（计算机应用技术专业论文）基于netconf的网络配置管理代理的研究.pdf

硕士学位论文 m a s t e r st i i e s i s 摘要 随着计算机网络的日益复杂和网络设备种类和数量的急剧增加，如何对设备进 行有效的自动化配置变得越来越重要。目前主要的配置管理方式是使用c l i 命令方 式，但是这些命令都是厂商特定的并且是面向用户的而非面向应用的。典型的网络 管理协议s n m p 在监控网络设备方面非常有优势，但是很少用于配置管理，它具有 一些配置管理的缺陷如缺少足够的自动化配置操作和无法建立复杂的配置数据模 型等。现有配置管理的非自动化和非标准化使得有效的管理网络变得越来越困难。 为了改善现有配置管理的不足和满足配置管理的新需求，i e t f 标准化组织成立 了n e t c o n f 工作组来对网络配置管理进行标准化，并于2 0 0 6 年1 2 月通过了n e t c o n f 协议。作为一个基于x m l 的配置管理协议，n e t c o n f 不仅提供了所有的基本配置操 作，如建立，查询，操作和删除网络设备的配置数据的操作，并且提供了自动化配 置管理和健壮的配置修改等机制。因此它也被认为是下一代配置管理的发展方向而 受到越来越多的重视和关注。 本文首先对当前主流的网络配置管理现状进行了分析，并总结了r f c 3 5 3 5 中关 于配置管理的新需求。然后对n e t c o n f 协议进行了详细的研究和分析，并将n e t c o n f 协议与现有配置管理方式进行了比较。接着本文提出了一种基于n e t c o n f 的网络配 置管理的总体结构，并对n e t c o n f 配置管理代理按照协议的四层结构进行了设计， 并简要介绍了n e t c o n f 配置管理代理的各个模块的实现。最后对本文的研究工作进 行了总结，并分析本文实现的配置管理代理的不足和今后的改进方向。 关键词：网络管理：配置管理；n e t c o n f 协议；代理 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s a b s t r a c t a sn e t w o r kg r o wm o r ec o m p l e xa n dt h es h a r pi n c r e a s eo ft y p ea n da m o u n to f n e t w o r kd e v i c e s ，i ti si n c r e a s i n g l yb e c o m i n ga ni m p o r t a n ti s s u eo fh o wt om a k ea l l e f f e c t i v ea u t o m a t i cc o n f i g u r a t i o no nd e v i c e s t h em a i na p p r o a c ht om a n a g i n gd e v i c e s c u r r e n t l y i sc o m m a n dl i n e i n t e r f a c e s ( c l i s ) w h i c h i a r ev e n d o r - s p e c i f i ca n d u s e r - o r i e n t e d ，n o ta p p l i c a t i o n o r i e n t e d m l i l es n m pw o r k sw e l lf o rm o n i t o r i n gn e t w o r k d e v i c e s ，i ti sn o tag o o ds o l u t i o nf o rc o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n t ，w h i c hi sl a c ko fe n o u g h a u t o m a t i cc o n f i g u r a t i o no p e r a t i o n sa n dh a r dt oc o n s t r u c tc o m p l e xc o n f i g u r a t i o nd a t a m o d e l sa n ds oo n t h ea b s e n c eo fa u t o m a t i o na n ds t a n d a r d i z a t i o no fc u r r e n t c o n f i g u r a t i o nm a k e si td if f i c u l tt om a n a g en e t w o r ke f f i c i e n t l ya n d w i t h o u te r r o r s t oi m p r o v et h ec u r r e n ts i t u a t i o no fc o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n ta n dm e e tt h en e w n e e d so fc o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n t ，1 1 l ei e t ff o r m e dt h en e t c o n f w o r k i n gg r o u pt o s t a n d a r d i z en e t w o r kc o n f i g u r a t i o na n da p p r o v e dac o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n tp r o t o c o l c a l l e dn e t c o n fi nd e c e m b e r2 0 0 6 a sax m l - b a s e dp r o t o c o l ，n e t c o n fp r o v i d e s n o to n l yt h em e c h a n i s m sf o ra l lb a s i cc o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n tt a s k s ，s u c ha si n s t a l l i n g ， q u e r y i n g ，m a n i p u l a t i n ga n dd e l e t i n gt h ec o n f i g u r a t i o n so fn e t w o r kd e v i c e s ，b u ta l s o a u t o m a t e dc o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n ta n dr o b u s tc o n f i g u r a t i o nc h a n g e s s oi ti s c o n s i d e r e da st h ed e v e l o p m e n td i r e c t i o no fn e x tn e t w o r kc o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n ta n d i sb e i n gp a i dm o r ea n dm o r ea t t e n t i o n t l l i st h e s i sf i r s t l ya n a l y z e st h ec u r r e n tn e t w o r kc o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n ts i t u a t i o n t h e ni ts u m m a r i z e st h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so fc o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n t a p p r o a c h e sa n dn e w n e e d so fc o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n t a t t e rad e t a i l e di n t r o d u c t i o n a b o u tn e t c o n f , i tp u t sf o r w a r da l lo v e r a l ls t r u c t u r eo fn e t c o n f - b a s e dc o n f i g u r a t i o n m a n a g e m e n t a c c o r d i n gt ot h en e t c o n fp r o t o c o ls t r u c t u r e ，t h ep a p e rt h e nf o c u s e so n t h ed e s i g na n di m p l e m e n t so fc o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n ta g e n t f i n a l l y , w ec o n c l u d et h i s t h e s i sa n dm a k ea l lo u t l o o ko ft h ef o l l o w i n gr e s e a r c h k e y w o r d s ：n e t w o r km a n a g e m e n t ；c o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n t ；n e t c o n f ；a g e n t 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 华中师范大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作 所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体己经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 作槲：1 ) 锄犯 日期冲年6 月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：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，允许论文被查阅和借 阅。本人授权华中师范大学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。同时授权 中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通 过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名： 日 ? 劬苏一 年多月尸日 导师签名： 日期o 钯 年y1 月日 本人已经认真阅读“c a l i s 高校学位论文全文数据库发布章程”，同意将本人的 学位论文提交“c a l i s 高校学位论文全文数据库 中全文发布，并可按“章程 中的 规定享受相关权益。圃童途塞握交遁澄厦；旦坐笙；旦二生；旦三生筮查! 作者签名：侈历嵌( ， 日期m 芦柚细 导师签名： 日期：衫日历月移 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 1 1 课题背景及意义 第一章绪论 随着计算机网络规模的日益扩大，网络复杂性的增加，网络中的设备种类和数 量也急剧增加，网络的自动化需求也越来越高。在部署可靠的下一代网络设备来满 足不断升级的融合服务需求时，网络运营商感到压力重重。手工配置复杂分散的设 备往往冗长耗时，且容易出错。北美的一项调查表明，1 3 的网络运行中断是人 为错误造成的。这些错误是缺乏对网络上路由器、交换机和防火墙的配置管理而造 成的直接后果。提高配置管理的自动化程度，不仅降低成本，更重要的是减少网络 技术人员的工作负担，避免人为错误翻。 基于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 ) 网络管理协议的网络管理 方式由于协议的简单性和数据建模语言的缺陷而无法对复杂的网络进行有效的配 置和创建复杂的配置数据模型口1 。而目前配置管理领域使用最广泛的c l i ( c o m m a n d l i n ei n t e r f a c e ) 命令方式，需要根据不同的配置数据分别输入不同的命令，配置 起来比较繁琐和复杂；其次，c l i 命令方式没有形成标准，不同的网络设备供应商 的c l i 命令存在一定的差异，无法对网络中的设备进行统一配置，也不利于配置管 理员了解和熟悉；此外c l i 命令方式是面向用户的，配置管理员直接和设备进行交 互，而非面向应用的，不便于应用于配置管理应用或与现有n m s 集成h 1 ，这些都极大 了降低了配置管理的自动化程度。 为了改善现有配置管理的不足，满足下一代网络配置管理的需求，i e i f 标准化 组织成立了n e t c o n f 工作组酗1 ，并于2 0 0 6 年底通过了r f c 4 7 4 1 - 4 7 4 4 旷1 0 1 ，建立了下 一代配置管理协议n e t c o n f ( n e t w o r kc o n f i g u r a t i o n ) 。在最近的两年又通过其他 新的标准如r f c 5 2 7 7 ，5 3 8 1 ，5 5 3 9 n 卜”1 等，对n e t c o n f 协议进行不断的完善。对n e t c o n f 协议和相关的实现技术进行研究，开发基于n e t c o n f 的网络配置管理代理和配置管 理工具，可以有效的弥补现有配置管理的不足，提高网络配置管理的效率和自动化 程度。 1 2 国内外研究现状 1 2 1i e t f 组织研究现状 为了适应日益复杂的网络配置管理，弥补现有网络管理协议的不足，统一配置 ： 硕士学位论文 m a $ t e r st h e s i s 管理的不同厂商标准，i e t f 国际标准组织在2 0 0 3 年5 月成立了由j u n i p e r 、c i s c o 、 n o r t e l 、华为等网络通信设备厂商和i e t f 科研人员组成的n e t c o n f 工作组，该工 作组主要是为了提出一个新的基于x m l 的网络配置管理协议n e t c o n f 。首先由 j u n i p e r 的科研人员提出了一个关于n e t c o n f 协议原语操作和功能说明的草案，此 草案经过了n e t c o n f 工作组近三年时间的讨论和修订，发布了十四个版本后，在 2 0 0 6 年1 2 月通过i e t f 审核成为了r f c 4 7 4 1 标准。同时成为标准的还有关于n e t c o n f 协议安全传输的规范r f c 4 7 4 2 4 7 4 4 。 在协议的原语操作和通信标准的r f c 发布后，n e t c o n f 工作组建立了n g o ( n e t c o n fg o e so n ) b o f 讨论小组，主要完善n e t c o n f 协议的其他功能如e v e n t n o t i f i c a t i o n s ，t l s ，p a r t i a l - l o c k 等问题。其中e v e n tn o t i f i c a t i o n s 事件通知 机制草案也于2 0 0 8 年7 月通过成为了r f c 5 2 7 7 ，关于t l s 传输层安全的草案于2 0 0 9 年5 月通过成为r f c 5 3 9 9 另外还有关于n e t c o n f 标准的实际开发经验的草案如s o a p 实现的草案e x p e r i e n c eo fi m p l e m e n t i n gn e t c o n fo v e rs o a p 也于2 0 0 8 年1 0 月 通过了i e t f 审核通过成为r f c 5 3 8 1 ，其他的草案还在讨论中。在接下来的几年关于 n e t c o n f 协议的其他草案将会不断的成为r f c 标准。 由于n e t c o n f 工作组没有定义关于内容层数据建模的内容，i e t f 会议多次对此 进行了讨论，并于2 0 0 8 年成立了n e t m o d 工作组n 4 1 ，专门解决关于n e t c o n f 数据建 模和建立新的数据建模语言的问题。n e t m o d 工作组将主要参考r c d m l 草案n 朝中关于 配置管理的需求来设计数据建模语言，目前n e t m o d 工作组将y a n g n 1 一一种新的 数据建模语言作为数据建模语言研究的起点，并已经提出了一系列的草案和相关工 具，但y a n g 还没有成为r f c 标准。 1 2 2 公司研究与开发现状 从2 1 世纪初将x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) 技术引入网络管理伫嘲1 后， 国外很多研究机构都进行了研究，特别是韩国的p o s t e c h 大学在x m l 网络管理和 n e t c o n f 协议研究方面做了大量的工作一1 ：同时著名的m i b 转换工具l i b s m i 瞄1 也很 早就实现了m i b 到x m l 和x s d ( x m ls c h e m ad e f i n i t i o n ) 的转换。n e t c o n f 草案发布 后，越来越多的公司和科研机构开始以r k r c o n f 作为标准，进行研究与开发。下面 列举一些公司的研究与开发现状。 1 2 2 1j u n i p e r 与c i s e o j u n i p e r 公司作为下一代配置管理协议的发起者，很早就进行了基于x m l 配置 管理的研究与开发。j u n i p e r 公司路由器中的通用的j u n o s 网络操作系统很早就推 2 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 出了基于) ( m l 的j u n o s c r i p ta p i 。j u n o s c r i p ta p i 允许客户应用程序通过x m l - r p c 来访问配置和操作数据，它同时也定义了客户应用程序和运行在设备上的 j u n o s c r i p t 服务器之间的r p c 消息的d t d 。在其研究与实践基础上，起草了n e t c o n f 协议标准的主草案，并经过多次修改后成为r f c 4 7 4 1 。在n e t c o n f 工作组成立后， j u n o s 在7 5 版本及以后中加入了j t i n o sx m la p i 和n e t c o n fa p i 晗，f f u n o sx m la p i 使用与c l i 命令功能完全等价的煳l 元素来获取和修改与路由器平台的状态， n e t c o n fa p i 则是根据最新的n e t c o n f 草案开发的a p i 。 c is c o 在n e t c o n f 草案推出不久后也研发出了基于n e t c o n f 的c is c oe n h a n c e d d e v i c ei n t e r f a c e ( c i s c oe - d i ) x m lp r o g r a m m a t i ci n t e r f a c e ( p i ) 嵋引。在i o s 9 0 以上版本中已经集成了n e t c o n fa g e n t 。在n e t c o n f 工作组中，c i s c o 的科研人员 制定了基于b e e p 的n e t c o n f 通信机制草案并最终成为r f c 4 7 4 4 。 1 2 2 2h u a w e i 华为公司虽然在n e t c o n f 工作组前期没有参与标准的制定，但n g ob o f 成立后， 华为公司的科研人员积极参与后续的研究，特别是数据建模的研究，创造性的提出 利用现有数据模型进行转换的思路，2 0 0 7 2 0 0 8 年提出多个利用已有m i b 到n e t c o n f 协议中的草案叩筋，并对已有的讨论n e t c o n f 数据类型进行修改，并多次专门在i e t f 会议上讨论。其研究工作在n e t m o d 工作组成立后成为其工作之一继续加以讨论。 同时还与国内其他高校的研究人员合作提出关于子树过滤扩展等草案。 1 2 2 31 h i i fs y s t e m s t a i l fs y s t e m s 公司汹1 主要开发基于x m l 的网络配置管理软件和工具来帮助网 络设备提供商来建立运营商级别的网络管理系统，目前公司的产品在该领域处于领 先地位。t a i l - f 解决方案提供了一些高级的运营级别的能力如事务，验证，访问控 制，用户鉴定和回滚等，这些功能可以极大的减轻建立可靠的可升级的网元级管理 系统，它提供了完整的产品系列来建立和扩展网络管理系统。主要产品有c o n f d 、 i n s t a n tn e t c o n fa g e n t 和c o n f m ，而且，每个产品都是与n e t c o n f 协议有关的开 发和实现。其中c o n f d 和i n s t a n tn e t c o n fa g e n t 用于嵌入式系统中，c o n f d 是一 个基于x m l 的设备网络管理平台。它包含了多个网络管理接口如c l i ，s n m p ，w e bu i 和n e t c o n f 接口，并且设计出共享的中间层将底层取值接口与上述上层接口进行统 一。i n s t a n tn e t c o n fa g e n t 则是一个用于增加到已有设备中的n e t c o n f 代理。c o n f m 用于扩展e m s n m s 的功能，将n e t c o n f 接口扩展到已有的网元管理系统中，进行 n e t c o n f 协议的管理。 t a i l - fs y s t e m s 系列完全实现了n e t c o n f 协议标准r f c 4 7 4 1 和4 7 4 2 ，并且积极 3 硕士学位论文 m a $ t e r st h e s i s 参与i e t fn e t c o n f 协议的标准化，提出了新的数据建模语言y a n g ，并已经集成到 了最新的产品版本中。 1 2 2 4 其他 法国i n r i a 研究所的e n s u i t e ( e x t e n d e dn e t c o n fs u it e ) 项目瞰1 是关于n e t c o n f 的一种原型实现。e n s u i t e 共包含一个y e n c a p m a n a g e r ( 基于n e t c o n f 的w e b 管 理者) 和y e n c a p ( n e t c o n f 代理) 。所有的这些组件都是用p y t h o n 语言编写，在 l i n u x 下运行。e n s u i t e 只是一个早期的n e t c o n f 的原型系统，实现了r f c 4 7 4 1 的 基本功能，但许多功能仍然需要继续去实现。 此外还有一些研究机构也开发了自己的原型，如s 3 公司( s i l i c o n & s o f t w a r e s y s t e m s ) 的e m b e d d e d m i n d 项目汹1 ，6 w i n d 公司的网络管理解决方案6 w i n d g a t e x m s ( e x t e n s i b l em a n g e m e n ts y s t e m ) 啪1 等。由于n e t c o n f 的数据模型还没有建立， 相信在不久的将来，类似t a i l - fs y s t e m s 的提供n e t c o n fa p i 的公司将越来越多。 但目前对n e t c o n f 协议的研究与开发才刚刚开始，n e t c o n f 协议仍有许多值得研究的 内容，n e t c o n f 协议的开发对于开发自主创新的下一代网络管理系统具有重要的意 义。 1 3 本文研究工作介绍 本文的课题受湖北省科技攻关重大项目“下一代网络管理系统及平台的研究 与开发 ( 编号为2 0 0 8 b a b 0 1 2 ) 支持。此项目包括基于i t i l 的下一代网络管理系统 和基于下一代网管标准的网络管理平台。本课题作为“下一代网络管理系统及平台 的研究与开发”的核心子课题“下一代网管标准的网络管理平台 中的重要组成部 分，设计并开发一个基于r f c 4 7 4 1 和4 7 4 2 标准的n e t c o n f 配置代理。 1 4 论文组织结构 本文的结构安排如下： 第一章，介绍论文课题研究的背景和意义。对国内外n e t c o n f 协议研究现状进 行分析总结，提出本论文课题的研究内容和课题目标。 第二章，介绍网络管理和网络配置管理的关系，指出配置管理在网络管理中的 重要性。介绍当前主流的网络配置管理方式，并指出其不足之处和配置管理的新需 求。 第三章，详细的介绍n e t c o n f 协议，包括n e t c o n f 协议的四层结构，协议的操 4 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 作和能力，最后对n e t c o n f 协议和现有的配置管理相关协议进行比较和分析。 第四章，提出基于n e t c o n f 的配置管理代理的设计目标和基于n e t c o n f 的配置 管理代理的总体结构，并对配置管理代理进行总体设计，最后按照总体设计思路， 对各模块进行详细设计。 第五章，根据第四章的设计，详细介绍n e t c o n f 配置管理代理的各个模块的实 现工作。 第六章，总结本文的研究工作成果，并分析本文实现的配置管理代理的不足和 今后的改进方向。 5 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 第二章网络配置管理 2 1 网络配置管理概述 2 1 1 网络管理与配置管理 随着网络规模不断扩大，复杂性的日益增强，网络设备类型和数量越来越多， 网络中各种实体间的关系也越来越复杂，对网络管理的要求也越来越高。在 i s 0 i e c 7 4 9 8 - 4 文档中对网络管理的五大功能f c a p s 故障管理、配置管理、性能管 理、计费管理和安全管理口订进行了定义。各种不同功能的网络管理需要采用多种技 术和工具。但任一个单一的方案都不可能完全用在所有的五种基本f c a p s 网络管理 区域。每种技术只能解决一种或多种功能。在表2 - 1 中，列出了主要的网络管理技 术及其相应功能。( y e s 表示支持，n o 表示不支持) 表2 - 1 网络管理技术及功能 功能 技术协议 故障 配置计费性能安全 命令行界面( c l i )y e s ，独立设备y e s ，独立设备 n on on o 简单网络管理协议 y e s y e s ，不常被使 n o y e s ，统计和跟 y e s ( s n 肝v 3 ) ( s n m p ) 用踪 通用管理信息协议 和通用管理信息服 y e sy e sn oy e sy e s 务( 叫i p 咧i s ) d i a m e t e rn on oy e sn oy e s k e r b e r o sn on oy e sn oy e s 控制信息协议 y e s ，p i n g 和响 n on o y e s ，响应时间 n o ( i c m p )应 i p 流动信息输出 y e sn oy e sy e sy e s ( i p f i x ) n i 订c o n fn oy e sn on on o n e t f l o wy e sn oy e sy e sy e s 凇i u s n on oy e s n o y e s 远程监控( 跚o n ：与 y e s ，轮询和警 n on o y e s ，统计 n o ，s 眦p 共同工作)报 s y s l o g y e sn o n on o n o t a c a c sn oy e sy e sn oy e s 6 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 配置管理是设置网络使其能够提供服务的基础。一般来说，它也是网络设备管 理的核心。如果没有有效的配置管理，网络提供商将很难追踪和修改在网络中实际 部署的设备和内容。不仅如此，其他的管理功能也依赖于配置管理。例如，在故障 管理中，如果不能准确了解网络的配置，则许多网络连接问题无法正确诊断。 2 1 2 网络配置管理功能与特点 配置管理的核心是用于配置被管资源的活动和操作，主要是指从网络获取数 据，并使用这些数据对所有网络设备的配置进行管理的过程。配置管理一般包括以 下步骤： 呤收集当前网络配置信息或所需的配置信息。只有得到配置信息，管理人员 才能迅速地发现配置错误，并修复网络故障。 令修改网络设备的配置。管理者可以通过配置管理工具对网络设备的配置进 行快速远程的修改，并且修改过程中能够保证现有设备运行的稳定和配置 数据的一致性。 保存数据，维护所有网络单元的最新设备清单，并生成多种报表。计算机 网络的环境在不断变化，只有了解网络设备的最新配置情况，管理者才能 随时了解网络的情况。 2 2 配置管理现状 目前，i p 网络中对设备的配置信息的修改有多种方式。简单网络管理协议s n m p 协议是最著名的网络管理协议，它被广泛应用于数据网络领域以及用于监控应用， 虽然s n m p 协议可以通过s e t 操作进行配置，但是却很少用于配置管理，大多数设备 都禁止了s n m ps e t 的功能。其原因是多方面的：一方面s m i 存在建立配置数据模 型的缺陷，例如不允许创建和删除行，不支持复杂的表结构等；另一方面s n m p 操 作在u d p 上进行，限制了最大报文的大小，无法进行大规模的配置处理；s n m p 没有 定义对于配置错误的响应处理；另外s n m p 协议没有一种标准的安全方法而是使用 协议特定的安全机制，这样使得开发和使用都比较复杂和繁琐。 在配置管理领域，目前主要是通过厂商特定的命令行接口c l i 对配置信息进行 读取和修改。c l i 方式可以使得操作人员和管理员能够更加容易与网络设备进行交 互。管理员通过t e l n e t 或者s s h 方式登录到远程设备上，通过c l i 输入一系列命 令对配置文件的模块进行增加、删除和修改操作以实现对路由器的不同功能模块进 行配置。目前绝大多数路由器和交换机都支持c l i 。如果管理一个小型网络，c l i 7 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 可能是唯一可以使用的配置接口。但严格来说，c l i 不属于管理协议，而是一种命 令行接口，目的是供人们直接和设备进行交互，而不适合应用于某种管理应用或与 现有n m s 集成( 如配置管理应用) ，因此c l i 的显示方式非常适合人类阅读，不同 的内容以不同的形式显示出来。但是这样的内容不便于其他应用程序使用，特别是 c l i 中有上百种命令和不同的响应格式，不同的厂商的c l i 配置命令还不尽相同， 无法将主要的内容按某一种或几种方式转换或利用。简单地说，和传统的网络管理 不同，c l i 命令并没有通用的响应语法，并且没有简单直白的公共语法来让应用能 够处理并解析设备所返回的内容。配置管理应用还有一个方面是c l i 未涉及而且也 从未打算涉及，但是是必须的一一事件通知机制，目前只能通过与s y s l o g 结合使用 来实现。而且c l i 不是一个标准化的单一形式，通常不同的厂商而且设置相同厂商 的不同操作系统之间都可能有一定的差异。例如在j u n i p e r 操作系统中，j u n 0 s 上 的c l i 和c i s c o1 0 s 操作系统上的c l i 就存在一定差异( 但它们具有相同的内在原 则) 。 在f c a p s ( 错误、配置、计费、性能和安全) 网络管理模式中，配置管理经常被 忽略。大多数网络管理厂商把重点放在每一个事情上。在配置方面，大多数配置管 理工具只是由设备厂商提供。但是，这个范围仅限于那个特定的厂商的产品。因此， 大多数网络管理员需要许多管理工具来支持其整个网络，使各种信息的相互关系非 常困难。因此，符合某个配置标准的工具显然会使网络设备的配置工作变得更简单 更高效。 2 3 传统配置管理的缺点与配置管理的新需求 在i e t f 成立n e t c o n f 工作组之前，2 0 0 2 的i a b 网络管理会议针对当时网络管 理中出现的问题和现有协议的缺陷进行了详细的讨论，并整理成r f c 3 5 3 5 恻，其中对 于从操作者角度的配置管理的待解决的需求进行了较为详细的总结： 1 从操作者角度来看，任何网络管理技术最大的需求是易于使用。 2 必须清楚的区分配置数据，操作状态和统计数据。一些设备没有很好的区 分哪些参数可以配置，哪些数据可以通过其他机制获得例如路由协议。 3 应该可以分别得到设备中的配置数据，操作状态和统计数据，并且能够比 较不同设备的这些数据。 4 必须能够使操作者集中于配置整个网络而不是单一设备。 5 对于简单网络配置管理支持配置事务处理非常重要。 6 对于配置设备a 和b ，可能存在从a 到b 之间的操作，应该对网络和系统产 8 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 生尽可能小的状态改变和影响。减小配置改变对其他的影响是很重要的。 7 对于操作者来说丢弃和恢复配置内容的机制是一个基本的配置管理需求。 应该有一个从设备中导入导出配置的标准。 8 应该比较容易的进行不同时间和不同设备的配置数据一致性检查来确定不 同配置的区别和是否一致。 9 网络通用配置应该存储在网络中心的主数据库中并且可以转换成能导入到 设备中的格式，不管这种格式是c l i 命令还是配置文件。目前对于配置数据没有统 一的数据模型，虽然不同的操作者使用的数据模型都非常相似，但是提取，文档化， 标准化网络通用的配置数据模型是很有必要的。 1 0 在进行配置过程中非常需要有类似d i f f 的文本处理工具和类似r c s 或c v s 的版本管理工具。设备不应随意修改或对如访问控制列表等数据重新排序。 1 1 管理接口访问控制的粒度应于操作需求一致。典型的访问控制模型是基于 角色的访问控制模型和最小权限原则，这样用户仅仅被给予最小访问权限来执行所 需的任务。 1 2 需要进行设备的访问控制列表的一致性检查。 1 3 区分正配置的数据和活动配置数据是非常重要的。设备应该支持多个配置 数据库。 1 4 s n m p 访问控制是面向数据的，而c l i 访问控制则是面向命令行( 任务) 的。 根据管理功能，有时面向数据和面向任务的访问控制都有意义。因此，应该同时支 持面向数据和面向任务的访问控制。 因此开发一种统一的新型的专门针对网络设备的配置而设计的网络配置管理 协议成为业内共识。推动新协议产生的主要因素是希望减少在网络设备自动化配置 过程中的编程工作量。一般说来，在变更设备的配置时所导致的网络崩溃，有6 0 是由于人工错误引起的。业界专家认为，新协议的主要目标在于能够生成更好的配 置工具，帮助设备厂商利用这些工具在软件升级时获得更高的效率m 1 。 这些都促成了n e t c o n f 协议的产生。n e t c o n f 的最佳定位是在配置管理领域， 与命令行输入或模拟人工输入的c l i 等方式不同，n e t c o n f 可以利用x m l 来配置网 络设备，因而也能够更有效地收集存储在网络设备上的各种状态和配置数据。但这 并不意味着它不能用于其他的目的，n e t c o n f 同样支持对状态数据的获取和事件通 知机制。n e t c o n f 规范正成为一种工业需求并已经被c i s c o ，j u n i p e r ，n o r t e l 等网 络设备提供商支持。 9 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 2 4 本章小结 本章对网络管理的功能进行了简单介绍，对网络管理已有的一些协议进行了总 结和分析。然后对网络配置管理的功能和特点进行了介绍，并总结了现有的配置管 理的情况，主要分析了s n b l p 和c l i 在配置管理方面的优劣。最后本章根据r f c 3 5 3 5 总结了传统配置管理的缺点和配置管理的新需求，为下章介绍n e t c o n f 协议的特点 奠定了基础。 1 0 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 第三章n e t c o n f 协议的研究 3 1n e t c o n f 协议简介 i e t f 组织于2 0 0 6 年1 2 月通过了r f c 4 7 4 1 4 7 4 4 ，这些r f c 的确定标志了配置管 理协议n e t c o n f 得到了国际标准化组织的认可。在最近的两年又通过其他的r f c 如 r f c 5 2 7 7 ，5 3 8 1 ，5 5 3 9 等不断的对其进行完善，在2 0 0 9 年3 月对r f c 4 7 4 1 也进行了一 定的修改和完善。n e t c o n f 协议是一种新的基于x m l 的配置管理协议，它采用x m l 作为配置数据和协议消息内容的数据编码方式，采用基于t c p ( 传输控制协议) 的传 送机制，用s s h v 2 ，s o a p ，b e e p 等传输方式用简单的r p c ( 远程过程调用) 方式来获 取，更新或删除设备中的相应的部分或所有管理信息。 将网管数据以标准的x m l 格式存储可以做到网管技术与w w w 技术的真正融合。 x m l 可以表达复杂的、具有内在逻辑关系的、模型化的管理对象，而且由于它是w 3 c 提出的国际标准，因而受到广大软件提供商的支持，易于进行数据交流和开发。特 别是配置数据非常符合层次结构和面向对象原则，在这两点上与x m l 标准不谋而合， 这使得以x m l 格式存储配置数据非常自然，易于实现。在n e t c o n f 协议中大量使用 x m l 技术。n e t c o n f 报文采用x m l 方式进行封装；n e t c o n f 协议操作和数据模型都定 义在x m l 模式( 如x s d ) 中；d o m 4 j ，x m l b e a n s 等开发包可以用来生成和解析x m l 报文： x p a t h 表达式用于过滤获取配置数据；x m l 命名空间被用来区分标准和自定义的协 议特征；u r n 用来定义协议的版本和能力；基于s o a p 的n e t c o n f 使用s o a p ，w s d l 等 w e bs e r v i c e 技术：x s l t 可以用来输入和输出x m l 内容。 3 2n e t c o n f 协议结构 n e t c o n f 协议分成四层， 四层结构 i 内容层 _ l 操作层 l l ir p c 层 i l i 传输协议层 传输协议层，r p c 层，操作层，内容层，如图3 1 所示。 对应基本内窖 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 最内层是内容层，最外层是传输协议层。n e t c o n f 协议结构也就是n e t c o n f 报 文的基本机构。n e t c o n f 报文都是x m l 编码方式，在构造n e t c o n f 报文时，将从内 到外层层封装，而解封报文时，则从外到内分析报文。协议的每层结构是相对独立 的，可以单独的进行研究和实现。协议的传输协议层提供管理端和代理进行安全可 靠通信的方案。为了保证配置管理的安全可靠性，弥补s n m p 协议的安全缺陷， n e t c o n f 协议必须提供面向连接的安全传输机制，通过建立会话和关闭会话的方法 建立连接。同时n e t c o n f 协议为了提高协议的可扩展性，可以使用多种不同的传输 机制。r f c 4 7 4 2 - 4 7 4 4 分别定义了基于s s h ，s o a p ，b e e p 的通信规范，这些安全协议通 过加密和认证等方法来保证网络连接的安全性。实现n e t c o n f 协议的时候可以同时 实现多种传输机制，其中强制实现的是s s h 。另外r f c 5 3 8 1 还提供一种成熟的使用 s o a p 进行n e t c o n f 通信的实践方案。 r f c 4 7 4 1 对n e t c o n f 协议的r p c 层、操作层和能力扩展等都做了说明和定义。 r p c 层为r p c 模块的编码提供了一个简单的、传输协议无关的机制。通过使用 和 元素对n e t c o n f 协议的客户端( 网络管理者或网络配置应用程序) 和服务器端( 网络设备) 的请求和响应数据( 即操作层和内容层的内容) 进行封装， 正常情况下 元素封装客户端所需的数据或配置成功的提示信息，当客 户端请求报文存在错误或服务器端处理不成功时，服务器端在 元素中 会封装一个包含详细错误信息的 元素来反馈给客户端。 操作层定义了一个基本的协议操作集并能够通过能力进行操作和功能的扩展。 与s n m p 协议的简单g e t ，s e t 等操作相比，n e t c o n f 协议提供了用于获取、配置、 复制、删除和加解锁配置数据库和关闭会话的基本操作集，并且能够通过自定义新 的能力来提供新的功能。这样极大的丰富了配置管理的功能和提高了自动化配置的 效率，同时也提高了配置数据的安全性和一致性。r f c 4 7 4 1 中定义了九种基本操作 和八种默认的能力，来实现配置管理的基本功能。 内容层表示的是被管对象的集合，类似s n