（通信与信息系统专业论文）以sla为中心的网络运行监测系统架构设计与实现.pdfVIP

摘要 摘要 网络的发展趋势是以i p 为核心，统一承载语音、数据和多媒体业务。随着这 种业务p 化的加速发展，对运营商的传送网络提出了新的要求。确保服务提供商 ( s e r v i c ep r o v i d e r ，s p ) 提供符合要求的服务具有重要的意义。而服务等级协定 ( s e r v i c el e v e l a g r e e m e n t ，s l a ) 正是服务提供商和客户双方经协商而确定的关 于服务等级的协议。因此，s l a 具有重要的研究价值，而对网络运行状态的监测 是实现s l a 管理的重要环节。 软件架构是系统蓝图，它清晰划分了系统的逻辑功能组件，并通过约定的接 口和标准的协议将其组织起来，形成层次结构清楚的软件骨架。本文以“以s l a 为中心的网络运行监测系统”项目为背景，深入研究了以s l a 为中心的网络运行 监测系统的软件架构相关问题，主要包括以下五个方面的内容： ( i ) 通过对以s l a 为中心的网络运行监测系统特点的分析，提出了适应该 系统应用特点的软件架构； ( 2 ) 通过对比分析相关技术，选择了适合该架构的软件技术作为实现的基 础，并重点研究了分布式对象技术和数据分发技术，提出了基于 c o r b a ( c o m m o no b j e c tr e q u e s tb r o k e ra r c h i t e c t u r e ) 和d d s ( d a t a d i s t r i b u t i o ns e r v i c e ) 技术构建软件架构的方案： ( 3 ) 结合所选取的软件技术，细化了软件架构的设计，并完成了主控、数 据分发系统、呈现层与业务逻辑层整合框架等关键模块的设计与实现： ( 4 ) 通过集成软件架构与系统相关模块，并在实际的网络环境中完成系统 级的测试，验证了架构的有效性； ( 5 ) 为了提高系统的性能和架构的可伸缩性，本文进一步研究了后台服务 器的负载均衡算法，提出了一种基于改进遗传算法的负载均衡机制， 并通过仿真验证了算法的可用性。 本文所设计的软件架构已在电子科技大学沙河校区校园中测试，验证了架构 的有效性。 关键词：s l a ，c o r b a ，d d s ，分布式系统，软件架构，负载均衡 a b s t r a c t a bs t r a c t i pw i l lb et h ec o r eo ft h en e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ，w h i c hw i l lc a r r yv o i c e ，d a t a a n dm u l t i m e d i as e r v i c e su n i f i e d w i t ht h ei n c r e a s e dd e v e l o p m e n to ft h e1 p b a s e d b u s i n e s s ，n e wr e q u i r e m e n ti sp u tf o r w a r do p e r a t o r s t r a n s p o r tn e t w o r k i ti so fg r e a t s i g n i f i c a n c e t oe n s u r e s p ( s e r v i c ep r o v i d e r ) t op r o v i d es e r v i c e sm e e t i n gt h e r e q u i r e m e n t s a n ds e r v i c el e v e la g r e e m e n t ( s l a ) i saf o r m a ln e g o t i a t e da 乒e e m e m a b o u tt h el e v e lo ft h es e r v i c eq u a l i t yb e t w e e nas e r v i c ep r o v i d e ra n dac u s t o m e r , s o s l ah a sg r e a tr e s e a r c hv a l u e ，a n dn e t w o r km o n i t o r i n gi s i m p o r t a n tp a r to fs l a m a n a g e m e n t s o f t w a r ea r c h i t e c t u r e ，a sab l u e p r i n t ，c l e a r l yd e f i n e st h el o g i cc o m p o n e n t sa n d o r g a n i z e st h e mb ya g r e e di n t e r f a c ea n ds t a n d a r dp r o t o c o l st of o r mac l e a rh i e r a r c h i c a l s k e l e t o n i nt h et h e s i s ，t h es o f t w a r ea r c h i t e c t u r eo fs l a - c e n t r i cn e t w o r km o n i t o r i n g s y s t e m a n dr e l a t e d i s s u e s a r er e s e a r c h e d d e e p l yb a s e d o nt h e p r o j e c tn a m e d “s l a - c e n t r i cn e t w o r km o n i t o r i n gs y s t e m ”f i v ea s p e c t sa r ei n c l u d e da sf o l l o w s ： ( 1 ) t h es o f t w a r ea r c h i t e c t u r ei sp u tf o r w a r d sb a s e do na n a l y s i so fs l a c e n t t i c n e t w o r km o n i t o t i n gs y s t e m ( 2 ) c e r t a i ns o f t w a r et e c h n o l o g i e sa r ec h o s e da st h eb a s eo fi m p l e m e n t i n gt h e s o f t w a r ea r c h i t e c t u r eb y c o m p a r i n g t h er e l a t e d t e c h n o l o g i e s a n d d i s t r i b u t e d o b j e c t st e c h n o l o g y a n dd a t ad i s t r i b u t i o nt e c h n o l o g ya r e r e s e a r c h e da sae m p h a s i s ap l a nf o rb u i l dt h es o f t w a r ea r c h i t e c t u r ew i t h c o r b a ( c o m m o no b j e c tr e q u e s tb r o k e ra r c h i t e c t u r e ) a n dd d s ( d a t a d i s t r i b u t i o ns e r v i c e ) i sp r o p o s e d ( 3 ) n l es o f t w a r ea r c h i t e c t u r ed e s i g ni sr e f i n e dw i t l lc o m b i n a t i o no ft h e s e l e c t e ds o f t w a r et e c h n o l o g y m e a n w h i l ek e ym o d u l e sa r ed e s i g n e da n d i m p l e m e n t e ds u c ha sm a i nc o n t r o lm o d u l e ，d a t ad i s t r i b u t i o ns y s t e m ，v i e w l a y e r - b u s i n e s sl o g i cl a y e ri n t e g r a t i o nf r a m e w o r ka n ds oo n ( 4 ) a s y s t e m a t i ct e s ti sp e r f o r m e di nt h ea c t u a ln e t w o r ke n v i r o n m e n tt h r o u g h i n t e g r a t i n gt h es o f t w a r ea r c h i t e c t u r ea n dr e l a t e dm o d u l e s a n dt h ev a l i d i t y i sv e r t i f i c a t e d i i a b s t r a c t ( 5 ) i no r d e rt oe n h a n c ep e r f o r m a n c eo ft h es y s t e m ，l o a db a l a n c i n gf o rs e r v e r s i sf u r t h e rr e s e a r c h e di nt h et h e s i s ，a n dal o a db a l a n c i n gm e c h a n i s mb a s e d o ni m p r o v e dg e n e t i ca l g o r i t h mi sp r e s e n t e d a n dt h ea v a i l a b i l i t yi sp r o v e d b ys i m u l a t i o n t h es o f t w a r ea r c h i t e c t u r eh a sb e e nt e s t e di nt h en e t w o r ko fu n i v e r s i t yo fs c i e n c e a n dt e c h n o l o g yc h i n a a n dt h ev a l i d i t yi sv e r i f i e d k e yw o r d s ：s l a ，c o r b a ，d d s ，d i s t r i b u t e ds y s t e m ，s o f t w a r ea r c h i t e c t u r e ， l o a db a l a n c i n g i i i 图目录 图2 1 图3 1 图3 2 图3 3 图3 - 4 图3 5 图3 6 图3 7 图3 8 图3 - 9 图3 1 0 图4 1 图4 2 图4 3 图4 4 图4 5 图4 6 图4 7 图4 8 图4 9 图4 1 0 图4 1 1 图4 1 2 图4 1 3 图5 1 图5 2 图5 3 图5 4 图目录 s l a 的生命周期6 传统的模块交互方式1 5 总线型交互模式1 6 轮询的数据分发模式1 6 发布者订阅者模式1 7 s l a 执行阶段到实现模型的映射2 0 监测系统架构2 l 基于软件总线的软件架构2 3 系统的层次性模块图2 4 运行监测系统的网络部署2 6 运行监测系统的模块协同2 8 t a o 的结构3 1 配置管理模块结构图3 3 配置模块的序列图3 3 监测模块的实现模式3 5 主动对象实现序列图4 0 呈现层与业务逻辑层整合方案图4 3 a b s t r a c t f a c t o r y f a c a d e 模式4 4 d e c o r a t o r - p r o x y 模式结构4 5 数据分发实现框图4 7 数据订阅者活动图4 8 数据发布者的活动图4 9 系统模块命名机制图5 0 实施控制与监测模块间的交互5 4 测试环境拓扑图5 7 监测任务管理5 8 配置界面5 8 链路配置5 9 v i i 图目录 图5 5 图5 - 6 图5 7 图5 8 图5 - 9 图5 1 0 图5 1 1 图5 1 2 图6 1 图6 2 图6 3 图6 4 图6 5 图6 - 6 图6 7 查看监测信息树形结果5 9 路由器信息6 0 电子科技大学沙河校区拓扑图6 0 链路历史流量图6 1 实施控制模块6l 链路分析模块被实施控制模块激活6 1 链路分析模块的数据订阅者6 2 数据发布者发布最新的实时数据6 2 应用了负载均衡机制的系统部署方案6 6 基本遗传算法流程图6 8 负载均衡网络模型7 3 负载均衡节点模型7 4 轮转算法与遗传算法页面平均响应时间比较7 5 每秒分配给各服务器的请求流量7 6 轮转算法与遗传算法在数据库查询业务平均响应时间上的对比7 7 v i i i 表目录 表目录 表2 1分布式架构下的中间件的比较8 表4 1监测模块对应的端口范围5 3 表5 1拓扑监测结果在数据库中的信息6 3 表6 - 1h t t p 业务仿真参数设置7 5 表6 - 2数据库业务仿真参数设置7 6 i x 缩略语 缩略语 s l as e r v i c el e v e la g r e e m e n t q o sq u a l i t yo fs e r v i c e v p nv i r t u a lp r i v a t en e t w o r k o m g o b j e c tm a n a g e m e n tg r o u p p o ap o r t a b l eo b j e c ta d a p t e r o i 强 o b j e c tr e q u e s tb r o k e r c o r b ac o m m o no b j e c tr e q u e s tb r o k e ra r c h i t e c t u r e d d sd a t ad i s t r i b u t i o ns e r v i c e a c e a d a p t i v ec o m m u n i c a t i o ne n v i r o n m e n t t a ot h e a c eo r b u m lu n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e r 兀i r u n t i m et y p ei n f o r m a t i o n 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 s o a ps i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c o l g i o pg e n e r a li n t e r - o r bp r o t o c o l i i o pi n t e m e ti n t e r - o i 也p r o t o c o l x 服务等级协定 服务品质 虚拟专用网 对象管理组织 可移植对象适配器 对象请求代理 公共对象请求代理体系结构 数据分发服务 自适应通信环境 基于a c e 的对象请求代理 统一建模语言 运行时类型信息 可扩展标记语言 简单对象访问协议 通用o r b 间协议 互联网o r b 间协议 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，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己在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名：臣囵叁遂日期：如习年月日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 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、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：函奎量导师签名： 日期：q 7年月1 e l 第一章引言 1 1 研究背景及意义 第一章引言 下一代网络将以i p 为核心，统一承载语音、数据和多媒体业务。随着这种口 化的加速发展，对运营商的承载网提出了新需求。主要体现在三个方面：第一个 方面是视频类宽带业务量的快速增加，对网络带宽的需求越来越大：第二个方面 是礤业务具有猝发性，业务对网络资源的需求具有随机性的特点；第三个方面是 语音、视频业务实时性方面的需求，对时延和时延抖动等提出了更高服务等级要 求。在这种情况下，确保网络服务提供商提供符合要求的服务具有重要的意义。 通常，网络服务提供商和网络服务用户彼此会维持一种商业关系。网络服务 提供商给客户提供网络服务，这种网络服务可以看成一种产品，而享受网络服务 的客户则需要给网络服务提供商付费。这就如同其它商业活动一样：为产品付费 的客户必须要求获得质量符合需求的产品。 然而，网络服务作为产品有其自身的独特性。由于客户需求的不同，网络服 务提供商提供给客户的网络服务是可定制的，并且服务不仅包括功能，还包括诸 质量属性。这几个方面可以统称为服务等级。比如服务提供商提供v p n ( v i r t u a l p r i v a t en e t w o r k ，虚拟专用网络) 服务，可以用来互联企业网络的各个站点和远 程办公分支机构。根据不同的情况，企业的站点和远程分支机构会在数量、规模 以及地理分布方面都有所不同。在订购服务时需要将这种差异考虑在内。这些不 同的情况将导致服务提供商所提供的服务有很大的差别，具体来说则是它们对服 务的容量、可用性以及性能等方面有着完全不同的需求。 可见，预期为某个服务提供的服务等级规范已成为服务本身的一个重要组成 部分。某个服务的服务等级规范以s l a ( s e r v i c el e v e l a g r e e m e n t ，服务等级协定) 【l 】的形式出现。s l a 通常是逐个与客户进行协商来确定的。s l a 不仅提供了预期 的服务等级，还提供如果网络服务提供商未能提供满足协定承诺的服务等级时应 当采取的弥补措施以及需要赔偿的经济损失。网络服务提供商需要依靠服务等级 管理来确保满足所协定的服务等级；而客户则需要确认他们确实得到了与支付的 费用相当质量的网络服务。因此，对于网络服务提供商和客户来说，服务等级管 理都是非常重要的，它提供了通信服务提供商和用户之间的商业关系的基础b j 。 电子科技大学硕士学位论文 综上所述，研究口网络环境下服务等级协定具有重要的现实意义。本文将主 要研究在i p 网络环境下以s l a 为中心的网络运行监测系统的实现模型、软件架 构、监测架构、以及实施控制模块等主要模块的设计与实现。而且为了提高系统 性能和可伸缩性，本文还进一步从理论上研究了后台服务器的负载均衡技术，提 出了一种基于改进遗传算法的负载均衡机制。 1 2 研究现状 近年来，很多组织对s l a 从多个方面进行了研究，包括理论研究和具体的实 现方案，并取得了不同程度的进展。而在实现模型和具体的软件架构上，现有的 成果还有很多不足，不能完全适应以s l a 为中心的网络运行监测系统的特点。 t m f ( t c l e c o m m u n i c a t i o nm a n a g e m e n tf o r u m ，电信管理论坛) 在g b 9 1 7 规 范中提出，s l a 的生命周期由五个阶段组成，这从概念上对s l a 的内容作出了 规范。强调了s l a 的重要性，但并没有针对如何实现s l a 提出相应的模型，缺 乏对s l a 软件架构和监测方法的规范；i t u tm 3 3 4 1 定义了在t m n ( 电信管 理网) 中实现s l a 监测需要的接口和功能。但一方面它只是针对在t m n 上实现 i p 业务的s l a 监测所需要的接口和功能，具有一定的局限性：另一方面，它只 是在宏观上定义了完成s l a 相应功能应该提供的接口，而并没有给出更具体的实 现方案和架构；有效的数据对s l a 监测意义重大，i e t f 的网络工作组针对s l a 监测系统的特点定义了特定的m i b 库，为s l a 监测系统的数据来源提供了保证， 但这只是整个s l a 管理系统中的一个环节，数据采集的具体实施方案以及它怎样 和s l a 管理系统有效结合仍有待解决。当前也有一些非权威组织在从事s l a 管 理系统实现模型和软件架构的研究，但都还存在不足，表现在现有的系统并没有 完全解决以下七个方面的问题： ( 1 ) s l a 监测系统与传统的网络管理系统关注的层面不同。传统的网络管 理系统主要关注网元级和网络级的性能参数。而s l a 系统关注的是服 务级的性能。然而服务具有多样性的特点，并且会不断增多。不同的 业务在产品开发阶段会映射到不同的网络性能参数，对应的s l a 系统 的监测策略和方法也会有所不同。因此监测系统必须能够针对不同的 s l a 业务类型，动态选择最优的监测方法和策略。 ( 2 ) 网络规模在不断扩大，网络和应用的复杂性也在不断增加。这就需要 s l a 系统能应对网络的规模的变化。 2 第一章引言 ( 3 ) 网络系统作为s l a 的监测对象，本身具有异构性的特点。特别是下一 代互联网，整个网络环境是由不同的硬件设备，软件，和协议组成。 而造成网络异构性的因素是不可避免的。这就需要s l a 系统能够适应 异构环境，屏蔽底层的差异。 ( 4 ) 为了对待监测网络进行执行期监测，需要实时的获取网络运行参数， 通过统计分析，判断是否有违约，等级的降低，或者故障发生。而这 需要对网络运行各个方面进行监测，比如拓扑，服务器性能，设备管 理等。各模块在工作过程中，都需要实时的获取网络运行原始数据。 如果各模块各自采集数据：一方面会造成冗余信息占用网络资源，影 响正常的业务流量；另一方面，由于各个模块在功能上并不是完全独 立，而是相互协作的关系，因此各自采集数据会造成状态的不一致性。 综上所述，通过统一的数据采集平台采集数据是必然的。但这同时引 出了另一个问题，怎样有效和实时的将采集到的数据分发到各个模块。 ( 5 ) 从上面的分析可以看出，系统间各个部分是需要互相协作的，相互间 必然就有数据要传送。因此，需要一种方式能完成众多模块间的通信 功能；同时，要避免模块间的紧耦合。 ( 6 ) 不同的客户对s l a 的关注点是各不相同的，这就需要在最终的用户界 面上区别对待。对于一般的客户，主要有两个方面，一是灵活的配置 功能；另外一个是查看网络运行监测的统计结果，而不用关注过多细 节。而对于需要了解更多网络细节的客户，需要功能更加完善的界面。 对于这两种需求，应该区别处理。并要和业务逻辑层很好的整合。 ( 7 )以s l a 为中心的网络运行监测系统有两个特点：首先，它处于s l a 生 命周期的执行期，要符合s l a 生命周期的特点，实现系统各部分协同 工作；同时，各个模块都需要反映网络运行状况的实时数据，呈现出 以数据为中心的应用特点。就需要设计正确的软件架构，兼顾两种特 点。 1 3 本文工作 本文首先研究了国内外在网络运行监测系统架构方面取得的进展，根据s l a 和i p 网络的特点，对以s l a 为中心的网络运行监测系统进行了分析，结合现有 技术，深入研究了以s l a 为中心的网络运行监测系统的软件架构，并实现了基 电子科技大学硕士学位论文 于c o r b a 和d d s 的软件系统。具体工作如下： ( 1 ) 研究目前s l a 的最新标准，以及国内外在实现以s l a 为中心的网络运 行监测系统中取得的进展，总结了当前研究成果中存在的不足。 ( 2 ) 针对以s l a 为中心的网络运行监测系统的特点，重点研究了分布式架 构下面向对象的中间件技术( c o r b a ) ，以及数据分发服务( d d s ) ： 并分析了它们在网络运行监测系统中应用的优势。 ( 3 ) 提出了基于c o r b a 和d d s 技术的分布式网络运行监测系统的的软件 架构，并详细分析了系统的构成，系统结构和系统实现的关键技术。 具体包括如下六个方面：s l a 执行阶段到实现模型的映射设计、自上 而下的监测架构设计、基于软件总线的软件架构设计、系统的层次性 结构设计、运行监测系统的网络部署设计、以及运行监测系统的模块 协同设计。 ( 4 ) 考虑到系统应用在网络通信环境，使用著名的基于a c e ( a d a p t i v e c o m m u n i c a t i o ne n v i r o n m e n t ) 的c o r b a 中间件实现t a o ( t h ea c e o r b ) ，构建了开放性的网络运行监测系统，深入研究了在此环境下各 子系统互联、互操作的具体实现方案，以及系统业务逻辑层的主控模 块的实现方案。 ( 5 ) 根据各监测模块对数据的需求特点，设计并实现了基于d d s ( d a t a d i s t r i b u t i o ns e r v i c e ) 中间件的实时数据分发模块。 ( 6 ) 尽管c o r b a 在实现分布式业务逻辑上有着众多优点，但缺乏对呈现 层技术的支持，本文以当前流行的w e b 呈现层技术和c o r b a 技术为 例，设计并实现了一种集成呈现层和业务逻辑层的框架 ( 7 ) 为了增强系统的性能和架构的可伸缩性，本文从理论上进一步研究了 后台服务器负载均衡技术，提出了一种基于改进遗传算法的负载均衡 机制，并利用o p n e t 进行了建模和仿真，与当前常用的轮转算法进行 了性能对比，证明了本文所提出的算法的有效性。 1 4 论文结构 第一章首先阐述了本课题的研究背景和意义，并综合分析了国内外当前在以 s l a 为中心的网络运行监测系统方面取得的研究进展以及存在的不足。然后总结 了本文的研究工作； 4 第一章引言 第二章对以s l a 为中心的网络运行监测系统的架构进行了分析。首先分析以 s l a 为中心的网络运行监测系统的特点；然后比较了当前各种分布式架构下的中 间件，分析了c o r b a 在以s l a 为中心的网络运行监测系统中的优势；最后分析 了本系统采用的数据分发技术( d d s ) 。 第三章阐述了系统架构的总体设计，分别从s l a 执行期到实现模型的映射、 自上而下的监测架构、系统架构中的软件总线、系统的层次性结构设计、运行监 测系统的网络部署以及运行监测系统的模块协同几个方面进行了设计。 第四章详细描述了系统的主要功能的实现方案，以及模块间的交互方式。包 括以下几个方面：系统开发平台、配置管理模块、实施控制模块、评估与报告模 块、呈现层一业务逻辑层整合框架、公共服务模块、模块间的基本交互设计、数 据采集与数据分发模块的交互设计、数据分发模块与各监测模块的交互设计以及 实施控制与监测模块的交互。 第五章演示了系统测试方法和结果。 第六章分析了负载均衡技术在本文所设计的软件架构中的应用方式，设计了 一种基于改进遗传算法的后台服务器负载均衡算法，并利用o p n e t 进行了仿真， 与轮转算法进行了对比，验证了本文提出的新算法的有效性。 第七章总结了本文的研究工作，提出了课题中尚待研究和解决的问题。 最后为参考文献和致谢部分。 电子科技大学硕士学位论文 第二章网络运行监测系统的架构分析 本章分析了以s l a 为中心的网络运行监测系统的特点，为设计以s l a 为中 心的网络运行监测系统的架构指明了方向。并进一步对比分析了分布式架构下的 中间件技术。 2 1 以s l a 为中心的网络运行监测系统分析 本节首先介绍了s l a 的生命周期，然后总结了以s l a 为中心的网络运行监 测系统的特点。 2 1 1s l a 的生命周期 服务等级协定( s e r v i c el e v e la g r e e m e n t ，s l a ) 是服务提供商和客户双方经 协商而确定的关于服务等级的协议。同时，s l a 是一个螺旋上升的动态过程【2 】。 t m f 9 1 7 将这个过程分为五个阶段，形成了图2 1 所示的s l a 的生命周期【l 】： 图2 一ls l a 的生命周期 五个阶段分别是：产品业务开发、协商和销售、实现、执行以及评估。产品 业务开发阶段的主要任务是针对不同业务的需求制定相应的参数模板；协商和销 售阶段的主要任务是针对客户对业务的需求，就费用、违例处理以及评估报告等 相关问题进行协商和确定；实现阶段的主要任务是对签署的合约进行配置，以各 执行阶段使用；执行阶段的主要任务是对网络进行监测，并根据监测结果进行资 源的控制以及服务等级的确认等；评估阶段的主要任务是利用执行阶段得到的数 据，根据所签署的合约对相关参数进行计算，并与预期的等级进行对比，从而确 认业务提供商是否提供了符合预期等级的服务。 6 第二章网络运行监测系统的架构分析 2 1 2 系统架构需求分析 从上面介绍的s l a 的内容可以总结出以s l a 为中心的网络运行监测系统具 有如下特点： 第一是异构性：以s l a 为中心的网络运行监测系统的监测对象为i p 网络， 它由不同厂商和类型的软硬件设备以及不同的通信协议构成，具有异构性的特点。 第二是s l a 系统关注服务级：传统的网络管理软件关注的是网元级和网络级的性 能参数，而以s l a 为中心的网络运行监测系统重点关注的是服务级的性能。业务 的多样性及其类型的快速增长，给监测的方法带来更大的压力，因为针对不同类 型的业务，其对应的最优的监测方法是不尽相同的，需要根据具体需求，设计和 选择最适当的监测方法对网络运行状况进行监测。第三是架构实现应该符合技术 无关架构观点：下一代运维支撑系统在软件架构上提出了技术无关架构的观点【3 】。 而s l a 管理本身是运维系统的一部分，工作在其执行阶段的网络运行监测系统更 是实现s l a 管理的一个重要部分。因此，以s l a 为中心的网络运行监测系统在 架构上需要遵循技术无关架构观点。第四是系统应该具有可伸缩性：i p 网络作为 以s l a 为中心的网络运行监测系统的监测对象，它的规模在不断增加，因此，以 s l a 为中心的网络运行监测系统必须有足够的可伸缩性来适应不断增大的网络。 第五是各监测模块都对实时的网络数据有需求：以s l a 为中心的网络运行监测系 统为了能及时判断待监测网络的状况，需要频繁的获取反映网络状态的数据，但 各个模块需要的数据类型、数据量以及对实时数据的需求频率都不相同。第六是 各功能模块协同工作的特点：以s l a 为中心的网络运行监测系统涉及到众多的功 能模块，而要完成监测功能，需要这些模块相互协作，形成一个有序的工作流程。 第七是界面的需求差异：界面需求的差异主要表现在部分用户只需要以w | e b 方式 对系统进行粗粒度的配置和查看监测结果，而需求更高的用户则需要更加详尽的 界面来显示网络运行的细节。这种差异性就要求在进行软件架构设计时提供足够 的灵活性来支持这种呈现层，让呈现层的差异不影响到业务逻辑层，减小两个软 件层面的耦合性。第八是工作流程有两种类型：一方面网络运行监测系统工作在 s l a 生命周期的执行阶段，它应该能够和生命周期中的其它阶段整合，逻辑上符 合s l a 生命周期的特点，实现系统各部分协同工作：另一方面，网络运行监测系 统内部有频繁的网络实时数据的分发，各监测模块的运行都依赖这些数据，呈现 出以数据为中心的特点。因此，在进行软件架构设计时，应该综合工作流程中这 两个方面的特点。 7 电子科技大学硕士学位论文 2 2 分布式架构下的中间件分析 本小节比较了当前分布式架构下流行的中间件技术，并结合网络运行监测系 统的特点，总结了c o r b a 中间件应用在本系统中的优势，然后进一步介绍了 c o r b a 的主要特性。 2 2 1 各种中间件的比较 根据前面对以s l a 为中心的网络运行监测系统特点的分析，本系统所采用的 分布式技术应该在下表所列出的各个方面具备一定的优势。而当前比较流行的分 布式架构下的中间件技术有c o r b a ( c o m m o no b j e c tr e q u e s tb r o k e r a r c h i t e c t u r e ， 公共对象请求代理体系结构) 、d c o m ( d i s t r i b u t e dc o m p o n e n to b j e c tm o d e l ，分 布式组件对象模型) 、w e bs e r v i c e 、e j b ( e n t e r p r i s ej a v a b e a n s ，企业级j a v a b e a n s ) 。 它们各自有不同的特点和不同的最佳应用场合。下表对比了四种分布式技术： 表2 1分布式架构下的中间件的比较 对比角度 c o r b ac o m 正l c o m胁bs e r v i c ee 丁b 技术成熟度 成熟成熟不太成熟成熟 可扩展| 生好一般好好 对通信协议的支持好好好一般 对实时陛的支持好好 差差 对传统应用的支持好好 差差 对负载均衡的支持好 差 好 差 对异构平台的支持 好差好好 安全l 生好一般 差好 多种开发语言的支持 好好好 差 公共服务组件好一般好 好 事务处理 好一般一般一般 消息服务一般 一般一般一般 c o m 是微软针对w i n d o w s 平台推出的一种组件模型，而d c o m 是在c o m 的基础上加入了分布式处理能力。它最大的局限性是只能运行在w i n d o w s 平台 上，对异构平台的支持能力很差。而在本课题中，采用了b s ( b r o w s e r s e r v e r ， 8 第二章网络运行监测系统的架构分析 浏览器j j l 务器) 模式，所有业务逻辑都在后台服务器上运行，为了提高系统的可 靠性、安全性，后台服务器都采用l i n u x 操作系统。因此c o m d c o m 技术不适 合本系统的应用。它常用了w i n d o w s 平台上的分布式应用。 e j b 是分布式应用中服务器端开发的构件技术，为分布式应用提供了基础， 但它的局限性在于只能用j a 、後进行开发，并且通信机制也是基于j a v a 的r m i ( r e m o t em e t h o di n v o c a t i o n ，远程方法调用) 实现的。而在本课题中，网络运行 监测系统一方面要同时为多个s l a 任务服务，另一方面待监测网络规模可能会比 较大。因此，必须尽量减少影响系统运行性能的因素，而j a v a 本身采用了虚拟 机的机制来实现跨平台，对性能影响很大。所以本课题选用c + + 作为后台服务器 上业务逻辑处理程序的开发语言。e j b 在开发语言上的局限性决定了它不适合在 本课题中使用。 w e bs e r v i c e 最大的优点是强大的通信能力，它所采用的通信协议为s o a p ( s i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c o l ，简单对象访问协议) 。s o a p 将请求和结果数据 以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 ，可扩展标记语言) 的形式进行封装，并用 h t t p 等协议进行传输，因而可以将分布在广域网上的异构应用系统集成起来， 组成一个协同工作的系统。但这种基于文本的通信协议的效率比其它分布式组件 技术中基于二进制的通信协议效率要低。它所要解决的问题和目标与其它分布式 组件技术是不同的，它们之间不是竞争而是合作的关系，以c o r b a 、e j b 或 c o m d c o m 实现的分布式业务处理应用系统可以通过w e bs e r v i c e 进行集成。 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 ，对象管理组织) 提出的规范。 它是针对分布式环境下应用程序开发所面临的困难提出的解决方案，并以中间件 的形式存在。c o r b a 的基础功能由三个部分构成：i d l ( i n t e r f a c ed e s c r i p t i o n l a n g u a g e ，接口定义语言) 、o r b ( o b j e c t r e q u e s t b r o k e r ，对象请求代理) 和g i o p ( g e n e r a li n t e r - o r bp r o t o c o l ，通用o r b 间协议) 【4 】。i d l 使得客户程序和服务 程序都面向接口实现，客户不依赖c o r b a 服务对象以何种语言实现、在何种操 作系统上执行。客户和服务程序只要都按照相同的接口设计实现，就可以实现互 联互通。o r b 是c o r b a 的核心，也被称为软件总线，各c o r b a 对象都挂在软 件总线上，当某客户需要c o r b a 对象提供服务时，就会发出请求，o r b 会截获 该请求，并通过分析请求内容来定位相应c o r b a 服务对象的位置，然后将请求 传递给该服务对象，最后将执行结果返回给客户。在该过程中，客户并不知道为 它服务的c o r b a 对象是本地对象还是远程对象，因为客户的调用方法是一样的， o r b 为其完成了定位工作。g i o p 是c o r b a 为了解决不同o r b 间的互操作而设 9 电子科技大学硕士学位论文 计的一种通用的抽象协议。它不依赖底层任何具体的通信协议，可以基于多种下 层协议实现具体的o r b 。i i o p ( i n t c m c ti n t e r - o r bp r o t o c o l ，互联网o r b 间协议) 便是c o r b a 针对t c p i p 设计的不同o r b 间互操作而设计的具体协议【5 1 。与 c o m d c o m 不同，c o r b a 是独立于操作系统的，可以在不同的系统上执行。而 且也没有开发语言上的限制，c o r b a 是语言独立的，它作为一种规范，已被映 射到多种开发语言，i d l 接口也可以被编译成不同的语言，从而实现由不同语言 开发的客户程序和服务端程序的互操作。下一章将结合到本文为以s l a 为中心的 网络运行监测系统提出的架构设计思想，分析c o r b a 在该系统中应用的优势。 2 2 2d d s 技术 d d s ( d a t ad i s t r i b u t i o ns e r v i c e ，数据分发服务) 是对象管理组针对数据分发 系统制定的规范，目的是提供一种在应用层面清晰的定义了数据分发服务的通用 接口。 d d s 的发布一订阅模型将数据的生产者( 发布者) 和数据的消费者( 订阅者) 联系起来。整个分布式应用由若干个“参与者组成，每个参与者在不同的地址 空间中运行，甚至在不同的计算机上。一个参与者可能同时发布和订阅由主题标 识的类型化数据流。d d s 定义了数据发布者和数据订阅者间的通信关系。这种关 系是松耦合的，表现在如下几方面：在空间上，各节点可以位于任何地方；在时 间上，分发操作可以立即执行也可以延迟一定时间后执行；而且分发过程可以在 控制的带宽下进行。为了增加可伸缩性，主题可能包含多个关键字标识的独立的 数据通道。这使得节点可以通过一次订阅操作就订阅