（信号与信息处理专业论文）基于vxworks的嵌入式设备监控系统.pdf

l 。 i 学位论文版权使用授权书 稍 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， 提供阅览服务，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：奇b 柙 导师签名： 姗嘲 签字日期：弦矽年多月汨签字日期：枷，口年6 月z l 日 ，-j f 中图分类号：t p 3 1 1 1 u d c ：x x x x 学校代码：1 0 0 0 4 密级：公开 北京交通大学 硕士学位论文 基于v x w o r k s 的嵌入式设备监控系统 e m b e d d e de q u i p m e n tm o n i t o r i n gs y s t e m b a s e do nv x 肋r k s 作者姓名：施柳 导师姓名：胡绍海 学位类别：工学 学科专业：信号与信息处理 学号：0 8 1 2 0 4 0 9 职称：教授 学位级别：硕士 研究方向：嵌入式系统开发 北京交通大学 2 0 1 0 年6 月 、 r 致谢 本论文的工作是在我的导师胡绍海教授的悉心指导下完成的，胡绍海教授严 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 胡绍海老师对我的关心和指导。 刘湘黔老师悉心指导我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，在此向刘湘黔老师表示衷心的谢意。 在实验室工作及撰写论文期间，夏崇彦、蒋忠元、胡健楠、马宁等同学对我 论文中的研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。 另外也感谢家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。 r，；01 i l 中文摘要 随着网络技术的快速发展，网络设备的使用已经越来越广泛。在这种情况下， 如何实时反映当前设备的状态信息以便让管理人员随时掌握设备的运行状况，在 设备出现故障的情况下，能够及时采取措施进行修复，成为了目前嵌入式设备监 控系统迫切需要解决的问题。 s n m p 在嵌入式领域中是一个非常普及的协议，自2 0 世纪8 0 年代末就用于 互联网设备的监控和管理，作为一种传统的客户机n 务器协议，它可以用于连网 设备的状态、统计等信息的收集。 本文在s n m p 协议基础上给出一种嵌入式设备监控系统的设计和实现方法， 管理站可以管理多台和s n m p 代理端连接的被监控设备，它通过s o c k e t 通信向代 理端发送命令，代理端响应后返回管理站所需要的状态信息，并在管理站图形界 面上显示。 代理端软件是利用v x w o r k s 实时操作系统及其开发环境t o m a d o 编写的应用 程序，它运行在一台由v m w a r e 软件虚拟的逻辑p c 机上，而p c 机上的w i n d o w s 操作系统运行由v c + + 6 0 开发的一个具有基本查询、设置功能的管理站。 嵌入式实时操作系统v x w o r k s 的选用，在于可以保证设备管理站及网管代理 系统具备卓越处理能力和稳定性的同时，满足了系统实时性的处理需求。 关键词：设备监控；s n m p ；v x w o r k s ；代理；管理端 分类号：t p 3 1 1 1 1 i 工 a bs 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 y , m o r ea n dm o r en e t w o r k d e v i c e sa r eb e i n gu s e d a tp r e s e n t , i ti sa nu r g e n tn e e df o rt h ee m b e d d e dd e v i c e m o n i t o r i n gs y s t e m t or e s o l v et h ep r o b l e mt h a th o wt o g e t t h er e a l - t i m es t a t u s i n f o r m a t i o no ft h ec u r r e n tr u n n i n gd e v i c e , s ot h a tm a n a g e rc a nl e a r nr u n n i n gc o n d i t i o n o ft h ed e v i c ea ta l lt i m ea n di sa b l et ot a k ea c t i o nt of i xi ti nt i m ew h i l ee q u i p m e n t f a i l u r eh a p p e n s 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 ) i sav e r yp o p u l a rp r o t o c o li nt h e e m b e d d e da r e a , a n di th a sb e e nu s e dt om o n i t o ra n dm a n a g en e t w o r kd e v i c es i n c et h e l a t e19 8 0 s a sat r a d i t i o n a lc l i e n t s e r v e rp r o t o c o l ，s n m pc a nb eu s e dt oc o l l e c ts t a t u s a n ds t a t i s t i ci n f o r m a t i o no f n e t w o r kd e v i c e b a s e do nt h es n m pp r o t o c o l ，ad e s i g na n di m p l e m e n t a t i o nm e t h o do fe m b e d d e d e q u i p m e n tm o n i t o r i n gs y s t e mi sp r e s e n t e di nt h i sd i s s e r t a t i o n t h em a n a g e rs t a t i o nc a n m a n a g em u l t i p l em o n i t o r e dd e v i c e sc o n n e c t e dw i t hs n m pa g e n t , i ts e n dc o m m a n dt o t h ea g e n tv i as o c k e tc o m m u n i c a t i o n ，a n ds t a t u si n f o r m a t i o nw h i c ht h em a n a g e rs t a t i o n n e e d si ss e n tb a c kb yt h ea g e n ta f t e ri t sr e s p o n s e ，t h e nt h ei n f o r m a t i o nw i l lb ed i s p l a y e d o nt h eg r a p h i c a li n t e r f a c eo ft h em a n a g e rs t a t i o n t h ea g e n ts o f t w a r ei sd e v e l o p e da tt h ee n v i r o n m e n to fr e a l - t i m eo p e r a t i n gs y s t e m v x w o r k s t o r n a d o ，i tr u n so nt h el o g i cp e r s o n a lc o m p u t e ri nt h ef o r mo fv i r t u a l m a c h i n e , w h e r e a st h em a n a g e rs t a t i o n ，w h i c h i sd e v e l o p e da tt h ee n v i r o n m e n to f v c + + 6 0 ，w o r k so nw i n d o w so p e r a t i n gs y s t e m ，i th a st h eb a s i cf u n c t i o n so fq u e r y i n g a n ds e t t i n g t h ec h o o s eo fe m b e d d e dr e a l t i m eo p e r a t i n gs y s t e mv x w o r k si sa b l et oe n s u r en o t o n l yt h a tt h ed e v i c em a n a g e rs t a t i o n a n dn e t w o r km a n a g i n ga g e n ts y s t e mo w n o u t s t a n d i n gp r o c e s s i n ga b i l i t y a n ds t a b i l i t y , b u tt h a tt h e r e a l - t i m ep r o c e s s i n g r e q u i r e m e n t so ft h es y s t e mi sm e t k e y w o r d s ：d e v i c em o n i t o r i n g ；s n m p ；v x w o r k s ；a g e n t ；m a n a g e rt e r m i n a l c l a s s n 0 ：t p 3 11 1 v n ， ，ti，女 目录 中文摘要v a b s t r a c t v i i 1 引言1 1 1 嵌入式系统的介绍1 1 1 1 嵌入式系统的概念l 1 1 2 嵌入式系统的特点2 1 1 3 嵌入式系统的发展3 1 2 设备监控的概念4 1 3 论文的主要研究工作。5 2网络管理协议概论7 2 1 网络管理一7 2 1 1 网络管理的概念7 2 1 2 网络管理的功能8 2 2网络管理体系结构1 0 2 2 1 基于o s i c m i p 的网络管理体系结构1 1 2 2 2 基于i n t e r n e t s n m p 的网络管理体系结构1 2 2 3 s n m p 协议1 2 2 3 1s n m p 协议概述13 2 3 2s n m p 协议体系的发展1 4 2 4s n m p 的管理信息结构1 9 2 4 1 被管理对象的定义2 0 2 4 2s m i 的宏定义2 3 2 5 s n m p 的管理信息库。2 5 2 5 1m i b 对象2 6 2 5 2 标识对象实例2 6 3嵌入式实时操作系统v x w o r k s 2 7 3 1 嵌入式实时操作系统2 7 3 1 1 实时系统概述2 7 3 1 2 嵌入式操作系统2 8 3 2v x w o r k s 嵌入式实时操作系统3 0 3 2 1v x w o r k s 系统概述3 0 4 5 3 2 2v x w o r k s 操作系统的主要功能与基本组成3 1 3 2 3v x w o r k s 操作系统的主要特点3 3 3 3v x w o r k s 交叉开发环境3 4 3 3 1t o r n a d o 组成3 4 3 3 2t o r n a d o 的特点3 5 3 3 - 3t o m a d o 的工具3 6 系统总体设计。3 9 4 1系统设计3 9 4 2系统的需求分析4 1 4 2 1 功能分析。4 1 4 2 2 性能分析4 2 监控系统代理端实现4 3 5 1模拟客户端4 3 5 1 1 客户端的开发步骤4 3 5 1 2 客户端程序的工作流程4 4 5 1 3 客户端的通信接口。4 5 5 2代理端的实现4 5 5 2 1 虚拟机环境的搭建4 6 5 2 2 代理的通信模块4 9 5 2 3 命令处理模块5 4 5 2 4m i b 的编写与设计6 4 5 3 小结6 7 6监控系统管理端实现6 9 6 1功能模块6 9 6 2监控功能实现6 9 6 3 小结。7 5 7 结论7 7 参考文献7 9 作者简历8 1 独创性声明8 3 学位论文数据集8 5 1 引言 随着网络技术高速发展，互联网的广泛普及，以及信息技术的日益深入，网 络已经人们生活必不可少的元素，它是提高人们工作效率和生活质量的重要工具， 人们对网络的依赖性变得越来越强、要求也越来越高。 网络规模的扩大使得网络设备使用更加广泛，显示出了多样化、复杂化的特 点，尤其是随着现今i p v 6 技术的发展，网络规模将以更高的速度膨胀( 采用了1 2 8 位地址) ，在不久的将来，不仅路由器、工作站、服务器等网络设备有p 地址，而 且随着移动通信以及个人通信的发展，手机、移动节点和家电都可能拥有口地址。 而如何对连网设备进行有效的管理和控制以提高设备的可靠性、减少不必要的故 障损失和最大限度的发挥设备的效益，正是设备监控系统所面临的问题。 设备监控范围的扩大，系统管理与网络管理的结合，被管对象数目空前增加， 对监控系统本身的系统结构和性能提出更高的要求。 随着我国经济的快速发展，监控系统在生产、管理等各行各业的自动化管理 中起着重要作用。提高企业生产的自动化水平，加强对设备故障的检测与诊断， 实现各行业的安全防范工作已变得愈来愈重要。 对设备状况的及时了解是实时监控的前提，为设备配备专门的维护人员显然 不经济，传统的本地设备监控方式逐渐不能满足大范围、远距离监控的需求。近 年来，嵌入式系统的技术日益成熟，在已经来临的后p c 时代，嵌入式系统以其高 性能、高可靠性、低成本等特点成为发展的主流，利用嵌入式系统来实现设备监 控系统无疑是一个实用、可行而且有潜力的的方案。 s n m p 协议做为因特网网络管理的主要标准，在现今最复杂的i n t e n r e t 网络环 境中，它解决了多类型操作系统、多类型协议体系和多类型网络设备的综合和标 准化管理的问题。并且s n m p 协议在网元级和网络级的性能管理、配置管理、计 费管理、差错管理以及安全管理中，表现出相对理想的优异性能。 随着嵌入式系统和网络技术的密切结合，嵌入式系统通过s n m p 协议实现设 备监控将会有新的发展前景，基于i n t e m e t 的监控系统是信息网络与控制网络结合 的产物，它借助网络完成监视与控制任务，将监控范围扩展到更广的空间，进一 步推进了控制技术向网络化、分散化和开放化发展。 1 1 嵌入式系统的介绍 1 1 1 嵌入式系统的概念 i 2 。 也就是对嵌入式系统的环境适应性、稳定性和可靠性等提出了一些要求。 ( 4 ) 智能性 嵌入式系统需要一个中央处理器单元来实现对对象的智能控制，而中央处理 器单元的种类很多，如x 8 6 体系结构的处理器、8 1 6 单片机、3 2 位处理器和d s p 等。从这点上看，嵌入式系统与计算机技术密不可分。 作为软件和硬件结合体的嵌入式系统，同时还涵盖机械等附属装置；它是将 计算机技术、半导体技术和电子技术与各行业的具体应用相结合的产物，是一门 综合科技学科。为了弥补嵌入式系统在空间和各种资源的相对不足，对嵌入式系 统软硬件进行高效的设计，量体裁衣，去除冗余是十分必要的，这样可以力争在 同样的硅片面积上实现更高的性能，在具体应用中对处理器的选择更具有竞争力。 ( 5 ) 实时性需求 在给定硬件环境的条件下，系统实时性主要靠操作系统和应用软件保证。 由于嵌入式系统具有如此众多的优点，因此日益受到广泛的关注和重视。当 前，基于嵌入式系统的产品不仅数量众多，而且涉及计算机、通信、家电、过程 控制、航空航天、军事、仪器、仪表等各个行业。 1 1 3 嵌入式系统的发展 从2 0 世纪7 0 年代单片机的出现，到如今各式各样的嵌入式微处理器和微控 制器的大规模应用，嵌入式系统已有近3 0 年的发展历史。纵观嵌入式技术的发展 历程，它大致经历了四个阶段【2 】： ( 1 ) 无操作系统的嵌入式算法阶段 嵌入式系统的出现最初是基于单片机，这一阶段的嵌入式系统具有与一些监 测、伺服和指示设备相配合的功能。它无操作系统支持，而是通过汇编语言编程 对系统进行直接控制，此外，它系统结构和功能相对单一，针对性强，几乎没有 用户接口。 单片机的出现，使得汽车、家电、工业控制、通信装置以及成千上万种产品 可以通过内嵌电子装置来达到更易使用，更快和更便宜的使用性能。 t ( 2 ) 简单监控式的实时操作系统阶段 2 0 世纪8 0 年代早期，嵌入式系统的程序员开始用商业级的操作系统编写嵌入 式应用软件，这一阶段的嵌入式系统主要以嵌入式处理器为基础，以简单监控式 系统为核心。 系统的优点是处理器种类繁多，开销小，效率高；一般配备系统仿真器，具 有一定的兼容性和扩展性。但是此时的系统通信性较差，用户界面不够友好，主 要用来控制系统负载以及监控系统应用程序运行。 ( 3 ) 通用的嵌入式实时操作系统阶段 以嵌入式实时操作系统为标志的嵌入式系统是第三个阶段的典型代表，随着 对实时性要求的提高和软件规模不断扩大，实时多任务操作系统( i 淝s ) 成为目 前国际嵌入式系统的主流，包括v x w o r k s 、p s o s 、w i nc e 、l i i 磁等，v x w o r k s 以其强实时性、高性能的内核和良好的开发界面成为了嵌入式实时操作系统领域 的杰出代表。随着嵌入式技术的发展前景的日益广阔，将会出现越来越多的嵌入 式操作系统软件。 t 这个阶段嵌入式系统的特点是：能运行在各种不同的微处理器上，具有强大 的通用型操作系统功能，包括多任务、设备驱动支持、网络支持、图形窗口、用 户界面以及文件和目录管理等功能，具有丰富的a p i 和嵌入式应用软件。 ( 4 ) 以i n t 蹦l e t 为标志的嵌入式系统阶段 随着通用型嵌入式实时操作系统的发展，面向i n t e m e t 网络和特定应用的嵌入 式操作系统日益引起人们的重视，成为重要的发展方向。嵌入式系统与h l t e r n e t 的 真正结合，嵌入式操作系统与应用设备的无缝结合代表着嵌入式操作系统发展的 未来。 1 2 设备监控的概念 设备监控是指系统通过对设备的监测、管理来实现对现场设备运行数据的采 集和上传、变量监控和参数设置，同时提供数据库保存现场设备的运行历史数据【。 从这个定义可以看出，设备监控包含两个任务：一个是对现场设备的监测；二是 对设备的控制管理。通过监测可以了解设备的运行状态是否正常：通过控制管理 进行参数设置。设备监控的过程通常包括对现场设备运行状态数据、历史数据的 浏览，并通过分析形成分析报表；另外它还包括支持运行数据以指定存储形式提 供给监控中心维护和分析工作站进行数据分析处理，和实现上千个t c p 连接的统 一接入和管理。 通常一个设备监控系统需要定义一下内容： ( 1 ) 系统功能，即一个设备监控系统应具有哪些功能。 ( 2 ) 设备监控信息的表示，设备监控系统对设备的管理主要靠系统中设备信 息的传递来完成的。设备管理信息表示、传递的方式和传送的协议都是设备监控 系统应该考虑的问题。 ( 3 ) 系统的结构，即设备监控系统的系统架构问题。 1 3 论文的主要研究工作 论文的主要任务是在s n m p 协议的基础上设计基于v x w o r k s 嵌入式操作系统 的模拟设备监控系统。由于设备资源的有限，代理与模拟设备的通信方式和真实 设备有所差别，所以如何尽可能真实模拟他们的信息交换方式是十分必要的。本 论文主要做了如下几方面的工作： ( 1 ) 在v c + + 6 0 环境下开发客户端以模拟被管理设备，客户端的实现包括命 令接收、命令处理、命令响应等功能模块和通信模块的设计； ( 2 ) 在v x w o r k s 5 5 的集成开发环境t o r n a d oi i 下开发运行于网络设备上的管 理代理，代理端的实现涵盖了信息接收模块、安全认证模块、接收缓冲模块、信 息解释模块、发送缓冲模块和信息发送模块等的设计； ( 3 ) 在w i n d o w s 平台下开发监控系统的应用程序软件管理站，使之具备管理 对象信息的基本查询和设置等功能。 笔者在论文的上半部分系统介绍了s n m p 协议框架和嵌入式系统的基础知 识，并在下半部分实现了嵌入式设备监控系统的各个部分。 2 1 网络管理 2 网络管理协议概论 伴随i n t e m e t 时代的到来，网络技术迅猛发展，新的网络产品及组网模式不断 地涌现，越来越多的企业、政府机构、学校和个人等都融入到互联网当中。 当前计算机网络的发展特点是规模不断扩大，复杂性不断增加，异构性越来 越高。一个网络往往由若干个大大小小的子网组成，它集成了多种网络系统( n o s ) 平台，并且包括了不同厂家、公司的网络和通信等设备。 作为一种很重要的技术，网络管理对网络的发展有着很大的影响。它可以使 网络中的各种资源得到更加高效的利用，当网络出现故障时它能及时作出报告和 处理，并协调、保持网络的高效、可靠地运行。 2 1 1网络管理的概念 网络管理就是通过某种方式对网络的运行状态进行监测和控制，使网络能够 正常、高效地运行。简单地说，网络管理实际上就是通过合适的方法和手段使网 络综合性能达到最优。早期的网络管理似乎指对电信网的监控，包括监视和控制 两个部分。自从计算机网络出现后，网络管理的内容扩大到网络日常维护和运营 的各个方面。 网络管理就是最大限度地增加网络可利用的时间，合理地组织和利用系统资 源，提供安全、可靠、有效和优质服务，保证网络正常、经济、可靠和安全地运 行，或者说网络管理的目标就是对网络资源( 硬件和软件) 进行合理分配和控制， 以满足业务提供者的要求和网络用户的需要，使网络资源得到最大限度地利用， 使整个网络更加经济地运行，并能够提供连续、可靠和稳定的服务。网络管理的 目标可以概括为p j ： ( 1 ) 保证高质量的网络服务 通过监测网络状态，迅速修复网络故障，或利用冗余手段，最大限度地保证 通信线路的畅通，提高网络资源的可用性和网络的可靠性。 ( 2 ) 保证网络规模增长的同时，提高网络资源利用率 通过动态地掌握网络的运行情况和用户需求，合理地规划和调配网络资源， 适时引入新技术和新业务，增添和调整网络设备，来提高网络设备的利用率和性 7 能级别，平衡网络能力与用户需求，从而以经济合理的价格和优质的服务吸引用 户，加快资金回收，控制网络运行成本。 ( 3 ) 提供通用、易于使用的技术解决方案 它包括下面4 个方面： 1 ) 在多厂商混合网络环境下，通过端到端的网络管理，以集中统一的方式远 程控制网络和管理所有设备； 2 ) 在开放的、可增长的公共管理平台上，通过统一的管理框架、通用的信息 模型和标准化的接口来开发管理系统和服务应用体系； 3 ) 采用结构模块化的管理方案灵活适应用户的广泛需求； 4 ) 设计易于理解和操作的人机接口以更为逻辑的方式组织管理信息。 2 1 2 网络管理的功能 在o s i 网络管理标准中，将开放系统的系统管理功能划分成五个功能域：f a u l t m a n a g e m e n t ( 故障管理) 、c o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n t ( 配置管理) 、p e r f o r m a n c e m a n a g e m e n t ( 性能管理) 、a c c o u n t i n gm a n a g e m e n t ( 计费管理) 、s e c u r i t y m a n a g e m e n t ( 安全管理) 【4 1 。 ( 1 ) 故障管理 故障管理是网络管理中最基本的功能之一，它是指对计算机网络中的问题或 故障进行定位的过程，它包括发现和定位问题、记录日志、通知用户和修复问题。 故障管理协助网络管理人员快速检查网络问题并启动恢复过程，进而增强了网络 的可靠性。通过故障管理所记录的日志，可以有效地对问题进行分析。故障管理 可能是使用最广泛的i s o 网络管理域。 网络故障是不可避免的，那么如何减少故障带来的损失，以最短的速度恢复 网络的功能则是故障管理关心的问题。网络故障的快速恢复分为两类情况：非网 络冗余环境和网络冗余环境。 在非网络冗余环境下，故障的恢复要通过部件更换、设备复位或其它故障排 除方法来完成。部件更换涉及到人工的参与，其反应速度总是很慢的，而设备复 位则会导致过长的系统故障期。故障管理模块在发现网络故障后，只能尽量通知 网络管理人员，而无法自动调用备份系统。 在网络冗余环境下，故障管理模块在发现网络故障后，会启动备份网络部件， 在极短的时间内恢复正常的网络功能。网络冗余备份包括网卡的备份、链路通道 的备份和主机的备份等。 ( 2 ) 配置管理 配置管理是指对管理对象的控制和鉴别，从管理对象收集数据以及向管理对 象提供数据。配置管理同样相当重要，它初始化网络并配置网络，以使其提供网 络服务。配置管理是一组由辨别、定义、控制和监视组成的一个通信网络的对象 所必需的相关功能。 配置管理有两个典型的功能：获取网络设备的配置状况与运行状况和对网络 设备进行功能配置。 获取网络设备的状态是指周期性地获取被管网络设备的配置和运行参数，以 命令和图形方式显示出来，供网络管理人员查看。 配置网络设备的功能是指将网络管理人员对被管网络设备的调整命令，作用 到设备上。 ( 3 ) 性能管理 性能管理是统计系统资源的运行状况及通信效率等系统性能，对网络中软硬 件进行性能测量和控制的过程，其能力包括监视和分析被管网络及其所提供服务 的性能机制，提供关于网络性能的参数和进行性能的调整。性能参数包括网络接 口的数据流量、内存占用数量、c p u 利用率、正确收发包个数和丢包数等。 性能分析的结果可能会触发某个诊断测试过程或重新配置网络以维护网络的 性能。性能管理收集分析有关被管网络当前状态的数据信息，并维持和分析性能 日志。 性能管理可用于开通和维护实时性的网络业务。性能管理还可对网络性能状 况进行监控，对异常情况进行告警和控制。 管理人员通过网络的性能数据，可以推断网络的性能瓶颈，估算下一阶段的 网络流量趋势。进而合理的安排网络业务，有效的配置网络设备。 ( 4 ) 计费管理 计费管理是记录网络资源的使用，对用户所用网络资源进行统计和费用计算 的过程，目的是控制和检测网络操作的费用和代价。 计费管理对一些公共网络尤其重要，它可以估算出用户使用网络资源可能需 要付出的费用和代价，以及已经占用了那些资源。 此外，计费管理还是提高了网络效率的一种有效方式，网络管理员可以规定 用户可以使用的最大费用，从而控制用户过多占用网络资源。 网络计费的依据有网络数据流量、网络占有时间、网络服务质量、费率等。 它是网络务商对用户收费的依据。计费管理提供的主要功能包括： 1 ) 将应该缴纳的费用通知用户； 2 ) 支持用户费用上限的限制； 3 ) 当用户为了一个通信目的需要使用多个网络中的资源时，计费管理应可计 9 参 算总计费用。 ( 5 ) 安全管理 安全管理是对计算机网络中的信息进行访问权限控制的过程。 由于网络的发展，有意或无意的敏感信息泄漏会给带来重大的损失。而网络 病毒和恶意攻击的存在，也在提醒人们要保护网络的安全。 于是出现这么一种情况，用户对网络安全的要求高，而安全性又是网络的薄 弱环节之一，为此，需要采用安全管理来控制对网络资源的访问，抵御非法网络 攻击。 网络中主要有以下几大安全问题：网络数据的私有性( 保护网络数据不被侵 入者非法获得) 、授权和访问控制( 控制对网络资源的访问) 。相应地，网络安全 管理应包括授权机制、访问控制、加密和加密关键字的管理，另外还要维护和检 查安全日志。 2 2 网络管理体系结构 由于通信网中设备不断更新换代，技术不断提高，网络结构不断变化，网络 管理体系结构显得很重要。无论网络的设备、技术和拓扑结构如何变化，最基本 的体系结构应该是不变的，不应当在网络发生新的变化时，就把原有的网络管理 体系结构推倒重来，这种方法不可取，也是不现实的。因此研究网络管理体系结 构具有重要的意义。 网络管理体系结构就是用于定义网络管理系统的结构及系统成员间相互关系 的一套规则，它是网络管理系统的框架基础【5 1 ，不同的体系结构决定了网络管理系 统的复杂度、灵活度和兼容性，并将带来不同的管理能力、管理效率和经济效益。 根据网络管理体系结构的定义可知，网络管理体系结构需要研究以下的问题： 研究单个网管系统内部的结构及其成员间的关系，研究多个网管系统如何连接构 成管理网络以管理复杂的网络。 国际标准化组织提出的基于远程监控的管理框架是现代网络的管理体系结构 的核心。这一管理框架的目标是打破不同业务和不同厂商设备之间的界限，建立 统一的综合网络管理系统，变现场的物理操作为远程的逻辑操作【6 】。在这一管理框 架中，网络资源的状态和活动都用数据定义和表示。远程监控系统对网络资源的 管理操作变为简单的对数据库的操作。 当前最典型的两种网络管理体系结构是o s i c m i p 系统管理体系结构和 i n t e m e t s n m p 管理体系结构。 l o 2 2 1 基于o s i c m i p 的网络管理体系结构 公共管理信息服务公共管理信息协议( c m i s c m i p ) 是o s i 提供的网络管理 协议簇。c m i s 定义了每个网络组成部分提供的网络管理服务，这些服务在本质上 是很普通的，c m i p 则是实现c m i s 服务的协议 7 1 。 o s i 网络协议旨在为所有设备在i s o 参考模型的每一层提供一个公共网络结 构，而c m i s c m i p 正是这样一个用于所有网络设备的完整网络管理协议簇。 o s i 系统管理中最基本的功能是在两个管理实体间通过协议交换管理信息。在 o s i 系统管理中，此项功能为c m i s e 。c m i s e 分为两个部分：第一个是c m i s ， 它描述提供给用户的服务；第二个是c m i p ，它描述完成c m i s 服务的协议数据单 元及其相关联的过程。c m i s 定义了提供给o s i 系统管理的服务，这些服务由管理 进程调用进行远程通信。c m i s 包括相关联服务、管理通知服务和管理操作服务， c m i s 共提供了七种服务原语。c m i p 定义了管理信息传输过程和c m b 管理业务 的语法。c m i p 是提供管理信息传输服务的应用层协议。它接受管理应用进程的 c m i s 服务原语，构造特定的应用层协议数据单元，通过会话层或其他其他协议层 传送到对等的c m i p 协议卖体，再传送到用户进程。c m i p 支持c m i s 提供的上述 服务，它在c m i s e 间传递管理信息。 o s i c m i p 管理体系结构是以更通用更全面的观点来组织一个网络的管理系 统，它的开放性、着眼与网络未来发展的设计思想，使得它有很强的适应性，能 够处理任何复杂系统的综合管理。然而正是o s i 系统管理这种大而全的思想，导 致其有许多缺点【7 】： ( 1 ) o s i 系统管理违反了o s i 参考模型的基本思想； ( 2 ) 故障管理的问题，由于o s i 系统管理用到了o s i 各层的服务传送管理信 息，使得o s i 系统管理不能管理通信系统自己内部的故障； ( 3 ) o s i 系统管理太复杂，c m i p 的功能极其灵活强大，使得o s i 系统管理 方法太复杂，从而o s i 系统管理与实际的应用有距离，o s i 在实际应用中不成功； ( 4 ) 缺乏管理者特定的功能描述。o s i 系统管理标准仅仅定义了一个个独立 管理操作，如m g e t 和m s e t ，但并没有定义这些操作的序列，以完成管理者要 解决的特定问题； ( 5 ) 缺乏相应的开发工具，这种开发工具可以使开发者不需了解o s i 管理， 代理系统花费太高； ( 6 ) o s i 系统管理虽然管理信息建模是面向对象的，但管理信息传送却不是 面向对象的，o s i 系统管理不是纯面向对象的。 2 2 2 基于i n t e r n e t s n m p 的网络管理体系结构 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 ) 即简单网络管理协议，是i e t f ( i n t e m e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ) 于8 0 年代中期制定的一个网管协议。它的前身 是1 9 8 7 年发布的简单网关监控协议( s g m p ) 。s g m p 给出了监控网关( o s i 第三 层路由器) 的直接手段，s n m p 则是在其基础上发展而来，它是网络管理领域中事 实上的工业标准，也是网络设备厂商、应用软件开发者及终端用户的首选管理协 议，也是流传最广、应用最多和获得支持最广泛的一个网络管理协议。 s n m p 管理体系结构由管理者、代理和管理信息库( m i b ) 三部分组成。管理 者( 管理进程) 是管理指令的发出者，这些指令包括一些管理操作。管理者通过 各设备的管理代理对网络内的各种设备、设施和资源实施监视和控制。代理负责 管理指令的执行，并且以通知的形式向管理者报告被管对象发生的一些重要事件。 代理具有两个基本功斛8 】： ( 1 ) 从m i b 中读取各种变量值； ( 2 ) 在m i b 中修改各种变量值。 m i b 是被管对象结构化组织的一种抽象。它是一个概念上的数据库，由管理 对象组成，各个代理管理m i b 中属于本地的管理对象，各管理代理控制的管理对 象共同构成全网的管理信息库。 s n m p 是一个异步的请求响应协议。s n m p 实体不需要在发出请求后等待响 应到来。s n m p 中包括了四种基本的协议交互过程，即有四种操作【4 】： ( 1 ) g e t 操作用来提取指定的网络管理信息； ( 2 ) g e t n e x t 操作提供扫描m i b 树和依次检索数据的方法； ( 3 ) s e t 操作用来对管理信息进行控制； ( 4 ) t r a p 操作用于通报重要事件的发生。 在这四个操作中，前三个是请求由管理者发给代理，需要代理发出响应给管 理者，最后一个则是由代理发给管理者，但并不需要管理者响应。 s n m p 经历了两次版本升级，现在的最新版本是s n m p v 3 。在前两个版本中 s n m p 功能都得到了极大的增强，而在最新的版本中，s n m p 在安全性方面有了很 大的改善，s n m p 缺乏安全性的弱点正逐渐得到克服。 2 3s n m p 协议 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 ) 首先是由 i e t f ( i n t e m e te n g i n e e r i n g t a s kf o r c e ) 研究小组开发出来的。它定义了从网络设备 那里收集网络管理信息的方法，还为设备指定了向网络管理站报告故障和错误的 途径【9 1 。 2 3 1s n m p 协议概述 s n m p 协议的主要概念是规范一种机制来实现简单易行的网络管理功能。实 际上，s n m p 协议下的网络信息是在被管理者与管理员之间进行交换的，所谓被 管理者就是处于网管工具监视下的网络设备，而管理员则是对网络设备进行监督 管理的设备1 7 j 。 管理员与被管理者之间可以实现大量的事务处理任务，这些事务的性质完全 取决于被管理设备的类型。试图为管理员实现所有控制的命令是不现实的，特别 是在有新型设备加入网络的情况下，这种想法更是难以实现。 为了避免网络命令的重复创建，s n m p 协议通过强行规定必须将不同网管命 令用数值表达并将这些数值储存在网络设备存储器中来简化网络命令的管理。 由于网关协议可使用非常简单的命令来实现，因此几乎所有设备都可以支持 s n m p 协议，这就使网关协议在更大范围内得到了普及，从而导致网管协议成为 网络管理的通用工具。影响网管协议实现的另一个问题是被管理者的工作方式， 一种方式是要求被管理者定期地主动提交其状态信息，另一种则把被管理者设置 为被动状态，管理员通过定期查询来检查各个被管理者的状态信息。上述两种工 作方式都有不足之处【1 0 1 。 毒 s n m p 协议允许被管理者使用多个中断陷阱来向管理员通知状态变化，但该 模式推荐被管理者使用单个错误陷阱来报告重要事件，管理员可以通过查询获得 该事件的相关信息。 可靠性一直是困扰实现网络协议的一个主要问题。从这方面来说，指定可靠 性较高的t c p 之类的协议来保证被管理者与管理员之间信息的可靠交换似乎是比 较合理的，然而，s n m p 却选择了u d p 作为其传输协议。其主要原因并不是因为 s n m p 协议的通信方式需要使用请求应答方式。 众所周知，网络管理的一个最基本的功能之一是故障管理，它需要解决传输 过程中或者为网络数据包选择路由时突发的故障。在网络不能正常运转或在网络 不能正常提供服务的情况下，网络信息的交换就显得更为重要，而这种环境下正 好无法支持诸如t c p 之类的可靠传输协议的正常运行。 除此之外，网络故障期间不能加重网络的传输负载也是选择u d p 协议的一个 原因。总而言之，虽然有些协议本身是可靠的，但如果支持可靠协议运行的链路 出现问题，任何数据都无法传输。 1 3 2 3 2s n m p 协议体系的发展 简单网络管理协议( s n m p ) 是专门设计用于在p 网络中管理网络节点( 服 务器、工作站、路由器、交换机及h u b 等) 的一种标准协议，它是一种应用层协 议。s n m p 使网络管理员能够管理网络效能，发现并解决网络问题以及规划网络 增长。通过s n m p 接收随机消息( 及事件报告) 网络管理系统获知网络出现问题。 s n m p 是目前t c p i p 网络中应用最为广泛的网络管理协议。1 9 9 0 年5 月，r f c 1 1 5 7 定义了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 ) 的第一个版本s n m p v l 。 经过几十年的时间，s n m p 已经从最早的第一版发展到现在的第三版s n m p v 3 ， 功能得到了不断地扩充和完善，实现也日趋复杂【4 1 。 ( 1 ) s n m p v l s n m p v l 的全称是s i m p l en e t w o r km a n a g e m e