（计算机应用技术专业论文）基于mobile+agent的网络性能监测系统的研究.pdf

华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 随着现代网络规模的不断扩大，复杂性和异构性的日益突出，传统的集 中式管理模式已无法适应网络管理的需要。m o b i l ea g e n t 技术的出现，为网 络管理的发展提供了新的思路。本文将m o b i l ea g e n t 应用于网络性能数据的 采集中，并结合层次式管理模式和w b m 的优势，提出了一种高效、灵活的分 布式网络性能监测系统模型。在此基础上，重点对该模型中的m a 、系统接口、 基于w e b 的管理方案以及性能信息库进行了设计，并在a d v e n t n e ts n m pa p i 和i b ma g l e t 的支持下，完成了对系统主要功能的实现。最后，通过将基于 s n m p 和基于m a 的系统性能进行理论和实验的分析和比较，评价了m a 技术的 应用可行性，验证了基于m a 的系统在流量和响应时间上的优势。 关键词：网络性能监测，m o b i l ea g e n t ，w b m a b s t r a c t w i t ht h ee v e r - i n c r e a s i n gs c a l e ，c o m p l e x i t ya n dh e t e r o g e n e i t yo fm o d e mn e t w o r k ， t h et r a d i t i o n a lc e n t r a l i z e dm a n a g e m e n tp a r e mh a sb e e nu n a b l et om e e tt h en e e do f n e t w o r km a n a g e m e n t t h ea p p e a r a n c eo f m o b i l ea g e n tt e c h n o l o g yp r o v i d e san e ww a y f o rd e v e l o p m e n to fn e t w o r km a n a g e m e n t i nt h i sp a p e lam o d e lo fh i g h l ye f f e c t i v e a n dn i m b l ed i s t r i b u t e dn e t w o r kp e r f o r m a n c em o n i t o r i n gs y s t e mi sp r o p o s e d ，i nw h i c h m o b i l ea g e n ti sa p p l i e dt og a t h e rt h en e t w o r kp e r f o r m a n c ed a t aa n dt h es u p e r i o r i t i e so f h i e r a r c h i c a lm a n a g e m e n tp a t t e ma n dw e b b a s e dm a n a g e m e n ta r ei n c l u d e d t h e no n t h eb a s i so ft h em o d e l ，w em a i n l yd e s i g nt h em o b i l ea g e n t ，s y s t e mi n t e r f a c e ，t h e s c h e m eo fw e b b a s e dm a n a g e m e n ta sw e l la st h ep e r f o r m a n c ei n f o r m a t i o nd a t a b a s e ， a n da c c o m p l i s ht h em a i nf u n c t i o n so fs y s t e mu n d e rt h es u p p o r to fa d v e n t n e ts n m p a p ia n di b ma g l e t f i n a l l y , t h r o u g ht h et h e o r e t i c a la n de x p e r i m e n t a la n a l y s i sa n d c o m p a r i s o no nt h ep e r f o r m a n c eo fs y s t e mb a s e do ns n m pa n ds y s t e mb a s e do n m o b i l ea g e n t ，t h ea p p l i c a t i o nf e a s i b i l i t yo fm o b i l ea g e n tt e c h n o l o g yi sa p p r a i s e d ，a n d t h es u p e r i o r i t yo fs y s t e mb a s e do nm o b i l ea g e n ti n t r a f f i ca n dr e s p o n s et i m ei s c o n i l r m e d h a nx i u ju a n ( c o m p u t e ra p p l i e dt e c h n o l o g y ) d i r e c t e db yp r o f w a n gz h e n q i k e yw o r d s ：n e t w o r kp e r f o r m a n c em o n i t o r i n g ，m o b i l ea g e n t ，w e b - b a s e d m a n a g e m e n t i 声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于m o b i l ea g e n t 的网络性能 监钡0 系统的研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行 的研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电 力大学或其他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了谢意。 学位论文作者签名： 墼查竭 日期：= 兰生：坚：! ! 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩 印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅： 学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方 式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：j 整盎立耻 日期：! 堂：! ! ：! ! 导师签名：里垫垫 日期：型竺! 竺：主! 华北电力大学硕士学位论文 1 1 选题目的及意义 第一章引言 随着计算机技术与通信技术的发展，计算机网络系统的组织方式发生了深刻的 变化，从早期的主从式结构的联机系统，发展到以分层设计思想为基础的各种计算 机网络体系结构。计算机网络的飞速发展和各种应用的开发，使得计算机网络本身 已经成为了信息社会最重要的基础设施之一，渗透到了社会生产和生活的各个领 域，广泛应用于商业、教育、军事、科研、政府部门等各个方面。 计算机网络管理是伴随着计算机网络的产生而出现的。随着计算机网络技术的 成熟和规模的不断扩大，众多不同的网络操作系统、不同厂家的网络通信设备、多 种多样的网络服务软件等同时存在于网络上，使得计算机网络的复杂性持续增加， 网络的异构性日趋提高。与此同时，越来越多的应用需要由网络来提供支持，用户 对计算机网络资源的可用性和网络性能的可靠性要求也越来越高。如果没有一个高 效的网络管理系统对网络进行监视和控制，保障计算机网络的正常运转，网络的可 靠性和稳定性就无法得到保证。因此，网络管理已成为现代网络系统中非常重要的 问题之一。 网络管理的目标是最大限度的增加网络可用时间，提高网络设备利用率、网络 性能、服务质量和安全性，减少网络故障，缩短网络失效时间，简化多厂商混合网 络环境下的管理，为网络长期规划提供依据。而网络性能监测则主要是为了通过连 续采集性能数据，监测网络的服务质量，提供强有力的性能分析和显示能力，在网 络性能降低到不可接受的程度之前及时发现问题。故此，网络性能监测是网络管理 中一个非常基础也非常重要的环节，研究网络性能监测技术具有一定的学术意义和 实用价值。 目前，基于传统的集中式管理模式被广泛的应用于网络管理系统和性能监测系 统中。但是，随着网络技术的发展，以及网络拓扑的日益复杂，这种管理方法逐渐 暴露出在效率和扩展性方面的设计缺陷：一方面，由于数据的分析j 处理和显示任 务均集中在管理站( m a n a g e r ) 完成，网络规模的扩大势必会造成管理站负担过重， 形成管理瓶颈；另一方面，通过网络传输大量未经处理的网络管理原始数据，会占 用大量的网络带宽；另外，管理功能在管理站中固定实现，不能按照人们的需求和 管理策略进行定制，使系统缺少灵活性。为了解决集中式管理模式带来的网络管理 瓶颈等问题，人们提出了多种高效的管理方案，使得网络管理及性能监测系统朝着 分布化、智能化、层次化和基于w e b 的方向发展。 1 华北电力大学硕士学位论文 m o b i l ea g e n t 技术是继c o r b a 、e j b 之后，一种新的分布处理的关键技术。它 的出现，为网络管理的发展提供了新的思路n 叫3 。与此同时，基于w e b 的网络管理模 型的提出，使得用户可以更加灵活、便捷地对网络进行管理和监视。本课题正是通 过以上的分析，提出了对基于m o b i l ea g e n t ( m a ) 的网络性能监测系统的研究。旨在 将m o b i l ea g e n t 的思想应用于对性能数据的采集中，并结合当前基于w e b 的管理 模型的优势，建立一种高效、灵活的分布式网络性能监测系统模型。此课题是目前 国内外网络管理研究与发展的一个热点和难点，也是一个应用前景比较广阔的研究 课题。 1 2 国内外研究现状与趋势 目前网络管理技术的发展有如下趋势： ( 1 ) 网络管理的集成化。允许用户从单一平台管理各种协议的多种网络，通 过一个操作平台实现对多个互连的网络的管理，即综合网络管理系统( i n m s ) 。 ( 2 ) 网络管理的智能化。智能化网络管理能更好的处理网络结构和网络元素 的不确定性；能加强网管系统的协作能力及互操作性；基于规则的智能化网管能够 较好地适应网络系统的变化，智能化管理所具有的解释和推理能力能根据低层信 息，己有的不完全、不很精确的信息来做出对网络的判断。智能化网管便于实现管 理的自动化。 ( 3 ) 网络管理的分布化。目前主要的分布式网络管理技术有：a ) 基于r m o n m i b 的远程监控管理。r m o n - m i b 定义了标准网络监视功能以及在管理控制台和远程监视 器之间的通信接口，使多个管理系统间的通信成为可能，为构建分层式或分布式网 络管理结构奠定了基础哺1 ；b ) 基于c o r b a 的网络管理。c o r b a ( c o m m o no b j e c t r e q u e s tb r o k e ra r c h i t e c t u r e ) 利用分布式面向对象技术和多级应用系统构造网管 体系，是o m g 组织( o b j e c tm a n a g e m e n tg r o u p ，对象管理组) 为开发面向对象的应 用程序提供的一个通用的框架结构。它将系统分成客户端和服务器部分，将这两部 分对象进行两层封装，利用对象请求代理( o r b ) 作为组件通讯的软总线，用户可以 透明地访问信息，而不必知道目标所在的软硬件平台或网络所在的具体位置，实现 跨异构平台的网络管理哺1 ：c ) 基于w e b 的网络管理。作为一种分布式信息处理技术， w e b 技术具有与操作系统无关这一突出特点。以w e b 为基础的网络管理提供了普通 用户非常熟悉的w e b 浏览器的单一用户接口来透明地访问分布在i n t e r n e t 上的各 类信息h 1 ，并且容易支持现在的大多数标准网管协议框架，如s n m p 、c m i p 和厂商的 专用管理协议：d ) 基于m o b i l ea g e n t 的网络管理。m o b i l ea g e n t 是一种能够迁移 至远端执行的程序，它可在本地或远程控制下动态链接并执行。将该技术引入网络 管理中，可以使网管模式具有分布、灵活、易扩展和容错等特性随1 。 2 华北电力大学硕士学位论文 1 3 论文的研究内容及组织结构 论文研究的主要内容 本文主要的研究对象是网络性能监测，作为网络管理的重要组成部分，其技术 现状与发展趋势与前述的网络管理技术的发展趋势是一致的阳1 引。根据当前网络性 能监测技术研究韵发展动向和系统的实现目标，确定本文研究的主要内容有以下几 个方面： ( 1 ) 对m a 进行研究，借鉴m o b i l ea g e n t 的思想来改进性能数据采集方式。 传统的集中式的网管模式是采用s n m p 代理的采集方式进行网络性能数据的采 集的，但是这种模式不仅容易引起管理站的负载过重，形成管理瓶颈，而且还会产 生大量的网络流量，占用网络带宽。此外，一旦管理站出现故障，就会造成整个监 测系统的瘫痪；因此，如何减少采集所产生的网络流量，减轻管理站的负载，成为 我们需要考虑的问题。本文借鉴m a 的思想，将管理站的一些任务( 如数据的处理) 通过m a 分配到数据采集过程中完成，以克服以上的种种弊端，达到更好的监测效 果。 ( 2 ) 设计一种基于w e b 代理方案的w b m 。 根据w e b 网络管理标准和实现方式，综合j a v a 中的a p p le t 技术，为网络性能 监测系统设计一种基于w e b 代理方案的w b m ，使用户可以方便的通过浏览器查看历 史或实时监测图表和文本。 ( 3 ) 建立系统的基于m o b i l ea g e n t 的网络性能监测模型，并加以实现。 考虑到采用纯m a 技术构造网管系统所存在的局限性，将m a 技术、w b m 与层次 式网络管理模式相结合，建立一个系统的基于m o b i l ea g e n t 的网络性能监测模型， 并完成对该系统主要功能的实现。 ( 4 ) 对系统进行性能分析。 通过对基于s n m p 和基于m a 的网络管理方式的性能进行理论和实验的分析和比 较，验证基于m a 方式在流量和响应时间上的优势。 1 3 2 论文的组织结构 本文共分六章。 第一章引言。介绍了选题的目的及意义，阐述了网络管理在国内外的研究现状 与趋势，并详细说明了论文研究的主要内容。 3 华北电力大学硕士学位论文 。第二章网络管理。简要介组了网络管理，给出了网络管理的基本模型，并对其 中的网络管理协议s n m p 进行了详细地说明。最后对网络管理模式进行了分析，并 着重介绍了基于w e b 的网络管理。 第三章m o b i l ea g e n t 技术。从系统结构、关键技术、技术优势等角度阐述了 m o b i l ea g e n t ，介绍了一些m a 的标准化组织及其规范，并重点对目前最为成功和 全面的m a 平台a g l e t 进行了探讨。 第四章基于m o b i l ea g e n t 的网络性能监测系统的设计。综合层次式管理模式、 w b m 和m o b i l ea g e n t 技术，提出了一种分布、灵活的网络性能监测系统一一基于 m o b i l ea g e n t 的网络性能监测系统，并对系统的几个方面进行了重点设计。 第五章基于m o b i l ea g e n t 的网络性能监测系统的实现。对系统中的几个重要 部分的实现进行了重点描述，并对系统中m a 技术的应用可行性进行了客观的评估， 验证了基于m a 的系统与基于s n m p 的系统相比，在流量和响应时间上的优势。 第六章总结与展望。对本文所做的工作进行了全面的总结，并提出进一步的工 作方向。 4 华北电力大学硕士学位论文 第二章网络管理 随着计算机技术的迅速发展，计算机网络在人们的生产生活中起着越来越重要 的作用。如何对计算机网络进行及时、有效的管理成为了现代网络系统中的一个关 键问题。 2 1 网络管理概述 2 1 1 网络管理的定义和任务 网络管理是指对网络的运行状态进行监测和控制，使其能够有效、可靠、安全、 经济地提供服务的过程。从这个定义可以看出，网络管理包含两个任务，一是对网 络的运行状态进行监测，二是对网络的运行状态进行控制。通过监测了解当前状态 是否正常，是否存在瓶颈问题和潜在的危机：通过控制对网络状态进行合理调节， 提高性能：通过两者的结合来保证网络的正常运行1 。 2 1 2 网络管理的功能域 为了完成上述管理任务，网络管理系统必须具备相应的管理功能。o s i ( o p e n s y s t e m si n t e r c o n n e c t i o n ) 定义了网络管理的五大功能域，这种功能划分己被目前 的网络管理系统广泛接受。 配置管理( c o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n t ) ：用来监测和控制网络的配置状态， 是最基本的网络管理功能。包括安装功能、保障功能和控制功能等。例如， 能够自动搜索网络拓扑，实时显示通断状态，对网络状态进行修改，重新 配置网络参数等。通过配置管理，能够统一管理网络资源，完成网络设备 的在线配置、应用软件的安装和升级。 性能管理( p e r f o r m a n c em a n a g e m e n t ) ：性能管理完成对网络服务质量的监 测，能够实时连续地收集网络运行的相关数据，监视网络的运行状况和效 率，以便在需要时通过命令对网络及被管理的网络设备进行有效的控制。 主要包括性能监测功能、性能分析功能和性能管理控制功能。例如，实时 观察网络利用率、出错率的图表，获取指定时间范围的性能数据，设置网 络使用门限( 阈值) 等。 故障管理( f a u l tm a n a g e m e n t ) ：对网络运行的异常情况进行检测、分离和 校正。其中包括告警监视功能、故障定位功能和校正功能等。例如，检测 被管理的路由器的每个接口接收到的错误数据包数，当其超出预先定义的 阈值时作相应的处理。 5 华北电力大学硕士学位论文 计费管理( a c c o u n t i n gm a n a g e m e n t ) ：用来测量和报告用户对资源的占用情 况，计算用户通过网络传输的数据费用，并在需要时控制资源的分配。例 如计算视频会议所消费的费用。 安全管理( s e c u r i t ym a n a g e m e n t ) ：提供信息的保密、认证和完整性保护机 制，使网络中的服务、数据和系统免受侵扰和破坏。主要包括风险分析功 能、安全服务功能、日志、报告功能和网络管理系统保护功能。例如，检 查用户的合法性，限制用户只能进行权限规定的操作等。 2 2 网络管理的基本模型 在网络管理系统中，一般都采用图2 1 所示的结构模型。管理者( m a n a g e r ) 、 代理、管理信息库( m i b ) 和网络管理协议是网络管理系统的四大元素。 网管工作站网管协议被管理设备 图2 一l 网络管理的基本模型 管理者( m a n a g e r ) 是实施管理的处理实体，驻留在网管工作站中。它负责发出 管理操作的指令，并接受来自代理的信息。网管工作站可以是工作站、个人计算机 等，一般位于网络系统的主干或接近主干的位置。 代理是位于被管理设备内部，配合网络管理的处理实体。代理把来自管理者的 命令或信息请求转换为本设备特有的指令，通过与m i b 交互，完成管理者的指令， 返回它所在设备的信息。此外，代理也可以把在自身系统中发生的事件主动的通知 管理者。 管理信息库( m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o nb a s e ，m i b ) 是对通过网络管理协议可以 访问信息的精确定义。每个设备，为了和标准的网络管理协议一致，必须使用m i b 中定义的格式显示信息。 网络管理协议是管理者与代理之间通信的协议，它提供一种访问由任何生产厂 商生产的任何网络设备，获得一系列标准值的一致性方式。s n m p 是目前网络管理系 统中使用最为广泛的网络管理协议。 2 3 简单网络管理协议( s n m p ) 随着网络管理系统的发展，人们对网络管理提出了结构化和标准化的要求。2 0 6 华北电力大学硕士学位论文 世纪8 0 年代，一些国际组织和研究机构为网络管理制定了服务标准、协议标准和 体系结构标准。其中最主要的网络管理标准有两个：( 1 ) 由i e t f ( i n t e r n e t e n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ) 提出的简单网络管理协议s n m p ( s i m p l en e t w o r k m a n a g e m e n tp r o t o c 0 1 ) ；( 2 ) 由i s o ( i n t e r n a t i o n a l o r g a n i z a t i o n f o r s t a n d a r d i z a t i o n ) 提出的公共管理信息协议c m i p ( c o m m o nm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n p r o t o c 0 1 ) 引。与c m i p 相比，s n m p 显得非常简单，这一特点使s n m p 得到了业界广 泛的支持和应用，成为网络管理的事实标准。 s n m p 协议是i e t f 于1 9 8 8 年提出的，主要用于计算机网络和i n t e r n e t 的管理。 第一个版本s n m p v l 在r f c l l 5 7 中定义，发布于1 9 9 0 年5 月，因其在简单性、灵活 性和可扩展性等方面都达到了理想的平衡，从而得到了广泛的应用。其修订版 s n m p v 2 发布于1 9 9 3 年，它修补了s n m p v l 的缺陷，加强了安全性，支持高层管理框 架，改进了协议操作，设计了管理进程之间的通信和基于s n m p 的远程配置。i e t f 于1 9 9 7 年对s n m p 增加了新的安全机制和少量功能，成为s n m p v 3 ，但目前很少有硬 件设备支持这个版本。 s n m p 是一个管理者和代理之间通信的标准，由一系列协议簇和规范组成，它包 含三个主要部件：管理信息结构( s t r u c t u r eo fm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n ，s m i ) 、 管理信息库( m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o nb a s e ，m i b ) 和管理协议( s n m p ) 。接下来分别 对每个部件做简单介绍。 2 3 1 管理信息结构s 管理信息结构s m i 给出了定义m i b 结构的总体框架，规定了描述和标识m i b 的 变量的规则。在这个框架之下，可以进行m i b 的定义和构造。s m i 定义了用于m i b 中的数据类型以及m i b 中资源的描述和命名。 2 3 2 管理信息库b i e t f 将可管的网络资源以对象的形式表示出来。每一个对象本质上就是一个代 表被管网络节点特性的数据变量，这些对象的集合被称为管理信息库m i b 。网络系 统中每个可被管理的设备都包括一组或多组m i b 。网络管理者可以通过读取m i b 中 的对象值来监视网络资源，也可以通过更改这些值来控制资源。在r f c l 2 1 3 中定义 的m i b i i 成为标准的管理对象集。m i b 变量名的命名方法采用的是一种树状分级定 义，如图2 - 2 所示。 在m i b 结构树中，只有叶子节点的m i b 对象能被访问，每个可被访问的m i b 对 象是由对象标识符( o i d ，o b j e c ti d e n t i f i e r ) 唯一表示的。对象标识符有两种表示 形式：文字形式和数字形式。图中节点名称的数字表示对应节点的数字标识，当在 7 华北电力大学硕士学位论文 程序中便用m i b 变量时，每个燹量名后处费加一个数子后缀，对于简单变量，后缀 0 指具有该名字的变量的实例。例如s y s d e s c r ，其对应的m i b 对象标识符为： 文字描述：r o o t i s o o r g d o d i n t e r n e t m g m t m i b 一2 s y s t e m s y s d e s c r 数字描述：1 3 6 1 2 1 1 1 r o o t 吲n 。厂1 i 、j o i n t - i s 咖 i 。1 9 ( 3 ) r 峄们 r 而n t e _ m e t1 i 蒜面r 碲即， i1 ) 哪。e 而气磊尹焉刁i _ _ 、 m i b - 2 ( ) 。y 。， 帆。u 。i m 。2 。， j 2 3 3s n m p 协议 s n m p 协议n 3 1 是s n m p 管理规范的核心部分，它是一个应用层协议，在传输层 通过u d p 协议来操作。在应用s n m p 协议进行网络通信过程中，信息按照s n m p 消息的形式在一个管理者和一个代理之间交换。一个s n m p 消息就是根据协议的定 义封装而成的能完成一次信息传递任务的传输单元。每一个消息包括一个指明所应 用s n m p 协议版本的版本号( v e r s i o n ) ，一个用于安全性的团体认证名字( c o m m u n i t y ) ， 以及一种协议数据单元( p d u ) 。s n m p 只支持对变量进行取存操作，即对标量对象 进行如下三种操作： g e t ：管理者从代理取得标量对象值； s e t ：管理者更新代理的标量对象值； t r a p ：代理向管理者主动发送一个标量对象值，向管理者通告重要事件。 在具体实现上，s n m p v l 和s n m p v 2 以这三种基本操作为基础，对其进行了衍 生。在s n m p v l 中，一共定义了五种消息类型：。g e t r e q u e s t 、g e t n e x t r e q u e s t 、 s e t r e q u e s t 、t r a p 、g e t r e s p o n s e 。s n m p v 2 在此基础上又增加了g 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 。 s n m p 支持轮询( p o l l i n g ) 和事件驱动( e v e n t - d r i v e n ) 两种访问方法，在目前s n m p r 华北电力大学硕士学位论文 定义的7 种消息类型中，g e t r e q u e s t g e t n e x t r e q u e s t g e t b u l k r e q u e s t 和g e t r e s p o n s e 消息实现了请求响应机制，该机制由轮询方案来实现，即管理者不断发出请求，代 理不断响应；而t r a p 和i n f o r m 消息使用基于事件驱动的机制，仅当代理或者某一 管理者检测到异常情况时，它才向其他管理者发送t r a p 和i n f o r m 消息。图2 3 示 出了s n m p v l 的协议环境。 s n m p 管理者s n m p 代理 2 4 网络管理模式分析 图2 3s n m p 的协议环境 在过去的十几年间，网络管理系统的结构随着计算机网络系统规模、复杂性 和技术进步得到了快速发展，经历了集中式、层次式以及分布式等管理模式的变迁。 三种模式各有其优缺点，但相比而言，分布式管理模式具有很好的可靠性、可扩展 性和灵活性，因此更适合未来的网络管理系统引。 2 4 1 集中式管理模式 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。s n m p 和 c m i p 提供的都是基于c l i e n t s e r v e r 结构的集中式管理模式。在这种模式下，设置 单一的管理节点，负责收集和控制整个网络的信息，其结构如图2 4 所示。管理者 负责处理与被管理网络节点代理之间的通信，将全网所有需要管理的数据都集中存 储在一个数据库中，并提供集中的决策和控制，以及对该数据库的统一管理和维护。 集中式网络管理模式的优点是网管结构简单。网络管理系统的职能高度集中， 易于做出全面判断，网管系统软件和设备升级时仅需处理集中点。由于所有数据均 9 华北电力大学硕士学位论文 连接到统一的中央数据库，所以易于管理、维护和扩容。但是，这种结构存在的缺 点也是显而易见的。主要表现在： ( 1 ) 可扩展性差：管理者负责所有网管信息的处理，当网络扩大时，会大大 增加管理者的数据流量和负担，从而限制了网络规模的可扩展性。 ( 2 ) 浪费带宽：管理者只是盲目地收集所有原始数据，实际的处理往往只用 到部分数据，从而造成带宽的浪费。 ( 3 ) 可靠性差：整个网络管理系统的运转都依赖于管理工作站，一旦它发生 故障，管理系统都将崩溃。 ( 4 ) 灵活性差：代理的功能在安装之后是固定的，不能按照系统状态和管 理策略的变化进行调整。 由此可以看出，集中式管理模式不能充分发挥网络的分布计算资源优势。因此 人们提出了新的管理模式( 层次式和分布式管理模式) 以适应网络的发展变化。 图2 - 4 集中式管理模式 2 4 2 层次式管理模式 图2 - 5 层次式管理模式 层次式管理模式将整个大网络的管理划分为几个层次或以域为单位进行管理， 增加了管理者到管理者的通信手段，提高了网络管理的效率，并且容易扩展，其结 构如图2 5 所示。国际上已采用这种模式的系统有h po p e n v ie w 以及c is c o w o r k s 等网络管理系统。层次式管理模式与集中式结构相比，很大程度上缓解了管理者端 的通信“瓶颈”、节约了网络带宽、增强了系统的可靠性。此外，这种层次化的结 构还易于与现有的网管系统集成。这种结构的缺点是它比上述集中式结构更为复 杂，系统设备价格也相应有所提高。 2 4 3 分布式管理模式 结合以上两种模式的特点，提出了第三种管理模式一一分布式管理模式。它采 用一种对等式结构，如图2 - 6 所示。网络管理功能被分布到多个管理者上，完成各 10 华北电力大学硕士学位论文 自域内的网络管理。管理者之间可以相互通信，交换信息。分布式网络管理模式的 优点就是能提高整个网络的可扩展性、可靠性和灵活性。其缺点是系统设备更复杂 一些，需要有分布应用的框架。这是一种崭新、并正在迅速发展的网络管理技术。 这类模式已普遍被国际接受，被认为是最有前途的网络管理模式。 图2 - 6 分布式管理模式 最早的分布式管理模式是g o l d s z m i d t 提出的m b d ( m a n a g e m e n tb yd e l e g a t i o n ) 框架n5 1 。随着通信和计算机学科的不断发展，许多新技术涌现出来，为分布式网络 管理提供了新的方法和技术基础。这些新技术包括w e b 技术、c o r b a 、m o b i l ea g e n t 等。 2 5 基于w e b 的网络管理 随着w e b j a v a 技术的成熟以及在i n t e r n e t 上的广泛应用，基于w e b 的网络 管理正在成为网络管理的一个标准模式。w b m ( w e b b a s e dm a n a g e m e n t ) 可以使用户 通过简单、通用的操作界面w e b 浏览器，在任何地点的任何网络平台上与服务器 进行通信，而不必拘泥于专用的网管工作站。因此，w b m 为网络管理人员提供了 一种更为分布、灵活的网络管理方法。 2 i5 1 基于w e b l j t 网络管理标准 j m a p i 和w b e m 是目前两种较为成熟的w e b 网络管理标准n 6 。 j m a p i 标准：j m a p i 是s u n 的j a v a 标准扩展a p i 结构的一部分，是专用的管理类库。 它是一种应用编程接口，是可扩充对象和方法的集合体，可以用于跨越一系列异构 操作系统平台、系统体系结构和网络传输协议，便捷灵活地开发无缝集成系统、网 络和服务管理应用。 w e b m 标准：该标准是由m i c r o s o f t 公司提出的，并有多家供应商支持。w e b m 的 核心是超媒体管理框架( h m m a ，t h eh y p e r m e d i am a n a g e m e n ta r c h it e c t u r e ) ，它兼 容当今主要存在的管理协议( 包括s n m p ，d m i 和c m i p ) 。它定义了访问管理对象信息 所必需的结构和规则，通过管理代理使信息分析集中化，利用w e b 技术在不影响网 络基本结构的前提下实现网络和系统综合管理。 1 1 华北电力大学硕士学位论文 2 5 2 基于w e b 的网络管理实现方案 w b m 的实现方案有两种：代理( p r o x y ) 方案和嵌入式( e m b e d e d ) 方案n 7 1 。 图2 7w b m 的代理方案图2 - 8w b m 的嵌入式方案 1 ) 代理方案 该方案是将w e b 服务器加载到网管工作站上，使其成为代理。由于有了代理作 为中介，一方面采用s n m p 或其他协议与被管对象通信，收集网络信息；另一方面通 过h t t p 协议与客户端交换信息，使用户通过浏览器访问网络信息，如图2 7 所示。 典型的实现方法是提供商将w e b 服务器加到一个已经存在的网管系统上。使用代理 方案的优点是：( 1 ) 它保留了现有网管系统的优点：( 2 ) 增加了访问的灵活性；( 3 ) 由于代理与被管设备之间的通信沿用了s n m p 协议，所以可以充分利用现有s n m p 网络 设备，保护了原有的投资。 2 ) 嵌入式方案 该方案是将w e b 能力嵌入到每个被管的网络设备中，被管设备具有独立的w e b 地址，管理人员可以通过浏览器访问到该被管设备并实施管理。如图2 - 8 所示。使 用该方案的优点在于：( 1 ) 给每个被管设备带来了图形化的管理；( 2 ) 提供了简单易 用的接口，操作简单而不损功能；( 3 ) 嵌入到每个设备中的w e b 服务器可以把用户 从复杂的网络管理过程中解放出来：( 4 ) 基于w e b 的设备提供了真正的即插即用的 安装方式，这将减少安装时间和故障排除时间。但这种方案的最大缺点是：该方式 要求在h t t p 协议中传递s n m p 操作，因此要求扩展浏览器的功能或者创建新的网管 协议，而嵌入式系统不是一个开发的系统，用户难以根据自己的需要进行扩展。 2 6 小- 结 本章首先从定义、任务和功能域三方面简要介绍了网络管理。在给出了网络管 理的基本模型后，对其中的网络管理协议s n m p 进行了比较详细地说明。第四节中 对网络管理模式进行了分析，并着重介绍了分布式管理模式中基于w e b 的网络管理。 对三种管理模式的分析以及对w b m 的介绍为第四章的系统设计做好了准备工作。 1 2 一 华北电力大学硕士学位论文 第三章m o b iiea g e n t 技术 3 1m o biie a g e n t 概述 a g e n t 的研究起源于人工智能领域。a g e n t 是指模拟人类行为与关系、具有一 定智能并能够自主运行和提供相应服务的程序。与现在流行的软件实体( 如对象、 构件) 相比，a g e n t 的粒度( 指实体大小) 更大，智能化程度更高。随着网络技术的 发展，可以让a g e n t 在网络中移动并执行，完成某些功能，这就是m o b i l ea g e n t 的思想8 l 。 2 0 世纪9 0 年代初由g e n e r a lm a g i c 公司在推出商业系统t e l e s c r i p t 时提出 了m o b i l ea g e n t 的概念。简单的说，m o b i l ea g e n t 是个能在异构网络中自主地 从一台主机迁移到另一台主机，并可与其他a g e n t 或资源交互的程序，实际上它是 a g e n t 技术与分布式计算技术的混血儿。传统的r p c 客户和服务器间的交互需要连 续通信的支持；而m o b i l ea g e n t 可以迁移到服务器上，与之进行本地高速通信， 这种本地通信不再占用网络资源。m o b il ea g e n t 迁移的内容既包括其代码也包括其 运行状态。运行状态可分为执行状态和数据状态：执行状态主要指m o b i l ea g e n t 当前运行的状态，如程序计数器、运行栈内容等；数据状态主要指与m o b i l ea g e n t 运行相关的数据堆的内容。按所迁移的运行状态的内容，m o b il ea g e n t 的迁移可以 分为强迁移和弱迁移。强迁移同时迁移m o b il ea g e n t 的执行状态和数据状态，但 这种迁移的实现较为复杂：弱迁移只迁移m o b i l ea g e n t 的数据状态，其速度较强 迁移快，但不能保存移动a g e n t 的完整运行状态。 m o b il ea g e n t 具有很多优点，m o b il ea g e n t 技术通过将服务请求a g e n t 动态 地移到服务器端执行，使得此a g e n t 较少依赖网络传输这一中间环节而直接面对要 访问的服务器资源，从而避免了大量数据的网络传送，降低了系统对网络带宽的依 赖。m o b i l ea g e n t 不需要统一的调度，由用户创建的a g e n t 可以异步地在不同节点 上运行，待任务完成后再将结果传送给用户。为了完成某项任务，用户可以创建多 个a g e n t ，同时在一个或若干个节点上运行，形成并行求解的能力。此外它还具有 自治性和智能路由等特性。 3 2m o biiea g e n t 系统结构 m o b i l ea g e n t 系统由m o b i l ea g e n t 和m o b i l ea g e n t 服务设施( 或称m o b i l e a g e n t 服务器) 两部分组成。m o b il ea g e n t 服务设施基于a g e n t 传输协议( a g e n t t r a n s f e rp r o t o c 0 1 ) 实现a g e n t 在主机间的转移，并为其分配执行环境和服务接口。 1 3 华北电力大学硕士学位论文 a g e n t 在服务设施中执行，通过a g e n t 通信语言a c l ( a g e n tc o m m u n i c a t i o nl a n g u a g e ) 相互通信并访问服务设施提供的服务。 3 2 1m o bi iea g e n t 的结构模型 m o b i l ea g e n t 体系结构可定义为以下相互关联的模块：安全代理、环境交互模 块、任务求解模块、知识库、内部数据、状态集、约束条件和路由策略，如图3 1 所贰 外部环境( 粉i 5 ；2 施捌岫n t ) 图3 1m o b i l ea g e n t 的结构模型 体系结构的最外层为安全代理，它是a g e n t 与外界环境通信的中介，执行a g e n t 的安全策略，阻止外界环境对a g e n t 的非法访问。a g e n t 通过环境交互模块感知外 部环境并作用于外部环境。环境交互模块实现a c l 语义，保证使用相同a c l 的a g e n t 和服务设施之间的正确通信和1 力、调，而通信内容的语义与a c l 无关。a g e n t 的任务 求解模块包括a g e n t 的运行模块，以及与a g e n t 任务相关的推理方法和规则。知识 库是a g e n t 所感知的世界和自身模型，并保存在移动过程中获取的知识和任务求解 结构。内部数据模块用来保存a g e n t 执行过程中所需的数据和由a g e n t 采集处理并 将发送回管理者的数据。状态集是a g e n t 执行过程中的当前状态，它影响a g e n t 的 任务求解过程，同时a g e n t 的任务求解又作用于状态集。约束条件是a g e n t 创建者 为保证a g e n t 的行为和性能而做出的约束，如返回时间、站点停留时间及任务完成 程度等，一般只有创建者拥有对约束条件的修改权限。路由策略决定a g e n t 的移动 路径，路由策略可能是静态的服务设施列表( 适用于简单、明确的任务求解过程) ， 或者是基于规则。的动态路由以满足复杂和非确定性任务的求解。 3 2 2m o bi iea g e n t 服务设施的结构模型 m o b i l ea g e n t 服务设施为m o b i l ea g e n t 提供服务( 包括创建、传输、执行等) ， 1 4 华北电力大学硕士学位论文 m a 的移动和任务求解能力很大程度上决定于服务设施所提供的服务。一般来讲，服 务设施由事件处理系统、接口模块、m a 执行环境及基本服务模块构成，如图3 - 2 所示。 图3 - 2m a 服务设施的结构模型 事件处理系统是连接整个a g e n t 服务设施的神经中枢，控制其它模块，根 据外部环境和m a 执行环境中的不同服务请求，协调相关组件。 接口模块包括传输控制模块和通信控制模块，前者采用a g e n t 传输协议(