（计算机应用技术专业论文）sdh设备网管系统的设计与实现.pdf

摘要 网管系统在复杂异构网络中有非常重要的作用。通过网管系统可以对整个网 络的拓扑结构进行管理，监视网络的性能参数，排除网络中的故障，以及对整个 网络进行优化。 在大型网络中，由于网络设备的多样性，网管系统( n m s ) 不可能直接管理 每种设备，每种设备的管理由相应的网元管理系统( e m s ) 完成，e m s 根据统 一的接口与n m s 通信：在中小型的网络中，往往不需要n m s ，但是e m s 又不 具有n m s 的管理功能，通常的方法是针对这种应用再开发一个管理平台，造成 资源的浪费。本文中提出了e m s 级的n m s 的概念，e m s 不仅向上层n m s 提 供管理接口，同时e m s 具有n m s 的管理功能，从而满足不同的应用。由于管 理对象的局限性，仅仅通过s t 州p 或者h t t p 单一协议无法有效完成网络管理 任务，如何结合s n m p 协议和。h t t p 协议共同进行网络管理也是本论文研究的 对象。 论文介绍网管系统的功能、发展及其所使用的技术；介绍s d h 传输技术， 分析f r x 设备的结构特点及其现有的管理系统。研究了大型网管系统的结构， 分析比较s n m pv l ，s n m pv 2 以及s n m pv 3 协议。 根据现有网管系统的框架结构以及管理对象的特点，设计并实现了针对f r x 设备的网管系统的总体框架，基于s n m p 和h r r p 协议完成对设备的管理；整 个系统又可以向上层管理系统提供接口，成为更大系统的管理对象。 论文最后详细阐述了系统的功能模块划分、系统内部外部接口、以及模块 间的通信；通过实例介绍如何综合利用j d b c 、p r o * c 、s o c k e t 等技术实现系统 的通信功能。 关键字：网管系统；e m s ；s n m p ；m i b ，s d h a b s t r a c t t h en e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e m ( n m s ) i sv e r y i m p o r t a n tt o ac o m p l e x n e t w o r ks y s t e m ，a n dt h i sk i n do fn e t w o r ki sc o m p o s e do fd i f f e r e n tk i n d so fd e v i c e s 1 1 1 en m sd e a lw i t h t o p o l o g ym a n a g e m e n t ，p e r f o r m a n c em a n a g e m e n t ，f a u l t m a n a g e m e n t ，t h e r e f o r e ，m a k et h en e t w o r kp e r f o r ms m o o t h l y i nal a r g e s c a l en e t w o r k , i ti si m p o s s i b l et om a n a g ea l ld e v i c e si nt h en e t w o r k m a n a g e m e n ts y s t e m ( n m s ) ，b e c a u s et h e r ea r ed i f f e r e n tk i n d so fd e v i c e si nt h en e t e a c hk i n do fd e v i c ei sm a n a g e db yt h ee n t i t ym a n a g e m e n ts y s t e m ( e m s ) a l le m s c o m m u n i c a t ew i t ht h en m sw i 1as t a n d a r di n t e r f a c e i nas m a l l s c a l en e t w o r k i ti s n o tn e c e s s a r yt oh a v ean m s ，b u tt h ee m sc a n tp r o v i d ef u n c t i o nt om a n a g et h e n e t w o r k t h ec o m m o nm e t h o di st od e v e l o pan e ws y s t e mt om a n a g et h es m a l l s c a l e n e t w o r k ，a n dt h i sw i l lr e s u l ti nw a s t i n g t h ec o n c e p to fn m sa te m sl e v e li s p r o v i d e dh e r e t h es y s t e mi sa ne m sa n di tp r o v i d e si n t e r f a c ef o rh i g hl e v e ln m s ， a n di th a v eg o tt h ef u n c t i o nt om a n a g et h en e t w o r ki t s e l f ，s oi ti san m st o o b e c a u s e t h ed e v i c e h a sm a n yc o n s t r a i n t si nf u n c t i o n ，i ti si n e f f i c i e n tt om a n a g et h es y s t e mo n l y b ys n m po rh t t p t h em e t h o d so fm a n a g i n gt h ed e v i c e sw i t hs n m pa n dh r i p p r o t o c o la r ed i s c u s s e di nt h i st h e s i s t h ef u n c t i o no fn m s t h ed e v e l o p m e n to f n m sa n dt h et e c h n i q u eu s e db yn m s a r ei n t r o d u c e df i r s t t h es d h t e c h n i q u ei ss h o w ni nt h i sp a p e r t h es t r u c t u r eo ff l d e v i c ea n dc u r r e n tm a n a g es y s t e mi sp r o v i d e dt o o n es t r u c t u r eo fal a r g e - s c a l e n e t w o r ki si l l u s t r a t e d ，a n df i n a l l ys n m pv l ，s n m pv 2a n ds n m pv 3i si n t r o d u c e d t 0 0 t h es y s t e ms t r u c t u r ef o rf r xn m si sd e s i g n e da c c o r d i n gt ow e l l - k n o w nn m s s t r u c t u r ea n dt h ec h a r a c t e r i s t i e so ff r xd e v i c e w i t ht h i ss t r u c t u r e u s e rc a r la s s i g n t a s kt os n m pa n dh m m a n a g et h en e t w o r ke f f i c i e n t l y t h es t r u c t u r ew i l lp r o v i d e i n t e r f a c ef o rh i g h e rn m s t h et h e s i si l l u s t r a t et h em o d u l e s ，i n t e r f a c ea n dc o m m u n i c a t i 0 1 1i nt h es t r u c t u r e j d b c ，p r o c + ca n ds o c k e ta r ei n t r o d u c e dt oi m p l e m e n tt h es y s t e m k e yw o r d s ：n m s ；e m s ；s n m p ；m i b ；s d h 西北大学学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻 读学位期间论文工作的知识产权单位属于西北大学。学校有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被 查阅和借阅。学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学 位论文。同时，本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文 章一律注明作者单位为西北大学。 保密论文待解密后 学位论文作者签名指导教师签 埘年占月占日z 彳军月夕日 西北大学学位论文独创性声明 本人声明；所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，本论文不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得西北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作了明确的 说明并表示谢意。 学位论文作者签名 7 棚r 年 第一章绪论 计算机网络的规模不断扩大，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，集成了多种网络系统平台，并且包括了不同 厂家、公司的网络设备和通信设备等。同时，网络中还有许多网络软件提供各种 服务。随着用户对网络性能要求的提高，如果没有一个高效的管理系统对网络系 统进行管理，那么就很难保证向用户提供令人满意的服务。网络管理已经是保证 计算机网络，特别是大型计算机网络正常运行的关键因素。有一个合适的网管系 统软件来监控管理网络，就可实时查看全网的状态，检测网络性能可能出现的瓶 颈，并进行自动处理或告警显示，以保证网络高效、可靠地运转。网络管理软件 已成为网络必不可少的一部分，这是网络管理软件需求的直接动力。 1 1 网管系统概述 1 1 1 网管系统的发展 随着大规模互连网络的建设及应用的迅猛发展，新技术、新设备的广泛应用 使网络变成一个多厂商混合网络，网络的类型、服务的种类和设备的来源更加复 杂化。在这种环境下，资源分布程度和共享程度大大提高，任何微小的故障都可 能导致用户应用的失败。如何及早发现并排除潜在的故障隐患，有效地管理好网 络，是网络设备和网络服务提供者共同关心的问题。事实证明，管理好一个网络 与网络的建设同等重要。研究表明，一个普通的局域网络在一年平均出现重大的 故障2 0 次，由此而来产生的服务失效时间长达1 6 小时。对于像t & t 这样的营运 公共通信网络的企业来说，4 小时的网络失效就可能带来几千万甚至上亿美元的 损失。网络管理系统就可以给网络管理员提供良好的信息来源，减少网络故障， 缩短网络失效时间，最大限度的提高商业利润。人们迫切需要功能完善、安全可 靠、使用方便灵活的网络管理工具来加强网络管理的能力，提高网络的使用效率。 网络管理主要是关于规划，监督，设计，和控制网络资源的使用和网络的各 种活动。网络管理的基本目标是将所有的管理子系统集成在一起，向网络管理员 提供单一的控制方式。 网络管理的历史非常悠久，可以说伴随着世界上第一个计算机网络 一a p p a n e t 的诞生，就有了网络管理。但是，由于早期的网络规模小、复杂度不 高，管理较为简单，所以一直未引起人们的重视。而且早期的网络管理系统是由 厂商在自己的产品中开发的专用系统，很难对其他厂商的通信产品、网络系统进 行管理，不适应异构网络的发展。8 0 年代初期i n t e r n e t 的出现和快速发展，使 得网络管理引起了各大厂商和研究人员的重视，得到了飞速的发展。 现在的网络管理系统无论是在被管的设备上、功能上、软件的使用上，都比 原先有了很大的发展。如最初的s n m p 框架是用来设计管理诸如路由器、网桥等 基于t c p i p 协议簇的网络设备，现在已用于管理几乎所有的网络设备，只要在 它的系统中支持代理进程( a g e n t ) 的处理，如p d a 、大型计算机，甚至微波炉、 洗衣机等家用电器。现在的网络管理系统已由原来的字符方式发展成现在的图形 界面方式，支持网络故障诊断、拓扑结构识别等功能。甚至在有的网络管理系统 中已引用了人工智能引擎，面向对象方法等最新技术。 网络管理系统的发展使得它的界面更加简单灵活，功能更加强大。网络管理 的概念也将变得更加广泛。 1 1 2 网管系统的功能 虽然目前市面上的很多软件都称做网管软件，其功能也各不相同，但是作为 一个完整的网络管理系统，必须具有以下功能。 1 拓扑管理 用于构造并管理整个通信网络的拓扑结构，系统通过自动上载网络设备的拓 扑数据形成与实际网络拓扑结构相同的网络拓扑视图。用户可通过浏览网络拓 扑视图来实时了解整个网络的运行情况。 2 故障管理 对全网设备的告警信息和运行信息进行实时监控，查询和统计设备的告警信 息。主要功能包括：支持告警相关性分析；能按照用户设置的条件对告警信息进 行统计和查询：提供告警拓扑定位；支持告警t r a p 规则定义等。 3 性能管理 2 提供对设备实时性能数据的查看功能，使用户了解当前网络运行的基本情况 和性能状态，从而预防网络事故的发生，预测网络运行状态，帮助用户对网络的 管理运营进行合理的规划。 4 安全日志管理 安全管理功能主要有以下几个方面：操作日志管理，用户管理，设备集管理， 操作集管理，权限管理，用户登录管理。 5 设备面板管理 根据连接的设备类型的不同，能够逼真地显示设备的前后面板，并根据当前 端口状态，使用不同颜色显示端口。 还提供对设备端口和设备各类协议的直观配置。 6 系统管理 系统管理是对n m s 网管软件自身进行运维管理，在系统独立运行时，实现 完整的权限分配和安全控制等方面的需要。 7 设备日志和告警管理 在系统独立运行时，设备日志管理完成接收设备发送到网管的系统日志报 文，直接保存到文件中；设备告警管理完成接收设备发送到网管的告警报文，将 该t r a p 进行解析并保存到文件中。 8 图形化的定制安装 支持多平台安装功能：w i n d o w s2 0 0 0 、w i n d o w sn t4 0 、s o l a r i s 支持模块 化安装功能：各个组件分别由不同的安装光盘提供，用户可根据自己的功能需求 选择安装相应的组件： 9 灵活的帮助系统 系统提供统一入口的菜单提示用户进行帮助信息的学习和求助； 用户在使用操作n m s 的过程中，可以通过按钮或热键的形式获取当前操作 环境下的帮助信息； 1 1 3 网管技术发展 随着网络管理需求的不断增加，越来越多的网络管理技术被开发和使用。 1 p o r t a l 技术 p o r t a l 是一个基于浏览器的、建立和开发企业信息门户的软件环境，具有 很强的可扩展性、兼容性和综合性。它提供了对分布式软件服务和信息资源的安 全、可管理的框架。便于使用的p o r t a l 界面为每个用户提供了他所需要的信息 和w e b 内容，同时也保证了每个用户只能访问他所能访问的信息资源和应用逻 辑。 2 r m o n 技术 网络管理技术的一个新的趋势是使用r m o n ( 远程网络监控) 。r m o n 的目标是 为了扩展s n m p 的m i b i i ( 管理信息库) ，使s n m p 更为有效、更为积极主动地 监控远程设备。 3 基于w e b 的网络管理技术 由于w e b 有独立的平台，且易于控制和使用，因而常被用来实现可视化的显 不 4 x m l 技术 采用x m l 技术，系统提供了标准的信息源，可以与企业内部的其它专业系统 或外部系统进行数据交互。 5 c o r b a 技术 c o r b a 是o m g ( o b j e c tm a n a g e m e n tg r o u p ) 为解决不同软硬件产品之间互操作 而提出的一种解决方案。简单地说，c o r b a 是一个面向对象的分布式计算平台， 它允许不同的程序之间可以透明地进行互操作，而不用关心对方位于何地、由谁 来设计、运行于何种软硬件平台以及用何种语言实现等，从而使不同的网络管理 模式能够结合在一起。 1 1 4 网管系统功能的发展趋势 1 系统平台化 网管综合化一直是用户追求的目标。系统平台化因其适配灵活、构筑方便且 4 扩展性好，慢慢成为系统的发展方向。 2 管理更集中 网管系统从开始就是体现了集中的思想。首先是集中维护，然后有了集中监 控、集中管理。 3 处理更分布 与建设规模更集中相反，系统的处理方式将更分布。一方面由于更大规模的 集中导致系统处理负荷急剧增加，从负载平衡和健壮性的角度考虑，分布式的处 理都是最佳的解决办法。另一方面合理的分布方式，有效地提供了系统的扩展能 力，也为大规模集中提供解决途径。 4 与资源结合紧密 网管( n m s ) 和资源管理( r m s ) 是0 s s 的重要组成部分。资源管理偏重于资源数 据的静态管理和调度，而网管系统从某种程度上也可以认为是资源管理的一种监 测、控制和实旄工具。网管系统只有与被管网络的资源数据有机结合在一起，才 能够真正做到动态、智能化的管理和维护。 5 更多面向业务 电信行业的市场化直接影响到了网管的发展变化，这种影响是方向性的。随 着业务类型的不断翻新，对于工单的处理能力要求必然日益提高，网管系统必然 在体系上要保证对工单的控制、管理和实施。同时，对于设备和网络的控制将越 来越多地与工作流和预案管理相结合，网管的智能化程度将得到更大的提升，网 管的业务快速实施能力必然得到极大的加强。 网管软件的平台化、管理集中化、更多面向业务等是目前及以后网管技术的 一种趋势，各网络管理系统提供商开发和应用的重点也正随之做出调整。对于网 络系统，网管将开始扮演越来越重要的角色。 1 2s d h 传输技术 1 2 1s d h 传输网的基本构成 s d h 传输网是由一些s d h 网络单元组成的，在光纤、微波或卫星上进行同步 信息传送，融复接、传输、交换功能于一体，有统一网络管理操作的综合信息网。 可实现网络有效管理、动态网络维护、对业务性能监视等功能，能有效地提高网 络资源的利用率。 s d h 有全世界统一的网络节点( n n i ) ，从而简化了信号的互通以及信号的传 送、复用、交叉连接和交换过程。它有一套标准化的信息结构等级，称为同步传 送模块( s y n c h r o n o u st r a n s p o r tm o d u l e ，s t m n ) 。当n = l 、4 、1 6 时，其最基本 的模块为s t m l 、s t m 一4 和s t m 一1 6 ，并具有一种块状帧结构，允许安排丰富的开 销比特( 即在网络节点接1 2 1 比特流中扣除净负荷后的剩余部分) 用于网络的运行、 管理和维护( o a m ) 。它的基本网络单元有同步光纤线路系统或s d h 微波传送系统、 同步复用器( s m ) 、分插复用器( a d m ) 和同步数字交叉连接设备( s d x c ) 等等。 s d h 传送网最重要的两个网络单元是终端复用器和分插复用器。以s t m 一1 为 例，终端复用器的主要任务是将低速支路信号和1 5 5 m b s 电信号纳入s t m - 1 帧结 构，再经c m i ( 符号反转码) 变换后进入微波传送系统，其逆程正好相反。分插复 用器将同步复用与数字交叉连接功能综合于一体，具有灵活的分插任意支路信号 能力，在网络设计上有很大的灵活性。由这两种基本网络单元组成的典型网络应 用有多种形式，如点到点应用、线型应用、构成枢纽网、构成环型网、构成双环 型网和网孔型应用等。 1 2 2s d h 技术的传输原理 s d h 用来承载信息的是一种块状帧结构，块状帧由纵向9 行和横向2 7 0 n 列字节组成，每个字节含8b 。整个帧结构由段开销区、净负荷区和管理单元指 针区三部分组成。其中段开销区主要用于网络的运行、管理、维护及指配，以保 证信息能够正常灵活地传送，管理单元指针用来指示净负荷区域内的信息首字节 在s t m - n 帧内的准确位置，以便接收时能正确分离净负荷。净负荷区域用来存放 用于信息业务的比特和少量的用于通道维护管理的通道开销字节。 s d h 的帧传输时，按由左向右、由小到大的顺序排成串型码流依次进行。每 帧传输时间为1 2 5s ，每秒传输1 1 2 5 1 0 6 = 8 0 0 0 帧。对s t m i 而言，每帧能传 输的比特数为8 ( 2 7 0 9 1 ) = 1 9 4 4 0 b ，s t m 一1 的传输速率为1 9 4 4 0 8 0 0 0 = 1 5 5 5 2 m b s ，而s t m 一4 为6 2 2 0 8 0 m b s 、s t m - 1 6 为2 4 8 8 3 2 0 m b s 。 6 各种业务信号进入s d h 的帧结构都要经过三个步骤，即映射、定位和复用。 映射就是将各种进来的速率不等的信号先经过码速调整，再装入相应的标准容器 c 中，同时加入通道开销p o h 形成虚容器v c 。定位就是将帧相位发生偏差( 称帧 偏移) 的信息收进支路单元或管理单元，它通过支路单元指针或管理单元指针的 功能来实现。复用就是将多个低阶通道层信号通过码速调整进入高阶通道，或将 多个高阶通道层信号通过码速调整进入复用层的过程。以1 3 9 2 6 4 m b s 信号到 s t m - 1 的形成为例来说明这三个步骤：1 3 9 2 6 4 m b s 信号首先进入标准容器，速 率调整后输出1 4 9 7 6 j b s 数字信号，进入虚拟容器；加入通道开销5 7 6 k b s 后 输出1 5 0 3 3 6 m b s 的信号；在管理单元内加入管理单元指针5 7 6 k b s ，输出 1 5 0 3 3 6 m b s 的信号，因n = i ，故由一个单元组加人段开销4 6 0 8 m b s 后，输出 1 5 5 5 2 0 m b s 的s t m - 1 信号。 1 2 3s d i i 网络的特点 1 使1 5 m b s 和2 m b s 两大数字体系在s t m - 1 等级上获得统一。数字信号 在跨越国界通信时，不再需要转换成为另一种标准，第一次真正实现了数字传输 体制上的世界性标准。 2 采用同步复用方式和灵活的复用映射结构。各种不同等级的码流在帧结 构净负荷内的排列是有规律的，而净负荷与网络是同步的，因而只需利用软件即 可使高速信号一次直接分插出低速支路信号，即所谓的一步复用特征。这样既不 影响别的支路信号，又避免了需要对全部高速复用信号进行分用的做法，省去了 全套背靠背复用设备，使网络结构得以简化，上下业务十分容易，也使d x c 的实 现大大简化。利用同步分插能力还可以实现自愈环型网，改进网络的可靠性和安 全性。此外，背靠背接口的减少还可以改善网络的业务透明性，便于端到端的业 务管理，使网络易于容纳和加速各种新的业务的引入。 3 s d h 帧结构中安排了丰富的开销比特，因而使得网络的o a m 能力大大加 强。此外，由于s d h 中的d x c 和a d m 等一类网元是智能化的，通过嵌入的控制通 路可以使部分网络管理能力分配到网元，实现分布式管理，使新特性和新功能的 开发变得比较容易。 4 由于将标准光接口综合进各种不同的网元，减少了将传输和复用分开的 需要，从而简化了硬件，缓解了布线拥挤。此外，有了标准光接口和通信协议后， 使光接口成为开放型接口，还可以在基本光缆段上实现横向兼容，满足多厂家环 境要求，降低了联网成本。 5 由于用一个光接口代替了大量电接口，因而s d h 网所传输的业务信息可 以不必经由常规同步系统所具有的一些中间背靠背电接口，直接经光接口通过中 间节点，省去了大量的相关电路单元和跳线光缆，使网络的可用性和误码性能都 获得改善。而且，由于电接口数量锐减导致运行操作任务的简化以及设备种类和 数量的减少，使运营成本减少2 0 、3 0 。 6 s d h 网与现有网络能完全兼容，即可以兼容现有准同步数字体系的各种 速率。同时，s d h 网还能容纳各种新的业务信号，使之具有完全的向后兼容性和 向前兼容性。 1 2 4f i l x 设备介绍 富士通的f r x 系列数字微波设备是一种大容量( 1 5 5m b i t ss t m 一1 ) 的数字 微波系统，目前主要用于支线数据传输。 f r x 系列数字微波无线系统可用于不同类型的s d h 网络。如环形、线形和分 集形的传输媒体；并适合于各种类型的传播条件，如水网区，山区，城区和城市 间。目前我国的一些大型工程采用了这种型号的系统，如三峡工程的传输干线就 采用了富士通f r x 设备。 图1 i 网络干线传输 如图所示，城域网a 中数据通过光纤传输到f r xa 设备，通过信号转换，数 据通过微波发送；微波信号被f r xb 设备接收，传送到城域网b 。 f r x 设备由以下部分组成： 1 b r u ( b r a n c h i n gn e t w o r ku n i t ) 支网单元。用于配置管理频率波段，系 统操作模式，以及微波通道等参数。 2 m s t u ( m a i ns i g n a lt r a n s m is s i o nu n i t ) 主信号传输单元。微波信号的处 理、转发部分。 3 s c s u ( s u p e r v i s o r y ，c o n t r o la n ds v e i t c h i n gu n i t ) 管理、控制以及倒 换单元。设备的嵌入式w e b 服务器位于此单元，用户完成单个设备的配置、维护、 以及性能检测。同时，此单元接入设备各个模块的传感器，用户对系统的工作温 度等参数进行监视。 4 b b i u ( b a s e b a n di n t e r f a c eu n i t ) 基带接口单元。f r x 设备的下行设备 可以是光纤接口或者是p d h 接口，通过此单元控制和配置这两种接口。 图1 2 系统组成部分 1 3 f r x 设备现有网管系统 富士通公司没有专门为f r x 设备开发网管系统，设备的配置管理是通过s v 模块进行的，s v 模块是设备与用户的交互接口，用户可以通过t c p i p 以及r s 2 3 2 对设备进行配置，监测。 基于t c p 上的协议包括s n m p 和h t t p ，f r x 设备配置以及运行参数的读 取可以通过s n m p 协议，但是不能通过s n m p 协议设置设备参数。h t t p 服务 是通过s v 中的一种称为w e b - l t 的嵌入式子模块实现的，通过h t t p 协议，用 户应用程序既可以读取设备参数，同时也可以设置系统参数。s n m p 实现的功能 只是h t t p 实现功能的一个子集。 s v 与设备其他模块的关系如下： o w 删v d x 2 o w “w 竹1 2 图1 3s v 与其它模块的管理关系 1 0 通过s v 用户应用程序可以对设备各个模块的状态进行监视，同时配置系统 的参数。 在实际的s d h 网络中，各个s d h 设备之间通过微波进行点对点通讯，在 1 5 5 m 的带宽中，有2 m 的带宽是专门用于系统管理信息传输的，所以用户应用 程序通过一个s d h 设备就可以监控网络中所有设备的状态。 在实际应用中，s v 提供的这种管理界面不能满足网管系统的要求： 1 只能针对一个设备进行管理，不能对这个网络进行管理、配置。 2 。w e b - l t 提供的h t t p 协议是一种典型的p u l l 操作模式，即系统的告 警等信息必须通过客户程序下拉，而不能实现象s n m p 中的t r a p 一样的实时 告警功能。 3 缺乏与大型网管系统的接口。 w e b l t 提供单个设备的控制接口；s v 上提供的s n m p 协议只实现了设备 信息的读取以及告警t r a p 功能。综合利用h t t p 协议和s n m p 协议，实现对 设备的完全控制，同时为更大网管系统提供接口是本论文的核心工作。 s d h 微波设备在山区、水域等特殊场合有很好的应用前景，开发一种能够 从管理、控制整个s d h 中继网络的网管系统，具有很高的实际应用价值。 1 4 论文工作 实现一种主要针对s d h 设备，同时可以兼容其他设备的网管系统是本文的 主要任务。因为系统主要针对一种设备，所以是一个e m s ( 网元管理系统) ，同时 系统又具有n m s 的所有功能，实现的这种介于n m s 和e m s 之间的系统我们称 之为e m s 级的n m s 。 论文第一章介绍网管系统的功能、发展及其所使用的技术；介绍s d h 传输 技术，分析f r x 设备的结构特点及其现有的管理系统。 论文第二章研究大型网管系统的结构，分析比较s n m pv 1 ，s n m pv 2 以及 s n m p v 3 协议。 论文第三章根据现有网管系统的框架结构以及f r x 设备的特点，论文提出 了系统的总体设计框架，通过此框架，用户可以动态分配s n m p 和h t t p 协议 的工作任务，共同完成对设备的管理；整个系统又可以向上层管理系统提供接口， 成为更大系统的管理对象。 论文第四章详细阐述了系统的功能模块划分、系统内部外部接口、以及模 块间的通信；通过实例介绍如何综合利用j d b c 、p r o * c 、s o c k e t 等技术实现系 统的通信功能。 1 2 第二章网管系统结构分析及s n m p 协议 2 - 1 网管系统的要素 一个典型的网络管理系统包括四个要素：管理员、管理代理、管理信息数据 库、代理服务设备。一般说来，前三个要素是必需的，第四个只是可选项。 1 管理员( m a n a g e r ) 网络管理软件的重要功能之一，就是协助网络管理员完成管理整个网络的工 作。网络管理软件要求管理代理定期收集重要的设备信息，收集到的信息将用于 确定独立的网络设备、部分网络、或整个网络运行的状态是否正常。管理员应该 定期查询管理代理收集到的有关主机运转状态、配置及性能等的信息。 2 管理代理( a g e n t ) 网络管理代理是驻留在网络设备中的软件模块，这里的设备可以是u n i x 工 作站、网络打印机，也可以是其它的网络设备。管理代理软件可以获得本地设备 的运转状态、设备特性、系统配置等相关信息。管理代理软件就象是每个被管理 设备的信息经纪人，它们完成网络管理员布置的采集信息的任务。管理代理软件 所起的作用是，充当管理系统与管理代理软件驻留设备之间的中介，通过控制设 备的管理信息数据库( m i b ) 中的信息来管理该设备。管理代理软件可以把网络 管理员发出的命令按照标准的网络格式进行转化，收集所需的信息，之后返回正 确的响应。在某些情况下，管理员也可以通过设置某个m i b 对象来命令系统进行 某种操作。 路由器、交换器、集线器等许多网络设备的管理代理软件一般是由原网络设 备制造商提供的，它可以作为底层系统的一部分、也可以作为可选的升级模块。 设备厂商决定他们的管理代理软件可以控制哪些m i b 对象，哪些对象可以反映管 理代理软件开发者感兴趣的问题。 3 管理信息数据库( m i b ) 管理信息数据库( m i b ) 定义了一种数据对象，它可以被网络管理系统控制。 m i b 是一个信息存储库，这里包括了数千个数据对象，网络管理员可以通过直接 控制这些数据对象去控制、配置或监控网络设备。网络管理系统可以通过网络管 理代理软件来控制m i b 数据对象。不管到底有多少个m i b 数据对象，管理代理都 需要维持它们的致性，这也是管理代理软件的任务之一。现在已经定义的有几 种通用的标准管理信息数据库，这些数据库中包括了必须在网络设备中支持的特 殊对象，所以这几种m i b 可以支持简单网络管理协议( s n m p ) 。使用最广泛、最 通用的m i b 是m i b i i 。为了利用不同的网络组件和技术，又开发了一些其它种 类的m i b ，它们在r f c ( r e q u e s tf o rc o m m e n t s ) 中有所记录。 4 代理设备( p r o x y ) 代理设备在标准网络管理员软件和不直接支持该标准协议的系统之间起桥 梁作用。利用代理设备，不需要升级整个网络就可以实现从旧协议到新版本的过 渡。 对于网络管理系统来说，重要的是管理员和代理之间所使用的协议，如s n m p ， 和它们共同遵循的m i b 库。 2 2 网管系统结构 对于个较大的设备网络，仅仅一个e m s 无法负载太多的管理功能，且集中 网管是一种要求，所以产生n m s e m s 两级网管结构。图2 1 中：一个e m s 只管理 紧密相关的一组设备，可以单独构成一个小的区域；但对个大网来说，会包含 若干个区域，需要若干个e m s ，这些e m s 受n m s 管理，成为集中网管。 现在s n m p 网管常见体系结构是两级网管体系如下图所示： 1 4 图2 1 两级s n m p 网管体系 n m s 系统与被管设备之间为标准的s n m p v l 协议，被管设备需提供符合协议 的m i b 。 n m s 系统主要由人机交互终端、主机系统( 含s n y l p 服务、数据库服务、应 用程序) 、可读写的光盘驱动器( 可选) 、热插拔磁盘阵y o ( r a i d ) ( 可选) 、网络接入 设备、以及一些其他的外设组成。如图2 2 所示，其中告警呼出终端为可选设备， 它主要用于在操作维护人员不在现场的情况下，如：在夜间，系统或被监视的网 元设备发生了比较严重的故障时，自动向有关的人员发出报警信息。 人机交互终端以i a v a 独立应用程序方式通过局域网i n t r a n e t 或公网i n t e m e t 与主机系统相连接。其主要功能是在系统和操作维护人员之间提供一个人机交互 的界面。人机交互终端可以在任何安装了n m sc l i e n t 应用程序的计算机平台上 运行。 图2 2n m s 系统组成及网络运行环境 2 3 软件系统结构 n m s 分为n m s 服务器( 简称n m s - s ) 和n m s 客户端( 简称n m s c 或n m s6 u i ) 两 部分。n m s 的系统结构如下图： 图2 3n m s 系统结构 n m s s e r v e r 与n m s _ c 1 i e n t 通过s o c k e t 进行通讯，n m s s e r v e r 与设备、其 它n m s 之间通过s n m p 协议进行通讯。 2 4s n m p 简单网络管理协议 简单网络管理协议( s n m p ) 是t c p i p 协议簇的一个应用层协议。在1 9 8 8 年被制定，并被i n t e r n e t 体系结构委员会( i a b ) 采纳作为一个短期的网 络管理解决方案；由于s n m p 的简单性，在i n t e r n e t 时代得到了蓬勃的发 展，1 9 9 2 年发布了s n m p v 2 版本，以增强s n m p v l 的安全性和功能。现在， 已经有了s n m p v 3 版本。 简单网络管理协议( s n m p ) 将管理问题分为两个部分，并为每个部分 定义了标准。第一部分是有关信息通信。协议定义管理系统主机上的客户 软件如何与代理通信。协议定义客户机与服务器交换消息的格式和含义以 及名字与地址的形式。第二部分有关被管理的数据。协议定义网络设备必 须保存的数据项和每个数据项的名字以及用于表示名字的语法。 图2 4s n m p 体系结构 s n m p 体系结构如上图所示，s n m p 协议是运行在u d p ( 用户数据报协议) 之上的应用层协议。s n m p 系统一部分由a g e n t ( 分布式代理) 软件组成， 它运行在服务器、路由器等被管理的对象上。每一个a g e n t 都有一个m i r ( m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o nb a s e 管理对象信息库) 及一些与具体设备有 关的变量。s n m p 系统的另一关键部分是网络管理站( n m sn e t w o r k m a n a g e m e n ts t a t i o n ) ，它具有全部被管对象的主数据库。 s n m p 协议定义了以下相关数据采集操作： 1 g e t - r e q u e s t ：n m s 从a g e n t 获取m i b 变量。 2 g e t - n e x t r e q u e s t ：n m s 从a g e n t 获取某一m i b 变量的下一个变量值。 3 g e t r e s p o n s e ：a g e n t 返回m i b 变量。 4 s e t r e q u e s t ：n m s 设置a g e n t 的某一m i b 变量值。 5 t r a p ：a g e n t 在某一事件发生时向n m s 发送消息。 2 4 1 管理信息库m i b m i b 是一个存放被管网络设备控制和状态信息的数据库，它定义了主机或网 络设备必须保存的数据项和允许对每个数据项进行的操作。 用于t c p i p 的m i b 将管理信息划分为八类，如图2 5 所示。 b 类别包含的相关信息 s y s t e m 主机或路由器的操作系统 i n t e r f a c e s 各个网络接口 a d d r t r a n s 地址转换( 例如，a r p 映射) i p i n t e m e t 协议软件 i c m p i n t e m e t 控制报文协议软件 t c p 传输控制协议软件 u d p 用户数据报软件 e g p 外部网关协议软件 图2 5m i b 中信息的分类 m i b 变量使用的名字取自i s o 和i t u 管理的对象标识符( o b j e c ti d e n t i f i e r ) 名字空间。它是一种分级树的结构。如图2 6 ，第一级有三个节点：c c i t t 、i s o 、 i s o - c c i t t 。低级的对象i d 分别由相关组织分配。一个特定对象的标识符可通过 由根到该对象的路径获得。 m i b 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2 6 画的是管理信息库的一部分，它又称为对象命名( o b j e c t n a m i n gt r e e ) 。 图2 6 管理信息库的对象命名示例 1 9 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 ( 图中带阴影的虚线方框) ，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 一2 ，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。 2 4 2s n m p 的协议数据单元 s n m p 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。 i g e t - r e q u e s t 操作：从代理进程处提取一个或多个参数值 2 g e t n e x t - r e q u e s t 操作：从代理进程处提取紧跟当前参数值的下一个参数值 3 s e t r e q u e s t 操作：设置代理进程的一个或多个参数值 4 g e t r e s p o n s e 操作：返回的一个或多个参数值。这个操作是由代理进程发 出的，它是前面三种操作的响应操作。 5 t r a p 操作：代理进程主动发出的报文，通知管理进程有某些事情发生。 前面的3 种操作是由管理进程向代理进程发出的，后面的2 个操作是代理进 程发给管理进程的，为了简化起见，前面3 个操作今后叫做g e t 、g e t n e x t 和 s e t 操作。图2 7 描述了s n m p 的这5 种报文操作。在代理进程端是用熟知端口 1 6 1 来接收g e t 或s e t 报文，而在管理进程端是用熟知端口1 6 2 来接收t r a p 报 文。 2 0 snmp管理程序snmp代理程序 酎r e q u t 雕_ r c s p o n s e u d p 端口