（通信与信息系统专业论文）hinoc网络管理系统的设计与实现.pdf

摘要 网络管理是计算机网络和通信网的重要组成部分。网络管理的目标是满足网 络经营者以及用户对网络的管理需求，保障网络设备可靠、安全、高效的运行。 基于w 曲的网络管理w b m ( w e b - - b a s e dm a n a g e m e n t ) 是w e b 技术在网络管理环 境中的应用，为网管人员提供了比传统网管工具更强有力的管理能力。 本文研究了基于w e b 对设备进行管理的工作原理与关键技术，并结合科研项 目“h i n o c 接入系统开发”，介绍了对h i n o c 接入系统中h i n o cb r i d g e 设备网 管软件的设计与开发。该网管软件采用基于w e b 的管理方式实现对设备的管理。 文中对网管软件进行了详细的需求分析，对网管软件的功能模块进行了设计，使 其能够实现配置管理、故障管理、性能管理、计费管理和安全管理。结合需求分 析给出了实现该网管软件的关键技术，包括通过j a v a s c r i p t 技术实现数据校验，。 采用f t p 技术实现本地和远程固件升级，使用j a v a a p p l e t s 技术动态显示数据并实 现故障自动报警，使用r c b 技术实现h t m l 页面上数据与设备数据的关联。文章 最后给出了网管软件的调试方法和调试结果，通过实际测试，证明软件设计j 下确， 性能良好。 关键词：基于w e b 的网络管理网络管理软件i r l pj a v a s e r i p t a bs t r a c t n e t w o r km a n a g e m e n ti sa ni m p o r t a n tc o m p o n e n to ft h ec o m p u t e rn e t w o r ka n d c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k i ta i m st os a t i s f yb o t ht h en e tp r o p r i e t o r sm a n a g e m e n tn e e d s a n du s e rn e e d sb ye n s u r i n gt h a tt h en e t w o r ke q u i p m e n tf u n c t i o nr e l i a b l y , s a f e l ya n d e f f i c i e n t l y a sa l la p p l i c a t i o no fw e bt e c h n i q u ei nn e t w o r km a n a g e m e n t ，t h ew e b b a s e d m a n a g e m e n to f f e r st h ew e b m a s t e rm o r ep o w e r f u lm a n a g e m e n ta b i l i t yt h a nt r a d i t i o n a l t o o l s n l i sd i s s e r t a t i o nd i s c u s s e st h ew o r k i n gp r i n c i p l e sa n dk e yt e c h n i q u e so ft h e w e b b a s e dn e t w o r km a n a g e m e n t a n dc o m b i n i n gw i t ht h ep r o j e c to f t h eh i n o cc a b l e b r i d g ea c c e s ss y s t e md e v e l o p m e n t ，i ti n t r o d u c e st h ed e s i g na n dd e v e l o p m e n to ft h e w e b b a s e dn e t w o r km a n a g e m e n ts o f t w a r ef o rt h eh i n o cb r i d g ee q u i p m e n ti nt h e h i n o cc a b l eb r i d g ea c c e s ss y s t e m t h i sn e t w o r ks o f t w a r ei m p l e m e n t st h ed e v i c e m a n a g e m e n ti nw e b - b a s e dm a n a g e m e n tm o d e t h en e e d so fn e t w o r km a n a g e m e n t s o f t w a r ea r ea n a l y z e di nd e t a i la n dt h ef u n c t i o n a lm o d ei sd e s i g n e di nt h i sp a p e r s ot h i s s o f t w a r ec a l li m p l e m e n t st h em a n a g e m e n to fc o n f i g u r e ，f a i l u r e ，p e r f o r m a n c e ，c o u n t i n g a n ds e c u r i t y a s s o c i a t e dw i t ha n a l y s i so fn e e d s ，t h ek e yt e c h n o l o g i e so ft h i sn e t w o r k m a n a g e m e n ts o f t w a r ei sd e s c r i b e dh e r ei n c l u d i n gd a t ac h e c ku s i n gt h ej a v a s c r i p t t e c h n i q u e ，l o c a la n dr e m o t eh a r d w a r eu p g r a d eu s i n gf t pt e c h n i q u e ，d y n a m i cd i s p l a y i n g d a t aa n da u t o m a t i cm a l f u n c t i o na l a r mb yj a v aa p p l e t sa n dd a t aa s s o c i a t i o nb e t w e e nt h e d a t ai nh t m la n dt h ed e v i c ed a t au s i n gr c bt e c h n i q u e f i n a l l y , t h ed e b u gm e t h o da n d t e s t i n gr e s u l ta r eg i v e n i tp r o v e st h a tt h ed e s i g no ft h es o f t w a r ei s c o r r e c ta n di t f u n c t i o n sw e l l k e y w o r d ：w e b - b a s e dn e t w o r km a n a g e m e n t n e t w o r km a n a g e m e n ts o f t w a r e f t pj a v a s c r i p t 创新性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及所取彳寻的 研究成果尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢巾所罗列的内容以外，论文 中不包含其它人已经发表或撰写过的研究成果l 也不包含为获得西安电子科技大 学或其它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所做的任 何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切棚关责任。 本人签名。 籼接 口1 日期：丝亟! ：篁 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期问论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学本人保证毕 业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学 学校有权保留送交论文的复印件。允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印、或其它复制手段保存论文( 保密的论 文在解密后遵守此规定) 本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。 本人签名： 导师签名： h 嘞 4 i口彻矿刀厂 日期：! 一 日期：一釜! ! z ：! ：竺 第i 章绪论 第1 章绪论 1 1 网络管理概述1 】1 2 l 1 1 1 网络管理的任务 网络管理系统的重要任务是收集网络中各种被管设备的工作参数，工作状态 信息，显示给操作员并接收操作员对它们的处理，根据操作员的指令或根据对上 述数据的处理结果向网络中的设备发出控制指令( 改变工作状态或工作参数) ，监 视指令的执行结果，保证网络设备按照网络管理系统的要求进行工作。 ， 1 1 2 网络管理的功能 体系结构和管理功能是网络系统的关键。i s o 定义了配置管理，故障管理，性 能管理，安全管理和计费管理五大基本功能： 配置管理 配置管理是根据网络的各种物理结构和逻辑结构以及网络运行的环境，对网 络设备的名字、状态以及各种参数进行设置。它初始化网络、并配置或调整网络 设置，使网络实现某个特定功能或使网络性能达到最优。其主要功能包括： 设置开放系统或管理对象； 初始化或关闭管理对象； 根据要求收集系统当前状态的有关信息； 改变开放系统或管理对象的配置； 被管对象和被管对象组名字的管理； 故障管理 故障管理是网络管理功能中与故障检测、故障隔离、故障诊断和恢复等工作 有关的部分，其目的是保证网络能够提供连续可靠的服务。其主要功能包括： 维护、使用和检查故障日志； 接受故障检测的通报并作出反映； 执行诊断测试序列； 执行恢复动作以排除故障； 性能管理 性能管理涉及到网络通信信息( 流量、是谁在用、访问什么资源) 的收集、 加工和处理等一系列活动。其目的是保证在使用最少的网络资源和具有最小的迟 延的前提下，网络提供可靠、连续的通信能力。其主要功能包括： 收集统计数据； 维护和检查系统状态历史的日志，以便用于规划和分析； 2 h i n o c 网络管理系统的设计与实现 安全管理 安全管理有两层含义，一方面，要保证网络用户和网络资源不被非法使用， 另一方面还要确保网络管理系统本身不被未经授权的访问。其主要功能包括： 支持身份鉴别，规定身份鉴别过程； 控制和维护授权设施； 控制和维护访问权限； 支持密钥管理； 维护和检查安全r 志； 计费管理 计费管理功能能够统计每个用户利用那条线路传输了多少信息，访问了哪些 资源。这些统计信息对于商业化计算机网络是服务提供商收取费用的根据，而对 于非商业化网络，它也可以依据这些信息得出不同线路不同资源利用情况，从而 对资源做出合理配置。所以，计费管理的功能和目的并非仅局限于计费。通常其 主要功能包括： 将应该交纳的费用通知用户； 支持用户费用上限的设置； 在必须使用多个通信实体才能完成通信时，能够把使用多个管理对象的费用 结合起来。 当然，上述功能只是网络管理常需具备的基本功能。事实上，管理功能还包 括其他一些方面，如网络规划、网络设计以及网络操作管理人员本身的管理等。 1 2 现有网管方式概述 对网络设备进行网络管理的方式主要有以下几种： 基于终端控制台的网络管理 基于t e l n e t 远程登录网络管理 s n m p 管理和r m o n 管理 基于w r e b 的网络管理 通过以上儿种管理方式，网络管理者可以对被关对象的工作状态、网络运行 状况进行本地或远程的实时监控，统观全局地管理所有网络元素的工作状态和工 作模式。下面对这几种管理方式做一简单比较： 终端控制台管理和t e l n e t 管理实际上都是采用命令行的方式。命令行的管理 通常提供了设备最基本的系统配置和状态信息，同样它也可以提供最详细和复杂 的系统配置。管理员可以使用“t a b 键或箭头键在菜单和子菜单里移动，按回车 键执行相应的命令，或者使用专用的管理命令集来管理设备。例如：c i s c oc l i 是i n t e m e t 网络设备的命令行管理的事实标准，被人们广泛地采用和为大多数设备 第l 章绪论 3 生产厂商所效仿。可以说，命令行的网管方式是现有网管方式中功能最强大的管 理方式。其缺点是使用人员需要记忆和键入命令。 s n m p 管理是i n t e m e t 网络普遍接受的管理方式。它的系统结构采用 m a n a g e r a g e n t 结构，由一整套简单的网管协议规范组成，可以完成所有基本的网络 管理任务，对网络资源的需求量少，具备一些安全机制。s n m p 协议的工作机制 非常简单，主要通过各种不同类型的消息，即p d u ( 协议数据单位) 实现网络信 息的交换。但是，基于s n m p 的网络管理方式在管理者终端上需要有专门的管理 终端软件支持，而这种管理终端软件的开发需要花费大量的时间和精力。 基于w e b 的管理是近几年随i n t e r n e t 发展而出现的一种新的管理方式，基 于w e b 的管理通常把w e b 服务器集成在被管设备上，被管设备相当于一台w e b 服务器，只是网页并不储存在硬盘里，而是存储在被管设备的n v r a m ( 非易失 性随机访问存储器) 中，n v r a m 中的w e b 网页可以通过程序升级。通过管理者 计算机的浏览器来访问该设备，实施管理。 以上几种网管方式各有优缺点。在对设备的网管系统进行设计时，可以根据 实际情况来选择提供的管理方式。当然，提供的管理方式越多，意味着用户可以 更加灵活的管理设备，用户可以通过多种方式在不同的场合管理和配置没备。 1 3 基于w e b 的网络管理【3 】【4 1 【5 】 1 3 1w b m 的基本概念 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 ) 是在i n t r a n e t 不断普及的 背景下产生的。i n t r a n e t 实际上就是专用的w o r l dw i d ew 曲，它主要应用于一个组 织内部的信息共享，运行t c p i p 协议并且通过安全防火墙等措施与外部i n t e m e t 隔离，主要以运行兼容h t m l 语言的有关应用层协议的w e b 服务器组建而成。 w b m 技术的优点是不需要专门的管理软件，而是通过互联网使用网络浏览器 来管理，这就使网络管理突破了地理条件的限制，只要能够上网，网络管理人员 可以使用任何一种w e b 浏览器，通过输入设备的i p 地址，在网络任何节点上方便 迅速地配置、控制以及存取网络和她的各个部分。 基于w e b 的网络管理使用户管理网络的方式得以彻底改善，从而实现“自己 管理网络刀和“网络管理自动化 。w b m 是网管方案的一次革命，她使网络用户 管理网络的方式得以改善。 1 3 2w b m 的优越性 w b m 融合了w e b 功能与网管技术，从而为网管人员提供了比传统工具更强 有力的能力。它的优越性体现在以下几个方面： 4h i n o c 网络管理系统的设计与实现 可移动性 w b m 的可移动性是指管理系统在地理位置上的可变换特性。在传统的网络管 理系统上，管理员要查看网络设备的信息，通常必须在管理中心从已经安装了网 络管理系统的机器上，使用服务器提供商所提供的管理工具。而通过w b m 系统， 管理人员能够从网络上的任何地点通过w e b 浏览器去监测和控制网络，不管这台 计算机是p c 机还是工作站，安装的是何种操作系统。 平台的独立性 网络的异构性是当6 网络的一个重要特点，也是网管系统面临的一大难题， 然而w b m 应用程序可以在各种环境下使用，对于不同的操作系统、不同网络结 构和网络协议，也无须做任何移植。 易使用性 w b m 提供了比传统的命令行远程登录界面更直接、更易用的图形界面，而又 不需要安装和学习i b mn e t v i e w 或者h po p e n v i e w 那样的专用网管软件。浏览器 操作和w e b 页面对于w w w 用户来说是简单、熟悉且友好的。 易于用户界面的升级 由于w b m 的操作界面只是一些网页，对它的修改不涉及系统程序代码，因 此对于用户界面的升级十分方便。在结合了文件上载功能后，这种更新升级就变 得更为安全和便捷了，只需将新做的网页上载替换原有网页文件即可。 易于提供帮助信息 由于w e b 本身就是一个发布信息的理想方法，所以w b m 系统只需提供链接 到达网络管理服务器产品供应商的联机技术支持中心，用户就可以得到联机实时 的帮助。 相对较低的成本开销 w b m 前面的这些特点其实还带来了一个最大的好处，那就是它降低了各方面 的成本。平台独立性可以减少开发成本，易于升级减少了设备维护成本，而易使 用和易于提供帮助的特性则大大降低了网管人员的培训费用。 目前，业界还在寻找w e b 技术的其他益处。例如，人们j 下在考虑对传统的客 户机服务器模式进行一些优化，以期进一步提高网络的实用性，并减少开发费用 以及设备维护的费用。因为w e b 浏览器只需要拥有适量磁盘空间的一般机器，所 以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他们，这就是所谓的“轻客户机重服务器 模式， 它不但减少了硬件花费而且使用户得到了更大的灵活性。 第i 章绪论 5 1 3 3 现有的w b m 网络管理标准 开放的标准是减轻网管复杂性和降低网络管理费用的必要条件，现在，有两 项w b m 标准正处于考虑之中，一个是基于w e b 的企业管理标准w b e m ，另一个 是j a v a 管理应用程序接口标准j m a p i 。 1 3 3 1 w b e m 标准【4 】 w b e m ( w e b - b a s e de n t e r p r i s em a n a g e m e n t ) 标准是由m i c r o s o f t 于19 9 6 年7 月 最先提出的，包括3 c o m ，c i s c o ，i n t e l 等在内的6 0 多个供应商都支持此项标准。 它的目的是建立一个工业标准，使管理者可以使用任意一个浏览器管理分布的网 络，系统和应用。w b e m 的体系结构图如图1 1 所示。 图1 1w b e m 体系结构图 w b e m 定义描述了体系结构、协议、管理模式和对象管理器，管理者采用 h t m l 或其它i n t e r a c t 数据格式并使用h t t p 传输请求。w b e m 包括以下三部分： h m m s ( h y p e r m e d i am a n a g e m e n ts c h e m a ) ：它是一种可扩展的、独立于实现的 公共数据描述模式，能够描述、实例化和访问各种数据，是对各种被管对象的高 层抽象。 h m m p ( h y p e r m e d i am a n a g e m e n tp r o t o c 0 1 ) ：一种访问和控制模式的部件的协 议，用于在h m m p 实体之间传递管理信息，属于应用层的协议，是w b e m 的关 键。这个传输协议处理包括重发功能、分组速率、传送证实以及允许一个消息拆 成一个或几个分组等功能。由h m m p 客户向h m m p 服务器发出管理请求，h m m p 服务器完成管理任务后进行响应。 h m m p 客户可以是针对特定设备的管理进程，也可以是一般的交互式浏览器， 它能够管理由h m m p 管理的任何对象。h m m p 服务器可以有层次地实现，在高层， h m m p 服务器具有复杂的对象存储，作为对许多不同被管设备的代管；在低层， 6h i n o c 网络管理系统的设计与实现 可以没有对象存储，仅仅作为h m m p 的一个子集。h m m p 客户和服务器角色可以 互换。 h m o m ( h y p e r m e d i ao b j e c tm a n a g e r ) ：h m m p 客户的请求的代管实体。h m o m 的特色是h m m p 客户主要与指派的h m o m 通信，由其完成请求的管理任务。这 样减轻了h m m p 客户定位和管理多种设备的负担。 w b e m 的设计目标是： 提供一个新框架可以覆盖传统的管理：配置、故障、计费、性能、安全管理以 及操作管理和规划；建立这个w b e m 体系在传输、安全和配置的标准的范围 和已有的i n t e m e t 标准之上； 提供一种数据模型能够保证系统、网络和应用统一的建模和管理； 根据管理元素集合的数目巨大和分布式的特性，提供一种可伸缩的解决方案。 w b e m 强调对于网络元素和系统的管理，这包括网络设备、服务器、桌面和 应用程序。 1 3 3 2j m a p i 标准 j m a p i ( j a v a - m a n a g e m e n ta p p l i c a t i o np r o g r a mi n t e r f a c e ) 是s u n 提出来的提 供网络管理应用程序接口的j a v a 扩展类。它的目标是解决分布系统管理的问题。 j m a p i 是一种轻型的管理基础结构，它对被管资源和服务进行抽象，提供了一个 基本类集合。 开发人员可以利用j m a p i 实现具有完整性和一致性的公共管理，并可以通过 对j m a p i 的扩展，满足特定网络管理应用的需要。j m a p i 不仅仅是一个类库的集 合，它还具有独特的网络管理体系结构。 j m a p i 由三个部件组成：支持j a v a 的w e b 浏览器用户接口、管理运行模块 a r m ( a d m i nr u n t i m em o d u l e ) 并u 被管元素。这三个部件之间通过j r m i ( 1 a v ar e m o t e m e t h o di n v o c a t i o n ) 进行通信。其中浏览器界面是管理人员进行管理操作的界面。 管理运行模块用来为被管元素提供实例化的管理对象，它包括a g e n t 对象接口， 通知接口和被管数据接口。被管元素就是那些被管设备单元。 1 3 3 3 两种标准的比较 w b e m 更强调“公司管理 胜于“基于w e b ”。虽然w b e m 使自己以w e b 工具的形式出现，但它的真正目标是强化对于网络元素和系统的管理，这包括网 络设备、服务器、桌面和应用程序。 j m a p i 则是一个完整的网络管理应用程序开发环境，它提供了一个厂商需要 收集的完整的特性清单，可生成资源清单表格、图形化的用户接口；访问s n m p 第l 章嫱论 7 的网络a p l ：主机间远程过程调用：数据库访问方法。在理论上，m n h 的应用 程序在整个w e b 上将以同样的界面和功能灵活地实现互操作。 w b e m 侧重于构造新的协议和结构来管理网络n i a p i 则是注重于构造管理 工具的软件框架并尽量采用已成热的技术。 现在还根难说j m m 与w b e m 哪种标准更好一些。两边都有同样多的厂 商支持，两边都得到了网络管理界的主要厂商支持，尤其是c i s c o 和3 c o r n 两种标 准都支持。这使得事情变得更复杂。但令人欣慰的是，c i s c o 和3 c o r n 已经有意将 这两者统一起来，如果这两者有一天能统一起来那无疑将给广大的网络管理人 员带来更多的方便。 1 3 4w b m 的两种实现方案 i 3 4 1 基于代理的方案 基于代理的w b m 方案，是指在一个内部工作站上运行w e b 服务器( 代理) ， 这个工作站与被管设备轮流通信，浏览嚣用户与代理( 即w e b 服务器) 通信，代 理与被管设备之间通信，见图i 2 。在这种方式下，网络管理软件作为操作系统上 的一个应用，它介于浏览器和网络设备之间。在管理过程中网络管理软件负责 将收集到的网络信息传送到浏览器，并将传统管理协议( 如卧删唧转换成w e b 协议( 如 r r t p ) 。同络管理平台通过s n m p 或c m i p 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 b m 应用通过同络管理平台 提供的a p i 接口获取网络管理信息维护w b m 专用数据库。 圈1 2 基于代理的w b m 方案 8 i t i n o c 阿络管理系统的设计与实现 1 3 4 2 嵌八式方案 嵌入式w b m 方案是将w e b 能力嵌入到被管设备之中，见图t 3 。每个设备有 自己的w e b 地址，管理人员可以通过浏览器和h t l t 协议直接对设备进行访问和 管理。嵌入式方案给各个被管设备带来了图形化的管理，提供了简单的管理接口。 网络管理系统完全采用w e b 技术，如通信协议采用 r r r p 协议，管理信息库利用 h t m l 语言描述，网络的拓扑算法采用高效的w e b 搜索、查询点索引技术，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。 图1 3 嵌 式w b m 案 1 3 4 3 两种方式的比较 基于代理的w b m 方案保留了现存的基于工作站的网管系统及设备的全部优 点，同时还增加了访问灵活的优点。代理可以与所有被管网络设备通信于是它 能提供一个公司所有被管物理设备的全体映像就像一个虚拟的网一样。代理与 设各之问的通信沿用s n m p ，所以这种方案的实施只需要那些“传统”的设备即 可。 另一方面，嵌入式方案给各独立被管设备带来了图形化的管理，它为管理者 提供了非常简单易用的接u ，优于现在的命令行或基于菜单的远程登录界面。 未来的i n t r a n e t 中，基于代理的方案和嵌入式方案都将被应用。一个大型的机 构可能需要继续通过所谓的代理方式来进行全部网络的网络监测与管理，而且代 理方案也能够充分管理大型机构中的纯粹s n m p 设备。同时，嵌入式方案也具有 强大的生命力，它在界面以及设备配置方面具有很大优势。特别是对于小规模的 环境，嵌入式方案更具优势，因为小型网络一般不需要强大的管理系统。 第l 章绪论 9 1 4 本文的主要工作及内容安排 本论文的主要工作是通过对“h i n o c 接入系统”中h i n o cb r i d g e 设备需要 实现的网管功能进行分析，设计并开发了基于w e b 的网管软件，实现了通过w e b 浏览器对设备的配置管理、性能管理、安全管理、故障管理以及固件升级。 第一章简要介绍了网络管理的基本概念，同时介绍了基于w e b 的网络管理的 现状及发展方向。对基于w e b 的网络管理的优越性进行了阐述。 第二章首先说明了实现h i n o c 接入系统的现实意义，然后介绍了h i n o c 接 入系统的系统结构，并对h i n o cs w i t c h i n g 和h i n o cb r i d g e 的组成原理进行了简 要的介绍，为后面的需求分析打下了基础。 第三章首先对网管软件进行了需求分析，在需求分析的基础上完成了网管软 件的设计，按照特定的被管对象定义相应的功能模块，包括状态查询模块、状态 设置模块、用户管理模块、固件升级模块和用户帮助模块，并对每个模块的设计 方案进行了详细的介绍。 第四章结合第三章的设计方案，对实现第三章中个功能模块所需要的关键技 术进行了研究。包括为了实现固件升级模块采用的f t p 技术，为了实现状态查询 模块采用的j a v aa p p l e t s 技术，作为实现整个网管系统的基础的r c b 技术和为了 提高系统工作效率采用的j a v a s c r i p t 技术。同时对开发工具r a p i d c o n t r o l 做了简 要的介绍。 第五章是本文的最后一章，对软件调试进行了介绍，并对调试中遇到的具有 代表性的问题进行了总结。 第2 章t t i n o c 接入系统 第2 章h i n o c 接入系统 2 1 h i n o c 接入系统简介 本文的项目背景是“h i n o c 接入技术研究 。h i n o c 接入系统在不干扰原来 的有线电视信号的基础上，利用家庭中已有的有线电视电缆，建立带宽高达2 7 0 m 的家庭网络。用户可以继续收看目前的模拟电视节目，同时享用c a b l e 接入设备 带来的高速网络业务。 h i n o c 目前主要用于解决i p t v 入户问题。用户无需在家中铺设其他电缆， 影响家居布置，便可以安装i p t v 室内设备，收看高清电视。这为3 t n e t 的大规模 实施带来巨大的方便。 h i n o c 产品带来充足的网络带宽，足以应付多种数据业务，如传输高质量的 影音数据；实现低延迟的v o i p 功能等。同时用户可以增设无线a p ，便于用户在 家中使用无线上网，免除室内布线的烦恼，为用户移动计算提供方便。 2 2 系统组成 h i n o c 有两个产品系列，一个称为h i n o cs w i t c h i n g ，一个称为h i n o c b r i d g e 。h i n o cs w i t c h i n g 安装在室外，其功能与以太网交换机雷同，主要用于将 高速以太网数据分解成多路低速业务并调制到有线电视电缆中，反之，将多路有 线电视电缆中的低速以太网业务复接成高速以太网业务流发送到骨干i p 分组网： 而h i n o cb r i d g e 安装在用户家中，它负责将有线电视电缆中的数据调制信号解调 还原成以太网数据，反之将上行以太网数据经调制后发送到h i n o cs w i t c h i n g 。 h i n o cs w i t c h i n g 提供一个光千兆以太网和4 个连接c a b l e 的接口，其中每个 c a b l e 承载3 个通道，每个通道连接2 个家庭，每个家庭可以获得5 0 m b p s 的传送 带宽。 在用户端的h i n o cb r i d g e 产品提供了一个连接c a b l e 的接1 ：3 和4 个以太网口。 连接c a b l e 的接口用于连接有线电视同轴电缆，以太网口用于连接用户的网络设 备。用户可以将m t v 机顶盒连接到以太网口上收看l p t v ；同时将计算机连接到 其它的以太网口上进行网上冲浪。 同轴电缆接入及相关产品的连接关系如图2 1 所示。 1 2 i t i n o c 网络管理系统的设计与实现 图2 1h i n o c 缆桥接入系统组成及连接关系图 2 3h i n o cs w i t c h i n g 实现方案 h i n o cs w i t c h i n g 的功能类似于以太网交换机，通过千兆光以太网连接骨干分 组网，不同的是输出端e l 采用符合c 1 i n k 标准的同轴电缆信号调制方式传送分组数 据。h i n o cs w i t c h i n g 主要设置在户外，用于连接多个户内的h i n o cb r i d g e 。h i n o c s w i t c h i n g 的组成原理框图如图2 2 所示。 c a t v c a t vc , a t v c a t v c n b l e tc a b l e 2c a m e 3 c 嘲o 图2 2h i n o cs w i t c h i n g 组成原理图 h i n o cs w i t c h i n g 主要由一个以太网交换模块和4 个e c b 模块组成。每个e c b 由一个m p c 8 2 7 0 及其外围电路和3 个c a b l em o d e m ( 2 0 i o + l o l 0 ) 构成。其中 m p c 8 2 7 0 和2 0 1 0 通过p c i 接口连接。 以太网交换模块主要实现千兆以太网到多个( 8 - - 1 6 ) 百兆以太网的分接复接 与本地交换功能。 第2 章h i n o c 接入系统 1 3 m p c 8 2 7 0 是m o t o r o l a 公司生产的双核嵌入式通信处理器。8 2 7 0 不仅具有通用 c p u 功能，其通信处理器模块c p m 提供丰富的通信处理器及总线接口功能，如 8 2 7 0 可以提供3 个快速以太网接口，h d l c 和s p i 通信协议，支持p c i 总线，提 供3 个p c i 总线仲裁信号。 本项目采用8 2 7 0 主要完成4 项工作： 1 ) 通过p c i 接口实现对2 0 1 0 的配置； 2 ) 利用8 2 7 0 提供的3 个快速以太网接口实现以太网数据到p c i 总线的转换， 为每个以太网接口与一个c a b l em o d e m ( 2 0 1 0 + 1 0 1 0 ) 建立对应关系，并将从 各以太网接口接收的分组发送到相应的2 0 1 0 ； 3 ) 8 2 7 0 通过s p i 接口实现对以太网交换芯片的配置； 4 ) 通过在8 2 7 0 上运行嵌入式操作系统，并运行相应的基于w e b 或s n m p 的 网络管理程序，实现对交换机的配置管理。 e n 2 0 1 0 同轴网络控制器主要用于构建基于同轴电缆的高速家庭网络。e n 2 0 1 0 实现了c 1 i n k 标准的物理层和m a c 层功能，它采用独特的调制方案在同轴网上支 持1 0 0 m b p s 传输数率，不需要在家庭内部重新布线的情况下，能够实现家庭内部 各房间之间的相互通信。e n 2 0 1 0 通过p c i 总线实现配置管理和数据传输。 e n l 0 1 0 是与2 0 1 0 配套使用的r f 收发器，符合c 1 i n k 同轴网络协议规范，其 调频范围为8 0 0 m 1 5 0 0 m h z ，不会影响正常有线电视信号的传送。 交换机由4 各e c b 组成，每个e c b 支持3 路c a b l em o d e m ，我们可以将2 路 占用不同信道的c a b l em o d e m 的输出信号复合到一条同轴电缆上，即每条电缆可以 传送2 0 0 m 的传送带宽，可以连接4 个用户，分别为每个用户提供约5 0 兆的传送 带宽。 2 4h i n o cb r i d g e 实现方案 h i n o cb r i d g e 主要放置在户内，通过同轴电缆与户外的h i n o cs w i t c h i n g 相 连，为用户提供4 个r j 4 5 以太网接口。h i n o cb r i d g e 实现原理图如图2 3 所示。 图2 3h i n o cb r i d g e 组成原理图 1 4h i n o c 网络管理系统的设计与实现 h i n o cb r i d g e 主要由一路c a b l em o d e m 、4 端口以太网交换和m p c 8 2 7 0 及其 外围电路组成。 其中c a b l em o d e m 由e n 2 0 1 0 和e n l 0 1 0 组成，其工作原理如上所述，本节不 再赘述。 8 2 7 0 的f e 0 主要作为i i i n o cb r i d g e 设备的网络管理接口，而f e l 连接一个4 端口的以太网交换芯片，为用户提供4 个快速以太网接口。 第3 章网管软件设计 1 5 第3 章网管软件设计【6 】 3 1 网管软件需求分析与概要设计 管理系统是h i n o ca c c e s s 设备软件部分的主体。设备的功能是否完备在很大 程度上依赖于管理功能的强弱。因此管理系统是本次项目的一个研发重点。为此， 我们对管理系统所应具备的功能与所能实现的功能做一些详细的介绍。 我们都知道，在o s i 管理框架中定义的管理功能域描述了网络管理的主要职 责领域，它们是配置管理、故障管理、性能管理、计费管理和安全管理。对应于 h i n o c 接入设备，需要实现的管理功能包括配置管理、故障管理、性能管理、计 费管理和安全管理。这些功能中的每一部分都需要许多特定功能的支持，而这些 支持功能中存在着大量的重叠，比如配置管理、故障管理和性能管理都需要利用 系统对端口的管理。因此，在我们的开发过程中，不一定完全按照这几个功能域 设计软件的总体框架，而主要是按照特定被管对象定义相应的功能模块，并在此 基础上设计管理软件的总体框架。对应于h i n o c 接入设备，被管对象包括系统设 置信息、以太网接口及c a b l e 接口。对于这些被管对象，配置管理是最主要的管理 内容，也是本文的研究重点。当然，安全管理，性能管理以及故障管理也是必不 可少的。以下各节将对各功能模块作详细说明。 3 1 1 状态查询模块和状态设置模块 根据设计要求，用户可以查看设备的当前工作状态并对其进行设置，可查看 的状态包括以太网端的m a c 地址、i p 地址、子网掩码、网关、收发数据量，同轴 端的m a c 地址、工作频道、数据加密状态、收发数据量。可以设置的状态包括以 太网端的i p 地址、子网掩码、网关，同轴端工作频道、扫描起止频道、数据加密 状态。对设备的状态进行查询和设置实际上就是对以太网交换控制芯片 8 8 e 6 0 9 5 6 0 6 0 和同轴网络控制芯片e n 2 0 1 0 的端口寄存器的管理，下面具体说明 对其管理的设计与实现。 3 1 1 1 配置管理 我们知道，对芯片上寄存器的频繁访问会影响到设备对网管信息的处理速度 和设备的日常工作，并且端口寄存器的值不会自动的更改。因此，为了提高效率， 我们在内存中为端口寄存器建立镜像，这样，当要对端口寄存器进行读操作时， 我们并不让设备管理例程直接查看交换控制芯片上的寄存器数值，而是只从镜像 中读取。但对端口寄存器的写操作时，必须要先对寄存器进行成功设置后，再修 改镜像中的值，从而使镜像值与寄存器的实际值保持一致。 1 6 i l i n o c 网络管理系统的设计与实现 在代码设计中，为了建立端e l 寄存器的镜像，我们可以对i pc o n t r o l 和 c h a nc o n t r o l 定义如下的数据结构： 端口寄存器的镜像建立和工作过程如下： 首先，定义一个变量类型为a l lc o n t r o l 的全局变量g c h a n 来作为同轴网 络控制芯片e n 2 0 1 0 的寄存器内容的镜像。同时在f l a s h 中创建一个存储g c h a n 各 项信息的文件i n i i d a t 。当系统启动时，在应用程序的初始化中令系统读取 i n i t d a t 的内容，并用读取的结果初始化该全局变量和同轴网络控制芯片e n 2 0 1 0 的寄存器的内容，建立镜像。 系统启动后，要始终保持g c h a n 的数值与硬件寄存器的一致，然后通过读取 全局变量g c h a n 的值来确定硬件寄存器的数值。 为了确保g c h a n 的数值与硬件寄存器数值的一致，在对端口寄存器的数值进 行写操作时，在设备管理例程中定义一个a l l c o n t r o l 类型的局部变量，如： a l lc o n t r o ls t c h a n ，并在设备管理例程中将g c h a n 的数值复制到s t c h a n ，然 后根据从w e b 取得的参数值，对s t c h a n 的相关参数进行修改，接着，调用底层驱 动程序，利用修改后的s t c h a n 的值对硬件进行修改，即用s t c h a n 的数值更新 e n 2 0 1 0 的寄存器的内容。若写入硬件成功，则将s t c h a n 的数值复制回全局变量 g c h a n ；如果硬件修改未成功，则全局变量g c h a n 的值不做任何改动。这样就可以 保证g c h a n 的值与硬件实际值的一致。 第3 章网管软件设计 1 7 对以太网交换控制芯片8 8 e 6 0 9 5 6 0 6 0 的配置管理与e n 2 0 10 相似，在此不再 赘述。 综上所述，通过对以太网交换控制芯片8 8 e 6 0 9 5 6 0 6 0 和同轴网络控制芯片 e n 2 0 1 0 的端口寄存器的管理，网管软件可以实现对设备的配置管理。 3 1 1 2 性能管理与计费管理 除了控制寄存器，各个端口还有用来记录流经端口的数据流量的统计信息的 计数器( 一种专门的寄存器) 。通过对各端口计数器的数据流量的记录和对各端口 性能参数的统计，实现各端口的性能管理。以太网交换端口的性能参数是驱动程 序中用于性能管理的枚举类型g ts t a t sc o u n t e r s 3 组对象的值。网管软件依 据这些对象的值计算设备的性能特性。表3 1 中给出了这些对象中我们所使用到的 对象的列表。这些对象的值是通过读取以太网交换控制器的计数器的数值来得到 的。 表3 1 用于性能管理的g ts t a t sc o u n t e r s 3 组对象 对象说明 s t a t s 3 1 n g o o d o c t e t s l o接口收到的正确字节数低3 2 位 s t a t s 3 _ i n g o o d o e t e t s h i 接【j 收到的正确字节数高3 2 位 s t a t s 3 _ i n b a d o c t e t s 接口收到的错误字节数 s t a t s 3 0 u t o e t e t s l o接口发送的宁节数低3 2 位 s t a t s 3 0 u t o e t e t s h i 接口发送的字节数高3 2 位 通过对以太网交换芯片的端口计数器的管理，网管软件可以对各端口的数据 流量进行统计和分析，并可以完成