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基于s n i v i p 的校园网网管系统研究与实现 摘要 随着网络应用的普及和网络技术的发展，信息技术的应用模式发生了很大的 变化，新技术的应用带来了多种的网络连接方式，网络的规模也越来越大，计算 机网络管理越来越重要。如何对网络中的各种资源进行有效的管理和配置，已经 成为高校校园网管理者的一个重要课题。 目前校园网的实际应用和管理中，网络设备繁多，服务器厂商各异，网络管 理有一定难度。加之校园网i p 盗用、i p 冲突、网络侦听问题严重、病毒与网络 攻击猖獗的现状，设计一套适于应用、量身定做的网管系统尤为必要，通过研究 在现有网络体系中，有效地解决i p 和m a c 地址进行绑定，异常流量实时追踪，蠕 虫病毒泛滥等问题，通过集成i c m p 、a r p 、s n m p 等底层协议，完成一个针对校园 网应用的具有基本网络管理功能的系统原型，达到实时故障点监测，缩短排除故 障时间的总体设计目标。针对目前在校园网管理中使用的客户机j i l t 务器这样的结 构，提出使用浏览器服务器的方式来开发网络管理系统，可以很好的解决传统网 络管理对物理位置和固定的管理机器的要求，使得管理员可以在任何网络联通的 地方对网络进行管理。 本文首先从网络管理所面临的问题与挑战入手，介绍了o s i 系统管理框架和 管理功能域，彻底剖析了事实上的网络管理标准一一s n m p ，分析比较了各网络管 理技术，选择适合学校网络管理平台的协议基础一简单网络管理协议s n m p ，作为 网络管理平台开发的协议基础，并在此基础上实现校园网网络管理系统。本文深 入研究s n m p 的原理，从s n m p 的发展、s n m p 配置、m i b 库、s m i 、协议数据 单元p d u ，到对s n m p 各版本的优劣，还分析了安全性较高的s n m p v 3 的体系结 构，最后在f r e e b s d4 1 0 、p e r l5 6 1 环境下实现了s n m p 协议。并在s n m p 协议 基础上，结合我校园校园网的管理实际，并采用成熟w e b 开发技术，利用p e r l 的些开源接口，实现了适于校园网应用的网络管理系统原型k m u s t n m ，系统己 接入校园网管理环境试运行。系统基本实现了校园网管理所需的主要功能，设备 管理、i p 查询、设备端口控制等。 关键词：简单网络管理协议基于w e b 的网络管理校园网管理k m u s t n m 原型 第i 页 基于s n m p 的校园网网管系统研究与实现 a b s t r a c t w i t ht h ew i d es p r e a do fi n t e r n e ta p p l i c a t i o na n d t h ed e v e l o p m e n to f t h en e t w o r kt e c h o n o l g y ，a p p l i c a t i o nm o d ef o rt h ei n f o r m a t i o nt e c h o n o l g y h a sc h a n g e dg r e a t l y n e wt e c h o n o l g y s b r i n gu sm o r ea c c e s sw a y st ot h e i n t e r n e tw h i c hc a u s e sn e t w o r ke x p a n d i n gr a p i d l y a sar e s u l t ，n e t w o r k m a n a g e m e n th a sb e e ng e t i n gm o r ea n dm o r ei m p o r t a n t h o wt os u p e r v is ea n d c o d f i gv a r i o h sd e tr e s o u r e se f f e c t i v e l yh a sb e c o m eas i g n i f i c a n tt a s kf o r t h ec a m p u sn e t w o r ka d m i n is t r a t o r a t p r e s e n t ，i nt h ed a i l y m a i n t e n a n c ea n dm a n a g e m e n t ，i tisr e a l d i f f i c u l tf o ru st os u p e r v is ea n dm a n a g et h ec a m p u sn e t w o r ks i n c ew eh a v e t o f a c ev a r i o u sa n dc o m p l e xn e td e v i c e sa n dd i f f e r e n te q u i p m e n t m a n u f a c t u r e r si nt h es a m et i m e i na d d i t i o n w i t ht h eb a ds i t u a t i o n - 一- i p e m b e z z l e m e n t 、i pc o n f i l c t ，s e t i o u sn e t w o r km o n i t o r ，v i r u ss p r e a da n df ie r c e a t t a c kt o w a r d sn e t w o r k ，i ti si n e v i a t b l yn e c c e s s a r yt od e s i g nac e r t a i n m a n a g e m e n ts y s t e mw h i c hise a s yt oo p e r a t ea n da p p l yt os 0 1 v et h e s es e r i o u s p r o b le m sa b o v e b yr e s e a r c h i n gp r e s e n tn e t w o r ka r c h i t e c t u r e ，a u t h o ra i m s t os l o r et h e s ep r o b l e m se f f e c t i v e l y ，s u c ha si pa n dm a cb a n d i n g ，t r a c i n g a b n o r m a ls t r e a mi nt i m e ，f l o o d i n go fw o r mv i r u s b yi n t e r g r a t i n gb o t t o m p r o t o c o l ss u c ha si c m p ，a r p ，s n m p ，a u t h o rd e v is e as y s t e ma r c h e t y p ew i t h b a s icm a n a g e m e n tf u n c t i o n sw h i c hp e r f o r m sm o n i t o r i n gr e a lt i m et r o u b l e s t os h o r t e nt r o u h l e s h o o t i n gt i m e a c c o r d i n gt ot h ep r e s e n tc l i e n t s e r v e r m o d e ， a u t h o rc h o o s eb r o w e r s e r v e rt od e si g nn e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e m w h i c hc a na v i o dt r a d i t i o n a lm a n a g e m e n tm e t h o dr e q u i r i n gs t a b l ep 1 a c ea n d e q u i p m e n t sa n de n a b l ea d m i n is t r a t o rs u p e r v is et h ec a m p u sn e t w o r ki na n y p l a c ew h e r ec a na c c e s st ot h en e t w o r k i nt h eb e g i n n i n go ft h is ，a u t h o rd e s c r i b et h ep r o b l e m sa n dc h a l l e n g e s w ef a c e ，i n t r o d u c em a n a g e m e n tf r a m e sf o r o s is y s t e ma n df u n c t i o nf ie l d ， a n a l y s ef u l l yt h es t a n d a r dp r o t o c 0 1 s n m p ，c o m p a r ev a r i o h sm a n a g e m n e t t e c h o n 0 1 9 y t h e nc h o o s es n m pa st h eb a s i cp o r t o c o lf o rc a m p u sn e t w o r k m a n a g m e n tp 1 a t f o r mw h i c hiss 1 2 i t a b l ef o rs u c hn e t w o r ka n df in a l l yi m p le m e n t t h em a n a g e m e n t s y s t e mo ni t a1 a r g ep a r to ft h isa r t ic 1ee l a b o r a t e st h e 第面 基于s n m p 的校园网网管系统研究与实现 r e s u l tf o rr e s e a r c h i n gs n m pt h e o r yf r o md i f f e r e n ta s p e c t ss u c ha st h e d e v e l o p m e n to fs n m p 、s n m pc o n f i g u r a t i o n 、m i b 、s m i 、p d ua n dd is c u s sa d v a n t a g e s a n dd is a d v a n t a g e so fd i f f e r e n ts n m pv e r s i o n sa n da n a y l s et h eh i g h s e e u r i t y s n m p v 3 sa r c h i t e c t u r e 1 1 1t h e1 a s t a u t h o rf u l f i ls n m pp r o t o c o lw i t h f r e e b s d4 1 0o p e r a t i n gs y s t e ma n dp e r l1 a n g u a g ev e r s i o n5 6 1 o nt h eb a s is o fs n m p ，a u t h o rc o m p r e h e n d st h er e a lc i r c u m s t a n c ef o rt h ep a r t i c u l a rc a m p u s n e t w o r k ，a n da d o p t st h em a t u r ew d bt e c h n o l o g ya n df r e ep e r li n t e r f a c e t e c h n 0 1 0 9 y t o i m p le m e n t t h e p r o t o t y p e k m u s t n m a c a m p u s n e t w o r k m a n a g e m e n ts y s t e m ，w h i c hh a sb e e nr u n n i n go n1 i n e t h em a n a g e m e n ts y s t e m isp r o v i d e dw i t hm a i nf u n c t i o n ss u c ha sd e v i c em a n a g e m e n t 、i ps e a r c h i n g 、 d e v i c e si n t e r f a c e sc o n t r 0 1 。e t c k e yw o r d s ：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 o l ( s n m p ) ，w e b b a s e dn e t w o r k m a n a g e m e n t ，c a m p u sn e t w o r km a n a g e m e n t ，k m u s t n ms y s t e mp r o t o t y p e 第试页 昆明理工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下( 或 我个人) 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内 容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成 果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 爹献 e t 期：加矿年幸月 日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解昆明理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅，学校可以公布 论文的全部或部分内容，可以采用影印或其他复制手段保存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守) 导师签名：选拉论文作者签名：垄承。 日 期：五! 丘圭伞目l 旦 基于s n m p 的校园网网管系统研究与实现 第一章绪论 1 1 引言 随着互联网络以超摩尔定理的速度在增长，网络已大踏步迈入寻常百姓的生 活圈，与人们的日常生活息息相关，从多方面多角度改变了人们过去的生活方式 与习惯。企业透过网络提高了工作效率与生产力；政府推广电子政务、电子无纸 化办公，提高办公效率，节约办公成本，方便人民群众：学校也通过信息化建设 提高学校的核心竞争力，加快学科专业建设步伐。 随着全球化的脚步逐渐加快，网络的重要性更与日俱增。如何有效管理网络 也成为了企业、政府、学校内重要的管理课题。网络管理随着信息网络的飞速发 展，规模的越来越大，对现代网络管理的功能需求也就越来越复杂，目前这个时 期，正是网络管理软件加速发展的黄金时期，原有的标准被不断的更新，目的就 是为了满足日益增长的网络管理功能需求、提高网络管理的效率和降低网络管理 的成本。 所谓的网络管理，是指监督、组织和控制网络通信服务和信息处理所必需的 各种活动的总称。这些活动的目标是确保网络的基本功能连续正常运行，或者当 网络运行出现异常时能及时响应和排除故障，从而使网络系统具有高效率、高性 能。一般来说，计算机网络的功能有两类：基本功能和管理功能。其中基本功能 指计算机网络中直接支持用户需要的数据传输和数据处理功能；而管理功能是保 障基本功能正常有效运行的功能操作。管理功能的完成往往借助于基本功能。 网络管理的活动包括直接作用于网络系统的初始化、监视和控制活动，即网 络管理技术范畴内的活动：还包括为管理技术应用于具体网络系统而设定管理目 标、规范、政策等管理策略范畴内的活动，本文所说的网络管理活动指网络管理 技术范畴内的活动，网络管理也指网络管理技术。 从网络管理员所管理的网络资源、管理员与被管资源的关系以及管理策略三 方面看，早期的网络管理具有如下三个特征： 1 、网络管理员在异构的网络环境中，面对不同物理网络设备，针对每一种 不同的设备采取不同的方法从网络设备中获取数据； 2 、对交换机、路由器等网络资源进行本地性和物理性的管理，管理员在现 场连接仪器、操作按钮，监视和改变网络资源的状态： 第1 页 基于s n m p 的校园网网管系统研究与实现 3 、网络管理采用故障驱动的事后策略，即网络管理作业一般是发现故障或 接到用户申告之后才开始。 在管理需求和技术发展的推动下，网络管理走向标准化，特别是i n t e r n e t 的出现和发展，更促进了网络管理的发展，产生了多种网络管理标准和一些对应 的管理系统，现代计算机网络管理的特征是： 1 、网络管理员面对的是从管理角度出发，经过抽象的网络资源的数据描述， 即所谓的“被管对象”，它们可以看作服务于网络管理的虚拟网络资源； 2 、网络管理员通过标准网络管理协议以远程监控方式( r e m o t em o n i t o r i n g ) 管理网络资源，将本地物理管理变成了远程逻辑管理； 3 、网络管理策略转变为定期甚至实时监视网络资源，引入人工智能等新的 计算机技术，具有前期预测能力。 可见，网络管理发展的一般趋势是标准化、智能化，具体发展要素是被管对 象、管理方式和管理策略及支持管理策略的技术。 1 2 网络管理中普遍面临的问题与挑战 一个不稳定的网络业务系统对一个信息化的企事业单位来说是致命的。对于 一个信息化的企业来说，网络就是业务，人们必须从业务的角度来看待捌籍管理， 高效率的网络管理手段是业务的成长保障。不管是大型企业i n t r a n e t 网、大中型 园区网，还是校园网，普遍在网络可视性、应用性能、故障排除与错误管理、安 全性等方面都遭遇到不少挑战： 1 、网络可视性 夺知道网络的利用率，但不知道是什么应用程序在网络上运行? 主要用户有 哪些? 夺对于日趋重要的多媒体应用，如v o i p 、视频会议等进行有效的监控和管 理，以确保服务等级： 夺遭遇到由于病毒或黑客引起的流量暴涨而导致网络严重拥塞； 网络带宽规划没有长期统计数据来预测其网络使用趋势； 令网络需要优化，但是需要提出具体的统计资料来支持相关决策； 2 、应用性能 夺在应用性能降低时，如何迅速的判断到底是服务器负载太高而处理慢? 还 是网络拥塞传输慢? 夺如何维持校园内重要应用与服务的性能? 第2 页 基于s n m p 的校园网阿管系统研究与实现 夺无法提供详细之网络管理报表，包括各局域网与广域网的流量分析与应用 服务器的性能状况；如：i p 地址、应用层响应时间及协议分布等； 3 、故障排除与错误管理 夺每天都有新的病毒出现，要如何在病毒肆虐前发现中毒征兆 令业务网，办公网或i n t e r n e t 带宽被个别用户占用，如何找出凶手 夺网络出现异常流量时，如何找出原因并解决问题 4 、安全性 网络管理技术的发展和标准的制定是与现代网络管理的愿望和需求息息相关 的，随着信息网络的发展，一些新的概念和新的技术不断地融入到现有的网络结 构中，最近几年，人们对现有网络的安全越来越重视，大量网络安全设备不断涌 现，如防火墙、入侵检测、安全审计等面向安全的网络设备，这些设备的出现改 变了原有的网络管理观念，安全性渐渐成为首要的问题，这对现有的网络管理技 术是一个严峻的挑战，今天的网络管理中，网络管理者的愿望和当今网络管理软 件的实际实现之间还达不到一致。 1 3 网络管理现状及发展方向 1 3 1 网络管理体系标准 现在，网络管理活动的主要特征是标准化，一些组织机构为网络的管理制定 了服务标准、协议和体系结构。这些网络管理协议标准提供了一种访问由任何厂 商生产的任何网络设备，获取一系列标准值的一致性方式。在各种组织制定的网 络管理体系标准中重要的有： l 、国际标准化组织f s 0 制定的网络管理体系结构、管理服务和协议。 2 、国际电报电话咨询委员会c c i t t ( 即现在的国际电信联盟电信标准化部 i t u t ) 制定的电信管理网络( t m n ) 。 3 、i n t e r n e t 工作委员会( i a b ) 下设的i n t e r n e t 工程任务组i e t f 制定的“简 单网络管理协议( s n m p ) ”。 网络可以分为计算机网( 数据网) 和电信网。在上述网络管理标准中i s o 体 系既可用于计算机网，也可用于电信网；c c i t t 的t m n 主要针对电信网，并引入 了许多i s o 的管理思想；i e t f 的s n m p 适用于计算机网，特别是基于t c p i p 协议 的计算机网。本文研究计算机网络的管理，因此在后面我们所说的网络管理均指 计算机网络管理。 在各组织机构中，i s o 最先开始网络管理的研究，并将网络管理的体系结构 第3 玎 摹于s n i v l p 的校园网网管系统研究与实现 作为其“开放系统互联”( o s i ) 的一部分。关于网络管理体系结构最早的建议在 1 9 8 0 年提出，至今为止已经存在包括管理体系结构、网络管理服务和协议等内容 的许多标准。在这些标准中最重要的是“o s i 管理框架”( 0 s im a n a g e m e n t f r a m e w o r k ) 、0 s i 系统管理概述( 0 s is y s t e mm a n a g e m e n to v e r v ie w ) 和公共管 理信息服务协议一一c m i s c i m 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 ns e r v i c e p r o t 0 c 0 1 ) 。 i n t e r n e t 工作委员会( i a b ) 开始曾打算采用0 s i 管理标准。但是当i n t e r n e t 已经发展到了迫切需要网络管理的阶段，o s i 管理工作组仍忙于o s i 管理框架的 讨论。由于0 s i 管理标准不能在短期内完成，i a b 要求其下设的i e t f 制定自己的 管理协议。i e t f 在一年内完成了“简单网络管理协议( s n m p ) ”，并且许多制造 厂商很快开始生产与s n m p 相适应的产品。1 9 9 3 年起，在对s n m p 作了必要的修正 和补充后，陆续推出了s n m pv 2 和s n m pv 3 。 作为长期打算，i a b 建议i e t f 把i s o 的c m i s c m i p 作为网络管理协议的基础 进行研究，以满足将来的需要。i e t f 最终完成了一个使用t c p 进行传输的 c m i s c m i p 协议实现，这种在t c p 之上和c m i s c m i p 结合的网络管理协议称为 c m o t ，是一种过渡性的解决方案。但是许多网络管理生产商不想花时间实现另一 个过渡性方案，相反他们加入了s n m p 潮流并在其上花费了大量资源，所以c m o t 协议虽然存在，但从出现至今没有任何发展，在1 9 9 2 年关于c m o t 的所有工作都 停止了。 另外i e e e ( i n s t i r u t eo fe l e c t r i c a la n de l e c t t o n i e se n g i n e e r s ) 也制定 了l a n 和m a n 环境的管理标准一一l 删p ( l a nm a nm a n a g e m e n tp r o t o c 0 1 ) 。i e e e 的管理标准基于i s oc m i p ，不同的是i e e e 没有在o s i 的应用层上使用这些协议， 而是在数据链路层上实现，故该标准也称为“逻辑链路控制上的公共管理信息服 务与协议”一一c m o l ( c o m m o nm a n a g e m e n to v e rl l c ) ，也由于此原因，c m o l 不 依赖于任何特定的网络层协议，从而易于实现。然而没有网络层提供路由信息， l m m p 消息需要转换代理才能跨越路由器，这样使得i e e e 的管理标准局限于一个 l a n 或m a n 。 综上所述，由于s n m p 体系与o s i 的网络管理体系相比具有简单实用、易于 实现等优点，得到众多厂商的支持和广泛的应用，已成为网络管理领域事实上的 工业标准。目前网络管理活动的标准化特征( 网络管理体系、智能设备中的代理 和网络管理系统) 实际上都使用s n m p 来实现，许多网络管理的开发项目仍使用 s n m p 。但是由于s n m p 存在一些缺陷，同时0 s i 管理体系提供了更完备的管理功能， 第4 页 基于s n m p 的校园两网管系统研究与实现 新的网络产品和政府部分对i s o 的o s l 的支持给o s i 网络管理体系带来了新的活 力；网络结构复杂性的增加也给o s i 管理体系提供了新的机会。所以我们认为0 s i 网络管理体系最终将取代s n m p 体系，但s n m p 体系在很长的一段时间内将存在， 并处于主流地位得到发展。 1 3 2 网络管理的发展趋势 目前网络管理的功能主要针对网络的数据传输功能( o s i 网络及以下层通信 子网的功能) ，仅对网络系统中如路由器、网络交换机等硬件设备进行监控和管 理，不涉及o s i 高层协议和应用系统。然而随着i n t r a n e t 的兴起，对网络的管理 变成了面向全系统的管理，包括通信管理、服务管理和应用程序管理，所以网络 管理已经不仅是一个管理平台附加一个数据库以及一大堆显示的图形，而是分布 在不同设备和数据库中的功能集合的集成。 由于技术的发展，网络管理的对象也在不断增加，上述网络管理功能的变化 发展从技术上讲也是被管理对象的增加所引起的，另外a t m 等通信技术的发展应 用使网络管理又增加了新的被管对象，所以网络管理技术将发展以适应被管对象 增加的需要。 从网络管理系统的实现来看，现在的网络管理系统往往建立在网络管理平台 上，依赖于特定的硬件和操作系统环境，并存在许多缺陷。网络技术的发展和网 络规模的日益扩大要求网络管理系统更加开放、具有更高的互操作性和更加灵活。 近年来，w e b 技术的出现和发展为创建一个平台独立的网络管理系统提供了解决 途径，为网络管理员提供了一种新的有效的网络管理方式，这种方式虽然不能取 代s n m p 管理平台，但扩展了基于管理平台的管理能力，更好地适应了网络管理的 发展需要。目前在网管市场中，一些主要厂商一一包括i b m t i v o l i 、s u n 和h p 正纷纷致力于提供应用w e b 技术的网络管理系统。 为了满足网络管理的需要，许多新的计算机技术应用于网络管理中。如面向 对象技术、r a d ( r a p i da p p l i c a t i o l ld e v e l o p m e n t ) 技术、数据库技术、计算机仿 真技术和人工智能技术等都不同程度地渗透到网络管理领域。总之，网络管理的 现代化、自动化更多地得到计算机技术的支持。 综观网络管理的现状和发展趋势，可以概括为：在使用标准网络管理体系进 行网络管理的过程中，随着技术的发展，被管对象增加，网络管理的技术需求随 之变化，将使用新的计算机技术在网络管理的被管对象、管理方式及管理策略等 方面促进网络管理的发展，形成综合网络管理系统。 第5 负 基于s n i v l p 的校园同网管系统研究与实现 1 4 本课题的提出及研究意义 1 4 。l 课题的提出 通过昆明理工大学校园计算机网第二期改扩建工程、2 0 0 1 年教育部启动西部 大学校园计算机网建设工程，昆明理工大学对三个校区的网络设备进行全面更新 和提速。目前校园网内拥有了大量的网络设备，包括c s c 0 2 5 0 1 、c i s c 0 2 5 1 l 、c i s c 0 2 6 2 l 、c l s c 0 3 6 6 2 、c i s c 0 7 6 0 6 、c i s c o l 9 0 0 、c i s c 0 2 8 2 0 、c i s c 0 2 9 5 0 、c i s c 0 3 5 2 4 、c i s c 0 3 5 5 0 、c i s c 0 6 5 0 9 、c 1 5 c 0 8 5 4 0 、q u i d w a y 2 4 0 3 、q u i d w a y 3 0 2 6 、q u i d w a y 3 5 2 6 、q u i d w a y 5 5 1 6 、q u i d w a y 6 5 0 3 、q u i d w a y s 0 1 6 等，网络的庞大给管理带来了 巨大的困难，常规的大型网管软件功能虽然齐全，但实际应用中反而不佳。构建 一个安全可靠的、能够快速部署，针对实际服务工作需要的网络管理系统成为一 种必然要求。 1 4 2 本课题的研究意义 计算机网络广泛应用的信息化时代中，网络管理的重要性不言而喻。根据网络 管理的一般需要，对网络管理基本理论的研究有助于对网络管理的认识，起着指 导性的关键作用。在计算机网络管理的发展过程中，s n m p 发挥了重要作用，它最 终可能被0 s i 管理体系所取代，但仍将长期处于主流地位存在，并得到发展。况 且目前的可管理网络设备及一些网络服务的管理代理都支持s n m p ，所以本文的研 究主要基于s n m p 管理体系有实际意义。 可以说，目前我校校园网的实际应用和管理中，网络设备繁多，服务器厂商 各异，网络管理有一定难度。加之校园网i p 盗用、i p 冲突、网络侦听问题严重、 病毒与网络攻击猖獗的现状，设计一套适于应用、量身定做的网管系统尤为必要， 通过研究在现有网络体系中，有效地解决i p 和m a c 地址进行绑定，异常流量实时 追踪，蠕虫病毒泛滥等问题，通过集成i c m p 、a r p 、s n m p 等底层协议，完成一个 针对校园网应用的具有基本网络管理功能的系统原型，达到实时故障点监测，缩 短排除故障时间的总体设计目标。当然目前可选用的网络管理系统可算得上琳琅 满目、良莠不齐，但这些阿管系统只具有一般性，不具有特殊性，而且并不是专 为校园网的管理而开发的，有时觉得不想要的功能繁多，想实现的功能确没有， 很难做到具有特色，量身定做，方便实用。所以本课题既有理 仑研究意义，也具 有实践参考价值。 有实践参考价值。 第6 页 基于s n i v i p 的校屉两网管系统研究与实现 第二章网络管理概述 用软件手段来对网络进行监视和控制，减少网络故障发生的概率，并形成有 效的恢复手段，最终使网络的性能达到最优。网络管理系统即是这样一组完成网 络管理功能的软件，它们可以大大提高网络的效率。针对一个网络管理应用程序 它必须定义：应用程序的功能、网络管理的体系结构、管理系统的结构、被管理对 象、通信方法的实现。 为此，网络管理建立了相应的网络管理模型：功能模型、体系结构模型、信 息模型。其中信息模型将在下一章s n m p 协议及详细分析中描述，在这里先给出其 它两个网络管理模型。 2 1 网络管理功能模型 按照0 s i 的标准分类，网络管理从功能上可分为五类即性能管理、故障管理、 计费管理、配置管理和安全管理( 如图2 一l 所示) ，根据校园网现行的一些结构 和运行机制，校园网的功能网络也可概括为这五大功能，只是对不同的功能的管 理所实施的策略有些差别。 图2 1 网络管理o s i 功能模型 1 、性能管理所谓性能管理就是评价网络资源的使用情况。对于个校园 网或园区网的性能管理，首先要考虑到网络连接链路的带宽使用情况，特别是出 口带宽；其次要关心网络设备端口通信情况，据此可进行进一步的流量分析；还 有网络连接设备服务器的c p u 利用率、服务器磁盘和关键服务访问情况。性能管理 在网络管理中尤其重要，关系到通信信道是否畅通和各种应用服务器能否很好运 行。此项工作若完全依靠人工管理，不仅耗时，且对管理人员要求较高，响应时 间过长。利用标准m i b 提供的性能管理参数，研发相应的网络管理软件提供相关功 能，可大大提高性能管理的效率。 第7 而 摹于s n n t p 的校园网网管系统研究与实现 2 、故障管理故障管理又叫差错管理，是指对网络上发生的故障进行检测、 定位和恢复。故障管理和性能管理是分不开的，当网络性能下降时，网络肯定出 现一些故障，这就需要故障的检测、定位和恢复。在校园网或园区网的应用中， 常通过设置临界值检测网络故障发生，如对特定通信，流量达到某阀值时可视 为拥塞，丢包率达到某一设定百分比时可视为线路故障。故障的检测、定位和恢 复的时间越短，则网络无故障工作的时间就越长，网络的性能就越好。 3 、计费管理计费管理就是根据资源使用情况进行计费的过程。常用计费 方法有：i p 流量计费、e - m a i l 计费、连接时间计费或机时计费、磁盘空间使用 情况计费。可根据相关政策和需求，采用不同的计费策略。计费数据可帮助了解 网络使用情况，为网络升级和资源配置提供依据和参考。 4 、配置管理配置管理就是识别网络资源，收集网络配置信息，对网络配 置提供信息并实施控制。在校园网或园区网应用中，实施配置管理时，常涉及到 如：有多少个i p 地址正在使用或曾经被用过、有多少个设备连接入网、目前在用 网络设备和服务器的配置情况( 端口数量、内存大小、软件版本等) 、可否对网 络连接设备的操作系统统一升级等问题。好的配置管理策略必然服务于性能管理 和故障管理，对提高整体网络性能是大有帮助的。 5 、安全管理目前网络安全越来越受到关注，也出现了各种软硬件防火墙 和邮件防毒网关。如何保证网络安全可靠的运行就是安全管理的任务。如：如何 防病毒或垃圾邮件、如何防攻击、如何保证数据安全传输、如何识别用户等。由 于网络安全涉及范围广，技术难度高，安全管理已发展成为一个专门的方向。 很显然，这五大管理功能的划分不是绝对的，而是互相交叉重叠的。计费管 理原始数据也是网络性能的体现，故障管理的基础是网络性能和配置情况。相比 之下，安全管理相对比较独立，既涉及其他四个管理功能的安全完成，也涉及网 络的安全使用。在一个网络管理系统中，应该很好地使这五大功能集成在一起， 发挥综合管理效率。 2 2 网管系统的体系结构模型 现代计算机网络管理系统主要由四个部分组成：若干被管的代理( m a n a g e d a g e n ts ) 、至少一个网络管理器( n e t w o r km a n a g e r ) 、一种公共网络管理协议 ( n e t w o r km a n a g e m e n tp r o t o c 0 1 ) 、一种或多种管理信息库m i b ( m a n a g e m e n t i n f o r m a tio nb a s e ) 。 网络管理系统又称为管理器代理器模型，是由一个管理器、一个被管理系 第8 而 基于s n m p 的校园网网管系统研究与实现 统、一个管理信息数据库和网络协议组成，如图2 2 所示。 管理器提供网络管理者和被管理者之间的接口。该管理过程执行诸如衡量一 个远程局域网段上的吞吐量或记录传输速度以及路由器的局域网接口地址的任 务。如图2 2 所示，被管理系统由代理进程和被管理对象组成。代理过程执行诸 如设各配置参数和一个给定段的路由器的当前运行统计这样的网络管理操作。被 管理对象包括工作站、服务器、集线器、通信线路等等。与被管理对象相关的是 各种属性，它们可以作静态的定义( 如接口速度) ，也可以作动态的定义( 如路由表 里的条目) ，或按要求在运行中度量( 如在给定时间段内准确无误地传递包的数 量) 。 管理系统 命令 被管系统 代理进程 被 ，、 管 卜1 理 i 管理数 对 据库f 象 l 图2 2 网络管理代理器的关系 一个网络管理信息库，亦称管理信息库( m i b ) ，与管理器和被管理器都相联 系。就像一个数码化的数据库有一个存储和检索资料的结构一样，一个管理信息 库也有一定的组织结构。这种逻辑的组织结构叫做管理信息结构s m i ) 。s m i 是按 照树状结构来组织的，它始于根部，枝系按逻辑分类来组织被管理对象。管理信 息库表示被管理对象的方式形同树枝上的树叶一般。 管理器代理器模型是如何与所需管理的网络联系的昵? 如图2 3 所示，图中 有一个控制平台，专用行使网络管理功能。互联网上的设备，如路由器和主机也 包含有网络管理代理器。m i b 与管理器和代理器相互联系，但路由器的m i b 与主 机上的m i b 不可能相同。这其中有两个主要的原因。一是这些设备通常来自不通 的设备制造商，二是路由器和主机行使不同的互联网络功能，不需要存储相同的 信息。 可以设想，如果各个厂商生产的设备之间的通信方式不同的话，那么不同厂 商的设备就无法进行互操作，无法进行互连，这样的产品是无法用来建设大规模 第9 页 啦二 基于s n m p 的校园网网管系统研究与实现 图2 - 3 网络管理器代理器模型的实现 的网络的。为了解决这个问题，人们在管理者和代理之间定义了一个通信标准， 这就是网管协议的内容。 第l o 页 基于s n m p 的校园碍阿管系统研究与实现 第三章s n m p 协议及详细分析 3 1s n m p 的发展 简单网络管理协议( 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 c1 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 。r f c1 1 5 7 和另一个关于管理信息的文件r f c1 1 5 5 一起， 提供了一种监控和管理计算机网络的系统方法。因此，s n m p 得到了广泛应用，并 成为网络管理的事实上的标准。 s n m p 在9 0 年代初得到了迅猛发展，同时也暴露出了明显的不足，如，难以 实现大量的数据传输，缺少身份验证( a u t h e n t i c a t i o n ) 和加密( p r i v a c y ) 机制。 因此，1 9 9 3 年发布了s n m p v 2 ，具有以下特点： 夺支持分布式网络管理； 夺扩展了数据类型； 夺可以实现大量数据的同时传输，提高了效率和性能 令丰富了故障处理能力； 夺增加了集合处理功能； 加强了数据定义语言。 但是，s n f p v 2 并没有完全实现预期的目标，尤其是安全性能没有得到提高， 如：身份验证( 如用户初始接入时的身份验证、信息完整性的分析、重复操作的 预防) 、加密、授权和访问控制、适当的远程安全配置和管理能力等都没有实现。 1 9 9 6 年发布的s n m p v 2 c 是s n m p v 2 的修改版本，功能增强了，但是安全性能仍没 有得到改善，继续使用s n m p v l 的基于明文密钥的身份验证方式。i e t fs n m p v 3 工 作组于1 9 9 8 年1 月提出了互联网建议r f c2 2 7 l - 2 2 7 5 ，正式形成s n m p v 3 。这一系 列文件定义了包含s n m p v l 、s n m p v 2 所有功能在内的体系框架和包含验证服务和加 密服务在内的全新的安全机制，同时还规定了一套专门的网络安全和访问控制规 则。可以说，s n m p v 3 是在s n m p v 2 基础之上增加了安全和管理机制。 i n t e r n e t 还有一个远期的网络管理标准c m o t ( c o m m o nm a n a g e m e n t i n f o r m a t i o ns e r v i c ea n dp r o t o c 0 1o r e rt c p i p ) ，意思是“在t o p i p 上钓 公共管理信息服务与协议”。虽然c m o t 使用了o s i 的网络管理标准c m i s c m i p ， 但现在还未达到实用阶段。 s n m p 最重要的思想就是要尽可能简单，以便缩短研制周期。s n m p 的基本 蔫于s n m p 的校园碍网管系统研究与实现 功能包括监视网络性能、检测分析网络差错和配置网络设备等。在网络正常工作 时，s n m p 可实现统计、配置和测试等功能。当网络出故障时，可实现各种差错 检测和恢复功能。虽然s n m p 是在t c p i p 基础上的网络管理协议，但也可扩展 到其他类型的网络设备上。 3 2s n m p 的配置 图3 1s n m p 的配置 图3 1 是使用s n m p 的典型配置。整个系统必须有一个管理站，它实际上是 网控中心。在管理站运行管理进程。在每个被管对象中一定要有代理进程。管理 进程和代理继承利用s n m p 报文进行通信，而s n m p 报文又使用u d p 来传送。 图中有两个主机和一个路由器。这些协议栈中带有阴影的部分是原来这些主机和 路由器所具有的，而没有阴影的部分是为实现网络管理而增加的。 有时网络管理协议无法控制某些网络元素，例如该网络元素使用的是另一种 网络管理铷议。这是可使用委托代理( p r o x ya g e n t ) 。委托代理能提供如协议转 换和过滤操作的汇集功能。然后委托代理来对管理对象进行管理。图3 2 表示委 托管理的配置情况。 s n m p 的网络管理由三部分组成，即管理信息库m i b 、管理信息结构s m i 以 及s n m p 本身。 基于s n m p 盼校园网网管系统研究与实现 委托代理 3 3 管理信息库m i b 图3 - 2 委托管理的配置 管理信息库m i b 指明了网络元素所维持的变量( 即能够被管理进程查询和设 置的信息) 。m i b 给出了一个网络中