（通信与信息系统专业论文）基于snmp的性能监测系统的设计与实现.pdf

中文摘要 摘要：随着网络技术和电子商务的迅速发展，企业通过网络和服务器组成的业务 平台提供着越来越多的服务。对于企业业务平台的性能监测是保障企业服务质量 的重要途径。 本论文设计和实现了江西省公安厅短信分析平台的性能监测系统，该系统用 来对短信分析平台的服务器和网络设备进行性能监测。本文的主要工作如下： 1 阅读了大量的国内外参考文献，了解了企业业务平台性能管理中存在的问 题和网络管理产品的现状，掌握了网络管理和s n m p ( 简单网络管理协议) 的基本原 理和体系结构，为性能监测系统的设计与实现提供了理论基础。 2 分析了性能监测的衡量标准，推导出了网络性能的计算公式，给出了网络 性能监测过程中数据溢出的处理方法，明确了服务器性能监测的数据元素。 3 根据性能监测系统的设计原理和实际应用环境，采用了集中式的监测方 式，设计了性能监测系统的总体框架，划分性能监测系统的为：客户端程序和服 务程序两部分，更进一步地根据功能需求划分服务程序为数据采集模块、监测功 能模块和告警模块三部分。数据库操作模块和线程池功能模块作为服务程序的支 撑，设计为公共功能模块，为服务程序的多个模块共享使用。 4 实现了性能监测系统：通过对s n m p 的易用性、广泛支持性和安全性特点 的分析，系统采用s n m p 作为实现的基础。使用j a v a 语言和插件式开发的形式完 成了服务程序，利用了j a v a 语言的多线程特性和插件式开发易于扩展维护的特点， 使用e c l i p s e r c p ( r i c hc l i e n tp l a t f o r m ，富客户端) 框架实现了客户端，使用 m y s q l 5 0 数据库存储数据。 本系统设计与实现后，用于监测江西省公安厅短信分析平台。系统通过对短 信分析平台上的网络设备和服务器的性能状况的监测，为短信分析平台中服务器 的配置参数以及网络性能提供了优化调整的依据；为短信分析平台中各种故障做 出了及时的告警，取得了良好的效果。 关键词：网络管理；s m 讧p ；网络性能监测；服务器性能监测；插件式开发 分类号：t p 3 9 3 0 7 a bs t r a c t a b s t r a c t ：w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fn e t w o r kt e c h n o l o g ya n de c o m m e r c e ， e n t e r p r i s e sp r o v i d em o r es e r v i c e sv i ab u s i n e s sp l a t f o r m ，w h i c hi sc o m p o s e do fn e t w o r k a n ds e r v e r s p e r f o n n a n c em o n i t o r i n go ft h eb u s i n e s sp l a t f o r mb e c o m e sac r i t i c a lw a yt o e n s u r et h eq u a l i t yo f e n t e r p r i s es e r v i c e s t h ep a p e rm a i n l yd e s i g n e da n di m p l e m e n t e dt h ep e r f o r m a n c em o n i t o r i n gs y s t e m o fs m s ( s h o r tm e s s a g es e r v i c e ) a n a l y s i s p l a t f o r m o f j i a n g x ip r o v i n c ep o l i c e d e p a r t m e n t t h ep e r f o r m a n c em o n i t o r i n gs y s t e mm o n i t o r st h ep e r f o r m a n c eo fs e r v e r s a n dn e t w o r ke q u i p m e n t so fs m sa n a l y s i sp l a t f o r m t h em a i ns t u d i e sa n di n n o v a t i o n s a r es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： 1 l e a r n e dt h ep r o b l e m so fp e r f o r m a n c em o n i t o r i n go fe n t e r p r i s eb u s i n e s s p l a t f o r m ，a n dt h es t a t u sq u oo ft h en e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e mb yr e a d i n gag r e a t n u m b e r so fp a p e r sa n dr e f e r e n c e s m a s t e r e dt h eb a s i cp r i n c i p l ea n da r c h i t e c t u r eo f n e t w o r km a n a g e m e n ta n ds 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 ) ，w h i c h p r o v i d ep r o v i d e st h e o r e t i c a lb a s i sf o rd e s i g na n di m p l e m e n to ft h ep e r f o r m a n c e m o n i t o r i n gs y s t e m 2 d e e p l ya n a l y z e dt h ey a r d s t i c ko ft h ep e r f o r m a n c em o n i t o r i n g ，d e d u c e dt h e c a l c u l a t i o nf o r m u l ao fn e t w o r kp e r f o r m a n c e ，a s c e r t a i n e dt h et r e a t m e n tm e t h o do fd a t a o v e r f l o wi nn e t w o r kp e r f o r m a n c em o n i t o r i n g ，a n ds p e c i f i e dt h ee l e m e n t sc o l l e c t e do f s e r v e rp e r f o r m a n c e 3 b a s e do nt h e d e s i g np r i n c i p l ea n da p p l i c a t i o ne n v i r o n m e n t ，a d o p t e dt h e c e n t r a l i z e dm o n i t o r i n ga r c h i t e c t u r e ，a n dd e s i g n e dt h em a i nf r a m e w o r ko fp e r f o r m a n c e m o n i t o r i n gs y s t e m t h es y s t e mi sd i v i d e di n t o ：c l i e n ta n ds e r v i c ea p p l i c a t i o n ，w h i c hi s t y p i c a lc sm o d e m o r e o v e r , t h es e r v i c ea p p l i c a t i o ni sd i v i d e di n t od a t ac o l l e c t i o n ， m o n i t o r i n gf u n c t i o na n dw a r n i n gm o d u l e sa c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n t s 4 i m p l e m e n t e dt h ep e r f o r m a n c em o n i t o r i n g s y s t e m ，u s i n gs n m pa s t h e f o u n d a t i o n ，b e c a u s eo ft h eu s i n gk i n d e a s i l y , w i d e l ys u p p o r t e da n ds e c u r i t y c h a r a c t e r i s t i c so fs n m p p r o g r a m m e dt h es y s t e mu s i n gj a v al a n g u a g ea n dp l u g i n b u i l d i n g ，t a k i n gt h ea d v a n t a g e so ft h ej a v am u l t i - t h r e a dp r o p e r t y , a n dt h ep l u g i n b u i l d i n ge a s i l y t oe x t e n da n d m a i n t a i n i m p l e m e n t e dt h ec l i e n tf o l l o w i n gt h e e c l i p s e r c p ( r i c hc l i e n tp l a t f o r m ) s t o r e dd a t au s i n gm y s q l5 0d a t a b a s e a f t e rd e s i g na n di m p l e m e n t ，t h ep e r f o r m a n c em o n i t o r i n gs y s t e mi s d e p l o y e df o r j 匕宝銮道太堂亟堂僮迨塞旦墨! 基! m o n i t o r i n gt h es h o r tm e s s a g ea n a l y s i sp l a t f o r mo fj i a n g x ip r o v i n c ep o l i c ed e p a r t m e n t t h ep e r f o r m a n c em o n i t o r i n gs y s t e mi su s e df o ra n a l y z i n gt h ep e r f o r m a n c es t a t u so f n e t w o r kd e v i c e sa n ds e r v e r so fa n a l y s i sp l a t f o r m ；p r o v i d i n gr e f e r e n c et oo p t i m i z et h e n e t w o r kd e v i c e sp e r f o r m a n c ea n ds e r v e r sc o n f i g u r a t i o n so fa n a l y s i sp l a t f o r m ；m a k e s w a r n so fp r o b l e m so fa n a t y s i sp l a t f o r mi nt i m e ，a n da c h i e v e sg o o dr e s u l t s k e y w o r d s ：n e t w o r km a n a g e m e n t ；s n m p ；p e r f o r m a n c em o n i t o r i n go fn e t w o r k d e v i c e ；p e r f o r m a n c em o n i t o r i n go fn e t w o r kd e v i c e ；p l u g - i n c l a s s n o ： v 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：1 易彩 i 导师签名： 狼鼹潞 签字日期：赫易月p 日签字日期：力口罗年莎月，。日 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文彳乍者签名：p 动 签字日期 伊g 年 6 2 致谢 本论文的工作是在我的导师张骏温老师的悉心指导下完成的，张骏温老师严 谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢两年来 张骏温老师对我的关心和指导。 贾卓生教授悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给 予了我很大的关心和帮助，在此向贾卓生老师表示衷心的谢意。 魏慧琴教授对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷 心的感谢。 在实验室工作及撰写论文期间，李星等同学对我论文中的数据采集研究工作 给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。 另外也感谢我的父母，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。 1 引言 1 1 课题研究背景 进入二十一世纪以来，网络技术得到了前所未有的发展，计算机网络规模不 断扩大，已经广泛的应用于各行各业。网络技术又带动了电子商务的发展，企业 更加依赖网络和服务器提供服务，将更多的业务部署在服务器上，、通过互联网提 供服务。随着业务流程逐步复杂和多样，需要增加更多的服务器和网络带宽来支 持自身业务。 网络和服务器以及应用程序的性能状态已经直接影响到企业的业务。网络或 者服务器产生的故障使得企业无法提供正常稳定的服务，使企业受到损失。因此， 网络和服务器以及应用程序的性能状态成为企业关注的焦点之一。性能管理变得 越来越重要。企业用户需要良好的性能管理来保证需要高性能的企业应用服务的 正常运行。 然而，实际网络性能管理和服务器性能管理中面临着诸多的问题，首先是网 络规模的不断增大、异构性和复杂性的不断增加，导致管理员的工作量和复杂程 度随之迅速的增长，仅仅靠数量有限的网络管理员无法满足需求。其次，服务器 种类繁多、服务器运行的操作系统和应用服务程序的版本不一使得服务器性能管 理面临着巨大的考验。 因此，性能监测系统变得非常重要。通过监测系统，管理员能够同时监管更 多的设备，能够实时发现网络、服务器以及应用程序运行的状态。构建性能良好 的性能监测系统能够提供给管理员一个了解网络和服务器运行参数的便利工具， 也可以帮助减少、甚至预防网络故障，快速处理网络故障，缩短服务失效时间； 调整服务器运行参数，优化服务质量，提高资源的利用率，从而提供给用户更好 的服务。 性能监测系统一定程度上支撑了企业的业务，提高了生产效率。如果使用软 件实现网络和服务器性能监测，势必缓解管理员因网络规模、异构性的增加而带 来的压力，缓解管理员等待服务器出现问题解决问题的被动局面。这样管理员可 以有更多的精力从事优化网络总体性能，扩充网络规模等更为宏观的工作。性能 监测系统的目的就是确保网络、服务器和应用程序一整套企业服务资源的稳定、 可靠、高效的运行。通过监测网络资源，保证其处于良好的运行状态，达到提供 预期服务效果的要求。 1 1 1网络管理产品现状 网络管理是监视和控制复杂的计算机网络，以确保其尽可能长时间地正常运 行，或当网络出现故障时尽可能地发现故障和修复故障，使之具有最高的效率和 生产力的过程。在网络规模和应用不断扩大的今天，除了网络设备本身和网络架 构的可靠性之外，网络管理的质量成为保证网络运行情况的一个关键环节。 根据网络世界网站上的调查可以看出8 8 的用户拥有不同厂商的网络设 备，而8 1 的用户使用了品种繁多的网管软件。这其中包括很多国外大公司开发 的功能丰富的网络管理软件，目前市场占有率比较高的是h po p e n v i e w n n m 网络 管理软件、i b mt i v o l in e t v i e w 网络管理软件和c au n i c e n t e r 网络管理软件。 i - i po p e n v i e wn n m 网管软件比较适合电信运营商、移动服务供应商、i s p 、- 宽带服务供应商等网管方面有大规模投入、具备网管专家、而且h p u x 设备较多 的用户。i b mt i v o l in e t v i e w 网络管理软件在金融领域及其他行业占有超过5 0 的 市场份额。c a 采用分层次的定价模式，大大简化了购买和维护程序。产品适用于 电信运营商、i t 技术服务商、金融、运输、企业、教育、政府等网管方面有大规 模投入、i t 管理机构健全、维护人员水平较高的用户。 除此以外，还有c i s c o 公司的c i s c o w o r k s 、3 c o r n 公司的n e t w o r ks u p e r v i s o r 、 美国n e t s c o u t 公司的n g e n i u sp e r f o r m a n c em a n a g e r 和硬件探针、m i c r o m u s e 公司 的n e t c o o l 网管系统等。国内一些厂商也在网络管理上推出了许多产品，如游龙科 技的s i t e v i e w 、北大青鸟的n e t s u r e x p e r t 网管系统、神州数码的l i n k m a n a g e r 、北 邮的f u l l v i e w 、亚信网管、武汉擎天的q t n g 等。 网络管理从功能上看可分为故障管理、性能管理、安全管理、配置管理和计 费管理5 种。根据网络世界的调查，故障、性能和安全管理是大家使用网管 软件要达到的主要目的。如图1 1 所示。其中6 0 的用户利用网管软件发现了网络 的故障以及性能问题，并且借助网管软件的告警在安全攻击前采取了相应的措施， 避免一定程度的损失。 匦。盐鏊篁篓：翅i! 些 匿；蒸全笪翌主溷l! ! 兰 匿垂圜 二二二堕二 匿煎圈 二二二二至 二二 匿蛋囹 二二二二二巫二二二二二 图1 - 1 使用网管软件的主要目的 f i g 1 - 1t h em a i np u r p o s eo fd e p l o y i n gn e t w o r km a n a g e m e n ts o f t w a r e 2 1 1 2网络性能监测概况 由图1 1 可以看出，选择使用网络管理软件的客户中，6 9 都是出于对网络性 能管理的需要。所以网络性能管理是网络管理中非常重要的一个内容，而网络性 能管理的基本需求就是性能监测。 性能监测主要指对企业的关键业务应用进行监测、优化，提高企业应用的可 靠性和质量，保证用户得到良好的服务，降低服务维护成本。企业业务平台性能 的强大，可以提高竞争力，因此，加强性能监测具有积极的意义。 性能监测主要功能如下： 1 监测企业关键应用的性能：现在通过进程监测、模拟等手段可真实测量用 户响应时间，以及应用系统的使用频率，应用系统所占的资源情况等信息。 2 快速定位应用系统性能故障：通过对应用系统各种组件( 数据库、中间件) 的监测，迅速定位系统故障。 3 优化系统性能：精确分析系统各个组件占用系统资源情况，中间件、数据 库执行效率，根据应用系统性能要求提出专家建议，保证应用在整个寿命周期内 使用的系统资源要求最少，节约维护费用。 目前市场上比较流行的应用系统性能管理产品有b m c 、t i v o l ia p p l i c a t i o n p e r f o r m a n c em a n a g e m e n t 、v e r i t a s ( p r e c i s e ) 的i 3 系列产品、q u e s t 系列产品、t o p a z 。 国内主要是s i t e v i e w 产品。 1 2s n m p 在性能监测中的应用 简单网络管理协议( 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 ) 是一种应用层协议， 是t c p i p 协议族的一部分，管理者和网络设备间能够使用s n m p 协议交换管理信 息。s n m p 网络管理是基于t c p i p 的网络上使用最为广泛的网络管理模型。网络 管理员可以通过s n m p 协议来管理网络，发现和解决网络问题。 在性能管理的应用中，s n m p 起到很重要的作用，这种作用体现在以下几个 方面：在数据采集方面，s n m p 中规定的m i b 库中记录了设备运行状态参数，提 供了数据来源。如果没有标准库，开发者可以通过a s n 1 语法自定义结构实现m i b 库生成数据。在数据传输方面，s n m p 协议作为t c p i p 协议族中应用层协议，通 过传输层u d p 协议传输数据。此外s n m p v 3 有较为完善的体系结构和安全特性， 有较好的数据加密功能，在用户权限方面也比较完善。基于这些特点，系统采取 了s n m p 作为底层数据采集和构建协议报文传输的基础，来搭建整个系统。 3 1 3论文主要工作 本文首先分析了网络管理现状和企业i t 资源应用现状，认为性能监测是网络 管理中的一个新兴的方向。接着对网络管理中的性能管理和服务器性能管理做了 简要介绍。然后提出性能监测系统的设计原则、目标，框架设计，模块划分和模 块设计以及实现性能监测系统的其他相关功能模块的设计。之后根据性能监测系 统设计的思路对系统进行实现，特别对其中重要的数据采集、服务器性能监测、 数据库监测、网络性能监测、告警等模块的实现思想、过程和相关技术做了详尽 的阐述。在本文的最后对整个系统进行了总结，对未来的研究进行展望。 性能监测系统实现了网络的性能管理，对网络接口参数都能用曲线图的形式 显示；实现了网络的事件管理，主要提供了对网络中被管设备产生各种事件进行 配置和处理能力；用户还可以查看报警事件数据库中的报警事件；通过查看这些 事件，更能准确的了解网络的运行状态，故障定位、提高网络的性能；实现了服 务器的性能监测，可以对服务器各项性能指标进行监测、图形化显示；定义各类 告警事件对服务器性能问题进行告警；实现了数据库监测，可以对o r a c l e 数据库 的表空间、活动用户数、s g a 数据缓冲区命中率、共享池大小、数据缓存大小等 指标进行监测。 1 4 论文组织结构 本论文研究和实现了性能监测系统，能够实时监测网络中支持s n m p 协议的 网络节点、服务器性能以及应用程序的性能。论文结构安排如下t 第一章绪论介绍本课题的背景、网络监测中的性能监测和服务器性能监测的 国内外产品现状；说明了s n m p 在性能监测系统中的重要作用；交代了本文的主 要工作内容。 第二章阐述了基于s n m p 的网络管理系统的基本原理和体系结构；重点介绍 了s n m p 协议、协议的模型和s n m p 的管理信息库( m i b ) 。 第三章介绍了网络性能监测技术、衡量标准和服务器性能监测。 第四章进行性能监测系统的框架设计。给出了系统的总体目标和主要功能模 块划分；给出了主要功能模块：服务器性能监测、数据库监测、网络性能监测和 告警模块的设计。 第五章在第四章设计的基础上完成了系统的实现，介绍了系统开发运行时环 境，详细阐述了系统的几个关键功能模块的实现，并给出了实际运行结果。 第六章介绍本文的主要成果和不足之处，为下一步研究指明方向。 4 2 网络管理与s n m p 协议 2 1网络管理简述 网络管理是提高计算机网络的性能的过程，是满足用户安全、可靠、正常使 用网络服务，以及保证网络正常、高效的运行而进行的一系列的监测、维护和管 理操作【i 】。网络管理目标是确保计算机网络的持续正常运行，并在计算机网络运行 出现异常时能及时响应和排除故障【2 】。网络管理通常包括数据采集、数据分析和处 理以及故障告警，并提出解决方案。网络管理系统就是由这样的一组软件组成， 它们的使用可以大大提高网络的效率【3 l 。 网络管理是为了随时满足各种对象的服务需求，保证网络的成本最合理、性 能最佳，从而对网络进行计划、管理、分析、评价、设计和扩充，以便有效地分 配和协调资源。它综合应用计算机网络技术和管理科学，以解决网络生命周期内 可能遇到的所有问题。网络管理包括了在网络使用期间为满足用户所进行的对网 络的操作和维护的全部活动，研究和处理大量技术性和非技术性问题。前者包括 网络的配置、故障的排除、。性能分析和调整、安全控制等，后者则包括计划和预 算、订货、安装、培训和用户服务等工作。 国际准化组织( i s o ) 在i s 0 7 4 9 8 4 文档【4 】中定义了网络管理的五个功能域： 故障管理 配置管理 计费管理 性能管理 安全管理 1 故障管理( f a u l tm a n a g e m e n t ) 检测网络故障、分离并修正网络环境中的不正常操作。目标是自动检测网络 硬件和软件中的故障并通知用户，以便网络能有效地运行。当网络出现故障时， 要进行故障的确认、记录、定位，并尽可能排除这些故障。这一点对于网络管理 是很重要的。由于故障差错可以导致不可接受的网络性能下降甚至整个系统的瘫 痪，所以故障管理是网络管理元素中被广泛实现的一种元素。 2 配置管理( c o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n t ) 用来定义、识别、初始化、监测网络中的被管对象，改变被管对象的操作特 性，报告被管对象状态的变化。某些网络设备的配置决定着该计算机网络的表现。 配置管理是发现和设置这些关键设备的过程。它包括收集当前系统网络配置的信 5 息；提供远程修改设备配置的手段：储存数据、维护一个最新的设备清单并根据 数据产生报告。配置管理最主要的作用就是它可以增强网络管理者对网络配置的 控制。 3 计费管理( a c c o u n t i n gm a n a g e m e n t ) 记录用户使用网络资源的情况并核收费用，同时也统计网络的利用率。这一 方面可以维持网络的运行和发展，另一方面，管理者也可以根据情况更好地为用 户提供他们所需的资源量，并促使用户合理地使用网络资源。通过计费管理来确 定网络资源的使用是否因用户增加而达到极限，从而决定是否增加网络资源或重 新进行分配，这有助于创建一个更有效的网络。 4 性能管理( p e r f o r m a n c em a n a g e m e n t ) 性能管理的目标是衡量和呈现网络特性的各个方面，使网络的性能维持在一 个可以接受的水平上，保证在使用最少网络资源和具有最小时延的前提下，网络 能提供可靠、连续的通信能力。它通过收集历史信息和统计数据来估算当前网络 的运行情况。性能管理使管理人员能够监视网络运行的关键参数，如整体吞吐量、 利用率、错误率或响应时间等。性能管理能够指出网络中哪些性能可以改善以及 如何改善。 它的目的是要保证用户在任何时间的需求都能得到满足。从概念上讲，性能 管理包括监视和调整两大类功能。监视功能主要是指跟踪网络活动；调整功能是 指通过改变设置来改善网络的性能。性能管理的最大作用在于帮助管理员减少网 络中过分拥挤和不可通行的现象，从而为用户提供稳定的服务。利用性能管理， 管理员可以监测网络设备和网络连接的使用状况，并利用收集到的数据推测网络 的使用趋势，分析出性能问题，尽可能做到防患于未然。性能管理为网络结构的 调整和差错检测提供了依据。 性能管理包含以下几个步骤：收集网络管理者感兴趣的性能参数，分析这些 数据，判断网络是否处于正常水平并产生相应的报告，为每个重要的变量决定一 个合适的性能阈值，超过该阈值就意味着出现了值得注意的网络故障，根据性能 统计数据，调整相应的网络部件的工作参数，改善网络性能。 5 安全管理( s e c u r i t ym a n a g e m e n t ) 安全管理是控制对计算机网络中的信息的访问过程，对通讯资源和活动进行 保护，防止有意或无意的破坏，保证网络不被非法使用。包括病毒检测、验证网 络用户的访问权限和优先级、检测和记录末授权用户企图进行的非法操作。 安全管理的功能包括：标识重要的网络资源( 包括系统、文件和其它实体) ；确 定重要的网络资源和用户集之间的映射关系；监视对重要网络资源的访问；记录 对重要网络资源的非法访问和信息加密管理。 6 这五个管理功能域简称为：f c a p s ，覆盖了整个网络管理的范围。 2 2简单网络管理协议 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 o l ，简单网络管理协议) 事实上指一 系列网络管理规范的集合，包括：s n m p 协议本身、数据结构的定义和一些相关 的概念，本节对s n m p 的主要概念作简单介绍。 2 2 1s 舯管理模型 s n m p 采用无连接的数据报方式，即使在网络处于高度负荷时也能继续处理 管理功能。s n m p 采用管理者代理的管理模型【5 】，s n m p 是以t c p i p 的协议为底 层传输协议。s n m p 的网络管理模型包括以下关键元素：管理者( m a n a g e r ) 、代理 ( a g e n t ) 、管理信息库( m m ) 、简单网络管理协议( s n m p ) 【6 】。s n m p 的结构如图所 示： 图2 1s n m p 体系结构图 f i g 2 - 1t h ea r c h i t e c t u r eo fs n m p 管理者( m a n a g e r ) 管理者通常是一个独立的设备，也可以利用共享系统实现。管理者被作为网 络管理员与网络管理系统的接口，是实施网络管理的实体，驻留在管理工作站上， 7 是整个网络系统的核心，能够完成网络管理的各项功能，如监视网络性能、排除 网络故障、从网络上所有被管设备的m i b 中提取出信息数据等，一般位于网络中 的一个主机节点上。 代理( a g e n t ) 网络管理系统中另一个重要元素是代理，驻留在被管对象中，如主机、网桥、 路由器及集线器均可作为代理者工作。代理对来自管理者的请求进行应答，并为 管理者报告重要的意外事件。 管理信息库( m i b - m a n a g e m e n t i n f o r m a t i o nb a s e ) 管理资源的表示方法是将这些资源以对象的形式表现出来。这些对象的集合 就是管理信息库【7 】。管理者通过获取m i b 对象的值来实现监视功能；通过修改特 殊量的值，在管理代理上实现一个动作。m i b 存储在被管理对象中，管理信息库 是一个动态刷新的数据库，它包括设备的配置信息，数据通信的统计信息，端口 的性能数据，安全信息和设备私有信息。这些信息形成网络管理系统的数据来源。 简单网络管理协议( 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 ) 管理者和被管代理之间通信是通过s n m p 协议进行的，s n m p 协议描述了管 理者与被管代理之间的数据通信机制，定义了s n m p 协议数据单元p d u ( p r o t o c o l d a t au n i t ) 的种类和格式；。定义了管理者和被管代理之间的数据报文格式，决定了 网络管理系统的主要功能；还定义了管理信息库( m i b ) 的数据报格式。 2 2 2s n m p 协议 s n m p 协议是基于t c p f i p 协议栈的应用层协议。s n m p 提供一套简单的命令 集通过与a s n 1 ( a b s t r a c ts y n t a xn o t a t i o no n e ) 相关的基本编码规则b e r ( b a s i c e n c o d i n gr u l e s ) 8 1 形成报文。为减少网络设备的通信开销，s n m p 采用面向无连接 的u d p ( 用户数据报协议) ，从而降低了系统开销但对报文正确到达不作保证。 s n m p 协议实体之间交换的u d p 报文被称作s n m p 报文。s n m p 报文由版本号、 标识符、s n m p 共同体名和s n m p 协议数据单元( p d u ) 组成。 s n m p 协议主要涉及通信报文的操作处理。协议规定了m a n a g e r 和a g e m 的 通信方式，定义了它们之间交换报文的格式和含义，以及每种报文的处理方式等。 s n m p 的操作只有两种基本的管理功能，即： 1 ) “读操作，用g e t 报文来检测各被管对象的状况； 2 ) “写”操作，用s e t 报文来控制各被管对象的状况； s n m p 的这些功能通过轮询操作来实现，即s n m p 管理进程定时向被管理设 备周期性的发送轮询信息，管理者根据返回的信息判断是否有异常事件发生。轮 8 询监测的主要优点是对代理资源的要求不高，可使系统相对简单。但s n m p 不是 完全的轮询协议，它允许不经过询问就能发送某些信息，即t r a p 信息，是以事件 驱动的访问方法。t r a p 由代理产生，将被管设备的异常事件报告给管理者。s n m p a g e n t 还可以作为不支持s n m p 协议的被管设备的p r o x y ，如网桥、m o d e m 以及其 他为了节省开销而不支持s n m p 的设备。s n m pp r o x ya g e n t 完成s n m p 协议栈到 p r o x y 设备支持的协议栈的转换，实现了s n m pm a n a g e r 对不支持s n m p 协议设备 的管理。 s n m p 报文的内容和格式均由i s o 的抽象句法表示法a s n 1 来定义。在1 9 9 0 年5 月，i e t f 正式公布的s n m p v l 版本( g r c l l 5 7 ) 中定义了5 种协议数据单元 ( p d u ) 。如表2 1 所示： 表2 1s n m p v l 中的五种报文 t a b l e 2 - 1f i v ed a t a g r a m si ns n m p vl p d up d u 名称 作用 o g e t r e q u e s t查询一个或多个变量的值 1 g e t - n e x t - r e q u e s t 运行在一个m i b 树上检索下一个变量 2 s e t - r e q u e s t对一个或多个变量进行设置 3 g e t - r e s p o n s e对g e t s e t 报文做出响应，并提供差错码、差错状态等信 息 4 t r a p 向管理进程报告代理发生的事件 在s n m p v 2 消息中可以传送7 类p d u 。也就是在s n m p v l 的基础上增加了 g e t b u l k r e q u e s t 和i n f o r m r e q u e s t 两种p d u 。g e t - b u l k - r e q u e s t 它可高效率的从代理 进程读取大块数据，i n f o r m r e q u e s t 它使一个管理进程可以向另一个管理进程发送 信息。 s n m p 实体之间报文交换的实现机理如下： 1 发送s n m p 报文的过程如下： 1 ) 选择报文p d o 的类型，如g e t ， g e t - n e x t ，s e t 等，使用在r f c l l 5 7 中 定义a s n 1 的结构以构造p d u 。 2 ) 将p d u 、源地址、目的地址、共同体名等送给一个认证服务，认证服务执 行该交换所需要的格式转换，例如加密或附加一个认证代码，并且返回这个结果。 3 ) 协议实体构造一个包括版本域、共同体以及前面返回的结果的报文。 4 ) 用基本编码规则b e r 给新的a s n 1 对象编码，并传递给传输服务。 2 接收s n m p 报文的过程如下： 1 ) 对报文做一个基本的语法检查，丢掉出错的报文。 2 ) 验证版本号，丢掉版本不匹配的报文。 9 3 ) 协议实体将用户名、报文的p d u 部分、源和目的地址等传送给认证服务。 若认证失败，认证服务通知s n m p 协议实体，协议实体产生一个t r a p ，并且丢掉 报文；若认证成功，返回一个以a s n 1 编码的p d u 。 4 ) 协议实体对p d u 做基本的语法测试，丢掉错误的p d u ，然后用指定的共 同体所选择的合适的s n m p 访问策略，p d u 做相应的处理。 2 2 3s n m p 的管理信息结构s m i s m i ( s t r u c t u r eo fm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n ) 规定了管理信息是如何被分组和命 名，它所允许的操作，所规定的数据类型以及定义m i b 的句法。 s n m p 的管理信息结构s m i 最初在r f c l1 5 5 中定义，它定义了s n m p 框架所 用信息的组织、组成和标识，详细描述了一个用来定义和构造m i b 的基本框架， 描述了m i b 对象的定义、组织识别机制和如何在协议上编码传输。它确定了能够 用在m i b 中的数据类型，以及在m i b 中如何表示和命名资源【9 l 。具体地说，s m i 可以完成： 标准化的方法定义m i b 结构； 标准化的方法定义单个对象，语法和每个对象的i d ； 标准化的数值编码方法。 s m i 的一个基本用途就是定义s n m p 使用的管理对象。按照s m i 定义的s n m p 管理对象都具有3 个属性：名字、语法和编码。 名字：每一个管理对象都有二个唯一的对象标识符作为其名字。 语法：每一个管理对象的抽象数据结构用抽象语法表示法来定义。 编码：管理对象的实例也用抽象语法表示法a s n 1 编码，发送和接收的包 含管理对象值的协议报文用基本编码规则b e r 来定义。 s m i 为m i b 定义管理对象以及协议使用管理对象提供了模板。它定义了所用 的a s n 1 子集以及b e r 规则如何在传输和接收s n m p 信息中使用。 2 2 4抽象语法表示法a s n 1 和基本编码规则b e r 抽象语法表示法a s n 1 提供了一种表示数据的标准方法，这些数据是要在互 联网中传输的。a s n 1 被用来描述被管对象是如何定义以及如何在管理信息库中 表示。a s n 1 是一种高级的对象类型定义语言，它描述了在网络管理进程和代理 进程之间传输的s n m p 报文的格式。a s n 1 不仅是一个形式化的文法，还是一个 抽象的表示法。需要注意的是s n m p 使用的仅仅是a s n 1 的一个子集。下面给出 1 0 了与s n m p 相关的三个主要a s n 1 组件： 定义管理对象数据类型的类型符号； 定义数据类型值和实例的值符号； 发送和接收用a s n 1 编码的信息的传送语法。 基本编码规则b e r 描述了在传送过程中内容是如何表示的。它把a s n 1 数据 编码为适合在互联网上传输的字节格式。 2 2 5s n m p 的管理信息库m i b 管理信息库就是保存所有网络管理对象的数据结构。管理信息库是网络管理 系统中的重要构件，它由一个系统内的许多被管对象及其属性组成。 m i b ( m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o nb a s e ) 实际上是个虚拟数据库。这个数据库提供有 关被管理网络元素的信息，而这些信息由管理进程和各个代理进程共享。m i b 由 管理进程和各个代理进程共同使用。 m i b ( r f c l 2 1 3 ，r f c l 2 1 5 ) 规定了被管对象系统必须保存的数据项目、数据类 型，以及每个数据项目中允许的操作等。它可以借助网络管理协议对其获取或修 改以实现对网络的管理。 m i b 库是所有被管对象的抽象集合。管理信息库按树形结构组织，称为m i b 树。每个被管对象对应树形结构的一个叶子节点，称为一个o b j e c t 。m i b 树是棵静 态树，也就是说，m i b 树形结构在设备启动时完成初始化，以后m a n a g e r 只是检 索或修改每个被管对象的内容。网管通过读写m i b 中的被管对象实现对设备的管 理。 在s n m p 网络管理系统中，每个网络节点上存放一个m i b 。由节点上的代理 负责维护。网络的管理者通过与代理的交互实现对这些m i b 的管理。 管理信息库m i b 的标准是r f c l 2 1 3 ，r f c l l 5 6 ，r f c l l 5 8 。s m i ( r f c l l 5 5 ) 中详细定义了m i b 的组成结构。在1 9 9 1 年公布的m i bi