（通信与信息系统专业论文）基于dnmai和corbasnmp网关的网络测量与管理技术研究.pdf

摘要 随着h i t c r i l e t 技术和网络业务的飞速发展，以及计算机网络与电信网的日渐融 合，网络的复杂性、多样性和异构性日渐突出，单一的网络管理体系结构已很难 有效地实现对网络的综合管理，对网络性能测量的研究变得越来越重要。 口时延变化是一个重要的网络性能参数。论文在测量时钟同步前后的口网络 时延和时延抖动( 口p a c k e td e l a y v a r i a t i o n ，i p d v ) 的基础上，讨论了时钟同步对时 延抖动测量的影响，并选取三种不同参考时延获得时延抖动值。通过对比分析可 知，选取前后包时延作为参考能更加准确地获得i p d v 。论文还对基于分布式网络 测量与分析基础架构( d i s t u r b e dn e b v o r km e a s u r e m e n ta n da n a l y s i si n f r a s t r u c t u r e ， d n m a i ) 的网络测量功能进行了扩展，添加了时延抖动测量模块，并在实际网络中 进行了验证。 此外，论文设计了一种基于c o r b a ( c o m m o no b j e c tr e q u e s t b r o k e r a r c h i t e c t u r e ) 技术的s n m p ( 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 0 1 ) 协作器，在该协作 器中将c o r b a s n m p 网关作为中间件，通过采用c o r b a 技术，使得多种管理协 议可以融合在同一网络管理系统之中。最后，将该协作器与d n m a i 相结合，实现 了基于d n m a i 的网络管理。 关键词：网络测量d n m a ii p d vc o r b s n m p 网关 a b s t r a c t3 a b s t r a c t n o w a d a y st h e m c m c tt e c h n o l o g ya n dt h eb u s i n e s sa r ed e v e l o p i n gr a p i d l y , a n dt h e m c r g e n c eb e t w e e nc o m p u t e r sa n dt e l e c o m m u n i c a t i o nn e t si sc a r r i e do u tg r a d u a l l y t h e n t h ec o m p l e x i t y , v a r i e t ya n dd i v e r s i t yb e c o m eo u t s t a n d i n gp r o b l e m so ft h en e t w o r kd a y b yd a y s ot h es i n g l em a n a g e m e n ts y s t e ms t r u c t u r eo fan e t w o r ki st o oi n e f f e c t i v et o c o n t r o ln e t w o r ks y n t h e t i c a l l y t h es t u d yo nt h em e a s u r e m e n to fn e t w o r kp e r f o r m a n c e h a sb e c o m em o r ea n dm o l ei m p o r t a n t 诤p a c k e td e l a yv a r i a t i o ni sa ni m p o r t a n tp e r f o r m a n c ep a r a m e t e ri nan e t w o r k t h i s p a p e ra n a l y s e sa n d m e a s u r e st h ed e l a ya n dt h ed e l a yv a r i a t i o n ( i p d v ) i na ni pn e t w o r k w i t hd o c ks y n c h r o n i z a t i o na n dw i t h o u ti t a l s oi td i s c u s s e st h ei n f l u e n c eo fc l o c k s y n c h r o n i z a t i o n0 1 1i p d vm e a s u r e m e n t sa n dt h ei p d vv a l u e st h a tu s et h r e ed i f f e r e n t d e l a yv a l u e sa sr e f e r e n c e sa r eo b t a i n e d t h r o u g ha l li n - d 印t ha n a l y s i s ，t h i sp a p e rp u t s f o r w a r dt h a tu s i n gt h ed e l a yv a l u e so f p a c k e t si nf r o n ta n db a c ka sr e f e r e n c et om e a s u r e i p d vi sm o r ea c c u r a t e a l s ot h i sp a p e re x p a n d st h ef u n c t i o no ft h em e a s u r e m e n ti na n e t w o r kb a s e do l ld n m a la n dam o d u l ea b o u ti p d vm e a s u r e m e n ti sa p p e n d e dt o d n m a is ot h a tt h em e a $ u r e m e n to f i p d vc o m e st r u e m o r eo v e r , as n m pc o o p e r a t i o ne n g i n eb a s e do nc o r b a t e c h n i q u ei sd e s i g n e d , t o w h i c ht h ec o r b a s n m pg a t e w a yi sa p p e n d e da sam i d d l ec o m p o n e n t b ya d o p t i n g t h ec o r b a t e c h n i q u e , t h ed e f e c t so fs n m pi sa v o i d e ds ot h a tm a n i f o l dp r o t o c o l so f n e t w o r km a n a g e m e n tc a nd ot h e i rw o r ki nt h em a n a g e m e n ts y s t e mo fan e t w o r k f i n a l l yc o m b i n e dw i t hd n m a kt h ec o o p e r a t i o ne n g i n ec a nm a n a g et h en e t w o r k e f f e c t i v e l y k e y w o r d ：n e t w o r km e a s u r e m e n td n m a i i p d vc o r b a s n m p g a t e w a y 西安电子科技大学 学位论文创新性声明 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己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：进亟 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撰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：曼搜姻 导师签名：煎壹 日期塑壁! 日期星尘皇趾f 寥 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景 随着i n t e r a c t 技术和网络业务的飞速发展，用户对网络资源的需求空前增长， 网络也变得越来越复杂，人们经常受到网络传输阻塞、服务质量无法保证等问题 的困扰。不断增加的网络用户和应用，导致网络负担沉重，网络设备超负荷运转， 有时还会导致重大的损失。因此，对i n t e m e t 网络行为的测量和研究变得非常重要。 为了对网络性能进行改善和提高，我们需要对网络的性能指标进行提取与分析， 网络性能测量与网络管理便应运而生。 所谓网络测量 i 】，是指通过主动或者被动方法来获取网络性能参数。网络的性 能指标f 2 l 主要包括特定网络的流量、包的丢失状况、结点之间的传输延迟、时延抖 动和数据包传送路由等。i p p mq - 作组6 pp e r f o r m a n c em e t r i c sw o r k i n gg r o u p ) 例对 具体的指标作出了详细定义。 网络测量的对象分为网络结构( 拓扑、路由、移动设备等) 、网络流量( 网络层 流量、端到端的性能、网络攻击等) 、网络应用m 哪w ，f 1 t ，v i d e oa n da u d i o 等) 和网络告警。 所谓网络管理【4 】是指规划、监督、控制网络资源的使用和网络的各种活动，以 使网络性能达到最优。网络管理的任务是收集，监控网络中各种设备和相关设施 的工作状态、工作参数，并将结果提交给管理员进行处理，进而对网络设备的运 行状态进行控制，实现对整个网络的有效管理。 由于互联网规模越来越大，其性麓的可知性越来越复杂，系统级的管理度也越 来越小，而在实际网络运行中，互联网服务提供商需要通过网络性能测量系统来 监测网络性能和网络行为特征，并根据测量数据配置和规划应用系统，使之提供 更高的服务质量；网络用户需要通过测量应用系统的网络性能，确定应用系统是 否提供了足够的网络服务质量，从而选择服务质量最佳的应用系统，所以对网络 性能测量的研究随着互联网日益广泛的应用而变得越来越重要。 一些网络测量工具在功能和结构上有所不足，如对于每一个测量需求，都要部 署一套测量工具，测量规模不易扩展，不能灵活配置，部署的测量工具只能测量 某种特定应用系统的网络性能，缺乏测量业务种类扩展能力等。随着网络系统规 模和业务种类的急剧增长，这种面向特定对象的性能评价手段在准确性和扩展性 上越来越不能满足要求。 要解决这一问题，需要建立一个网络性能测量基础体系结构，为互联网性能和 运行特征的研究提供一个可扩展的测量平台。 基于d n m a i 和c o r b a s n m p 网关的网络测量与管理技术研究 1 2 国内外现状 目前，国际互联网标准制定组织m t f i p p m ( i n t e r n e t e n g i n e e r i n g t a s k f o r c e h t e r n e tp r o t o c o lp e r f o r m a n c * m e u - i t s ) 和全球网格论坛g g f - n m w g 工作组 ( g l o b a lg r i df o r u mn e t w o r km e a s u r e m e n tw o r k i n gg r o u p ) 分别在建立网络测量的 统一命名系统和相关概念方面做了一定工作。众多致力于网络测量的组织和机构， 如美国网络应用研究国家实验室n l a n r ( n a t i o n a ll a b o r a t o r yf o ra p p l i e dn e t w o r k r e s e a r c h ) 垆】等都提出了各自的测量项目，如n l a n r 的p m p ( p a s s i v e m e a s s u r e m e n t p r o g r a m ) 和a m p ( a c t i v em e a s u r e m e n tp r o g r a m ) 等。在这些项目中，测量往往是针对 特定网络、或针对某种特定性能指标的，局限于手工部署的测量环境，并且它们 是面向特定的终端用户而开发，没有提供方便的可供其它应用可以调用的公共接 口。 有关网络测量和管理的技术，国内外已进行了大量的研究，提出了很多的测量 体系结构。国外具有代表性的是美国国家科学基金n s f ( t h en a t i o n a ls c i e n c e f o u n d a t i o n ) 和美国国防部高级研究项目署d a r p a ( t h ed e f e n s ea d v a n c e dr e s e a r c h p r o j e c t sa g e n c y ) 资助的国家i n t e r n o t 测量基础框架n i m i ( n a t i o n a li n t e m e t m e a s u r e m e n t h f r a s t r u c t u r e ) 嘲。n i m i 项目开始由n s f 支持，现在由d a r p a 支持。 该n i m i 测量系统建立在现有网络之上，它的体系结构类似于其他大型网络服务系 统，如域名服务器d n s ( d o m a i nn a m es e r v e r ) ，网络时间协议n t p ( n e t w o r kt i m e p r o t o c 0 1 ) 和世界性的新闻组网络系统u s e n e t ，采用层次结构和分布式方式，使之 可以扩展到整个互联网。该n i m i 的测量技术主要采用主动测量技术，其评价指标 主要有性能类指标。它在互联网中部署大量探针机器，探针机器之间相互合作交 换测试流量从而监测互联网路径性能状况。目前探针机器采用的是p a x s o n 通讯公 司研制的网络探针进程n p d ( n e t w o r kp r o b ed a m o n ) ，现有部署的n p d 数量3 7 个， 测量路径达到1 0 0 0 条。该n i m i 测量系统与其它几个测量体系结构不同的是，n i m i 致力于建立可扩展互联网网络性能测量设施的通用体系结构，而不是为特定的分 析目标做一组特定的测量操作，其探针是建立在n p d 基础上，具有轻量级代码可 移动，动态性，自动配置能力，对敏感数据的测量保证其私有性的安全性等优良 特性。n i m i 探针功能上分为三部分；后台通信进程，任务调度和测量簇程序。结 构上，通信和调度部分组成n i m i 后台进程( 被称作n i m i d ) ，测量簇作为外部模块， 它的增加不引起对n i m i d 的修改。 互联网数据分析企业联合会c a i d a ( t h ec o o p e r a t i v ea s s o c i a t i o nf o ri n t e 釉e t d a t a a n a l y s i s ) 由n s f 和d a r p a 支持，是网络测量领域的一个合作机构，为其成 员提供网络测量、数据分析和数据可视化工具。c a i d a 与n l a n r 的合作非常紧 密，其数据分析工具c o r a l 广泛部署于n l a n r 的h p c ，v b n s 测量基础设施上 第一章绪论 c o r a l r e t 菇7 是一个复杂的软件簇，为负载特征的被动网络测量提供一组驱动程序 库、工具和分析软件。它的报告刻画了u c s 和其它互联网之间高速链路的负载。 新西兰h a m i l t o n 的t h e u n i v e r s i t y o f w a i k a t o s 1 ，在学校的接入网处安装“监视 器”，记录长期的流量状况，用得到的数据分析测试的方法和流量的特征：这是 一种被动测试的方法，需要在监测主机上安装高速板卡和相应处理软件，因为数 据量很大，目前数据都是转到磁带上，再分发到相应的研究机构，整个研究周期 较长。另外，收集经过的数据信息涉及安全问题，侵犯用户隐私。 s u r v e v o 一建立在i e t fi p p m 工作组的标准化工作基础上，由大量测量计算机 和一个中心数据库组成。系统在9 个国家的各参与网络中共部署了5 1 台测量计算 杌，测量计算机采用g p s 系统获得精确的时间同步，在测量数据包中设置源和目 标的时间戳测量计算机采用连续的端到端测量技术，连续测量网络性能。主要测 量单项网络属性，定义并实麓了单程时延协议和单程丢失率协议。所有的测量数 据发送到中心数据库，进行存储和分析。测量计算机收集性能数据，先缓存在本 地，几分种后再对数据进行整理并上载到中心数据库。中心数据库以文件系统和 数据库系统方式存储数据，提供实时的数据访问。性能数据的分析工作主要是由 原始数据生成每条被监测路径的2 4 小时统计图。主要有时延统计图、丢失率、时 延一包百分比柱状图。性能结果的访问采用w e b 方式，表现形式有日历、每站点、 每路径和动画四种。根据测量结果，系统还分析了路径的不对称性、丢失率的不 对称性、时延的不对称性以及各地区之间的传输不对称性。 国内具有代表性的网络测量体系，是北京航空航天大学提出的可定制的网络测 量基础架构o n m i ( c u s t o m i z a b l en e t w o r km e a s u r e m e n tl n f r a s a a c t u r e ) n 。与上文提 到的几种基础设施相比，c n m j 支持更广泛的测量用户，包括网络管理员、普通用 户、应用系统开发者和使用者等。测量用户能够动态地加入测量系统，并向系统 提出并定制测量申请，定义性能评价指标，启动测量申请并成为测量系统的一部 分，系统根据测量申请完成测量任务，从而用户可以实时地监测性能测量结果。 目前，该平台实现了原型并得到初步应用，实现用户注册、用户管理和测量申请 管理等功能；建立区域中心；实现可扩展的探针程序框架并实现部分性能指标的 数据获取程序；建立用户信息、测量申请信息和性能数据的存储方案并实施；建 立性能数据分析和可视化方案。c n m i 的重要组成部分是测量探针结点，包括执行 环境和探针模块集合，其探针具有分布性、实时性、指标的多样性和可扩展性， 它基于j 2 s e ( j a v a 2p l a t f o r m ，s t a n d a r de d i t i o n ) 技术来实现跨平台的测量探针，通过 基于父子类的探针结构设计来实现探针的启动和管理，并由此实现c n m i 的可扩 展机制。 此外，清华大学提出了大规模互联网络性能监控模型l i p m ( l a r g es c a l ei n t e r n e t p e r f o r m a n c em o n i t o rm o d e l ) ”“，借鉴了i s o ( t h ei n t e r n a t i o n a lo r g a n i z a t i o nf o r 基于d n m a i 和c o r b a s n m p 网关的网络测量与管理技术研究 s t a n d a r d i z a t i o n ) 的层次结构思想，将整个模型分为数据采集、数据管理、数据分析、 数据表示四个层次，融汇了t m n ( t e l e c o m m u n i c a t i o n m a n a g e m e n t n e t w o r k ) 【1 2 1 在对 象管理方面的方法，易于实现和维护。西安交通大学提出了互联网应用性能测量 系统n a p m i n y o r k a p p l i c a t i o n p e r f o r m a n c e m e a s u r e m e n t ) 【1 3 】，提出应用探针和区 域探针的分布式体系结构。 上述测量体系结构主要存在以下不足： 1 ) 由于没有提出模块设计者自定制用户参数输入方式和自定制数据结果可视 化形式的解决方案，因而不能定制测量指标，用户也不能添加自己想要而系统不 存在的指标，缺乏面向应用需求的测量与分析方案的定制系统。 2 ) 结构的分析方法比较零散，没有系统化地加入到体系结构中，测量项目主要 限于时延、丢弃率、吞吐率等性能指标，没有考虑各种应用需求，如入侵检测、 脆弱性度量等。 3 ) 大多数结构都没有考虑结构的扩展性，没有考虑如何拓展体系结构使其它已 有和将有的应用方便高效的加入到体系之中，没有或较少考虑各测量和分析方法 之间数据的复用，数据利用率不高。 4 ) 国内提出的c n m i 测量结构虽说考虑了探针的扩展性，但其探针必须基于 j 2 s e 进行设计，必须实现父类的方法，这样限制了模块的开发工具，也限制了模 块设计的灵活性，模块的系统集成与数据复用也很不方便。 本文在具有良好的可扩展性的分布式网络测量和分析基础架构( d i s t r i b u t e d n e t w o r km e a s u r e m e n ta n da n a l y s i si n f i a s t r u c t u r e ，d n m a i t 州) 的基础上，设计了一 种基于c o r b a 技术的s n m p 协作器，通过与d n m a i 的结合，力求解决以上的 限制和不足。 本论文题目来源于国家自然科学基金重点项目“基于网络探测的口网络拓扑 发现和性能分析的研究”，为三所高校联合申请的项目。该项目主要内容为：研 究口网络探测及性能分析技术，包括网络性能、拓扑、无线口的探测和分析原理 及技术、网络性能评价及分析预测技术，探讨基于网络探测的新技术和新应用， 研究从大规模数据中解析网络特性和业务特性，研究网络和信息安全的理论及方 法，研究探测监控为一体的综合网管体系，保证口网络安全有效运行，为发展有 自主知识产权的网络探测体系及网络新方法奠定基础。我校负责m 网络探测的体 系结构、m 网络探测的原理和方法、p 网络流及安全往分析、口网络拓扑发现、 无线口探测方法和技术的研究五部分。 1 3 主要工作及章节安排 论文完成的主要工作有： 第一章绪论 】) 分析并准确测量了时钟同步前后的口网络时延和时延变化( i pp a c k c ld e l a y v a r i a t i o n ，n d v ) ，讨论了时钟同步对i p d v 测量的影响，并得到了选取三种不同参 考时延所计算出的i p d v 值。通过对比分析得知，选取前后包时延作为参考能更加 准确地测量i p d v 。 2 ) 在分布式网络测量和分析基础架构d n m a i 中添加了新的时延抖动测量模 块，实现了网络时延抖动测量功能。文中用一个实际的测量实例，说明了时延抖 动的测量过程，并给出了测试结果。 3 ) 设计了一个基于c o r b a 技术的s n m p 协作器，在该协作器中通过采用 c o r b a s n m p 网关模块，克服了单一采用s n m p 进行网络管理的缺点，使协作器 能高效、灵活的与d n m a i 交互合作，从而实现对网络设备的高效管理。 4 ) 进一步改进了分布式网络测量与分析基础架构( d n m a d ，完善了各个站点的 功麓和程序模块，使整个d 删系统更加稳定。 论文共分为5 章，按如下的内容进行安排：第一章介绍课题的背景、国内外研 究现状以及本课题的研究内容和目标：第二章介绍d n m a i 测量平台的概念；第三 章介绍了p 网络时延抖动测量的算法，并在d n m a i 中实现了网络时延抖动的测 量；第四章设计了基于c o r b a 技术的s 岬协作器，并与d n m a i 相结合，从 而实现网络的高效管理；第五章总结全文，并提出下一步工作内容。 第二章d n m a i 测量平台概述 第二章d n m a i 测量平台概述 2 1d m a i 简介 由第一章的叙述可以看到现在已有的一些测量结构有以下不足之处： 1 1 缺乏面向应用需求的测量与分析方案的定制系统； 2 ) 分析方法不足且比较零散，没有系统化地加入到体系结构中； 3 ) 测量的项目主要限于时延、丢弃率、吞吐率等性能指标，没有考虑各种应 用需求，如入侵检测，脆弱性度量等； 4 ) 没有考虑如何拓展体系结构使其它已有和将有的应用方便高效的加入到体 系之中，没有或较少考虑各测量和分析方法甸数据的复用，数据利用率不高。 针对以上不足，分布式网络测量和分析基础架构( d i s t r i b u t e dn e t w o r k m e a s u r e m e n ta n da n a l y s i si n f r a s t r u c t u r e ，d n m a t ) 希望成为一种拥有多种测量和 分析模块，用户可以非常方便地根据其需求定制测量方案和分析方案的体系结 构。在该结构中用户根据其需求有多种测量方案可以选择，对测量结果也有多种 分析方案可以选择，在拥有了所需的前提测量数据如拓扑信息，带宽信息，流量 信息和配置信息等等之后，还可以选择一些复杂的测量和分析如入侵检测，脆弱 性度量等，继而在这些结果之上选择更高层次的分析方案如应对策略，反追踪策 略，网络改进规划等。 由于包含很多测量和分析方案，其中的许多测量方案都是分布式的，所以 d 小i ma 】也应该是分布式的体系结构，这样才能满足分布式测量的要求，分布式 测量方法闻有许多共同的需求，如测量模块的自动更新，远程进程的启动和终止， 进程启动参数和测量参数的设置，远程进程问的通信，以及测量数据和测量结果 的传输等，d n m a i 应该解决这些共同问题，这样各测量模块就可以更多专注于 自己的测量领域，而不必纠缠于这些问题之中。 综合以上考虑，课题组所设计的d 咐m a i 拥有以下几个特点： 1 1 拥有灵活便捷的用户接口界面。用户可以通过该界面定制测量和分析方案， 设置各模块的工作参数，并在测量过程中查看模块工作情况，在测量或分析完成 后查看测量数据或分析结果。测量和分析模块则可以很方便的通过该接口获得用 户的参数设置和参数选择，并在进行中和完成后能够给用户提供方便直观的数据 结果和分析结果界面。 2 ) 具有分布式的结构。各测量和分析模块可以通过该体系平台方便的进行分 布式探测，进行模块的更新，远程进程启动及终止，工作参数设置以及方便地在 正在运行的各模块闻进行通信。 基于d n m a i 和c o r b a s n m p 网关的网络测量与管理技术研究 3 ) 为了不同模块能互相通信，有一套最基本的通信标准约定，并建议各模块 按此标准约定进行通信。最基本的标准约定可以保证模块间不会由于数据结构和 协议的不一致而导致通信繁琐或无法通信，方便模块的扩展，但约定又不可以太 复杂和严格，否则太多的限制和规定会导致协议无法适应未来的发展，使可扩展 性降低。 4 1 测量和分析模块能简便有效地利用其它测量和分析模块的测量数据和分析 结果。一个模块的结果可以被其它好几个模块复用，也可以使用其它好几个模块 的结果作为输入，甚至可以不需要用户通过界面设置参数而只需要其它模块的结 果作为输入。 5 ) 具有很强的可扩展性。一个新的模块应该能很方便的加入到体系之中，可 以很方便的实现和达到上面的接1 2 1 和要求，融入体系之中。 2 2d n m a i 的功能模块 d n m a i 是一种基于层次式管理的分布式结构。d n m a i 的框架及模块如图 2 1 所示，该结构从整体上将各站点及其配给的模块分成主控站、监控站和探针三 级结构。每个区域内部主控站与监控站以及下级主控站之间组成树形的隶属层次 结构，一个区域可以拥有多棵树。区域之间由各树根组成一个类似对等网络进行 协调工作的网络。 图2 1d n m a 嵫点分布与模块图 主控站了解整个d n m a i 的拓扑结构并能进行相应的测量配置，同时提供网 页服务向用户提供测量和分析接1 2 1 ，根据用户的选择和自身的配置以及策略文件 定制出测量和分析流水工序的策略，然后调度相应的多个监控站或其它主控站完 成探测，将结果存放到用户目录中供用户查看结果。主控站负责监控站的配置， 提供探针的发放和下载，根据用户计划进行定期测量；主控站还具有互相协商进 第二章d n m a i 测量平台概述 9 行大规模网络测量的功能。在主控站，对测量和分析结果的存贮、访问与维护， 大部分采用数据库存贮( 便于数据共享) ，其它一些采用文件方式存贮( 考虑到灵 活性，如探测软件配置参数的存放) 。测量、分析与结果输出方案定制中心能根 据用户的需求自动定制测量内容，选择测量探针和数据分析方法，并给出合适的 输出结果，使用户能轻松获得所需功能。数据分析器实现探测结果的分析、关联 与表示。通信模块负责与监控站的控制和数据信息的传递。 监控站负责响应主控站的配置与管理，探针的升级，启动，探针参数传入， 和所得测量数据的传送与交流。每个监控站管理多个探针。监控站根据主控站的 指令给待测主机( 用户) 或监控点发放测量探针软件，以及进行探针软件的配置、 升级，并管理探针和主控站的通信，在数据存贮以前，对数据作必要的预处理( 包 括压缩数据和加密) 等。 探针则用于在所配置的参数下的测量，必要时向监控站查询其他站点探针的 位置并请求协调测量。探针配置模块根据方案定制中心设定的参数对测量探针进 行配置。 软件测量探针包含两个模块，一个模块负责和监控站通信，包括探测软件的 调用、状态监控、升级、属性配置、探测结果封装等；另一个模块执行探测任务。 硬件测量探针为专门设计的性能测量仪器( 正在开发中) ，只要与监控站的通信接 口符合d n m a i 的规定，即可随时根据需要增加。位于主控站的分析器也可不断 地扩展其功能。 用户登录根主控站来管理某个区域或整个网络的测量，网络的测量有其体系 结构。 d n m a i 的网络测量体系结构在主控站和监控站的各站点中，从程序实现上 包括：维护模块、调度模块、日程模块、执行模块、测量和分析模块、用户端模 块。 下面我们详细介绍各个模块的功能： 一、维护模块 维护模块在站点的d n m a i 端口上进行侦听，所有消息的传输开始阶段都需 要先经过维护模块，因此维护模块的一个重要功能就是管理和分发各模块的消 息。d n m a i 中调度模块给启动的每一个模块都会分配一个“n m l i m e ”，并维_id 护一张“运行时模块信息描述表”，维护模块通过查看这张表来实现消息的分 发。维护模块的另一个重要功能是实现模块的更新，d n m a i 中的每一个模块都 是可以升级的，维护模块可以根据模块的版本号向上级站点请求下载最新版本的 文件来进行更新，由于每个站点都有维护模块，所以可以形成一级级递级更新， 最后所有d n m a i 站点的文件都与根主控站的文件一样新。维护模块启动过程如 图2 2 所示。 1 0 基于d n m a i 和c o r b a s n m p 网关的网络测量与管理技术研究 图2 2 维护模块启动过程 二、调度模块 调度模块是d 1 q m a i 的核心，它接收客户端测量计划，制定用户的任务计划， 并根据计划启动执行模块。其问还需要根据用户的请求调用各模块的x s l 文件 进行转换，给用户端传回相应的h t m l 页面，以及调用其它一些辅助模块进行 辅助处理。该模块的工作流程如图2 3 所示： q 亟圃 臣匝巫匦圃 厅函丽两丽菊丽 1 ，_ j 至丽匦叵 蔓固 q 匦圃 图2 3 调度模块的工作流程图 第二章d n m a i 测量平台概述 1 ) 接收并解析命令行x m l 文档，从中得到所有的配置信息，然后等待并解 析发送到调度模块的x m l 消息，如果x m l 消息解析失败则返回，解析成功后 使用x m ls c h e m a s 文件对该x m l 消息进行语法验证，在用来进行语法验证的 s c h e m a 文件中，我们定义传给调度模块的x m l 消息根节点必须是 ，根 节点下的第一个子节点必须是 模块类型，分为客户端模块，本地站点的维护模块，本地站点的执行模块，非本 地站点的执行模块和日程模块。 2 ) 根据第二个子节点的名字分别进行处理，如果接收的本地站点的维护模块 的x m l 消息中第二个子节点是 ，那么就退出调度模块。 三、日程模块 日程模块负责读取日程任务文件( 该文件由调度模块生成) ，定时向调度模块 发送消息来启动相应的探测任务。该模块首先读取日程任务x m l 文档，从中得 到日程任务的信息，当需要启动探测任务时，就向调度模块发送消息来启动相应 的探测模块进行探测，然后，如果向调度模块发送消息失败则返回，如收到维护 模块的退出信息，就退出日程模块，其工作流程详见图2 4 。 图2 4 日程模块工作流程图 四、执行模块 执行模块主要任务是从命令行参数中解析x m l 文档，其中x m l 是e x t e m i b l e m a r k u pl a n g u a g e 的英文缩写，意为可扩展置标语言【肛明。从解析的文档中得到 测量模块或分析模块需要的参数，并按照参数的要求启动测量模块或分析模块来 完成对应的测量任务或分析任务。最后还需要将结果转成适当的x m l 字符串， 1 2 基于d n m a i 和c o r b a s n m p 阿关的网络测量与管理技术研究 交给调度模块进行处理，同时通知调度模块所规定的任务已经完成。如果任务较 为复杂，需要在测量过程中与其他执行模块进行信息交换，则应按照d n m a i 的 约定方式进行通信。执行模块主要是为了实现各种测量模块和分析模块能向调度 模块提供统一的调用接口，向其它模块提供统一的通信接口。如果模块的功能较 简单，可以和相应的测量模块或分析模块合并成一个模块。该模块的工作流程如 下： 1 ) 解析命令行x m l 文档，从中得到测量模块或分析模块需要的参数，如果 需要使用其它模块的结果作为输入参数，那么在该执行模块 节点中添 如子节点，添加的子节点名称就是要使用文件的文件名； 2 ) 按照参数的要求启动测量模块或分析模块来完成对应的测量任务或分析任 务，任务完成后将结果x m l 文档交给调度模块进行处理，提交完后退出执行模 块。 如果需要进行的任务是一个分布式的任务则首先与相应站点的维护模块建 立t c p 连接，然后通知其调度模块启动相应的执行模块来配合启动方完成分布 式测量，任务完成后将结果x m l 文档交给启动方的调度模块进行处理，提交完 后退出执行模块。其具体的工作流程如图2 5 所示。 图2 , 5 执行模块的工作流程图 五、测量或分析模块 测量或分析模块负责完成某一单一的测量任务，例如时延抖动测量模块负责 测量时延抖动。分析模块负责完成对规定格式数据的某种特性分析，如非线性测 第二章d n m a i 测量平台概述 验。这些模块通常以动态连接库( d l l ) 形式( l i n u x 中则对应为s o 形式) 或可执行 文件( e x e ) 形式存在，其形式由相应的执行模块决定，它们在需要时由相应的执 行模块载入并执行。该模块的工作流程如图2 6 所示。 1 ) 解析命令行x m l 文档，从中得到测量或分析模块需要的输入参数； 2 ) 将参数输入执行测量分析的程序中，执行测量分析任务，任务完成后将结 果x m l 文档交给其执行模块进行处理，提交完后退出测量或分析模块。 解析龠令行x m l 文档 j 从文档中得到模块需要的输入参教 u 执行测量分析任务i 结果x m l 文档发送培执行模 块 ( 退出舅量或分析模块) 图2 6 测量或分析模块工作沉程图 六、用户端模块 用户端模块由j a v a a p p l e t ，j a v a s c r i p t 脚本和相应的h t m l 页面组成。在用 户端模块中，用户端程序负责连接d n m a i 主控站，得到各模块的参数定制页面， 将对应的h t m l 加入到用户端页面中，然后收集用户进行的选择，将这些选择 提交给主控站执行，最后将任务执行的结果页面( o f f 表、曲线、图像等) 显示到用 户端页面中。它与主控站的通信也是使用x m l 进行通信，并遵守d n m a i 的通 信约定。该模块的工作流程如图2 7 所示： 1 ) 打开d n m a i 用户端模块登录d n m a i ，选择要定制的任务，为这些任务填 写或选择适当的输入参数，定制任务后就可以提交任务，提交时用户端模块将调 用各模块嵌入的j a v a s c r i p t 脚本验证输入参数的有效性： 2 ) 用j a v aa p p l e t 程序将所定任务和参数发送给主控站，如果数据非法或不在 有效范围内则提示用户进行修改，验证成功后用户端模块把定制的任务用j a v a a p p l c t 程序发送给主控站，并返回任务浏览页面，刷新用户的任务执行情况，等 待任务执行完成； 3 ) 解析结果x m l 文档，当任务完成后，用j a v aa p p l e t 程序解析结果x m l 文档，而用户端模块嵌入的j a v a s c r i p t 脚本负责将任务结果动态生成的内容插入 1 4 基于d n m a i 和c o r b a s n m p 网关的网络测量与管理技术研究 到供用户查看的h t m l 结果页面的适当部分加以显示，如果需要，用户可以在 结果的h t m l 页面中下载测量数据或分析结果。 打开d n m 嘱户 d 多 量录d n m 越 ； 嚣并要执行的任务 妣彝的任务设置相应的t 量最d n m a | 7 的有效性- 八辣 之7 h i p l d 雹序连接主控站 之乡 担交任务完成 之乡 辱特任务执行完成 之乡 “鼍怒管椭墨 d 多 j a w s c r i p t m 奉将结果 簟入篝h t m l 结果页面 图2 7 用户端模块工作流程图 2 3d n m a i 实现方案 d n m a i 的体系结构是在包括主控站和监控站的网络各站点中分别设置软件 包，作为测量平台以实现对网络的测量与性能分析。该软件包主要由维护模块、 调度模块、日程模块、执行模块、测量和分析模块、用户端模块组成。各站点上 的维护模块最先启动，它们读取各自的站点配置文件，然后根主控站根据配置文 件启动日程模块和调度模块，监控站则启动其调度模块，启动后各模块进入阻塞 状态，等待命令的到达。 工作时，首先启动用户端模块使用户登录，由用户定制需要进行的任务，之 后，用户端模块通过j a v aa p p l e t 程序将定制的任务消息发送到维护模块，通过 维护模块将该任务消息转发给调度模块，调度模块再根据用户的选择启动相应的 执行模块，通过执行模块调用测量模块进行探测，最后在测量完数据后启动相应 的分析模块，并将分析模块的结果存为x m l 文件，供用户使用。 第二章d n m a i 测量平台概述 各模块的启动从属关系如图2 8 所示。 图2 8d n m a i 各模块启动从属关系图 在图2 8 中，当用户端模块被启动后，用户登录d n m a i 主控站，得到d n m a i 的h t m l 页面并在用户端模块上运行，用户定制需要进行的任务后，用户端模 块的j a v aa p p l e t 程序将此消息发送到主控站的维护模块，维护模块将消息转发 给调度模块，调度模块根据用户的选择启动相应的执行模块。图2 7 中被启动的 第二执行模块2 由于需要监控站的配合来进行测量活动，所以向相应的d n m a i 监控站的维护模块发送消息，同样监控站维护模块收到后将消息转发给调度模 块，调度模块根据消息启动监控站上的第二执行模块2 ，被启动的模块根据启动 参数了解到自己是被远程启动的，因此启动监控站上的测量模块进行探溺，并将 测量数据传回主控站上的第二执行模块2 。主控站上的第二执行模块2 得到监控 站的测量数据后启动相应的分析模块，并将分析模块的结果存为x m l 文件。图 2 7 中第一执行模块l 由于可以直接在主控站完成所有任务，所以直接调用主控 站上的测量模块进行探测，然后将结果存为x m l 文件。之后用户端模块向主控 站的维护模块发送消息要求查看任务结果，该消息被转发到主控站的调度模块， 调度模块调用相应模块的x s l 文件得到结果页面并传回用户端模块，用户就可 以看到任务执行结果了。 最后说明一下d n m a i 中几个最基本的模块信息交换的约定： 1 ) 外部站点向d n m a i 中的模块发送消息时首先要与维护模块建立t c p 连 接，然后通过维护模块将消息转发给其他模块。 2 ) 与d n m a 的维护模块、调度模块通信必须使用x m l 消息格式，模块的应 答也是x m l 消息格式。与维护模块通信时以连续8 字节0 x 0 1 表示一个x m l 消 1 6 基于d n m a i 和c o r b a s n m p 网关的网络测量与管理技术研究 息的结束，但维护模块调度模块回应的x m l 消息没有此结束符，即回应的消息 是以x i v i l