回包的往返时延 在这里 让a g e n t 调用系统自带的p i n g 命令 p i n g 若干此目标地址 对命令返回内容进行相应处理取得每次的 时延后 再按公式 2 4 计算平均时延 2 1 2 网络监测模型 网络监测的结构 3 0 如图2 1 所示 第二章第三章网络监测模型及其关键技术研究 接 口 层 数 据 源 i 一 k 口畜j 口j 窀厶历史统计综合报表 l j 实时数嘉l ii 数嘉流预测 1 日志主票i 4 鬟 99 f 7 一 4 7 7 e 锄 数据分析数据转换数据备份 霆 一 j 一 壤 5 数据汇总 j日志管叫7 霾 驻j 融 i 够 0 一i t e 坩 引口 j j t砷 j一 i 嚣 i 主动轮询被动接收配置采集 雾 jj j t v 7 i 7 妫 性能采集配置检查轮询 t r a p 接收 蠢 飞磁瑷 燃磊巍菇漂嚣 蔹瑟 鬏数爹燃 戮 i 虢缓戮 自 貔旋狻i 羰 缓0 l 琵 黝纛麓燃麓豹嚣缓臻曩萋磊飘獭 蕊獗j 鬟缓誊蕴黧满瀚瀚瓣罄g 耋妄瀚 嚣9 l t 一麓 s n 妒i c i p t c p i p 霆 网络设备 7 各 二名霪二 一 塾 图2 1 网络监测的模型 图2 1 展示说明 网络性能管理系统包括四个层次和一个数据源 分别是接口层 数据采 集层 数据处理层 数据展示层 每层都有各自的功能模块 并且每层都会和邻近的层进行 通信 性能的数据由数据源提供 即被监控的设备 下面分别对不同层次进行说明 1 接口层 接口层规定了网络管理服务器与被监控设备的数据通信方式 由于移动通信设备的不同 设备能提供的数据采集点和采集方法也不同 数据采集点有两个 即通信设备本身和与其管 理的设备 数据采集层通过配置能够连接到正确的数据采集点 9 数据展示层 数据处理层 数据采集层 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章第三章网络监测模型及其关键技术研究 对于数据采集方法 大致有以下几种情况 a 通过通信协议接口 目前使用的网管通信协议主要有两种 s n m p 和c m i p c o m m o nm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n p r o t o c 0 1 其中s n m p t 3 1 1 由于其实现相对简单而在t c p i p 系统中得到了普及 目前大多数网 络设备 例如路由器 工作站 p c 等设备都支持s n m p 协议 有些通信设备厂商还提供专 用的s n m p 管理对象 c m i p 3 2 1 则是以o s i o p e ns y s t e mi n t e r c o n n e c t i o n 模型为基础开发的管理协议 在t m n t e l e c o mm a n a g e m e n tn e t w o r k 规范中也使用该协议与通信设备通信 即通信设备应支持 c m i p 协议 但是由于c m i p 协议实现的复杂性以及自身还不够完善 因此并不是所有的通信 设备都完整地支持该协议 不论是s n m p 还是c m i p 数据收集都可以通过它们为上层提供的服务来获得性能数据 具体方法可也通过直接用服务原语编程或通过中间件与之通信来实现 b 通过直接登录 还有一些通信设备或其管理设备并不提供上述接口 它们的性能数据要通过直接登录到 设备上 并输入管理命令来获得 这时 数据收集模块要与推拿高薪设备或其管理设备建立 通信连接 并使用设备识别的管理命令来获取性能数据 不论通信设备提供的是哪种数据收集方法 性能数据收集模块都应能正确与其通信 并 周期性地从通信设备或其管理设备上获取性能数据 获得性能数据后 收集模块将这些数据 存入数据库或直接提供给数据处理模块 2 数据采集层 数据采集层规定了数据获取的形式 即采用主动式或者是被动式 以及采集轮询时间间 隔 采集性能参数对象的定义等 它与接口层相邻 对监控对象的属性定义后直接作用于接 口层获取相应的信息 3 数据处理层 数据采集层获得的数据仅仅是一些原数据 从中还不能直接得到有意义的性能指标 性 能处理层的主要作用就是将这些原数据进行加工处理 包括过滤 合并 组织 建模 存储 和关联等等 使之成为可供查看的性能指标 数据处理层可以通过两种方法得到原数据 数据库和数据收集模块 在数据采集层中 有些原数据被存入了数据库 例如用s n m p 获得的数据 而有些则无法放入数据库 所以 处理模块需对这两种情况分别处理 a 通过数据库获得原数据 l o 堕室坚皇奎兰堡主堡壅生堂垡笙茎堡三里翌三里堕堑些塑堡里垄基差壁垫查堕 在这种情况下 性能数据处理层只与数据库打交道 对原数据的加工是通过对数据库的 操作来实现的 具体实现方法可以使用 s q l 语句或使用存储过程程序对数据库数据进行 操作 整个处理过程在数据库内部实现 处理后的性能数据也保存在数据库中 供数据展示 层使用 b 通过文件获得数据 如果数据采集层无法将原数据存入数据库中 而只能提供性能数据文件 数据处理层则 要对文件进行分析处理 然后将处理产生的性能指标存入数据库或者是直接供上层使用 由于不同设备提供的文件格式不尽相同 数据处理模块无法用统一的方法对文件进行处 理 这将给处理带来很大的困难 因此 在对数据文件处理之前 加工模块首先针对该文件 配置一个标准的文件模块 然后通过文件模块对数据文件进行操作 由于文件模块与数据处 理模块中的文件处理部分都是相同的 所以数据处理模块可以使用统一的方法对不同的文件 格式进行操作 3 数据展示层 相对于数据采集层和数据处理层来说 数据展示层的实现比较简单 它主要是根据要求 从数据库中读取性能数据 并按一定的格式显示给系统管理人员 例如可以实时的展示数据 这对时间要求高的网络来说是非常重要的 可以根据查询要求生成查询结果报告或周期性地 自动生成性能报表 通过数据处理层的日志管理模块 以w e b 形式展示日志信息等 根据不同的要求 该层可以通过不同的方式展示性能数据 例如它可以通过程序界面方 式展示给用户 也可以通过w e b 显示数据 并且这些数据可以被保存或打印 2 2w e b 网络管理技术 2 2 1w 曲网络管理技术的优点 基于w e b 的管理方式有其自身的优势 它以其特有的灵活性 易操作性得到众多厂商和 用户的广泛关注 它为网络管理能够进行多服务器管理提供了一个很好的实现方式 1 由于 w e b 网络管理技术的出现与成熟 人们正在用b s b r o w s e r s e r v e r 浏览器 月艮务器 模式代替 传统的c s c l i e n t s e r v e r 客户机 月艮务器 模式以达到进一步提高网络的实用性 减少开发 设备维护费用 w e b 也因此在网络管理的研究内容中出现并快速发展 在w e b 中 w e b 浏览 器只需要拥有适量磁盘空间的一般机器 管理人员可以将很多的计算与存储任务转移到w e b 服务器上 从而可以使客户在简单便宜的客户机平台上访问它们 这种所谓的瘦客户机 胖服 务器模式不但减少了硬件花费而且使用户得到了更大的灵活性 w e b 融合了w e b 功能与网络管理技术 从而为网管人员提供了比传统工具更强大的能力 l l 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章第三章网络监测模型及其关键技术研究 相对于传统的网络管理系统 w 曲系统有很多优点 3 4 1 地理上和系统上的可移动性 管理员应用w e b 能够通过任何w e b 浏览器 在任 何站点均可以测试和控制公司网络 所以他们不再只拘泥于网管工作站了 更 适合进行多服务器的网络管理 2 统一的网络管理程序界面 利用w e b 页面可以很方便地把各种应用页面集成在 一起 w e b 提供比传统命令驱动的远程登录屏幕更直接 更易用的图形界面 浏览器操作和w e b 页面对用户来讲是非常熟悉的 所以w e b 网络管理技术的必 然结果是既降低了培训的费用 又促进了更多的用户去利用网络的运行状态信 息 3 平台独立性 w e b 的应用程序可以在各种环境下使用 包括不同的操作系统 体系结构和网络协议 无须系统移植 可以在任何平台下访问 只要该平台装 有合适的w e b 浏览器 能够解决很多由于多平台结构产生的互操作性问题 4 以w e b 服务器为中心 降低了维护费用 对系统的修改只需在w e b 服务器上 进行 无需在客户端作任何修改 便于系统的维护 5 由于w e b 仅仅需要基于w e b 的服务器 所以 把它集成到i n t e r n e t 之中就变得 快速而容易 6 网络管理系统之间可以无缝连接 网络管理员可以通过浏览器在不同的管理系 统之间进行切换 各管理系统能够平行地相互配合 组成一个整体 2 2 2w e b 的实现方式 w e b 有两种基本的实现方式 基于代理的解决方案 嵌入式解决方案 他们之间平行地 发展而且互不干涉 第一种是代理方案 35 1 就是在网络管理平台上叠加一个w e b 服务器 使其成为浏览器用 户网络管理的代理 其中 网络管理平台通过s n m p 或其它方式与被管设备通信 收集 过 滤 处理各种管理信息 维护网络管理平台数据库 w e b 应用通过网络管理平台提供的a p i 接口获得网络管理信息 维护w e b 专用数据库 管理员通过浏览器向w e b 服务器发送h t t p h y p e rt e x tt r a n s f e rp r o t o c 0 1 请求来实现对网络的检测和控制 w e b 服务器通过c g i c o m m o ng a t ei n t e r f a c e 调用相应的w e b 应用 w e b 应用把管理信息转换为h t m l h y p e r t e x tm a r k u pl a n g u a g e 形式返还给w e b 服务器 由w 曲服务器响应浏览器的h t t p 请求 第二种是嵌入式方案 3 6 它将w e b 能力真正地嵌入到网络设备中 每个设备都有它自己 的w e b 地址 管理员可以轻松地通过浏览器h t t p 协议直接访问和管理设备 1 2 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章第三章网络监测模型及其关键技术研究 代理方案保留了现存的网络管理系统及设备的全部优点 同时还增加了访问灵活的优点 代理能与所有被管设备通信 w e b 用户也就可以通过代理实现对所被管的设备的访问 代理 与被管设备之间的通信沿用s n m p 或其它方式 所以这种方案的实施只需要那些 传统 的 设备即可 嵌入方案给各独立设备带来了图形化的管理 提供了简单易用的接口 它优于现 在的命令行或基于菜单的远程登录界面 网络管理系统完全采用w e b 技术 网络管理层次和 域的组织采用灵活的虚拟形式 不再受限于地理位置等因素 2 3 多服务器分布式网络管理 2 3 1 多服务器分布式网络管理产生原因 随着网络规模不断增加 包括s n m p 和c m i p 等网络管理协议在各种网络环境中得到广 泛应用并发挥了巨大作用 如何保障网络正常 经济 可靠 安全的运行是网络管理的核心 问题 传统的网络管理系统采用集中式管理模型 网络中处于中心位置的是中心网络服务器 它负责对整个网络进行统一控制和管理 中心网络服务器定期向网元节点发送查询信息 与 网元节点进行相关信息交换 但是 大量的数据传输会消耗网络带宽 在传送过程中又容易 引起数据丢失 而且中心网络服务器往往超负荷工作 严重影响运行效率 这种网络管理系 统结构较简单 虽然容易实现 但是可扩展性差 如果中心网络服务器一旦失效 将引起整 个网络的瘫痪 为了克服集中式网络管理的缺陷 可以将管理工作分散到整个系统中进行分布处理 再 将处理结果汇总 在这样的环境中会有多个管理者存在 网络管理工作也应按照一定的管理 结构划分给各个管理站 这种管理结构可以是能够反应网络连接关系的结构 也可以是反映 等级管理关系的结构 3 7 2 3 2 多服务器分布式网络管理发展趋势 多服务器分布式网络管理主要有两种发展趋势 3 8 1 通过多服务器计算方法 在现有的网管框架下实现开放的 标准的和可扩展的 多服务器管理 主要有基于公共对象请求代理体系结构 c o r b a 的多服务器 管理和基于w e b 的多服务器管理 2 使用全新的多服务器体制的网络管理系统 主要通过移动代理 m o b i l e a g e n t 和主动式网络 a c t i v e n e t w o r k 实现多服务器网络管理 2 4r r d t o o l r r d t o o l 是指r o u n dr o b i nd a t a b a s e 工具 环状数据库 3 9 r o u n dr o b i n 是一种处理定 塑室堕皇奎兰堡主型窒竺兰篁笙塞釜三雯茎三童堕塑堕型堡里塾些鲞堡垫查堕壅 量数据 以及当前元素指针的技术 r r d t o o l 处理r r d 数据库 它是向r r d 数据库存储数 据 从r r d 数据库中提取数据 r r d t o o l 将创建的数据库 存储数据 提取数据 创建用于 在w e b 浏览器中显示的p n g 格式的图像 这些p n g 图像是来源于收集的数据 它可以是温 度值 压力值等任何数值 这里的图像是持续变化的曲线 r r d t o o l 使用r r d 以循环的格式来存储时间序列数据 它会对时间较早的数据求平均值 并在有新的数据插入时将其淘汰掉 r r a 定义了如何对不同的数据源进行平均值计算并保 存 r r d t o o l 利用软件自带的图形工具依据r r d 数据生成图形 2 5n e t s n m p n e t s n m p 是用于实施s n m p 的应用程序套件 可以使用在i p v 4 i p v 6 的环境中 这个套件 包括 1 命令行程序包括 从支持s n m p 的设备只能够检索信息的命令 用于执行单个请 求 或者执行多个请求 可以用于手动设置信息的命令 检索一套固定信息的命 令 可以把m i bo i d 的信息在 数字 形式和 字符 形式之间进行转换的命令 它还能显示m i b 的内容和结构 2 使用t k p e r l 提供一个图形化的m i b 浏览器 3 一个接收s n m pt r a p s 的d a e m o n 经过选择的s n m p 通知信息可以被日志记录 转 发到另一个s n m p 管理系统 或者传递到其它程序 4 一个可扩展的代理程序 s n m p d 用于对管理系统提出的s n m p 请求做出响应 5 包括一个库 用于支持对新的s n m p 开发 支持c 和p e r la p i 2 6c g i 通用网关接口 c g i 是一个w e b 服务器主