（通信与信息系统专业论文）分层分布式网络管理中群首委任机制的研究与实现.pdf

摘要 摘要 分层分布式网络管理是针对无线a dh o c 网络特点提出的一种重要的网络管理 模式。这种管理模式的最大特点是由管理者、群首和代理三级组成。其中每个代 理管理所在的节点，而多个代理形成一个群并由群首管理，群首则由网络管理者 管理。这种管理模式以分层的形式将管理任务逐级下放，从而减少了管理者的网 络开销，大大提高了网络管理的效率。 群首委任机制是分群工作的一部分，也是实现分层分布式网络管理思想的一 个必不可少的环节。群首委任机制包括群首的委任、卸任以及管理功能的动态委 派。本文首先详细介绍了网络管理的基本理论以及分层分布式网络管理的基本思 想，然后认真分析了分层分布式网络管理的体系结构。在此基础上本文设计了群 首委任所需要的管理信息库m i b 和管理功能动态委派所需要的s c r i p tm i b ，并借 助n e t s n m p 软件包扩展开发代理，从而实现了群首委任机制。最后本文依托了一 个基于l i n u x 操作系统的真实的无线a dh o c 网络试验平台，对群首委任机制成功 进行了测试和演示。 关键词：分层分布式群首委任s c r i p tm i bn e t - s n m p a b s t r a c t a b s t r a c t t h eh i e r a r c h i c a la n dd i s t r i b u t e dn e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e mi sp r o p o s e dt ob ea n i m p o r t a n tn e t w o r km a n a g e m e n tm o d ec o n s i d e r i n gt h ef e a t u r eo faw i r e l e s sa dh o c n e t w o r k n em o s tm a r k e dc h a r a c t e r i s t i co ft h i sm o d ei st h a tt h ea r c h i t e c t u r eo ft h e m a n a g e m e n t i sc o m p o s e db yt h r e el a y e r s ：m a n a g e r , c l u s t e rh e a da n da g e n t e a c hn o d e i nt h en e t w o r ki sm a n a g e db yt h ea g e n t ，a n ds e v e r a la g e n t sc o m p r i s eac l u s t e r c l u s t e r h e a d sm o n i t o rt h ea g e n t sb e l o n gt ot h e m ，w h i l ea l lt h ec l u s t e rh e a d sa r em a n a g e db y t h em a n a g e r t h i sm o d eo fm a n a g e m e n ta s s i g n st h ed u t i e sf r o mt h em a n a g e rt ot h e c l u s t e rh e a d sa n da g e n t s ，s oi tc a r la l l i v e a t et h en e t w o r ko v e r h e a da n dm a k et h e n e t w o r km a n a g e m e n tm o r ee f f i c i e n t t h ec l u s t e rh e a dd e l e g a t i o nm e c h a n i s mi st h ep a r to fw o r ko fc l u s t i n g ，a n di ti s a l le s s e n t i a lp a r to ft h ei m p l e m e n t a t i o no ft h eh i e r a r c h i c a la n dd i s t r i b u t e dn e t w o r k m a n a g e m e n ts y s t e m t h i sm e c h a n i s m i n c l u d e sc l u s t e rh e a dd e l e g a t i o na n de x e m p t i o n a n dt h ed y n a m i ca s s i g n m e n to f t h em a n a g e m e n tt a s k s i nt h i st h e s i s ，w ef i r s t l ya n a l y z e t h eb a s i ct h e o r i e so fn e t w o r km a n a g e m e n ta n dt h eh i e r a r c h i c a la n dd i s t r i b u t e dn e t w o r k m a n a g e m e n ts y s t e m t h e nw ed i s c u s st h ea r c h i t e c t u r eo ft h i sh i e r a r c h i c a la n d d i s t r i b u t e d n e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e m a sm e n t i o n e da b o v e ，ac l u s t e rm a n a g e m e n tm i ba n da s c r i p tm i ba r ed e s i g n e d t h e nw ei m p l e m e n tt h i sm e c h a n i s mb yn e t s n m p a tt h ee n d o ft h et h e s i s ，w et e s ta n dd e m o n s t r a t et h i sm e c h a n i s ms c c e s s f u l l yo nar e a lw i r e l e s sa d h o cn e t w o r kt e s t - b e d ，w h i c hi sr u n n i n go nl i n u x o p e r a t i n gs y s t e m s k e yw o r d s ：h i e r a r c h i c a la n dd i s t r i b u t e d c l u s t e rh e a dd e l e g a t i o ns c r i p tm i b n e t - s n m p 西安电子科技大学 学位论文独创性( 或创新性) 声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导 师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注 和致谢中所罗列的内容以外，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对本研究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，本人承担一切的法律责任。 本人签名：罐雏 西安电子科技大学 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 在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。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。同时本人保证，毕业后结合 学位论文研究课题再攥写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。 ( 保密的论文在解密后遵守此规定) 本学位论文属于保密，在一年解密后适用本授权书。 本人签名：翻查鲢 导师签名： 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景及意义 无线a dh o c 网络是一种由若干具有无线通信功能的节点自组织形成的无线网 络【l 】1 。由于它能够在不依赖于任何预先设置的固定网络的情况下，临时快速的自动 组成应急无线网络，因此它在灾后营救，偏僻地区勘察等应急性、临时性、突发 性场合下有着非常广泛的应用。 无线a dh o c 网络最主要的特点就是多跳和移动【2 1 。所谓“多跳通信 ，即由于 节点发射功率的限制，通信双方往往不在通信范围之内，这就需要其它无线节点 进行中转，所以无线a dh o c 网络从一开始就是多跳的网络拓扑结构。这就要求在网 络管理架构的设计方面要考虑采用合适的网络管理结构来支持这种多跳分组中 转。所谓“移动 ，即动态网络拓扑【3 1 。移动是无线a dh o c 网络的一个重要特征， 首先网络本身可能是移动的；其次，它的组成节点也可能动态变化。例如，节点 因为电池耗尽、发生故障等原因而失效，而新的节点可能加入到网络中。这样整 个无线网络的拓扑连通情况将随着节点的移动、失效或增加而随时变化。 网络管理是无线a dh o c 网络的一个重要研究内容。网络管理承担了网络的规 划、初始化、配置和监视等任务，为无线a dh o c 网络的可靠、高效、稳定运行提供 了保障。 传统的网络管理方式主要包括集中式网络管理和分布式网络管理。在集中式网 络管理结构中，网络管理站通过定期地轮询全网中的代理获得网络信息，并在需 要时通过管理操作控制整个网络，这种管理者代理模式也被称为客户服务器 模式【4 1 。由于轮询产生了较大的网络流量，故集中式网管的效率不高。与集中式网 管相比，分布式网管具有较高的效率。在一个分布式网管系统中，有多个网络管 理者，每个管理者负责一个子网的管理，并与其他管理者进行点对点的通信。在 分布式网络管理系统中，整个网络管理系统能够在只花费较低的通信与处理开销 的同时获得较高的可靠性和较高的有效性。因此，对于大型的通信网来说，分布 式网络管理系统是最好的选择。 根据上述无线a dh o c 网络的主要特点和各网络管理方式的比较，以及对网络信 息开销和节点移动性的考虑，无线a dh o c 网络更适合采用一种分层分布式的管理方 式。这种管理方式由管理者( m a n a g e r ) 、群首( c l u s t e rh e a d ) 和代理( a g e n t ) - - - 级组成 【5 1 。每个代理管理所在的节点；而多个代理形成一个群并由群首管理；群首则由网 络管理者管理。群首是无线a dh o c 网络二级管理节点的特殊称谓，管理者将管理 任务下放到各个群首，由群首管理多个代理节点，分担管理任务，整理和处理收 集的数据，并把对整个网络有影响的数据提交给管理者。不需管理者处理的信息， 分层分布式网络管理中群首委任机制的研究与实现 将由群首自己完成处理工作，不再向管理者传送，从而大大提高了网络管理的效 率。 为了实现分层分布式网络管理，首先要把已经自组织好的网络划分成若干个 群，这主要通过分群算法完成。分群结束后，分层管理体系结构需要解决的另外 一个问题就是如何委任群首和给它动态委派管理任务。这就是本文要解决的主要 问题。为了便于阐述，本文将群首的委任、卸任以及管理功能的动态委派统称为 群首委任机制。 群首委任机制是分群工作的一部分，也是实现分层分布式网络管理思想的一 个必不可少的环节。因为正是通过群首委任，分群后的三级管理架构才得以呈现。 而管理者根据网络拓扑的实时变化，动态的委任和卸任群首，并根据具体需求动 态委派管理任务，才使得这种分层分布式网管的灵活、高效等管理特点在无线a d h o c 网络中得以体现。 1 2 项目来源和研制任务 本课题组承担了来自上海“十一五预研 的一个具体项目。作者参与到此次 项目中并具体负责分层分布式网络管理方式中群首委任机制的研究与实现。 由于课题需要，本项目在真实环境下搭建了一个基于l i n u x 操作系统的无线 a dh o e 网络试验平台，而本文所研究的群首委任机制则在这一试验平台上得以实 现并成功进行了测试和演示。 1 3 本文主要内容 本文首先详细介绍了网络管理的基本内容以及分层分布式网络管理的基本思 想，然后认真分析了分层分布式网络管理体系结构，包括分群与群维护，群首委 任和管理功能动态委派等。其中重点介绍了实现群首委任机制的一个重要部分管 理信息库m i b 以及相关内容。由于以往关于分层分布式网络管理的相关研究大多 停留在理论上或仅限于仿真环境中，因此本文所涉及到的真实的无线a dh o e 网络 试验平台具有一定实际意义，本文对此试验平台做了简要介绍。 在此基础上，本文设计了群首委任机制所需要的管理信息库m i b ，即 c l u s t t e r m a n a g e m e n t m i b ，并借助n e t s n m p 软件包在l i n u x 操作系统中开 发扩展代理端，并采用主动式群首变更机制，实现了群首委任功能。为了实现管 理功能动态委派，本文将管理任务与m i b 结合起来，设计定义了s c r i p tm i b ，并以 电源管理为例，实现了动态委派管理任务。 最后本文依托了一个基于l i n u x 操作系统的真实的无线a dh o e 网络试验平台， 并在该平台上对群首委任机制成功进行了测试，同时在管理终端的演示平台上对 第一章绪论 电源管理功能进行了演示。 本文的具体内容及各章节主要安排如下： 第一章：绪论 介绍了在无线a dh o e 网络中采用分层分布式网络管理模式的研究背景，阐述了 群首委任机制在分层分布式网络管理中的意义，介绍了该项目的来源和本文主要 的研制任务，以及本文各章节的详细安排。 第二章：网络管理概述 介绍了网络管理的基本概念和理论，包括网络管理的基本概念，简单网络管 理协议s n m p ，管理信息库m i b ，无线a dh o e 网络特点，无线a dh o e 网络的网 络管理等。 第三章：分层分布式网络管理体系结构研究 详细分析了无线a dh o c 网络采用分层分布式网络管理方式的整体框架和具体 结构，包括分群与群维护、群首委任、管理功能动态委派以及无线管理信息库和 s c r i p t m i b 等。最后本章简要介绍了此次项目中所搭建成的真实的无线a dh o e 网络 试验平台。 第四章：群首委任机制的具体实现 细致阐述了群首委任和管理功能动态委派的实现方法和实现过程。包括 c l u s t e r m a n a g e m e n t - m i b 的设计，n e t s n m p 软件包的配置和使用，使用子 代理s u b a g e n t 来扩展代理端，采用主动变更式群首委任机制等。 第五章：测试与演示 本章在真实的无线a dh o c 网络试验平台上对群首委任机制进行了测试，并演 示了电源管理功能的执行情况。 第二二章网络管理概述 5 一 第二章网络管理概述 弗一早州绾。昌瑾佩尬 2 1 网络管理的基本内容 2 1 1 网络管理的基本概念 网络管理是指通过某种方式对网络进行管理，使网络能够正常、高效地运行。 它是监督、组织和控制网络通信服务和信息处理所需的各种活动的总称，它主要 包括网络的监视和控制两个方面。网络管理对于网络资源的最优化、监控和有效 利用是至关重要的。 实际上网络管理并没有精确的定义，但它的内容可以归纳为： 网络管理包括对硬件、软件和人力的使用、综合与协调，以便对网络资 源进行监视、测试、配置、分析、评价和控制，这样就能以合理的价格满足 网络的一些需求，如实时运行性能、服务质量等【6 】。 2 1 2 网络管理的功能模块 网络管理中最通用的框架描述是开放系统互联i s o 的模型。该模型中将网络管 理的功能划分为5 个：( 1 ) 配置管理、( 2 ) 性能管理、( 3 ) 故障管理、( 4 ) 安全管理、( 5 ) 计费管理。它们是网络管理中重要的五大模块，详述如下： ( 1 ) 配置管理的作用是管理网络的建立、扩充和开通。主要包括确定设备的 地理位置、名称和有关细节，记录并维护设备参数表；用适当的软件设置参数值 和配置设备功能；初始化、启动和关闭网络或网络设备；维护、增加和更新网络 设备及调整网络设备之间的关系。配置管理是最基本的网络管理功能，它负责建 立网络资源信息库，来支持其他网络管理所需的管理信息。配置管理同时负责监 控和设置网络的配置信息，使网络管理人员可以生成、查询和修改软件和硬件的 运行参数和条件，以保持网络的正常运行，包括视图管理、拓扑管理、软件管理 及网络规划和资源管理。 ( 2 ) 性能管理是一组评价被管对象行为和通信活动有效性的设施，周期性地 收集被管设备各项性能数据，如接口流量、链路利用率、响应时间等。并形成历 史纪录，从而分析出网络当前的运行状况和预测网络将来的走势。性能管理的作 用是维护网络服务质量( q o s ) 和网络运营效率。性能管理主要提供性能检测功能、 性能分析功能以及性能管理控制功能。同时还有提供数据库的维护以及在发现性 能严重下降时启动故障管理系统的功能。进行性能管理首先要设立有效的网络性 能指标，通过对性能指标的检测和计算对网络所提供的服务质量和运营效率进行 评价。 6 分层分布式网络管理中群首委任机制的研究与实现 ( 3 ) 故障管理是检测和确定网络环境中异常操作所需要的一组设施，包括故 障检测、故障定位、故障隔离和故障修复几部分。保证在网络出现故障后能够很 快检测到，并向用户报警、记录到故障r 志，同时分析出故障的准确位置，尽可 能地加以修复，或向管理员提供修复信息。故障管理的作用是迅速发现和纠正网 络故障，动态维护网络的有效性。故障管理的主要功能有告警检测、故障定位、 测试、业务恢复以及修复等。 ( 4 ) 安全管理负责提供一个安全政策，根据安全政策确保只有授权的合法用 户才可以访问被管理的网络资源。包括发现全漏洞、设计和该进安全策略、根据 管理记录产生安全事件报告，以及维护安全业务。可以提供访问控制、安全警告、 安全审计试验。安全管理的作用是提供信息的保密、认证和保护机制，使网络中 的服务、数据和系统免受侵扰和破坏。一般的安全管理系统包含风险分析功能， 安全服务功能，告警、日志和报告功能，网络管理系统保护功能等。 ( 5 ) 计费管理的主要作用是正确的计算和收取用户使用网络服务的费用，进 行网络资源利用率的统计和网络成本的效益核算。计费管理主要提供费率管理和 账单管理功能【6 】。 需要注意的是，这五大模块的实现都离不开对管理信息库m i b 的访问和分析。 关于m i b 的相关内容本章将在第2 2 2 节作详细阐述。 2 1 3 网络管理的基本模式 在过去的十几年间，网络管理模式随着计算机网络系统规模增大、复杂性增 加和技术进步得到了快速的发展，经历了集中式、层次式以及分布式等管理模式 的变迁。与集中式网络管理模式相对应，我们可以将层次式和分布式两种模式归 为非集中式管理模式。为结合本文研究重点，下面主要对集中式和分布式这两个 处于发展过程两端的模式作介绍。 ( 1 ) 集中式网络管理模式1 4 集中式网络管理模式是目前网络管理系统中最普遍、最常用的一种在这种模 式下，所有的网管代理在一个管理站的监视和控制下，协同工作以实现集成的网 络管理。如图1 1 所示： 第二章网络管理概述 图1 1 集中式网络管理模式 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，即管理站。管 理软件和管理功能主要集中在管理站上，管理站可以对所有被管节点的配置、路 由等参数进行直接控制和干预；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 管节点进行远程加载、转储以及远程启动等控制。 从集中式网络管理模式的自身特点可以看出，它的优点是网管结构简单，管 理职能集中，有利于从整个网络系统的全局对网络实施较为有效的管理。然而缺 点也是显而易见的：管理信息集中汇总到管理站上，导致网络管理信息流比较拥 挤，管理不够灵活，管理站若发生故障很可能影响全网正常工作。另外随着网络 规模的不断扩大，网络异构程度的日益复杂化，这种模式很容易致使网络中的负 荷不均匀。同时大量的数据传输也加重了网络带宽负载，使得管理者对管理节点 的请求响应变慢，管理性能降低，不能满足人们对网络高效运行的需求。 ( 2 ) 分布式网络管理模式 分布式网络管理模式使用了一种端对端的管理模式。在一个网络系统中可以 有多个管理者，几个对等的管理者可以同时在网络系统中运行，每个管理者负责 管理网络系统中的一个特定域，但是它们拥有整个网络设备的完整数据库。管理 者之间可以相互通信，或者通过高层管理者进行协调。结构如图1 2 所示： 分层分布式网络管理中群首委任机制的研究与实现 图1 2 分布式网络管理模式 分布式网络管理模式将管理者分布在网络的几个工作站上，完全分散了网络 资源的负荷，增加了管理的可靠性和健壮性，这是一种崭新的并正在迅速发展和 广泛应用的网络管理技术。 综上所述，集中式网络管理模式在结构、实现技术上都比较简单，适用于小 型局域网络、部门专用网络和统一经营的公共服务网等。非集中式网络管理模式 在结构和技术实现上相对复杂，更适合管理规模较大的网络。其中分布式网络管 理模式适用于多业务、信息量大、需要灵活扩充容量并且异构处理的网络系统。 其实它们各有其优缺点，不存在一种“最好 的模式。每种模式都具有在一定环 境下工作良好的特定功能，可以根据不同的网络系统结构和不同的应用环境选择 一种适合的网络管理模式。 另外需要提及的是，在计算机网络从集中式管理方式向分布式管理方式的发 展过程中，人们先后提出了三种主要的网络管理体系结构，主要有基于c m i p 的网 管体系结构，基于s n m p 的网管体系结构和基于t m n 的网管体系结构。相比之下， 由于s n m p 协议的广泛应用，基于s n m p 的网管体系结构变得越来越重要。本文所 讨论的分层分布式网络管理体系就是基于s n m p 管理协议提出的。 2 2 简单网络管理协议标准 2 2 1 简单网络管理协议s n m p 当前的网络管理系统主要遵循两种协议【6 】：一是国际标准化组织为网络管理制 定的公共管理信息协议c m i p ，二就是i e t f 为网络管理制定的简单网络管理协议 s n m p 。 s n m p ，r 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 ，是基于t c p i p 的简单网络管理 第二章网络管理概述 9 一 协议，它从早期的简单网关监控协议s g m p 发展而来。s n m p 协议简单，易操作， 一经推出就得到了广泛的应用和支持，随后又相继有s n m p v 2 2 3 】【冽和s n m p v 3 推 出，事实上s n m p 己成为目前网络管理领域的标准。 s n m p v l 规定了5 种协议数据单元p d u ( 也就是s n m p 报文) ，用来在管理 进程和代理之间的交换。实际上，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 报文来改变各被管对象的状况。 s n m p 的这些功能通过探询操作来实现，即s n m p 管理进程定时向被管设 备周期性的发送探询信息。探询的好处是：第一，可使系统相对简单；第二， 能限制通过网络所产生的管理信息的通信量。 s n m p 不是完全的探询协议，它允许不经过询问就能发送某些信息。这种 信息称为t r a p ，表示它能够捕捉事件， 而t r a p 信息的参数是受限制的。在 s n m p v 2 中这种探询协议则被称作n o t i f i c a t i o n 。 s n m p 使用无连接的u d p ，因此在网络上传送s n m p 报文的开销较小。另 夕b s n m p 使用u d p 的方法有特殊性，它在运行代理程序的服务器端用熟知端口 1 6 1 来接收g e t 或s e t 报文和发送响应报文，而运行管理程序的客户端则使用熟 知端口1 6 2 来接收来自各代理的t r a p 报文。 s n m p v l 定义了5 种类型的协议数据单元： 表2 1s n m p v l 定义的协议数据单元类型 p d u 编号p d u 名称用途 0 g e t r e q u e s t 从代理进程处提取一个或多个参数值 l g e t - n e x t r e q u e s t 从代理进程处提取紧跟当前参数值的下一个 参数值 2 g e t r e s p o n s e 对g e t s e t 报文作出响应 3 s e t - r e q u e s t 设置代理进程的一个或多个参数值 4 t r a p 向管理进程报告代理中发生的事件 定。 需要注意的是，s n m p v 2 版本加入了g e t b u l k 用以整块的读取数据。 s n m p 报文共有三个部分组成，即公共s n m p 首部、g e t s e t 首部、变量绑 1 0 分层分布式网络管理中群首委任机制的研究与实现 图1 3s n m p 报文格式 【公共s n m p 首部】 版本 写入版本字段的是版本号减1 ，对于s n m p ( 即s n m p v l ) 则应写入0 。 共同体( c o m m u n i t y ) 共同体就是一个字符串，作为管理进程和代理进程之间的明文口令，常用的 是6 个字符“p u b l i c ”。 p d u 类型 根据p d u 的类型，填入0 4 中的一个数字，其对应关系如表1 1 所示。 【g e t s e t 首部】 请求标识符( r e q u e s ti d ) 这是由管理进程设置的一个整数值。代理进程在发送g e t r e s p o n s e 报文时也 要返回此请求标识符。管理进程可同时向许多代理发出g e t 报文，这些报文 都使用u d p 传送，先发送的有可能后到达。设置了请求标识符可使管理进程 能够识别返回的响应报文对于哪一个请求报文。 差错状态( e r r o rs t a t u s ) 由代理进程回答时填入0 - - - 5 中的一个数字。 差错索引( e r r o ri n d e x ) 当出现n o s u c h n a m e 、b a d v a l u e 或r e a d o n l y 的差错时，由代理进程在回答时 设置的一个整数，它指明有差错的变量在变量列表中的偏移。 企业( e n t e r p r i s e ) 第二章网络管理概述 填入t r a p 报文的网络设备的对象标识符。 t r a p 类型 此字段正式的名称是g e n e r i c t r a p ，共分为7 种。 特定代码( s p e c i f i c c o d e ) 指明代理自定义的时间( 若t r a p 类型为6 ) ，否则为0 。 时间戳( t i m e s t a m p ) 指明白代理进程初始化到t r a p 报告的事件发生所经历的时间，单位为1 0 m s 。 【变量绑定】 指明一个或多个变量的名和对应的值。在g e t 或g e t n e x t 报文中，变量的值应 忽略。 2 2 2 管理信息库m i b 管理信息库m i b 是网络管理中非常重要的一个概念。因为s n m p 的基础 是包含被管元素信息的m i b 数据库。每个被管资源由被管对象表示，m i b 是这些 被管对象所有结构的集合。在s n m p 中，m i b 本质上是一个树型的数据库结构【6 】。 网络中的每个系统( 工作站、服务器、路由器、网桥等) 都拥有一个反映系统中 被管资源状态的m i b 。网络操作者j 下是通过提取m i b 中的对象值来监测系统中的 资源，或通过修改这些对象值来控制资源，从而实现对网络的管理。 管理信息库m i b 指明了网络元素所维持的变量( 即能够被管理进程查询 和设置的信息) 。m i b 给出了一个网络中所有可能的被管理对象的集合的数据 结构。s n m p 的管理信息库采用和域名系统d n s 相似的树型结构，它的根在 最上面，根没有名字。图1 4 反映的是管理信息库的一部分，它又称为对象 命名树( o u e c tn a m i n gt r e e ) 。 1 2 分层分布式网络管理中群首委任机制的研究与实现 根 形 s t a n d a r d ( o )r e g i s t r a t i o na u t h o r i t y ( 1 ) m e m b e rb o d y ( 2 )i d e n t i f i e do r g a n i z a t i o np i dod(6) l一一一一。一。一一。一一一一一一一intern而二i=l：4二=-：1三3乏6三1二：一一一一一一一1 1一： ；7 卜； m i b - 2 ( 1 ) + 一1 3 612 1e n t e r p r i s e s ( i ) + 一1 3 6 1 4 1 l s y s t e m ( 1 )i n t e r f a c e s ( 2 ) i ii l - - _ _ - - - - - - - _ - _ - _ _ - - - - _ i - _ - _ _ - - i 图1 4 管理信息厍的对象命名树举例 对象命名树的顶级对象有三个，即i s o 、i t u t 和这两个组织的联合体。 在i s o 的下面有4 个结点，其中的一个( 标号3 ) 是被标识的组织。在其下 面有一个美国国防部( d e p a r t m e n to f d e f e n s e ) 的子树( 标号是6 ) ，再下面就 是i n t e r n e t ( 标号是1 ) 。在只讨论i n t e r n e t 中的对象时，可只画出i n t e r n e t 以下的子树( 如图1 4 中阴影虚线方框内所示) ，并在i n t e r n e t 结点旁边标注 上 1 3 6 1 ) 即可。 在i n t e r n e t 结点下面的第二个结点是m g m t ( 管理) ，标号是2 。再下面是 管理信息库，原先的结点名是m i b 。1 9 9 1 年定义了新的版本m i b i i ，故结点 名现改为m i b 2 ，其标识为 1 3 6 1 2 1 ) ，或 i n t e r n e t ( 1 ) 2 1 ) 。这种标识为对 象标识符。 最初的结点m i b 将其所管理的信息分为8 个类别。现在的m i b 2 所包含 的信息类别已超过4 0 个。 m i b 的定义与具体的网络管理协议无关，这对于厂商和用户都有利。这 里要提一下m i b 中的对象 1 3 6 。1 4 。1 ) ，即e n t e r p r i s e s ( 企业) ，本文在第四 章所设计的几个m i b 都是定义在该节点之下。 第二章网络管理概述 2 2 3 管理信息结构s m i s m i 规定了使用a s n 1 描述m i b 对象，每个对象包含以下四个属性： ( 1 ) 对象标识符( o b j e c ti d e n t i f i e r ) ：唯一标示m i b 对象，从根开始到所定义的m i b 对象的路径上的数字通过句点符号分隔连接成数字串得到的。 ( 2 ) 语法( s y n t a x ) ：定义m i b 对象的数据类型，如i p a d d r e s s ，i n t e r g e r 3 2 等。 ( 3 ) 存取( a c c e s s ) ：定义m i b 对象的访问方式，包括：只读方式( r e a d o n l y ) 、可 读可写( r e a d w r i t e ) 、禁止访问o t a c c e s s i b l e ) _ 三种合法形式。 ( 4 ) 状态( s t a t u s ) ：定义m i b 对象的实现需要，包括：必备的( 被管理节点必须实 现该对象) 、可选的( 被管理对象可能实现该对象) 、己废弃的( 被管理设备不需要再 实现该对象) 三种合法形式。 最早的第一个版本的管理信息库m i b i 在r f c l1 5 6 1 1 9 】文档中定义了。目前使 用最广泛的是第二版本m i b i i ，在r f c l 2 1 3 1 2 2 q 丁定义，详细定义了管理网络所需 的基本信息，有s y s t e m 、i n t e r f a c e 、i p 、i e m p 、t e p 、u d p 、s n m p 这些分组。此外， 随着网络管理的需求增长和s n m p 的推广，人们又定义了许多支持特殊结构或平 台的管理信息库，如r f c l 2 7 1 2 3 】中定义远程网络监视( r m o n ) 就是对s n m p 的重 要增强，用于监视和管理分布式网络的远程部分。另外，很多设备供应商也相继 推出了支持自己产品特性的m i b 库。 此外a s n 1 还规定了报文的传输格式。引入传输格式的目的，是为了定义一 种标准的数据外在标识格式。这种外在表示格式与数据的内部处理格式无关，这 给内部处理格式不同的系统之间交换数据带来了方便。发送方在发送报文之前先 将报文格式按照传输格式进行转化，然后再发送；接收端收到后，按照规则将其 转化为内部处理格式。该传输格式遵守b e r ( b a s i ce n c o d i n gr u l e s ) 规范。b e r 规定 了数据的t l v 格式，即数据是由类型( t y p e ) 、长度( l e n g t h ) 和值( v a l u e ) 共同决定的。 这种数据描述模式广泛应用在计算机领域。 2 3 无线a dh o c 网络的网络管理 2 3 1 无线a dh o c 网络的特点 无线a dh o c 网络具有动态网络拓扑、节点种类功能各异、有限的电池电源等主 要特点。这些特点使得无线a dh o c 网络的网络管理难度增加，主要体现在以下几个 方面【1 】【9 】： ( 1 ) 动态网络拓扑 网络管理的一个重要任务是向管理者提供网络的拓扑结构。而无线a dh o c 网络 的一个重要特性就是移动性，由于节点不断的移动致使网络的拓扑频繁地变化。 1 4 分层分布式网络管理中群首委任机制的研究与实现 即便没有移动，节点也会因自身电池电量耗尽等原因出现关闭情况，导致网络拓 扑的变化。而在有线网络中，尽管也存在部分的拓扑变化，如新设备的引进或移 除，已有设备发生故障等，但是其局部动态性无法$ 1 a dh o c 网络的全局动态性相比。 因此，为了实现有效的网络管理、必须对其动态拓扑进行监i l i a d 控制，而如何 进行拓扑管理不仅关系着网络运行的效率，而且也将直接决定着包含配置、性能、 故障和安全等在内的管理功能域实现的有效性和灵活性。 ( 2 ) 网络节点种类和功能各异 无线a dh o c 网络的节点类型多种多样，从简单的传感器到移动电脑均可以作为 a dh o e 网络的节点。而不同的节点就有着不同的能力，能够执行不同的管理功能。 因此就要求相应的管理协议能够对其进行相应的管理。 在无线a dh o c 网络中，网络节点在功能上分担着信息的获取、处理、传输、存 贮和分发等任务，担负着跟踪监视、监测、预警、通信转发、防御与对抗等职责， 在其系统设备组成上，功能迥异、繁简不一，既可能是简单的传感器系统，也可 能是能够完成复杂计算和处理的计算机系统，同样在存贮或通信上也存在很大差 异。 由于节点本身的能力差异，什么样的节点适合担当管理者，完成什么样的管理 任务，什么样的节点适合担当代理角色，提供什么样的管理服务，如何实现管理 者与代理的交互、管理者间的交互以及如何实现管理任务的分配等，这些都与节 点本身的类型、功能等息息相关，也成为网络管理研究的难题。 ( 3 ) 有限的电池电源 无线a dh o e 网络中的大多数节点由电池来供电，因此需要尽量减少网络管理的 耗费来节省能量。接收或发送数据包都要消耗能量，而且c p u 处理这些数据包时 也要耗费能量，所以每个节点接收发送处理的数据包数量要尽量少，而这一要 求又与拓扑更新的需求相矛盾。所以，a dh o c 网络管理就需要平衡各种协议之间的 开销，以使网络性能更加的优化。 此外，无线a dh o c 网络的特点还体现在应用场合不同，安全性差和需要一定的 兼容性等等。总之，对无线a dh o e 网络进行网络管理必须考虑到该网络的特殊性， 找到一种适合于该网络特点的新的管理模式。 2 3 2 无线a dh o c 网络的网络管理 目前绝大多数的无线a dh o e 网络管理均是在s n m p 管理协议的基础上进行扩 充的。这是因为s n m p 是目前网络中使用最广泛的网络管理协议，而无线a dh o e 网络是作为当前网络的补足网络出现的。再加上s n m p 具有很强的可扩展性【刀， 所以要想把无线a d h o e 网络顺利的接入到因特网中，在s n m p 管理协议的基础上 第二章网络管理概述 进行扩展是最合适不过的了。 在具体设计无线a dh o c 网络管理协议时，由于需要考虑无线a dh o c 网络所具 有的特殊性，同时为了能将任务进行简化，人们设计了无线a dh o c 网络管理协议 与简单网络管理协议( s n m p ) 的接口【8 】，以便于a n m p 能够与s n m p 顺利进行 结合。 由于无线a dh o c 网络的不同应用和有别于其他传统网络的管理功能，每种无 线a dh o c 网络管理协议都会对传统的管理信息库( m i b ) 进行扩展，增加一些新 的定义。这也是在设计无线a dh o c 网络管理协议时使其能够与传统s n m p 管理协 议兼容的主要原因。而无线a dh o c 网络管理协议与s n m p 管理协议兼容的一个主 要表现就是其能够兼容s n m p 管理协议的管理信息库，这样就可以节省掉大量的 重复工作。同时管理者也可以使用与s n m p 管理协议相同的管理手段对传统的管 理信息与新增的管理信息进行搜集和处理。有关管理信息库m i b 的具体扩展方式， 本文将在第四章中详细阐述。 第三章分层分布式网络管理体系结构研究 第三章分层分布式网络管理体系结构研究 3 1 分层分布式网络管理的基本思想 如第二章所述，无线a dh o c 网络具有动态网络拓扑，节点的种类和功能各异， 有限的电池能源等特点。这些特殊性使得无线a dh o c 网络不适宜采用集中式或全分 布式的网络管理方式。根据无线a dh o c 网络这些固有的特性，以及对网络信息开销 的考虑，无线a dh o c 网络更适合采用分层分布式网络管理方式【1 0 1 ，这种管理方式 的层次结构如图3 1 所示。 代理( a g e i l t ) t e rh e a d ) 图3 1 无线a dh o c 网络管理三级层次结构 它是由管理者( m a n a g e r ) 、群首( c l u s t e rh e a d ) 和代理( a g e n t ) 三级组成。最底层 是代理，每个代理管理所在节点及周边链路等；多个代理形成一个群并由群首管 理；群首则由网络管理者管理。群首是无线a d h o e 网络二级管理节点的特殊称谓， 管理者将管理任务下放到各个群首，由群首管理多个代理节点，分担管理任务， 整理和处理收集的数据，并把对整个网络有影响的数据提交给管理者。不需管理 者处理的信息，将由群首自己完成处理工作，不再向管理者传送，从而提高网络 管理的效率。具体说明如下： 管理者( m a n a g e r ) 是无线a dh o c 网络管理的最高层，权限最高，负责对网络 运行状态进行监控，对关键事件进行分析、处理和调度，是网络管理的核心。一 般管理者由固定的节点来承担，且通常都会选择为无线a dh o e 网络中的一个节点， 这样才能够更好的与无线a dh o c 网络中其他节点进行正常通信。 群首( c l u s t e rh e a d ) 是按一定的分群算法智能选举产生。群首在逻辑上是管理者 的下级节点，它负责维护群的结构，同时接受上级管理者的管理，报告关键事件， 通过群首与管理者的管理交互减少了网络管理所带来的负载，提高了管理性能。 代理( a g e n t ) 运行在单个被管节点上，是整个网络管理结构的最低层，有时 1 8 分层分布式网络管理中群首委任机制的研究与实现 也称作“群成员 ( c l u s t e rm e m b e r ) 。它受所在群中群首的管理，为了避免重复 的管理信息，它应该唯一属于一个群，受唯一一个群首的管理。需要注意的是， 代理和群首的角色只是管理功能上的划分，它们的地位是平等的。且随着网络拓 扑的变化，节点所承担的网络管理角色也会发生变化。 另外需要注意一点，这里讨论的群是从管理角度划分的，它不同于按照路由协 议划分的群。在分群路由协议【3 3 】中，群内节点将要发送的分组发给群首，由群首 负责寻找到目的地的路由，因此，群首主要完成路由功能。而在分层式管理结构 中的群首主要是管理功能，它属于应用层的协议。如果无线a dh o e 网络也采用了分 群的路由协议，那么管理协议可以简单地利用已有的通信群结构，或者确定自己 的管理群结构。 3 2 分层分布式网络管理体系结构研究 要实现无线a dh o e 网络的这种分层网络管理体系结构需要解决一些关键技术， 这主要包括3 个方面：( 1 ) 分群与群维护 ( 2 ) 群首委任和管理任务的动态委派 ( 3 ) 无线a dh o c