（通信与信息系统专业论文）hfc网络管理系统关键技术的研究与系统实现.pdf

摘要 随着h f c 接入技术的发展和h f c 网络建设的推进，迫切需要对h f c 网络 进行管理。而目前h f c 网络运行的设备，要么不具有网管接口，要么提供的网 管的接口采用了各自不同物理电气接口和自定义的非规范通信协议。 本文总结了h f c 网络的特性，结合t c p i p 网络管理技术，分析了网络管理 的s n m p 协议和h f c 网络管理的s c t e 规范h m s 。在此基础上，设计出一种网 络代理服务器框架，对于不支持t c p i p 协议栈的网络设备进行代管，将这些设 备集合完全纳入s n m p 管理系统进行管理。 在此过程中，分析引出详细的设计思路，对设计和实现中的一系列关键技术 分别进行详细阐述和讨论。本文重点在于代理服务器软件架构的设计思路和实现 方案。 对代理服务器的设计思路的说明，着重通过对其体系架构的几个关键功能实 体的详细描述。系统按功能层次和内部数据控制范围划分针对s n m p 管理者、 被管h f c 设备以及系统配置终端三个服务对象的三个功能实体。每个功能实体 通过内部的模块细化进行更具体的设计说明。其中包括，关键功能的模块描述和 实现设计，以及关键的策略考虑等。 按照对代理服务器框架的设计开发了一台代理工作站设备。对实现中的关键 控制结构和关键工作进程详细说明了实现的方式和流程。并且对嵌入式的w e b s e r v e r 的实现进行描述。对实现的代理工作站系统各方面性能进行一些初步的测 试，符合性能要求，达到了高扩展性和良好兼容性。 本文的最后，提出了一些系统的改进方案，指出了进一步的研究方向。 【关键字】：网络管理，代理服务器，s n m p ，h f c 网络，h m s ，v x w o r k s 嵌入式w e bs e r v e r a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fh f cb r o a db a n d t e c b m o l o g ya n dt h ep r o g r e s so fh f c n e t w o r k ，i ti sq u i t en e c e s s a r i l yt om a n a g et h eh f c n e t w o r k sa n di t se l e m e n t s s o m e o f t h eh f cd e v i c e si nt h ec u r r e n tn e t w o r k sh a v eo p t i o n a lm a n a g e a b l ei n t e r f a c e s u s i n g d i f f e r e n tp h y s i c a le l e c t r o n i cd e f i n i t i o na n dp r i v a t ec o m m u n i c a t i o np r o t o c o l s ，w h i l e o t h e r sh a v en on e t w o r k m a n a g e a b l e i n t e r f a c e ss u p p o r ta ta 1 1 i nt h ef i r s t p a r to ft h i st h e s i s ，t h e r e i sas u m m a r yo fc h a r a c t e r i s t i c so fh f c n e t w o r k ，a n dc o m b i n d w i t h t e c h n o l o g i e so f n e t w o r km a n a g e m e n ti nt c p i p n e t w o r k ， s i m p l yn e t w o r km a n a g e m e n tp r o t o c o l a n dh m sc r i t e r i o nd e f i n e db ys c t ea r e a n a l y s i z e d b a s e d o nt h ea n a l y s e sa b o v e ，af r a m e w o r ko f n e t w o r k m a n a g e m e n tp r o x y s e r v e ri si n t r o d u c e d 。i ti sd e s i g n e dt om a n a g et h o s ed e v i c e sw h i c ha r en o ts u p p o n t c p i pp r o t o c o ls t a c k s i tm a k e sr e s p o n s e st os n m pm a n a g e ra c c o r d i n gt ot h e r e q u e s t sw i t h t h ei n f o r m a t i o na b s t r a c tf r o mw h i c hi tc o l l e c t sf r o mt h e s ed e v i c e s d e t a i l e dd e s i g np r o c e s so ft h ep r o x yf r a m e w o r ki sp r e s e n t e da so n eo ft h em o s t i m p o r t a n tp a r t so f t h et h e s i s ，a n di se m p h a s i z e do nh o wt od e s i g nt h ep r o x ys e r v e ro f h f c d e v i c e s a c c o r d i n g l y , as e r i e so f k e yt e c h n o l o g i e si nd e s i g n i n g a n d r e a l i z i n gt h e m o d e la r e p a r t i c u l a r l ye x p l a i n e d a n dd i s c u s s e d t h ee x p l a n a t i o no f d e s i g np r o c e s si sf o c u s e do n t h r e ef u n c t i o n a le n t i t i e s ，w h i c h a r ed e f i n e da c c o r d i n gt ot h r e es u p p o r t e do p e r a t i o no b j e c t s ：s n m pm a n a g e r , m a n a g e d h f cd e v i c e s ，a n ds y s t e mc o n f i g u r a t i o nt e r m i n a l i no r d e rt od e s c r i b ei tc o n c r e t e l y , e v e r y f u n c t i o n a le n t i t yi si n t e r n a l l yd i v i d e dt os e v e r a ls u b m o d u l e s ，a n dk e ys t r a t e g i e s i ne n t i t ye x e c u t i o ni se m p h a t i c a l l yd i s c u s s e d a p r o x y s e r v e rw o r k s t a t i o nd e v i c ei s d e v e l o p e d a tl a s tb a s e do nt h e p r o x y f r a m e w o r k t od e s c r i b et h ed e v e l o p m e n tp r o c e s s ，e x e c u t i o no fm a i nc o n t r o l l i n g s t r u c t u r e sa n dk e yw o r k i n gf l o w si sc a r e f u l l yi l l u s t r a t e d s o m ep r i m a r ya n de l e m e n t a r yt e s t i n gs h o w st h a tt h ew o r k s t a t i o nr e a c h e st h e r e q u i r e m e n to f p e r f o r m a n c e a sa c h i e v i n gh i g he x p a n s i b i l i t ya n dg o o dc o m p a t i b i l i t y i nt h el a s tp a r t ，t h e r ea r es o m ei m p r o v e m e n tp l a n s a n ds o m ef u r t h e rr e s e a r c h a s p e c t sa r ep r o m o t e d k e y - w o r d ：n e t w o r km a n a g e m e n t ，p r o x ys e r v e r , s n m p , h f c n e t w o r k ，h m s v x w o r k s ，e w s 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 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，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 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书面使用过的材料。 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 确的说明并表示谢意。 签名：立望蕉：日期。廿3 年月b 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库迸行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：盛盈导胜名： 日期：蹦年乙月如日 s m i m i b n m s n m a n m p n m e n e e m s s n m p s c t e h f c c a t v n t u h e c m h m s ，b m e w s n e p s c 丁 简略字表 s t r u c t u r eo f m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n m a n a g e m e n t i n f o r m a t i o nb a s e n e t w o r k m a n a g e m e n ts t a t i o n n e t w o r km a n a g e m e n t a g e n t n e t w o r km a n a g e m e n t p r o x ys e r v e r n e t w o r km a n a g e m e n te l e m e n t n e t w o r ke l e m e n t e l e m e n t m a n a g e m e n ts y s t e m s i m p l e n e t w o r km a n a g e m e n tp r o t o c o l s o c i e t y o fc a b l et e l e c o m m u n i c a t i o n s e n g i n e e r s h y b r i df i b e rc o a x c a b l et e ：l e v i s i o n n e t w o r ki n t e r f a c eu n i t h e a d e n d c a b l em o d e m h y b r i dm a n a g e m e n ts u b l a y e rs p e c i f - i c a t i o na n ds t a n d a r d s w e b - b a s e d m a n a g e m e n t e m b e d d e dw e bs e r v e r n e t w o r ke l e m e n t sp r o x ys t a t i o n c o n f i g u r a t i o nt e r m i n a l 管理信息结构 管理信息库 网络管理站点 网络管理代理站点 网络管理代理服务器站点 网络管理元素或设备 网络元素 网元管理 简单网络管理协议 ( 美国) 有线电视通信工程师协会 光纤同轴电缆混合网 有线电视网络 网路用户接口单元 前端 电缆调制解调器 s c t e 定义的h f c 网络管理标准 基于w e b 的网络管理 嵌入式w e b 服务器 网络设备代管工作站 配置终端 坚! 竺塑堑笪望墨堑茎堡堇查竺婴壅兰墨堑塞垫 1 1 课题背景 第一章引言 随着电信业务的不断拓展和通信网结构的不断变化，基于c a t v 网络的h f c 接入技术在我国具有典型的现实意义和广阔的发展前景。h f c 既是一种灵活的 接入系统同时也是一种优良的传输系统。随着h f c 网络建设的大规模地推进， 对h f c 网络进行管理的需求日益突出。 由于历史原因和技术原因，长期以来h f c 网络设备管理一直没有统一的接 口标准，各厂商的网管系统基本均采用自定义的协议和物理接口，无法互连互通。 目前h f c 网络运行的设备，要么基本上都不具有网管接口，要么提供的网管的 接口采用了各自不同物理电气接口和自定义的非规范通信协议。这些都为h f c 网络的管理带来了困难。 基于s n m p 协议的网络管理是一个趋势，但针对h f c 网络的管理信息库国 际上尚未完全统一。s c t e 关于h f c 网络管理标准的发布为解决网管接口的标 准化和统一性问题带来了契机，h f c 网络设备管理系统规范国家标准在协议 模型和接口规范定义上也完全与国际标准兼容。 1 2 课题研究的内容 对专用网络设备进行通用管理的关键和难点，在于保证原有设备及原有网络 连接最少变更的前提下，将整个专用系统纳入结构和协议完全不同的管理系统网 络内，由通用的管理系统进行统一的管理。比较常用的方法是在原设备网络与管 理网络之间建立一个代理服务层，进行异种网络的协议转换以及相关的数据处理 和操作。在对设备进行统一管理的同时，还要保证设备系统的高开放性和高可扩 展性。这体现在通用的管理方都能对设备系统进行管理，代理层对于管理方来说 透明。这也是h f c 网络专用设备纳入s n m p 管理系统需要研究的一个关键领域。 此外，对代理服务层体系结构设计的更高要求是，代理服务层与系统的网络 和硬件层以低耦合度整合。将硬件特点和网络描述抽象出来，可以使代理服务层 具有良好兼容性和高扩展性，接入到不同的管理网络平台或者对不同的设备组进 行代理，移植开销都很低。 本课题研究对基于h f c 网络的网络管理系统进行了各方面的研究，独立设 计了一个h f c 设备管理代理服务嚣系统，并对设计的方案系统进行实践，开发 出台代理服务器工作站设备。在此过程中涉及的一些包括设计和实现方面的关 h f c 网络管理系统关键技术的研究与系统实现 键技术主要包括： 网络管理的管理方式及组织模型的分析 网络管理的协议和规范的分析与研究 h f c 网络状况和h f c 网络设备特点的分析和归纳总结 s c t e 制订的h f c 网络管理标准h m s 的分析和实现 高扩展性和良好兼容性的代理服务层的架构设计 m i b 的专用性扩展的设计方案和实现 非t c p i p 设备虚拟i p 地址并在m i b 中进行映射的设计方案和实现 异种网络代理服务层协议转换的分析和实现 异常分级告警策略的设计 嵌入式w e bs e r v e r 的分析、设计与实现技术 对以嵌入方式构建的系统的测试方法和性能评测等 1 3 课题研究所完成的主要工作 从2 0 0 3 年1 0 月开始进入课题，以“h f c 网络管理”为题，开始进行论文 准备工作。在导师的悉心指导下，确定了课题研究的主要内容，在一年多的时间 里，完成的工作大致如下： 阅读著分析了大量有关网络管理技术的资料； 对s n m p 协议的概念、特点进行详细的分析和实验； 对h f c 网络状况和h f c 网络设备进行分析，总结归纳了h f c 网络管理 系统的各方面特点，并对针对h f c 网络通信设备的管理应用进行了分析和初步 设计； 阅读了大量有关嵌入式系统的技术资料，对基于嵌入式实时操作系统特 别是v x w o r k s 的应用开发相关的技术进行了研究，并结合v x w o r k s 的开发平台 t o r n a d o 进行了较多的实践和分析； 结合网络设备管理的技术，规划了一种网络代理服务器框架，对于不支 持t c p 1 p 协议栈的网络设备进行代管，将这些设备集合完全纳入s n m p 管理系 统进行管理； 针对此框架设计了一套基于嵌入式硬件处理器m p c 8 6 0 和嵌入式操作系 统v x w o r k s 之上开发的代理系统软件体系应用方案，并对方案系统中一些关键 技术进行了各方面的分析和研究，对软件系统中些策略性的问题加以分析和讨 论，提出一些可选方案； 针对此方案开发了一台代理工作站设备，实现了对传统h f c 网络设备的 一 旦! 竺旦堡笪堡墨堑苤堡垫查塑堑窒量墨堑塞塑 s n m p 管理： 对实现的代理工作站系统各方面性能进行一些初步的测试； 针对此实现系统，提出一些系统升级改进的方向。 1 4 本文的章节安排 本论文内容安排如下： 第一章，绪论。主要介绍课题的来源、背景以及主要工作。 第二章，网络管理技术研究。包括网络管理的模型结构和体系结构，分析了 网络管理的管理模式，作为后文的设计的理论基础，介绍了s n m p 协议的体系 结构，协议操作过程，以及s n m p 访问策略机制，介绍并分析了基于w e b 的管 理方式。 第三章，基于i t f c 网络的管理系统分析。包括对h f c 网络的概述和h f c 网络管理系统各个组成要素的归纳。同时，总结了h f c 网络管理系统的接口体 系，为开发管理系统做实践准备。最后，介绍了s c t e 指定的h f c 网络管理标 准：h m s ，对其层次规范进行说明，并重点分析了h m s 的m i b 文件结构，作 为s n m p 管理开发的采纳的信息库基础。 第四章，h f c 网络设备管理系统的设计。按照系统开发的需求，介绍了 h f c 网络设备管理系统的网络结构和管理系统内部各元素之间的关键数据流。 重点阐述了代理服务器软件架构的设计思路和实现方案的讨论。着重说明了其中 重要功能实体的设计思路和功能模块划分，并且分析讨论了其中几个关键模块的 及策略方案。 第五章，h f c 网络设备管理系统的实现。在设计方案的基础上，着重阐述 了实现这些设计的过程以及其中的一些关键技术，包括诸如系统结构的软件描 述、h m s 的扩展实现，以及嵌入式w e bs e r v e r 配置方式的实现等。最后说明了 系统实现后的一些简单测试过程。 第六章，本课题研究工作总结。归纳了实现系统的特点以及不足，阐述了进 一步研究的方向。 h f c 网络管理系统关键技术的研究与系统实现 第二章网络管理技术研究 网络管理是指对网络的运行状态进行监控，使其能够有效、可靠、安全、经 济地提供服务。狭义的网络管理仅仅指网络的通信量管理，广义的网络管理指网 络的系统管理。网络管理功能可概括为o a m p ，即网络的运行( o p e r a t i o n ) 、 处理( a d m i n i s t r a t i o n ) 、维护( m a i n l e n a n c e ) 、服务提供( p r o v i s i o n i n g ) 等所需 要的各种活动。为达到网络的有效、可靠、安全的目标，必须对网络和其中的重 要节点进行实时的监控。 2 】网络管理的体系结构 2 1 1 网络管理的基本模型【1 】 现代网络管理一般采用m a n a g e r a g e n t 模型，网络管理模型的核心是一对相 互通信的系统管理实体。它采用一种协定的方式使管理进程与一个远程系统相互 作用，从而实现对远程资源的控制。如图2 一l 所示，现代计算机网络管理系统基 本组成要素有： ( 1 ) 网络管理者( n e t w o r km a n a g e r ) ( 2 ) 网络代理者( m a n a g e da g e n t ) ( 2 ) 网络被管元素n e ( n e t w o r k e l e m e n t ) ( 3 ) 网络管理协议( n e t w o r km a n a g e m e n t p r o t o c 0 1 ) ( 4 ) 管理信息结构( s m i ，s t r u c t u r eo f m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n ) 和s m i 所 定义的管理信息库( 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 ) 管理系统网络管理协议被管系统 管理信息库 图2 - 1 网络管理的基本模型 2 ，1 2 网络管理系统的层次结构 网络管理系统的层次结构如图2 - 2 所示。 翌! 竺婴塑篁堡至丝茎堡垫查塑堡壅兰墨竺塞望 a g e n t 系统 管理站o s i r m 图2 - 2 网络管理系统的层次结构 应用层 物理层 最下层的操作系统可以是一般的主机操作系统( 如d o s ，u n i x ，w i n d o w s 等) 也可以是专用的网络操作系统( 如n o v e ln e t w a r e 或o s 2l a ns e r v e r 等) 或者是嵌入式的操作系统( 如v x w o r k s ，嵌入式l i n u x ，a r m 等) 。通信协议簇 依赖于操作系统的支持。网络管理框架是各种管理应用的基础结构。网络管理应 用是按照具体需求开发的软件，运行在具体的网络上实现特定的管理目标。把管 理资源单独列出，是因为被管资源可以与管理站处于不同系统中，有关资源的管 理信息由代理进程控制，代理进程通过网络管理协议与管理站对话。网络资源也 可能受到分布式操作系统的控制。 2 1 3 网络管理的软件结构【l j 这里所说的软件包括用户接口软件、管理专用软件和管理支持软件，如图 2 3 所示。 用户通过网络管理接口与管理专用软件交互作用，监视和控制网络资源。接 口软件存在于管理主机和代理系统上，以便对网络资源实施本地配置、测试和排 错。有效的网络管理系统需要统的用户接口。接口软件还要有一定的信息处理 能力，对管理信息进行过滤、统计。 管理专用软件可以支持多种网络管理应用，例如配置管理，性能管理，故障 管理等。这些应用能适用于各种网络设备和网络配置。网络管理软件的摄低层提 供网络管理的数据传输服务，用于在管理站和代理之间交换管理信息。管理站利 用数据传输服务检索设各信息，设置设备参数，代理则通过服务接口向管理站通 告设备事件。 管理支持软件包括管理信息库m i b 访问模块和通信协议栈。代理中的m i b 包含反映设备配置和设备行为的信息，阻及控制设备操作的参数。管理站的m i b 中除了保留本地节点专用的管理信息外，还保存着管理站控制的所有代理的有关 一 h f c 网络管理系统关键技术的研究与系统实现 信息。m i b 访问模块具有基本的文件管理功能，同时该模块还能把本地的m i b 格式转换为适于网络管理系统传送的标准格式。通信协议栈支持节点之间的通 信。由于网络管理协议位于应用层，原则上任何通信体系结构都能胜任。 i 用户接口 i用户接口 善软件 i 管理信息表示 j 午 网络管理应用 管理专用 审审槲 网络管理数据传输服务 争 j 信息访问模块j 通通信协议栈j 雷蓑荐持 图2 - 3 网络管理软件结构 2 2 网络管理的组织模型 网络管理的组织模型的原形是m a 两层模型，包括一个存在于被管对象中 的网络代理进程a g e n t 和一个存在于网络管理站点( n m s ，n e t w o r km a n a g e m e n t s t a t i o n ) 中并管理被管对象的网络管理进程m a n a g e r ，如图2 - 4 ( a ) 所示。 目前网络上存在大量的非标准设备，而很多诸如p c 、工作站、可编程控制 器等的小系统，虽然支持t c p i p 协议，但不能承担维护负担。为了容纳这些设 备，以及对继承原有网络系统设备的需求，网络管理提出了代理服务器p r o x y 的 概念。如图2 - 4 ( b ) 所示，把这种基于p r o x y 的管理模式表示为m p e 。 m a n a g e r 向p r o x y 发出对某个设备的查询，p r o x y 将查询内容对设备方做相 应协议的解释或转换。当p r o x y 收到查询应答，将这个应答转发给m a n a g e r 。如 果一个来自托管设备的异常事件通报传到p r o x y ，p r o x y 主动发起通告发给管理 站。 旦堕旦丝亘里墨笙羞壁堇查塑堕窒兰墨笙塞堡 ( a ) 两层组织模型 n m s n m a ( b ) 三层组织模型 n m s n 【p n m e ( c ) 一种特殊的p r o x y m p a 图2 - 4s n m p 网络管理的组织模型结构 协议转换或信息转交，是p r o x y 最重要也是最本质的作用。作为比较，观察 一种比较特殊的p r o x y 方式，如图2 - 4 ( c ) 所示。n m p 只是提供管理角色的转换， 这种方式适合在需要配合网络物理结构，而拓扑结构不变时提供便利。在一个 a g e n t 节点下再拓展出一个被管子网，但这里的n m p 节点本质上无需协议转换。 2 - 3 网络管理的管理模式 集中式网络管理模式和分布式网络管理模式，它们各有特点，适用于不同的 网络系统结构和不同的应用环境。随着计算机网络专用c s 与互动b s 结构综合， 使得网络管理模式向集中式与分布式相结合的方向发展。 协议 分布式管理本地集中式管理 图2 - 5 网络管理的管理模式 h f c 网络管理系统关键技术的研究与系统实现 2 3 1 集中式网络管理模式 集中式网络管理模式是所有的网管代理在管理站的监视和控制下，协同工作 实现集成的网络管理。 集中式网络管理模式在网络系统中设置专门的网络管理节点。管理软件和管 理功能主要集中在网络管理节点上，网络管理节点与被管一般节点是主从关系。 网络管理节点通过网络通信信道或专门网络管理信道与所有节点相连。网络管理 节点可以对所有节点的配置、路由等参数进行直接控制和于预，可以实时监视全 网节点的运行状态，统计和掌握全网的信息流量情况，可以对全网进行故障测试、 诊断和修复处理，还可以对被管一般节点进行远程下载、转储以及远程启动等控 制，被管一般节点定时向网络管理节点提供自己的位置信息和必要的管理信息。 基于s n m p 的集中式网络管理面临的问题包括以下几个方面： 通信瓶颈：n m s 需要负责收集和处理所有被管理对象的信息，并进行相 应的管理工作，造成网管站工作负担过重，容易在管理端形成通信瓶颈。 带宽浪费：n m s 定时从各被管设备取得状态信息进行分析，而其中的大 量的冗余数据，在网络中传输将浪费有限的带宽资源。 时效性：集中式管理模型采用从n m s 的中心节点向网络中其它被管理节 点轮询的机制，以获取各设备的状态变量。随着网络规模的扩大、设备数量的增 加，所需轮询的节点数增加。使得轮询密度增大，网络开销增加，容易造成网络 的堵塞和管理指令执行的延时，降低了网络管理的时效性。 主动性：在传统集中式管理模型中，代理进程被看作是消极的实体，它的 主要目的是在管理者和管理信息库之间提供一个统一的接口，被动地接受n m s 发出的轮询，然后去访问设备的m i b ，并按一定的时间间隔上传数据，代理进 程本身不具备主动计算和管理功能。虽然代理进程也会主动向n m s 发送t r 印 用来报告异常事件，但触发这些异常事件的原因是n m s 预先设定的，代理进程 不能主动对这些异常事件做出相应处理。 可扩展性：代理进程的功能在安装后是固定的，不能按照系统状态和管理 策略的变化而进行调整。 2 3 2 分布式网络管理模式 分布式管理将数据采集、监视以及管理分散开来，它可以从网络上的所有数 据源采集数据而不必考虑网络的拓扑结构。将信息管理和智能判断分步到网络各 处，使得管理更自动，以此来降低中心管理控制台、局域网连接、广域网连接以 及管理信息系统的负担，改善管理效果。 h f c 网络管理系统关键技术的研究与系统实现 自适应基于策略的网络管理是指对变化的网络状况做出响应并建立策略，使 得网络能够自动与之相适应，提高解决网络性能及安全问题的能力。自适应基于 策略的管理减少了网络管理的复杂性，用户或应用软件可以确定其适合的服务质 量级别。 分布式的设备监控将设备的查找、拓扑结构的监视以及状态轮询等网络管理 任务从网络管理站分配到一个或多个远程网站的能力。这种重新分配即降低了中 心管理网站的工作负担，又降低了网络主干和广域网连接的流量负荷。 采用分布式管理，网络管理端可以分为采集和管理两类功能，采集者向有兴 趣的管理网站通过其所辖的网络状态变化。每个采集者负责对一组用户可规范的 管理型对象域进行信息采集。域可以建立在包括拓扑的一系列基准之上。 分布式管理任务引擎可以使网络管理更加自动和独立。典型功能包括：分布 式软件升级及配置；分布式数据分析；分布式i p 地址管理。 2 4 网络管理的s n m p 协议 2 4 1s n m p 协议的基本框架 s n m p 由管理信息库结构的定义和访问管理信息库的协议规范组成。 s n m p v l 的网络框架由四个文件定义：r f c l 】5 5 定义了s m i ，即管理对象的语法 和语义。 3 1 r f c l 2 1 2 说明了定义m i b 模块的方法。t 4 1 r f c l 2 1 3 定义了m i b - i i 管 理对象的核心集合。i s i r f c l 5 7 是s n m p v l 协议的规范性文件。【6 】 n m sn m pn m e 管理进程 s n m p u d p i p 管理阿络 访问协议 s n m p 以太网链路 协议转换 代理进程 s n m p u d p i p 专用协议 管理网络 访问协议 设备网络 访问协议 管理进程 专用协议 设备网络 访问协议 专用物理链路 图2 - 6 基于p r o x y 的s n m p 协议结构 s n m p 采用标准的网络管理m a 模型，传输层依赖于u d p 数据报服务，在 管理站和代理者之间没有在线的连接需要维护。每次交换都是管理站和代理者之 h f c 网络管理系统关键技术的研究与系统实现 间的一个独立的传送。如图2 - 6 描述了基于p r o x y 的组织结构m - - p - - e 模型中 s n m p 的协议结构。 s n m p m a n a g e r 实现各种管理应用，与s n m pa g e n t 通过s n m p 协议完成交 互，对网络内设备和资源的实现管理功能。s n m p 的m i b 结构严格符合i n t e m e t 的管理信息结构，用a s n 1 格式来描述。m a n a g e r 采用陷入制导的轮询方法 ( t r a p - d i r e c t e dp o l l i n g ) 2 4 2s n m p 协议的操作 关于管理进程和代理进程间交互信息，s n m p v l 定义了5 种报文，分别是： 1 ) g e t r e q u e s t ：管理站用来从代理进程取得一个或多个参数值； 2 ) g e t n e x t r e q u e s t ：管理站用来从代理进程取得个或多个参数的下一个 参数值； 3 ) s e t r e s p o n s e ：管理站用来设置或改变代理进程上一个或多个参数值； 4 ) g e t ，r e s p o n s e ：代理进程返回的操作结果； 5 ) t r a p ：代理进程主动发出的报文，向网管站报告某些异常事件的发生。 s n m p 协议工作过程是：管理应用进程构造一个请求报文，s n m pm a n a g e r 通过u d p 、i p 以及底层网络将请求报文发送到s n m p a g e n t 。s n m p a g e n t 根据 报文的具体要求，或者从m i b 中取出对象值，构造返回报文将结果返回给管理 进程，或者执行对象的s e t 操作，并原文构造返回报文。a g e n t 可以在任何时候 利用t r a p 原语向网络管理站报告异常情况。 2 5s n m p 的安全机制i l j 网络管理包含由一个应用协议支持的多个应用实体的相互作用。s n m p 网络 管理中包含两类一对多关系：一个管理站和多个被管理站之间的相互作用，以及 一个被管理站和多个管理站之间的相互作用。这里的相互作用需要在以下三个方 面加以控制，以保证网络信息的安全，保护被管系统的m i b 不被非法地访问。 2 5 1 认证服务 认证服务是为了保证通信是可信的。在s n m p 消息的情况中，认证服务的 功能是保证收到的消息是来自它所声称的消息源。s n m p 通过团体名 ( c o m m u n i t y ) 的概念提供一种简单的认证模式：所有由管理站发向代理者的消 息都包含一个团体名，这个名字起到口令的作用。如果发送者收到的返回消息包 含这个口令，则认为消息是可信的。团体名定义了一个代理者和一组管理者之间 的认证、访问控制和代管的关系。 坠圈笪筻堡墨堑茎壁垫查塑婴塞量墨堕塞堡 通过这种认证形式，网络管理者可以对网络监控s e t 的t r a p 操作特别是s e t 操作进行限制。团体名名被用于引发一个认证过程，而认证过程可以包含加密和 解密以实现更安全的认证。 2 5 2 访问策略 通过定义团体名，代理者将对它的m i b 的访问限定在了一组被选择的管理 站中。通过使用多个团体名，代理者可以为不同的管理站提供不同的m i b 访问 控制。访问控制包含两个方面：s n m p m i b 视图和s n m p 访问模式。m i b 视图 和访问模式的结合被称为s n m p 团体轮廓( p r o f i l e ) 。即，一个团体轮廓由代理 者处m i b 的一个子集加上一个访问模式构成。s n m p 访问模式统一地被用于m i b 视图中的所有对象。 在实际应用中，一个团体轮廓与代理者定义的某个团体名联系起来，便构成 了s n m p 的访问策略( a c c e s s p o l i c y ) 。 2 5 3 代管服务 团体名的概念对支持代管服务也是有用的。对于每个托管设备，代管系统维 护一个对它的访问策略，以此使代管系统知道哪些m i b 对象可以被用于管理托 管设备和能够用何种模式对它们进行访问。 2 4 基于w 曲的管理【2 】 基于w e b 的网络管理( w b m ，w e b b a s e dm a n a g e m e n t ) 是一种分布式管理 方式的典型应用，结合w e b 的思想和网络管理的技术核心，使管理者能在网络 的任意结点访问和管理网络。由于这些执行效率和管理成本等方面的优势，以及 i n t e m e t 技术的应用和平台对w e b 浏览器的支持，w b m 的管理模型被越来越多 的网络方案采用。基于w e b 的网络管理技术由于其非常良好的分布式管理和平 台无关特性，是网络管理的重要发展方向。 w b m 的关键在于w e bs e r v e r 层，根据它在网管平台中的位置，把w b m 分 为w e b 接口和嵌入式w e bs e r v e r 两种。 ( 1 ) 基于代理的w e b 接口的方案，即将w e b 服务器与n m s 相结合。这种 方案中管理设备本身不必支持h t t p 协议，需要配置独立的w e b 服务器，通过 在w e b 服务器上构造h t t p 应用，将浏览器访问请求转换为管理设备可以理解 的命令，设备上行信息通过w e b 服务器返回给浏览器，实现网络管理。这种方 式有较好的安全性、可维护性，但配备外部w e b 服务器增加了管理成本。 ( 2 ) 嵌入式w e bs e r v e r ( e w s ，e m b e d d e dw e bs e r v e r ) 的方案，在这种管 h f c 网络管理系统关键技术的研究与系统实现 理方案中，w e b 服务器被嵌入到被管设备中，每个设备对应有一个唯一的 n t e m e t 地址。任何一个客户机终端，都可以通过h t t p 协议与e w s 建立连接，e w s 在 w e b 浏览器和设备之间提供了统一的用户接口( g u i ，g e n e r a lu s e ri n t e r f a c e ) ， 并且和所有的w e b 浏览器相互兼容。设备的驱动和任务可由此接1 3 作为通道下 载到实时多任务操作系统，像本地客户一样透明的监控、管理和维护设备内部情 况。 w b m 目前没有相关的成文标准，其中两种比较流行的技术是w b e m ( w e b b a s e d e n t e r p r i s e m a n a g e m e n t ，基于企业的管理) 和j m x ( j a v a m a n a g e m e n t e x t e n s i o n ，j a v a 管理扩展) 。d m t f ( d i s t r i b u t e dm a n a g e m e n t t a s kf o r c e ，分布式 系统管理任务组) 选择了通用信息模型，专为w b e m 开发标准。j m x 是由s u n m i c r o s y s t e m s 开发，基于j a v a a p p l e t 的专用子集，运行于网络组件中。 2 5 网络管理的需求 i s o 在i s o i e c7 4 9 8 4 文档中定义了网络管理的五大功能，分别是：故障管 理、配置管理、计费管理、性能管理和安全管理。【l j 按照被管理的层次可以分为网元管理、网络层管理以及业务管理三个层面， 五大功能则可能贯穿在不同层次之中。网络设备厂商随设备给用户的主要是网元 管理软件，完成设备级管理，第三方软件提供的网络层管理软件分为侧重于某种 功能的专项管理软件和能够涵盖所有主要的功能的平台软件。 网络元素管理( e m s ，e l e m e n t sm a n a g e m e n ts y s t e m ) 主要针对诸如网络节 点设备、网络通信设备等功能元素本身，主要解决设备级的操作维护和管理。总 结网络设备元素管理软件的典型应用功能主要有： ( 1 ) 设备管理：可对系统中的设备进行管理，有增加设备、删除设备、设 备参数修改，设备查询、设备定位等功能。 ( 2 ) 监控管理：为不同的设备设定相应的传输方式，设置各种通讯参数， 设置各种参数的报警标准等。 ( 3 ) 用户管理：由于网管的重要性，需要对不同的用户分配不同的权限。 有增加用户、删除用户、用户参数修改等功能。具备多个级别的密码，确保权限 操作。 ( 4 ) 数据处理：对收集到的各种监控参数进行处理，参数查询、统计、故 障设备定位、生成各种统计报表，数据归档、导入导出等。 ( 5 ) 视图管理：对视窗的各种管理。 ( 6 ) 地图管理：设备位置地图的导入、系统数据的导出、各种绘图工具等。 一一 旦! 里塑塑篁堡墨堑茎堡垫查塑婴壅量墨竺窒望 第三章基于h f c 网络的管理系统分析 3 1h f c 网络概述 h f c ( h y b r i d f i b e rc o a x ，光纤同轴电缆混合网) 网络采用光纤和c a t v 网 络传输数据，既是一种灵活的接入系统同时也是种优良的传输系统。 h f c 接入网光纤干线部分采用星形拓扑，同轴电缆分配网则具有树形结构， 这种已广泛用于广播电视信号的分配的结构称为光纤到馈点( f t f ) 模型。h f c 在干线传输中采用光缆作为媒介，将多路c a t v 信号、电话信号和数字信号调制 到一路光信号上，通过光纤传输到光纤节点设备。光纤节点设备对下行光信号进 行光电变换，并将电话信号和视频信号合并，经过信号放大后，经同轴电缆传给 各用户。在上行方面，光节点设备接收同轴电缆支路送来的上行信号，将这些电 信号变换成光信号，发往上行光接收机。从光节点设备到用户是一个传统的同轴 电缆分配网，通过同轴电缆将信号送入网路用户接口单元( n i u ) 。 h f c 网络一般由下面几个主要部分组成： 1 前端( h e ，h e a de n d ) ：完成信号收集、交换及信号调制与混合，并将 混合信号传输到光纤。目前应用的主要设备有： ( 1 ) 调制器：将模拟音频及视频信号调制成射频信号。 ( 2 ) 上变频器：完成音频视频中频信号或数据中频信号至射频信