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a t m 光纤环网管理技术的研究 摘要 本文结合国家8 6 3 项目“实用化综合接入系统”，完成了a t m 接入网网络 管理方面的工作。文中，对网络管理方面的知识进行了综述，着重研究了两个方 面内容：管理终端软件和设备管理软件。对于管理终端软件，利用了面向组件的 编程思想；对于设备管理软件，提出了将这部分工作从通常意义的代理中划分出 来，利用中间件来隔离管理协议和具体的设备管理软件，同时还提出了将管理意 义上的主控板和硬件主控板分离，单独成为一块虚拟的电路板，在这两个基础上 给出了设备管理软件的模型和设计方案，并就设备管理软件的核心( 控制中心) 进行了软件实现和调试。另外，本文还给出了网络管理软件实现中涉及的几个关 键技术，包括网管i p 包的路由技术、板问通信技术和设备信息表实现技术。 关键词：网络管理异步转移模式设备管理软件代理r 、 。r e s e a r c h o n a t m f i b e r r i n g m ，a n ，。a g e m e n t t e c h n o l o g y a b s t r a c t c o m b i n i n g w i t ht h en a t i o n a l8 6 3h i t e c hp r o j e c t “a p p l i e di n t e g r a t e da c c e s s s y s t e m ”，n e t w o r km a n a g e m e n to f a t m a c c e s sn e t w o r ki sr e s e a r c h e d k n o w l e d g eo f n e t w o r k m a n a g e m e n t i si n t r o d u c e d t h er e s e a r c hw o r ki sf o c u s e do ns o f t w a r eo f m a n a g e m e n t t e r m i n a la n d e q u i p m e n tm a n a g e m e n t t h ec o m p o n e n t o r i e n t e d p r o g r a m m i n g i su s e df o rt h es o f t w a r eo f m a n a g e m e n t t e r m i n a l a sf o rt h ee q u i p m e n t m a n a g e m e n ts o f t w a r e ，t h ei d e a st os e p a r a t es u c hw o r kf r o mt h ec o m m o na g e n tu s i n g t h em i d d l e c o m p o n e n t a n dt os e p a r a t et h e m a n a g e m e n t m a i nc o n t r o le n t i t yo ft h e e q u i p m e n t f r o mm a i nc o n t r o lb o a r da sa s i n g l e v i r t u a la r ep u tf o r w a r d b a s e do nt h e s e ， t h em o d e la n dt h ed e s i g nm e t h o d o f e q u i p m e n tm a n a g e m e n t s o f t w a r ea r eo f f e r e d ，w i t h t h ei m p l e m e n t a t i o na n d d e b u g g i n g o fc o n t r o lc e n t e rm o d u l e ，w h i c hi st h ek e r n e lo f e q u i p m e n tm a n a g e m e n ts o f t w a r e a l s o ，s e v e r a lk e yt e c h n o l o g i e so f t h en e t w o r k m a n a g e m e n t a r ed i s c u s s e d ，i n c l u d i n gi pr o u t i n g ，c o m m u n i c a t i o nb e t w e e n b o a r d s ，a n d t h ei m p l e m e n t a t i o no ft h ee q u i p m e n ti n f o r m a t i o nt a b l e k e yw o r d s ：n e t w o r km a n a g e m e n ta s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e e q u i p m e n t m a n a g e m e n t s o f t w a r e a g e n t ，g 创新性声明 v 乏0 5 2 5 7 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，除了本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。 本人签名：盟 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：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) 本人签名：盘竺墨_日期纽厶z 导师签名 日强础| 。l 。s 第一章绪言 第一章绪言 1 1 接入网现状和a t m 的应用 根据通信网的作用和地位，整个通信网可以分成核心网( c o r en e t w o r k ) ( 也即骨干网，b a c k b o n e ) 和接入网( a c c e s sn e t w o r k ) 两大部分。 经过几十年的建设，我国的通信网已有了很大发展和变化。最先进的通信技 术的应用，已经使我国骨干网络达到了世界先进水平，并成为世界最大的电信网 之一。电话用户总数已达2 亿，数据用户数随着i n t e m e t 的迅猛发展，而呈指数 型增加。预计2 0 0 0 年，用户将超过1 5 0 0 万。用户对带宽的要求已日益提高，因 此在整个电信网中，接入网已成为网络发展的新瓶颈。在窄带接入网起步不久， 接入网数字化任务仍相当繁重的情况下，因特网用户和业务量的飞速增长使接入 网的宽带化成为运营者、制造者和用户都不得不考虑的问题。由于用户需求、用 户分布、地区经济发展水平等差异，可用于宽带接入网的技术和接入方式多种多 样，而且传统的传输媒介并不因为接入网宽带化而退出这一历史舞台，各种技术 都在以宽带化为目标进行优化，在接入网中寻找适于发挥其优势的空间，可以说 随着宽带化的发展可供选择的接入网技术越来越多，不仅是可支持的业务带宽而 且就可使用的技术而言，最后一公里也是越走越宽了。 接入网技术种类繁多，归纳起来基本可以分为基于光纤、基于铜线、基于无 线和基于光纤铜线无线混合等几大类。 ( 1 ) 光纤接入网( o a n ) ：光纤接入网可以有光纤到户( f t t h ) 、光纤到 大楼( f t t b ) 、光纤到路边( f t t c ) 或光纤到小区( f t t z ) 等多种形式，利用 光纤传输介质，提供高带宽、高可靠性和高抗干扰性的信息传输，接入网常用的 形式有a t m v p 自愈环网、无源光网络( a p o n ) 等，还有s d h 环网等传统技 术。 ( 2 ) x d s l 技术：基于x d s l 技术的铜线接入技术适用于已有电话基础网 络，通过2 b i q 、c a p 、d m t 等频带编码技术，挖掘双绞线高频段带宽资源：通 过带宽倍增技术实现宽带接入，满足高速数据通信需求。主要技术包括h d s l 、 a d s l 和v d s l 等。 ( 3 ) 宽带无线接入方式：主要适用于不便铺设光缆或电缆的地区。新网络 服务提供商可用此技术拓展宽带用户接入，利用无线信道实现高速数据、视频业 务和电话业务等。主要技术包括l m d s 等。 a t m 光纤环网管理技术的研究 ( 4 ) 光纤同轴混合网络( h f c ) ：基于同轴电缆接入的h f c 方式是在传统 同轴电缆c a t v 技术基础上发展起来的，利用频分复用技术实现模拟电视、数字 电视、电话和数据同时传送。 其中，光纤具有通信容量大、质量高、性能稳定、抗电磁干扰和保密性强等 特点，在干线通信方面，以上优点已得到充分证明。由于通用接入网传送全业务 的需要，光纤宽带接入网具有独特优势。因此，在接入网建设中，都以光纤接入 网为主，同时结合其它几种接入网，以构成层次清晰，使用面广的接入网整体系 统，从而实现接入网的分组化、宽带化、综合化和数字化的目标。 总的说来，接入网的发展趋势是：( 1 ) 宽带化、综合化、数字化、分组化， 从窄带向宽带发展、从电路型向分组型发展。( 2 ) 光纤化，包括：f f f c a b ( 光 纤到配线箱) 、f t t c ( 光纤到路边) 、f t t b ( 光纤到大楼) 、f t t h ( 光纤到 家) 等；主要是前三者，即馈线与配线段以光纤接入为主导；在引入线段上，金 属线的x d s l ( a d s l 、h d s l 2 ) 领先，c a b l em o d e m 和h f c 居中，f t t h 次 之。( 3 ) 无线接入仍呈多种多样，在特殊应用上有广阔商机。 a t m 技术具有完善的多业务适配和接入能力、快速业务提供能力、灵活的网 络资源调度能力、动态带宽管理能力、多业务统计复用能力以及业务服务质量 ( q o s ) 保证能力，因此成为当前接入网中被广泛应用的业务网支撑技术。 a t m 是异步转移模式( a s y n c h r o n o u s t r a n s f e rm o d e ) 的简称。a t m 作为一 种技术来说，包含两方面的内容：( 1 ) a t m 复用和交换技术，这主要是指在电 信网上的使用，作为b i s d n 的信息转移模式，这是一种较为狭义的理解： ( 2 ) a t m 网络技术，就是将a t m 作为一种通信网络基础技术来构筑各种通信网络， 这是一种广义上的理解。 通信网根本的任务是实现信息的转移( t r a n s f e r ) ，即信息的传输与交换 ( t r a n s m i s s i o na n ds w i t c h i n g ) 。为了实现各种业务信息的传送，a t m 在传输和 交换方面都采用了与传统技术不同的方式。在传输方面采用了统计复用的方法， 也称异步时分复用( a s y n c h r o n o u s t i m ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) ，这里的异步不是 指a t m 的底层物理传输是异步的，而是指用户业务接入网络是异步的。统计时 分复用可以带来更高的复用增益和带宽分配管理的灵活性。在交换方面采用了一 种改进了的分组交换技术，称为快速分组交换( f a s tp a c k e ts w i t c h i n g ) ，也称 a t m 交换。a t m 交换采用固定长( 5 3 个字节) 的小分组，作为信息转移的基本 单位，称为信元。信元的固定长度使缓冲区利用得更加充分，更易于硬件处理， 从而减小了交换过程中信元的排队时延和时延抖动：短的信元也减小了时延。低 误码光纤信道的使用，使得a t m 不必在逐段链路上都进行复杂的差错控制和流 量控制，相应的功能只需在网络边界和端到端执行，从而简化了a t m 信元头的 功能。半导体技术的进步，使得a t m 信元头的处理可以通过硬件来完成，从而 第一章绪言 使得处理速度大大提高。总的来看，以上种种因素大大提高了a t m 信元的传输 和交换速度，使b i s d n 兼有电路交换和分组交换的优点，既能够支持实时业 务，又能够支持非实时业务，既能够支持恒定比特率( c o n s t a n t b i t r a t e ，简称 c b r ) 业务，又能够支持可变比特率( v a r i a b l eb i tr a t e ，简称v b r ) 业务，既 能够支持窄带业务，又能够支持宽带业务。 前一段时间i p 成为了技术热点，许多人希望一切通过i p 来实现，但是因为 i p 自身体系的局限性导致i p 在提供q o s 保证等问题上还存在问题，而这些特性 恰恰是真正的商用用户所需要的基本特性，因此目前i p 还不能作为一种成熟的宽 带网络解决方案。a t m 能通过多协议标记交换( m p l s ) 提供i p 、i p x 等业务。 m p l s 是对a t m 标记交换和i p 动态路由技术的有机结合，既实现了a t m 的面 向连接、简单高速交换、q o s 保证、流量管理等优点，又实现了i p 的简单性、灵 活性和可扩展性等优点。m p l s 采用面向连接的第二层( a t m ) 交换支持无连接 的第三层( i p ) 转发，以实现i pq o s 和流量工程。另外，a t m 能通过a t m f r 互通功能和电路仿真实现与f r 和d d n 互通，同时作为f r 和d d n 的核心网支 持f r 和d d n 扩容与优化，且a t m 网络也能直接提供f r 业务和数字专用电 路。基于a t m 的m p l s 能支持高速路由器组网，且能实现宽带新业务，如实时 多媒体信息检索等。这样，基于a t m 的m p l s 既保护了现有电信网的投资，也 同时保护了现有因特网上传统路由器的投资，又实现了两者的融合并向宽带分组 化网络平滑演进。 a t m 的这些技术优势，使其在现有的网络解决方案中得到了广泛使用。如 目前正在兴起的宽带城域网建设，在各大电信设备制造厂商纷纷提出的解决方案 中，大部分都是基于a t m 的解决方案。随着数字用户环线技术的逐步成熟，在 大部分d s l ( 包括h d s l 、a d s l 、v d s l 等) 接入方案中都把a t m 作为基本的 网络技术来使用。另外采用光纤的多业务a t mv p 环在用户业务需求多样化( 普 通话音业务和f r 、e t h e r n e t 、a t m 数据业务等) 的接入网环境中，作为核心技 术，能与m p l s 、a p o n 、无线l m d s 、a d s l 等无缝配合等，且能保证q o s ， 也将会有很大的应用前景。 总的来说，当前a t m 技术已经进入到一个成熟的阶段，目前正是a t m 技术 应用的高峰时期，尤其是随着人们对信息需求量的增加，网络业务量的不断增 长，对网络的速度提出越来越多的要求。作为目前唯一成熟的宽带广域网络技术 a t m 来说，它将义不容辞担当起承载广域宽带网络业务这个重任来。因此， 我们可以说，不论是在骨干网络上，还是在接入网领域，a t m 都必将得到更加广 泛的应用。 4 a t m 光纤环网管理技术的研究 1 2a t m 网络结构 a t m 网络一般由结点交换机、a t m 用户侧设备、网络结点接口( n e t w o r k n o d ei n t e r f a c e ，简称n n i ) 、及用户网络接口( u s e r n e t w o r ki n t e r f a c e ，简称 u n i ) 组成。图1 1 示出a t m 网络结构的模型。 图1 1a t m 网络基本结构 1 2 1b i s d n 用户网络接口参考配置 在i s d n 中，为了实现用户网络接口的标准化，i t u t 将用户网络接口设备 为若干功能组( f u n c t i o n a lg r o u p ) ，将用以分开功能组的概念性的点称为参考点 ( r e f e r e n c ep o i n t ) 。这就允许在每一参考点处指定接口标准，有效地组织标准化 工作，并且为设备提供者提供了指导。只要保证在这些参考点处接口标准的一致 性，在接口两侧就可以进行技术改进，而不影响相邻的功能组。而且，只要设备 符合有关接口标准，用户就可以从不同的供应者那里为各种功能组自由地采购设 备。 在b i s d n 中，用户网络接口处的参考配置沿用了上述的概念。图1 2 示出 了b i s d nu n i 的参考配置。 其中定义了： 图1 2b i s d nu n i 参考配置 耐孑 嚣日 第章绪言 5 参考点：r 、s b 、t b 功能组：b - t e2 、b t e1 、b n t2 、b _ n tl 、b t a 其中b 表示宽带，t e 为用户终端设备( t e r m i n a le q u i p m e n t ) ，n t 为网络终 端( n e t w o r kt e r m i n a t i o n ) ，t a 为终端适配器。在b t e1 和b - n t2 之间的参考 点为s b 参考点，在b n t2 与b - n t1 间的参考点为t b ，b t e2 t e2 与b t a 间参考点为r 。 t b 参考点在功能上将用户设备和网络经营者的设备分开。i t u t 针对t b 参 考点物理层接口制定了1 4 2 3 建议，在1 4 2 3 建议中，给出了t b 接口的 1 5 5 5 2 0 m b s 、6 2 2 0 8 0 m b s 两种接口速率的规范。在t b 参考点的码流实际上是按 一定格式传输的，i t u t 定义了两种物理层传输格式：一种是基于同步数字系列 ( s y n c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y ，简称s d h ) 的：一种是直接基于信元的。 在i t u t 1 4 1 3 建议中定义的功能组有：b n t l 、b n t 2 、b t e l 、b t e 2 、 t e 2 。 b n t i 的功能基本上等价于o s l 参考模型中第一层的功能，主要包括：线路 传输终结：传输接口处理：第一层运行、管理和维护功能。b n t 2 的功能等价于 o s i 参考模型中第一层以及第二、三层的功能，包括多个用户终端业务复接分接 或集中功能，也可能提供本地交换功能。 i t u t 利用t b 参考点将b n t l 和b - n t 2 分开，实际上是将网络经营者的设 备与用户设备分开，从而将用户环路传输技术与用户分开。这样做的原因在于， 用户环路传输系统是b i s d n 最耗资的部分，继续发展这一领域的技术对提供高 性能、低成本的网络服务很重要，我们希望在用户环路传输系统不断改进的同 时，使用户在设备和软件方面的投资得以保护。通过将b n t 2 和b - n t l 分开， 就可以达到这一目的。 b t e l 是符合b i s d n 接口标准的终端设备。 b t e 2 是不符合b i s d n 接口标准的宽带终端设备，t e 2 是不符合i s d n 接口 标准的窄带终端设备。这两种设备要进入b i s d n ，都必须经过宽带终端适配器 ( b t a ) 的适配处理。 1 2 2b i s d n 的协议参考模型 众所周知，国际标准化组织( i s o ) 制定了一个开放系统互连( o p e n s y s t e m s i n t e r c o n n e c t i o n ，简称o s i ) 的参考模型，试图统一通信协议标准，解决计算机网 络端系统之间的互连互通问题。o s i 的基本思想是将系统的复杂功能划分成若干 相对独立的子功能( 即协议分层) ，每一层执行一个子功能，同时为上一层提供 服务。 在i t u t 的建议1 3 2 1 中，采用了o s i 参考模型中分层的原则，并针对b i s d n 的特点和功能，定义了b i s d n 的协议参考模型。b i s d n 的协议参考模型 如图1 3 所示。 图1 3b i s d n 协议参考模型 在b i s d n 协议参考模型中引入了面( p l a n e ) 的概念。用户面负责用户业务 信息的传递以及与用户业务信息流直接相关的控制功能( 如流量控制、差错控制 等) 。控制面提供呼叫连接控制功能，处理与呼叫和连接的建立、监控及释放等 有关的各种信令。用户面和控制面都是分层的。管理面分面管理和层管理。面管 理实现与整体系统有关的管理功能以及提供各个面之问的协调功能，面管理没有 分层结构。层管理执行各层的运行、管理和维护( o p e r a t i o n 、a d m i n i s t r a t i o n 、 m a i n t e n a n c e ，简称o a m ) 功能。 b i s d n 协议参考模型中，从下到上分别是：物理层、a t m 层、a t m 适配层 ( a t m a d a p t a t i o n l a y e r ，简称a a l ) 和高层。用户面和控制面在高层和a a l 层 是分开的，它们共用相同的a t m 层和物理层。b i s d n 协议参考模型对应的各层 功能如表1 1 所示。 第一章绪言 7 高层功能高层 汇聚c sa a l 分段和重装s a r 一般流量控制 信元标头产生提取 面 信元v p i v c i 转换a t m 层 信元复接和分接 管 信元速率解耦 h e c 序列产生校验物 理 信元定界t c 传输结构适配理 传输结构生成恢复 比特定时p m层 物理媒介 表1 1b i s d n 协议参考模型的分层及其功能 1 3 本文所做的工作 根据当前的a t m 研究和应用的现状，本文着重对整个网络的管理和a t m 设 备的管理进行了研究，分析了在a t m 网络中各种管理之间的关系，比较了a t m 论坛、i t u t 以及i e t f 的有关管理标准各自的特点，最后在阅读相关的建议、规 范和借鉴其他类似a t m 产品的成功经验基础之上，结合国家8 6 3 项目“综合接 入系统”，一方面研究了面向组件的编程思想，实现了相对简单的管理终端软 件，另一方面提出了一种较为实用的、与管理协议无关的设备管理方案，并对该 方案进行了具体的实现，完成了设备管理软件的核心部分。另外对使用s n m p 来 管理a t m 网络也进行了研究，重点解决了a t m 网络中网管工作站与各个网络元 素之间的管理信息传递问题。 8 a t m 光纤环网管理技术的研究 第二章网络管理技术综述 由于对通信网络的服务水平，资源利用率和可靠性，一直存在着很高的要 求，因此网络的维护管理系统是非常重要的，它是确保网络顺利高效运行的主要 支撑部分之一。 2 1 网络管理技术的发展 简单说，网络管理是控制一个复杂的网络使得它具有最高的效率和生产力的 过程。一般说来，网络管理的目的是，使网络能可靠、高效地运行。所谓高效就 是使网络中的各种资源得到更加有效的利用。所谓可靠，就是要保证网络的正常 运行，当网络出现故障时能及时报告和处理，保持网络的良好性能。 网络管理的基本原理可由图2 1 表示。可以看出，网管系统主要由管理者、 代理、管理信息库、网络管理协议和被管对象组成的分布式系统。简单讲，管理 者就是帮助网络管理员监视网络、进行网管操作的程序，它一般运行在高性能主 机或工作站上，提供比较友好的图形界面( g u i ) ，是网管系统的用户接口；代 理是一个程序，运行在被管对象一侧，主要任务是接收管理者的管理指令同时将 被管对象的告警信息报告给管理者。管理信息库提供管理者和代理通信的语言环 境，即管理者和代理交换的内容。网管协议是应用层的网络通信协议，是管理者 和代理之间通信的一组规则。被管对象就是网管系统要管理的网络元素，包括交 换机、路由器、网桥等。 图2 1 网管基本组成 从软件体系结构上分析，网管系统主要分为两个部分：管理者和代理。它们 之间的关系遵循c l i e n t s e r v e r 结构，代理是s e r v e r ，管理者是c l i e n t 。无论是 t l i 、s n m p ，还是c m i 、c o r b a 、都采用m a 结构。 第二章网络管理技术综述 9 网络管理是2 0 世纪8 0 年代早期，随着计算机网络的快速发展而发展起来 的。最初并没有网络管理协议和标准，管理员一般通过t e l n e t 直接访问被管设 备，进行简单的非标准化的管理活动。或者使用互连网控制信息协议i c m p ( i n t e m e t c o n t r o l m e s s a g e p r o t o c o l ，俗称p i n g ) 中的e c h o 和e c h o r e p l y 消息来 收集对网络管理有用的信息。后来，随着网络设备的多样化发展，采用网管协议 和标准已成为共识。 首先介绍一下在北美广泛采用的t l i ( t r a n s a c t i o n l a n g u a g e l ) 协议，t l i 是 b e l l c o r e 开发的基于a s c i i 的网络管理协议，主要用于大型电信设备的管理，所 有管理消息都采用纯a s c i i 文本表示。非常易读，主要特点是简单、研发和使用 都很容易，并且提供管理业务，缺点是不够智能化。 后来，t c p i p 网络快速发展，监督t c p i p 互连网界的网络技术和协议工 作的互连网委员会l a b ( i n t e m e ta c t i v i t i e sb o a r d ) 起草了s n m p ( s i m p l e n e t w o r k m a n a g e m e n tp r o t o c 0 1 ) 管理协议。 s n m p 最初的开发思想是作为c m i p ( c o m m o n m a n a g e m e n t i n f o r m a t i o n p r o t o c 0 1 ) 的短期替代品，但是由于得到了多 数网络设备厂家的支持，已成为计算机网络管理事实上的工业标准。s n m p 相对 于c m l p 来说，特点是简单，应用广泛，但是不能完成复杂的管理任务。 c m i p 是i t u t 制订的网管标准，主要应用在电信网络管理中，特点是全 面、复杂，开发难度大。 分布对象技术( 主要以c o r b a 为标志) 的兴起，给网管技术的发展开辟了 一条新的途径。c o r b a ( c o m m o n o b j e c t r e q u e s t b r o k e r a r c h i t e c h t u r e ) 技术比 s n m p 功能强大，相对c m i p 来说也没有那么复杂，并且特别适合于分布处理， 因此、虽然c o r b a 并不是针对网络管理提出的、却在网管领域得到了普遍的重 视和应用。 从当前情况看，网管是t l i 、s n m p 、c m i p 、c o r b a 四分天下的局面，t l i 虽然已经不符合潮流，但是它的简单性、人机友好性以及提供管理业务的特性， 都使它在电信管理，尤其在北美占有一席之地；s n m p 是事实上的工业标准，也 是应用最广泛的标准，随着s n m p v 3 的推出、s n m p 已经基本解决了安全问题， 最新的密集波分复用网络设备也采用s n m p 网管接口：c m i p 已经在电信领域找 到了用武之地，随着网络应用更加深入，越来越多的关键应用也需要c m i p 提供 全面强大的管理功能支持；c o r b a 的特点是开发简单、灵活，是一种方兴末艾 的技术。 分析一下网络管理的发展历史、其实就是一个从无标准到有标准，从低级协 议到高级协议( t l l ，s n m p ，c m i p ) ，从简单功能到复杂功能，从低级无序到 高级有序的逐步发展过程。 1 0 a t m 光纤环网管理技术的研究 网络技术快速发展，网络应用日见深入，一个新的网络化社会正在形成。现 实已经给网络管理带来了新的机遇，也提出了新的挑战。网络管理技术只有不断 完善、统一管理标准，增强功能，提高性能，增加智能，不断扩展应用领域，才 有可能在未来的信息社会中发挥自己的作用，成为重要的支撑技术之一。 2 2 网络管理的结构模式 国际上的网络管理结构模式可以分为：集中式网络管理( c e n t r a l i z e d n e t w o r k m a n a g e m e n t ) 、分级式网络管理( h i e r a r c h i c a l n e t w o r k m a n a g e m e n t ) 和分布式网 络管理( d i s t r i b u t e d n e t w o r k m a n a g e m e n t ) 三种类型。这三种类型各自有其优缺 点。 2 2 1 集中式网络管理 集中式网络管理系统，可以统管全部网络。全网所有需要管理的数据，均存 储在一个集中的数据库中。这种系统的优点是网络管理系统处于高度集中、易于 全面作出决断的最佳位置，网络升级时仅需要改变网管中心。由于所有数据均接 到统一的中央数据库，所以易于管理、维护和扩容。它的缺点是一旦出现故障， 将导致全网瘫痪：此外网络管理系统的链路承载业务量大，有时将超出负荷能 力。 图2 2 集中式网络管理 2 - 2 2 分级式网络管理 这种网络管理模式，是由一个网络管理系统( n m s ) ，即管理者 ( m a n a g e r ) 作为下一级的几个网络管理系统管理者( m a n a g e r s ) 的总管理者，由 各管理者管理各自所管辖的领域( m a n a g e de n t i t y ) 。这种系统的优点是分散了网 络资源( n e t w o r k r e s o u r c e ) 的负荷，使得各个网络管理可更接近被管单元， 降低了总网络管理系统需收集传送的业务量：该系统比集中式网管系统更可靠。 这种网络管理系统的缺点是比上述集中式系统更为复杂，系统设备价格也相应有 所提高。 h 每s 第二章网络管理技术综述 图2 3 分级式网络管理 2 2 3 分布式网络管理 这是一种与管理系统设备位置无关的网管系统，虽然它与位置无关，但是从 收集网管数据等功能来说，还是可以集中的。分布式网络管理模式的优点是完全 分敖了网络资源( n e t w o r k r e s o u r c e ) 的负荷，网络管理系统的规模大小可按 需要来任意调整，这种网络管理模式具有很高的可靠性。其缺点是系统设备更复 杂一些( 需要有分布应用的架构) 。这是一种崭新、并正在迅速发展及扩大应用 的网络管理技术，尚无标准可循。这类模式已普遍被国际接受，被认为是最有前 途的新模式和高技术。 i 尉络昔理系统月络管理系统 瓷舌醚 造更 i 时络管t l 系统用络管理系统 图2 4 分布式网络管理 支持分布式网络管理模式的框架，一般采用公共对象请求代理结构 ( c o r b a ) 和分布式公共对象模型( d i s t r i b u t e dc o m m o n o b j e c tm o d e l ， d c o m ) 以及分布计算环境分布管理环境( d i s t r i b u t e d c o m p u t i n g e n v i r o n m e n t ，d c e d i s t r i b u t e dm a n a g e m e n te n v i r o n m e n t ，d m e ) 等框架结构。 其中第一种c o r b a 框架已为国际优先推荐采用，并已成为发展热点。 2 2 4 三种模式的对比和管理模式的发展 如前所述，三类模式各有其优缺点，并有其各自的应用范围：第一类适宜用 于规模较小的网络系统；第二类适用于单一业务和网络拓扑结构简单的网络系 统；而第三类适用于多业务信息量大而且能灵活扩容、容易升级，能异构处理的 网络系统显签第三类分布式网络结构模式，覃遁食于未来的通信信宴网蟹事骥 1 2a t m 光纤环网管理技术的研究 采用。由于海量信息、多种信息类型和异构并行信息处理的需求日益增加，这必 将促使未来的网络管理具有灵活升级和易于扩展的功能，而这正是分布式网络管 理模式的优势所在。 2 _ 3 管理的基本功能 国际标准化组织( i s o ) 定义了网络管理的5 个功能域：故障管理( f a u l t m a n a g e m e n t ) 、配置管理( c o n f i g u r m i o nm a n a g e m e n t ) 、安全管理( s e c u r i t y m a n a g e m e n t ) 、性能管理( p e r f o r m a n c em a n a g e m e n t ) 和计费管理( a c c o u n t i n g m a n a g e m e n t ) 。 故障管理指对不正常的电信网运行状况或环境条件进行检测、隔离和校正等 系列功能，诸如：告警监视功能、故障定位功能、故障校正功能、测试功能， 用来检测、定位和排除网络硬件和软件中的故障：配置管理涉及网络的实际物理 安排，主要实施对网元的控制、识别和数据设置，以及为传输网增加或去掉网元 和通路电路；安全管理主要提供授权机制、访问控制、加密及密钥分配机制、 认证机制及安全日志等功能：性能管理主要提供有关通信设备状况、网络或网络 元素效能的报告和评估，其主要作用是收集各种统计数据用于监视或校正网络、 网络元素或设备的状况和效能，并帮助进行规划和分析：计费管理能够度量网络 业务的使用及其费用，主要是收集帐务记录和设立使用业务的计费参数。 2 4s n m p 管理技术 s n m p 有3 个主要组成部分：管理信息结构( s t r u c t u r e o f m a n a g e m e n t i n f o r m a t i o n ，s m i ) 、简单网络管理协议( s n m p ) 和管理信息库( m a n a g e m e n t i n f o r m a t i o nb a s e ，m i b ) 。 2 4 1 管理信息结构( s m i ) 管理信息结构是管理信息库中的对象定义和编码( 以便通过协议传输) 的基 础。s m i 是对公共结构和一般类型的描述，和标识方法一起，在实现中都要用 到。s m i 经常被比作数据库的模式，它用来描述m i b 中的对象。s m i 中最关键的 原则是管理对象的形式化定义。要用抽象语法记法l ( a s n 1 ) 来描述。 管理对象的集合，在每个实现中都是作为特定的m i b 严格定义的，在s m i 的正式说法中称为对象类型。 对象类型有3 个用来描述其特性的最基本属性，这些属性使它们在s n m p 实 现中得到正确使用。这3 个属性可以看作是对象类型的外在表现，在各种实现中 都是必不可少的。s n m p 对象类型的上述3 个可定义属性为：名、语法和编码。 第二章网络管理技术综述 1 3 对象类型名唯一代表一个对象类，是对象的标识手段。它也称为对象标识 符。它是用一串有序整数表示的，该整数串是遍历由所有已知s n m p 对象构成的 全局树得到的。表格中的对象的名比简单变量的名还要长，因为它们还要包含额 外的标号，如表项的索引，并且还要指定表项中的字段。 语法是用抽象语法记法l ( a s n 1 ) 对对象类结构的形式化定义。语法定义 了对应于具体对象的抽象数据结构。每个对象有4 个标准属性是必须定义的，这 样才能正确说明m i b 中的对象：语法类型、访问模式、状态和名值。语法类型必 须在预定义的a s nl 对象语法集合中选择。目前定义了1 2 种语法类型，可以划 分为3 个基本组：简单组、应用组和简单构造组。简单组中包含整数、字符串、 对象标识符和空值。应用组包含i p 地址、网络地址、计数器、时间步进和任意格 式值。简单构造组则只包含清单和表格。访问模式是代理对每个对象的每次操 作的允许程度。目前定义了4 个访问等级：只读、读写、只写和不可访问。对象 的状态定义了被管结点是否要实现该对象。目前定义了3 种状态：必备状态、任 选状态和废弃状态。名值是一段简短文字，按照s n m p 的术语称为对象描述符， 对应于相应的对象标识符。 在某对象类型的实例定义并说明了以后，它们的值就可以在代理和n m s 之 间传送，传送时要用到a s n 1 编码规则对对象类型的语法进行编解码。s n m p 采 用的传输语法记法是基本编码规则( b e r ) 。 s n m p v l 采用的是第一版的管理信息结构，s n m p v 2 采用了第二版的s n m p 的管理信息结构，它是第一版的一个超集，其主要改进是引入了几个新的、扩展 了的、定义更为清楚的a s n 1 宏；同时还增加了m i b 一致性要求和给厂商保留 了自行扩展能力。 2 4 2s n m p 协议 目前，计算机网络中用得最广泛的网络管理协议是简单网络管理协议。 r f c l 0 6 7 第一次用s n m p 定义了信息如何在网络管理系统和代理之间传递，稍后 r f c l 0 9 8 废除了r f c l 0 6 7 ，然后，在r f c i1 5 7 中l a b 接受并通过了r f c l 0 9 8 的 提议，确认s n m p 为一个标准协议。 1 4 a t m 光纤环网瞥珲技术的研究 2 4 2 1s n m p 的协议模型 s n m p 是i n t e m e t 上流行的管理协议，使用u d p ( 用户数据报协议) 作为第 4 层即传送层协议。u d p 使用无连接的服务，因此s n m p 不需要依靠在代理和管 理站之间建立和保持连接来传输消息。规定要在u d p 端口1 6 1 发送和接收s n m p 报文，还要在u d p 端1 2 11 6 2 接收t r a p 。图4 显示的是s n m p 的协议栈模型。 图25s n m p 协议栈模型 2 4 2 2s n m p 协议数据单元 在s n m p v l 中，信息按照s n m p 消息的形式在管理站和代理之间交换，每一 个消息包含一个指明s n m p 版本的版本号，一个用于安全性的团体字符串，以及 5 种协议数据单元( p d u ) 中的一种。这5 种相对简单和有限的几种操作分别 是：( 1 ) g e t r e q u e s t ；( 2 ) g e t n e x t r e q u e s t ：( 3 ) g e t r e s p o n s e ；( 4 ) s e t r v e r s i o n c o m m u n i t y s n m pp d u s n m p 消息 p d u r e q u e s t i d e 1 t o r -e r r o r i n d e x v a r i a b l e - b i n d i n g s lt y p e s t a t u s g e t r e q u e s tp d u ，g e t n e x t r e q u e s tp d u ，s e t r e q u e s tp d u ，g e t r e s p o n s ep d u 注：e r r o r s t a t u s 和e r r o r i n d e x 域只在g e t r e s p o n s ep d u 中有效。 i p d u e n t e r p r ia g e n t a d d r g e n e t i c s p e c i f i c - t i m e v a r i a b l e f l t y p e s et r a p t r a ps t a m p b i n d i n g s 第二章网络管理技术综述 t r a pp d u v a r i a b l e - b i n d i n g s 这里仅描述了s n m p v l 版的p d u ，s n m p v 2 的p d u 类型又增加了 o e t b u l k r e q u e s t 和i n f o r m r e q u e s t 。前者能使管理者高效率地检索大块数据，尤其 是非常适于检索个表中的多个行：而后者能使一个管理者向另一个管理者发送 陷阱类型的消息。因为在我们的实现中虽然用到了s n m p v 2 ，但仅使用了 s n m p v l 中的数据单元，所以不再描述s n m p v 2 版新增的p d u 。 2 4 3管理信息库( m i b ) s n m p 管理框架的管理信息库不是真正的数据库，它只是一个虚拟数据库。 设备的各种实际被管对象通过管理信息库的形式组织在m i b 中，所以m i b 是一 种对设备中各管理对象的组织结构，依靠这种结构，管理者才能通过s n m p 协议 将相关请求发送给管理代理，然后由管理代理将相关的请求转化成对设备中各个 对象的实际操作。下面是我们的系统中a t m 设备的m i b 。 m g m t m i j ： s 图2 6m 1 b 结构 6 a t m 光纤环网管理技术的研究 第三章综合接入系统介绍 传统的窄带接