（计算机应用技术专业论文）移动计算在网络管理系统中的应用研究.pdf

移动计算在网络管理系统中的应用研究 摘要 在传统的网络管理系统中，管理控制台与管理站结合过于紧密，不仅导致 网络管理员缺乏足够的位置灵活性，也使网络管理员不能随时获得网络运行状 态信息。将管理控制台与管理站分离设计，提高网络管理系统的可用性，增强 网络信息传达的及时性，是网络管理系统的发展方向。 移动计算是无线通信技术与b _ t c m e t 相结合的产物，它提供了在任何时间、 任何地点访闯网络资源的能力。移动计算技术将移动终端设备转变为i n t e m e t 节点，从而成为计算环节中的重要部分。移动终端设备具有移动性和便携性的 特点，因此移动计算带来了更自由、更灵活的信息访问方式。移动计算是近年 来研究的热点技术。 在长期研究网络管理并完成天津市科技发展计划“网络管理专用设备开发” 项目的基础上，本文将移动计算技术引入到网络管理系统中，提出管理控制台 与管理站分离的m o b i l e n m s 网络管理系统，有效地增强了网络管理系统的灵活 性和信息及时性。 本文进行的研究工作主要包括：( 1 ) 分析网络管理的特点，确立网络管理 系统进一步研究方向；( 2 ) 研究移动计算技术，分析移动计算在网络管理系统 中的应用形式；( 3 ) 设计m o b i l e n m s 系统，规划系统功能分布；( 4 ) 部分实现 m o b i l e n m s 系统功能，验证移动计算在网络管理系统中应用的可行性。 m o b i l e n m s 系统实现了配置管理、性能管理、故障管理和安全管理的部分 功能。在系统的设计与实现中，主要涉及到j a v a 技术，包括服务器端采用的 s e r v l e t 技术和客户端采用的m i d p 技术。 关键字 网络管理移动计算移动性m i d pj 2 m e r e s e a r c ho f a p p l y i n g m o b i l e c o m p u t i n g t o n e t w o r k m a n a g e m e n ts y s t e m a b s t r a c t i nt r a d i t i o n a ln e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e m ，t h ec o n s o l ei s c l o s e l yi n t e g r a t e d 、v i 廿1t h em a n a g e m e n ts t a t i o n a sar e s u l t ，t h eo p e r a t o rl o s e st h ef l e x i b i l i t yt om o v e a r o u n da n dc a l ln o tg a t h e rn e t w o r ki n f o r m a t i o ni ng o o dt i m e + t os e p a r a t et h ec o n s o l e a n dt h es t a t i o ni sat r e n di nt h er e s e a r c ho f m a n a g e m e n t s y s t e m m o b i l ec o m p u t i n g ，w h i c hc o m e sa sac o m b i n a t i o no fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n a n di n t e r a c t ，g i v e su st h ea b i l i t yo f a c c e s s i n gt oi n t e r n e ta n y p l a c ea n da n y t i m eb y t u r n i n gm o b i l et e r m i n a l si n t on o r m a li n t e m e tn o d e s t h ec h a r a c t e r i s t i c so fm o b i l i t y a n d p o r t a b i l i t yo f m o b i l et e r m i n a l sm a k e i n t e r n e tm o r e f r e e l yt ou s e 。 b a s e do n l o n g t e r m r e s e a r c h e so nn e t w o r k m a n a g e m e n t a n da f t e rt h e a c c o m p l i s h m e n to f t h e p r o j e c tw e b b a s e d n e t w o r k m a n a g e m e n ts y s t e m ，w ep r o p o s e as o l u t i o nt o i m p r o v e n e t w o r k m a n a g e m e n ts y s t e mu s i n g m o b i l e c o m p u t i n g t e c h n o l o g y t h i sp a p e ri n c l u d e s ：( a ) t oa b s t r a c tt h ec h a r a c t e r i s t i c so fn e t w o r km a n a g e m e n t a n dt oa n a l y z et h ef i e l d st ob er e s e a r c h e df u r t h e r ；( b ) t os t u d ym o b i l e c o m p u t i n ga n d i t s a p p l i c a t i o ni nm a n a g e m e n ts y s t e m ；( c ) t od e s i g nt h e s y s t e m m o d e lo ft h e m o b i l e n m s ；( d ) t oi m p l e m e n tt h em o b i l e n m sa n de v a l u a t et h e f e a s i b i l i t y o f m o b i l e c o m p u t i n g i nm a n a g e m e n t s y s t e m t h em o b i l e n m sh a s p a r t o fm a n a g e r i a lf u n c t i o n s o fp e r f o r m a n c e ，f a u l t ， c o n f i g u r a t i o n ，a n ds e c u r i t y i ti sd e v e l o p e du s i n gj a v at e c h n o l o g y , s u c ha ss e r v l e t a n d m i d p k e y w o r d s n e t w o r k m a n a g e m e n t ，m o b i l ec o m p u t i n g ，m o b i l i t y , m i d p , j 2 m e 引言 引言 网络管理在网络的正常运转、资源的合理配置、信息的有效控制方面发挥着重要的作 用。网络管理系统在完善网络管理功能的同时，也在不断改进系统结构，以提高系统的可 用性。 研究背景 在传统的网络管理系统中，控制台与管理站紧密结合，限制了网络管理员的位置自由 度，也造成网络运行状态信息不能及时有效的传递。在这样的背景下，多项技术被应用到 网络管理系统中，以解决这些问题。如w e b 技术的引入产生了基于w e b 的网络管理系统， 它将控制台与管理站分离，使网络管理员可以在多个地方对系统进行操作。这在一定程度 上解决了地理位置限制问题。然而，基于w e b 的网络管理一方面没有彻底的解决位置自由 度问题，另一方面也没有在信息及时性方面取得突破。 无线通信技术的应用范围逐渐扩大，其重要性日益增强。利用移动终端设备接入 i n t e m e t 并使用网络资源来解决问题，成了各机构的研究热点，并导致了移动计算的产生。 移动终端设备具有移动性、便携性的特点。因此移动计算带来了网络接入的灵活性和信息 传递及时性。 将移动计算引入到网络管理系统中，解决位置自由度和信息及时性问题，是本文的出 发点。在进行该项研究之前，本人在网络管理领域做了大量工作，并承担了天津市科技发 展计划“阿络管理专用设备开发”项目完成了“基于w e b 的网络管理系统”的研制。移 动计算在网络管理系统中的应用是本人在网络管理领域的进一步研究。 研究内容 本文主要研究移动计算在网络管理系统中的应用形式，改进传统网络管理系统在位置 灵活性和信息及时性方面的不足。 本文的核心内容在于提出m o b i l e n m s 系统结构，作为完善网络管理系统的解决方案。 该系统采用三层企业计算模型，分为表示层、功能层和数据层。功能层实现网络管理逻辑 并提供表示层支持服务，数据层存储功能层使用的各类数据。m o b i l e n m s 系统的晟大特点 是将表示层部署在移动终端设备上，利用该类设备的移动性和便携性来实现网络管理系统 的位置灵活性和信息及时性。 移动终端设备通过无线方式连接 n t e m e t ，井主要利用h t t p 隧道方式与功能层共同完 成网络管理功能a 在移动终端设备的软件环境中，利用j 2 m e 技术，设计m i d l e t 程序来实 现表示层软件。 论文结构 本文从总体上分为五个部分：第一章介绍并分析网络管理系统的现状，指出增加网络 引言 管理员的位置灵活性和提高网络信息传递的及时性是网络管理系统改进的方向。第二章引 入移动计算技术，介绍其产生背景、特点和计算模型，讨论将移动计算技术应用于网络管 理系统的基本思想与解决方案。第三章提出采用移动计算技术设计的m o b i l e n m s 网络管 理系统模型，并设计总体结构及各单元部分的功能。第四章详细说明m o b i l e n m s 系统的 实现技术，并开发了部分网络管理功能。最后，本文对m o b i l e n m s 系统做出评价，并对 移动计算的发展前景与可能的应用领域进行了讨论。 - 2 一 第一章网络管理概述 第一章网络管理概述 网络管理是伴随着计算机网络的发展而兴起的领域。最初的网络管理叫做网络监控， 主要是测试网络节点的连通性以及网关、网桥和路由器等少量设备之间的信息传递。网络 的快速膨胀使得网络管理的重要性突显出来。网络管理是控制一个复杂计算机网络使得它 具有最高效率和生产力的过程，使复杂的网络高效而稳定地运行。 1 1 网络管理功能 由于网络中的设备和技术种类繁多，因此需要一套开放式、标准化的手段来对各种各 样的元素进行管理。网络管理的对象不仅包括各类硬件设各，也包括运行的各种软件，如 操作系统、数据库系统等。网络管理的功能不仅包括对这些被管理元素的信息获取、性能 监控，也包括对其进行启动、停止等控制。国际标准化组织( i s o ) 将网络管理的功能定 义为5 个功能域：配置管理、性能管理、故障管理、安全管理和计费管理。 配置管理 、 拶u 图1 网络管理功能域 配置管理的目标是监控网络和系统的配置信息，从而保证网络管理员可以跟踪网络中 不同类型软硬件设备的状态。具体的功能包括：识别网络中的各种设备，并掌握这些设备 的相互关系：搜集设备的参数信息，并及时更新；配置设备的参数及运行状态；提供设备 查询接口。 性能管理 可拒，对个、集戥 一率采理在用据管 持利数络 维道史网 够信历助 能、和办络问测能网时监功 证迟时理。 保延实管率，、的能效面率标性用方吐擀。利 关吞能态络 相有性状网 个数个常高各参髯正提 的的对非， 能况供于源性情提处资 络行能否络 阿运功是网量络析络置 衡网分网配和响测断理测影检判合 监般据值， 是一数闽析 标。能的分目上性定行 的之。设进理平等户巩管水例用情能的比据衔 性受问根运 接访能络 以绝并网 第一章网结管理概述 故障管理 故障管理的目标是检测、记录、定位并尽可能排除网络硬件和软件故障。故障管理的 内容包括故障的检测、记录、分离及通知管理员。其检测功能就是搜集与网络状态相关的 数据，以便确定设备工作的状态。数据搜集的方式有两种：定期轮询和主动汇报。前者是 管理系统每隔一定时间向各设各查询工作状态，后者是当设备出现故障时主动向管理系统 报告错误信息。 安全管理 安全管理的目标是控制用户对网络资源的访问，保证网络中的敏感信息不会被未授权 的用户访问并防止网络遭到恶意或无意的攻击。安全管理的内容包括：确定要保护的敏感 资源：制定一套安全策略来控制对被保护资源的访问，如在数据链路层采用信息加密实现 对信息流的保护，对信息的访问服务采取主机认证、用户认证及密钥认证等：总结和报告 安全信息的审计跟踪，如记录未授权用户企图进行的不应有的操作，帮助管理员检查发现 网络中可能存在的安全隐患。 计费管理 计费管理是度量各个用户和团体用户对网络资源的使用情况，井据此建立度量标准， 对其收取合理的费用。这样不仅可以促使用户合理地利用网络资源，保证网络的正常运行， 也使得管理员可以根据资源的使用情况更好地为用户提供所需的资源量。计费管理的内容 包括设置计费原则，根据计费原则收集网络资源的使用数据，并在计费原则和采集数据的 基础上计算用户的费用。 1 2s n m p 网络管理 目前国际上通用的网络管理技术有两种：一种是由国际标准化组织( i s o ) 制定的公 共管理信息服务，公共管理信息协议c m i s 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 s e r v i c e s c o m m o nm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o np r o t o c 0 1 ) ；另一种是基于t c p p 网络的简单网 络管理协议( 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 ) 。前者对网络管理方面的规划非常全面， 同时也非常复杂。后者因为其出发点非常简单，容易实现，已经被许多公司采用，成为 i n t e m e t 网络管理事实上的标准。 1 2 1s n l m p 管理模型 s n m p 简单网络管理模型包括四个组成部分：被管节点、管理站、管理信息和管理协 议，如图2 所示。 口 被管节点是网络中的设备，如路由器、交换机、打印机、网桥等。在被管节点上 运行着s n m p 代理( s n m p a g e n t ) ，它负责与管理站通信。 口 管理站是执行管理功能的节点它实际是台运行特殊管理软件的计算机。管理 - - 4 一 整二兰旦竺笪兰塑堡 站可以实现上述管理功能域的全部或一部分功能。管理站上运行着管理进程，它 与被管节点中的s n m p 代理进行通信。管理站还提供管理员操作的用户界面。 口管理信息是按照规定的格式定义的变量，是反映被管节点运行状态的参数。在 s n m p 管理模型中，这些变量称为被管对象( m a n a g e do b j e c t ) 。它们的集合按照 标准被组织成固定的层次结构，成为反映被管节点状态的数据库，称为管理信息 库m i b ( m a n a g e m e n t i n f o r m a t i o nb a s e ) 。 口管理协议用于管理站与被管节点之间的通信，s n m p 就是简单网络管理协议的缩 写。大多数的通信是“查询一应答”方式，即管理站向被管节点发送s n m p 请求 报文，被管节点返回s n m p 应答报文。 1 2 2 管理信息库 图2 $ n m p 管理模型 管理信息库( m i b ) 是对网络管理协议可访问信息的精确定义。它在概念上是一个层 次型数据库，由管理对象组成。该层次数据库中每个位置对应于全局命名树中的名字空间。 每个管理对象即占用一个位置。这些位置使用j e t fr f c11 5 5 2 l 的s m i 进行描述，包括 o b j e c t ( 对象描述) 、s y n t a x ( 句法) 、d e f i n i t i o n ( 定义) 、a c c e s s ( 访问) 以及s t a t u s ( 状 态) 组成。其中o b j e c t 是一个表示特定对象的简短字符串，是以小数点分隔开的一组十进 制数序列。该序列实际上表明了对象在全局命名树中的位置。 被管对象均被定义为m i b 命名树中的特定位置，因此指定某个m i b 位置就能得到相 应被管对象的值。被管对象按照不同的类别分成不同的组，这些组在m i b 中对应为颗子 村。图3 所示的是s n m pm i b i i 的大致结构吼 卜厂t “￥o h 广卜广广 图3 s n m p m i b t l 结构 一5 一 一洚r p m 一哪 一 咿翠喇肌圆 一 1 瞻 一 m 丢 第一章网络管理概述 1 2 3s n m p 协议 s n m p 协议是s n i v i p 网络管理的核心组成部分之一，是管理站和代理之间进行通信的 协议。s n m p 协议位于应用层，利用u d p 协议进行传输。s n m p 协议中定义了命令和响应 的协议数据单元，描绘了高层管理框架所需的授权和鉴别机制。利用s n m p 协议，管理站 可以通过代理对被管对象进行读、写操作，代理也可以主动向管理站发送陷阱报文。 s n m p 协议数据单元 s n m p 协议中的每一个消息都是一个单一的包。每个消息包括版本号、团体名和协议 数据单元，如图4 。版本号部分指明了当前使用的s n m p 协议的版本。s n m p 协议发展至 今，已经到了第三个版本，即s n m pv 3 。然而，在许多网络管理系统中，使用s n m pv l 或s n m p v 2 就足以完成常规的管理任务。团体名部分用于协议的安全性，代表了管理站和 代理之间通信的“口令”。s n m pv l 定义的协议数据单元有5 种类型，分别为g e t r e q u e s t p d u 、g e t n e x t r e q u e s tp d u 、s e t r e q u e s tp d u 、g e t r e s p o n s ep d u 和t a pp d u 。 s n m p 协议工作过程 下： 图4s n m p 协议格式 管理站与代理之间通过s n m p 协议来实现信息交换。管理站向代理发送报文的过程如 a 用r f c1 1 5 7 中定义的a s n 1 结构，构造p d u ： b 创建一个s n m p 报文，填入适当的报文头部，指定c o m m u n i t y 名称、版本号和请 求i d 选择p d u 类型并将变量绑定列表封装到报文中； c 使用基本编码规则，将报文传递给u d p 进行传输。 报文发出后网络管理站必须记住请求i d 以便和随后接收到的响应配对并且系统 要启动定时器以处理响应超时。同时，管理站还应该在u d p 的16 2 端口等候接收代理进程 发送的陷阱报文。 代理进程在网络设备的u d p 端口1 6 1 上等待接收s n m p 报文，当代理进程成功接收 到一个报文候，处理过程如下： a 调用语法分析程序解析报文，如果报文格式不正确则丢弃该报文 b 验证版本号，如果匹配错误抛弃该报文： c - 调用鉴别功能对报文进行认证，如果认证失败，代理进程丢弃该报文并发出鉴别 失败陷阱报文； d 对报文进行基本句法检查，如果失败抛弃报文，否则使用指定的c o m m u n “y 名称， 选择合适的s n m p 访问策略对报文进行处理。 一6 第一章网络管理概述 1 3 网络管理系统 网络管理系统是实现管理站功能的实体。从功能上来看，分为专门系统( 如计费系统、 路由器管理系统等) 和通用系统( 如h po p e n v i e w 、w e b n m s 等) 。从形式上来看，可以 分成硬件系统和软件系统。虽然网络管理系统形式多样，但是它们都有大体一致的结构， 如图5 所示。 i s p 协议子层 ii m i b 处理子层 i 一。 一 i 竺竺呈圣要竺i 一 圈5 网络管理系统结构 该结构的下层是传输层及硬件是利用操作系统的t c p i p 协议进行网络通信的载体。 其上是s n m p 协议子层和m 1 b 处理子层。s n m p 协议子层处理s n m p 协议的收发、编码 等；m i b 子层处理管理信息库的对象命名、编码等。网络管理逻辑层是系统的核心，它根 据s n m p 收集的数据进行配置、性能、故障、安全、计费等管理操作。在系统的最上层是 用户接口层，负责处理用户界面、管理输入，输出、事件告警等。 1 3 1 基于w e b 的网络管理 传统的网络管理系统提供命令行或者菜单形式的用户界面，通过列表的方式向管理员 反应被管设备的运行情况。后来图形操作系统渐渐成了主流，并在这种系统下开发出直观 的、拥有图形界面的网络管理系统。这些图形界面是管理系统自身的一部分，不同的系统 之间差异很大。随着w e b 技术的出现，利用浏览器进行操作的网络管理系统随之诞生，这 就是基于w e b 的网络管理系统。这种系统的用户界面更加直观，管理员更容易使用，因而 得到很多系统的采用。 基于w e b 的网络管理是w w w 技术同网络管理技术的结合，主要是在用户接口层引 入w w w 技术，从而将管理员的操作接口放到浏览器上。有两种方式将传统的网络管理系 统改造成基于w e b 的网络管理系统： 口 代理方式，在网络管理系统中加入w e b 服务器模块，将所有用户接1 ：3 集成到w e b 页面中； 口 嵌入方式，每个被管节点上运行的代理即提供w w w 服务。 1 3 2w e b n m s 系统 w e b n m s 系统是南开大学计算机网络实验室开发的一套基于w e b 的网络管理系统， 是天津市科技发展计划项目“网络管理专业设备开发”研究成果。该系统是由软件实现的 7 第一章网络管理概述 通用网络管理系统，能够完成配置、性能、故障、安全等功能域的部分管理能力。w e b n m s 建立在l i n u x 操作系统之上使用j 2 e e 平台构建网络管理逻辑层a 厂 l 浏览器l ll l _ - - - _ - _ 一 图6w e b n m s 体系结构 w c b n m s 根据企业计算模型将系统分为三个层次，如图6 所示。浏览器作为三层结 构的客户端。完成表示层的功能，提供用户操作接1 7 1 ，并利用a p p l e t 和s c r i p t 等技术增强 可操作性。功能层由j a v a 技术实现网络管理逻辑，包括配置、性能、故障、安全等管理功 能。利用中间件，功能层将数据存放在数据层的m y s q l 关系数据库和l d a p 3 1 目录数据库 中。 1 4 前期研究工作 南开大学计算机网络实验室在网络管理领域开展了长期的科研工作，本人在研究生期 间一直在此领域进行研究。主要的研究内容为网络管理理论与网络管理系统的开发技术， 发表了基于端口流量的物理网络拓扑发现方法研究论文。并参与了天津市科技发展计 划“网络管理专用设备开发”项目。 口网络管理功能域研究 网络管理功能域研究是对配置管理、性能管理、故障管理、安全管理和计费管理五大 功能域的研究，考查在不同网络环境中网络管理功能需求。 口s n m p 网络管理研究 s n m p 网络管理是t c p i p 网络的主要管理手段。该领域的研究内容包括s n m p 网络 管理模型和s n m p 协议。s n m p 网络管理模型是实现网络管理系统的基础，其管理站一代 理模型是网络管理系统的雏形。s n m p 协议研究包括s n m p 协议规范和协议数据封装。 口 基于w e b 网络管理系统研究 研究基于w e b 网络管理的形式及基于w e b 网络管理系统的实现技术。该项研究取得 的成果包括：设计了网络管理系统的结构：确定服务器与浏览器的功能分布；采用j a v a 技 术实现系统的思路。 口 网络管理专用设备开发项目 该项目是天津市科技发展计划项目，完成了一套基于w e b 的网络管理系统一一 w e b n m s 系统该系统针对企业网、校园网等高速局域网互跌环境而设计，较完整的实现 了配置、故障、性能和安全四大管理域的功能。该项目取得的成果有：进步增强了基于 - - 8 一 “j司山 圄甸 苎二苎旦堑笪里塑查 w e b 网络管理系统设计能力；提出了性能优异的服务模块结构；较好地协调了服务器和浏 览器之间的功能分配和协作；确定了目录服务在网络管理系统中的应用领域；集成了网络 入侵检测系统：成功解决了事件主动通知技术难题。 1 。5 网络管理系统的改进 网络管理在于优化网络环境的资源配置，并保障网络的高效运行。具体豹讲，网络管 理是从配置、性能、故障、安全和计费等方面对网络系统的控制与协调。 1 5 1 网络管理的特点 从网络管理的工作性质来看，具有以下几个特点 口专业性 网络管理是一项专门的任务，要求管理员具有较高的专业素质。因为网络是信息基础 漫施，保障网络稳定和高效地运行是十分重要的。网络设备往往投资巨大并且配置复杂， 管理员需要进行专门地培训才能操作。 口信息及时性 网络运行状态要及时反馈给网络管理员。很多情况下，设备都有专门的装置进行实时 监控，如状态指示灯、数据显示屏等。在网络管理系统中，有两类数据需要及时反馈给系 统管理员：设备运行状态信息和事件报警。前者可以是系统管理员正在监视的设备端口流 量，也可以是某个网段的结构。后者可以是设备故障报警，也可以是设备负载过重的警告。 信息的及时性对于管理员采取措施来恢复网络运行是十分关键的。 口分布广泛性 很多网络分布于多个大楼甚至不同的城市，这对网络管理造成了一定的困难。比如监 视某设备的运行时，可能需要与该设备直接连接个终端设备，这就要求管理员亲自操作 该设备。地域上的广泛分布还造成了网络规划与配置的协调问题。 15 2 网络管理系统的现状 从网络管理功能上来看，当前的许多网络管理系统对网络管理功能域中定义冉勺功能进 行了很好的实现，并且在不断地完善。如h p o p e n v i e w 网络管理平台提供了网络拓扑发现、 节点数据采集、事件报警、日志等比较全面的网络管理功能，并允许在其基础之上进行二 次开发，实现自定义的网络管理系统。 从网络管理的形式上来看，基于w e b 的网络管理技术被广泛采用。该技术使网络管理 员不再限制在网络管理系统上，而是可以通过特定网络中的任一台装有浏览器的主机进行 操作a 这一方面为网络管理员提供了更大的自由度，另一方面也使分布较广的网络更容易 然而从信息及时性的角度来看，当前的网络管理系统还没有提供很有效的机制把网络 管理中的信息及时传递给网络管理员。如许多网络管理系统中的网络状态监视功能，是在 一9 - - 第一章网络管理概述 屏幕上不断的显示反映当前网络运行状态的数据和图表。对于这些信息，网络管理员必须 亲自操作屏幕才能了解到。如果网络管理员不在现场，那么这些信息将无法有效的被利用。 又如很多系统中的事件报警功能，利用屏幕上的图形变化、颜色变化等方式反应事件发生。 也有的系统通过发送电子邮件的方式报告事件。这些方式对于信息及时性要求很高的网络 管理来说，不能迅速的引起网络管理员的注意，从而可能错过解决问题的时机，导致许多 问题恶化。 1 5 3 网络管理系统的完善 网络管理系统在许多方面不断地发展和完善中。从上面分析的分布广泛性和信息及时 性的角度来看，网络管理系统需要进一步增强如下的功能： 口 消除地理位置对网络管理员的限制 基于w e b 的网络管理技术把网络管理员从专门的网络管理控制台中解放出来，使他们 不必直接操作网络管理站就能获得网络管理能力。进一步的工作是将网络管理员从固定的 计算机中解放出来，使其能够在任何地方并且在地点变化的过程中也能使用网络管理站的 功能。这对于提高网络管理的能力，增强网络运行效率是非常有用的。 口 将信息及时传递给网络管理员 网络管理员需要及时了解网络运行状态信息，而网络管理系统应该以某种机制主动向 网络管理员传送这类信息。 本文在充分研究网络管理系统的基础上，将移动计算技术引入到网络管理系统中，对 以上两方面存在的问题提出了解决方案。移动计算是无线通信技术与i n t e m e t 技术相结合 的产物，是近年来研究的热点。在后面的章节中，本文将介绍移动计算技术。 一l o - 第z - 章移动计算技术 第二章移动计算技术 2 1 移动计算的概念 移动计算是指在任何时间、任何地点，以多种方式接入i n t e m e t ，并使用网络资源来完 成某种功能而进行的计算。a c m 对移动计算的定义【4 ： m o b i l ec o m p u a gi sa nu m b r e l l at e r mu s e dt od e s c r i b et e c h o l o g i e st h a te n a b l e p e o p l et oa c c e s sn e t w o r k s e r v i c e sa n y w h e r e , a n y t i m e , a n d a n y w c t 旷u b i q u i t o u s c o m p u t i n ga n d n o m a d i cc o m p u t i n ga r es y n o n y m o u sw i t hm o b i l ec o m p u t i n g f r o m a c m 可见，它强调的是“任何地点”、“任何时间”、“任何方式”访问网络资源，也就是网 络接入的随意性。同时也指出。移动计算是一个整体概念。它涉及到很多层面。另外，与 移动计算概念一致的名词还有u b i q u i t o u sc o m p u t i n g ，即“无处不在的计算”，也有翻译为 “普适计算”。 移动计算的重要部分是移动终端设备，是p d a 、手机、便携式电脑等移动设备的总称。 移动终端设备的发展促进了移动计算的产生。 2 2 移动计算产生背景 移动计算是无线通信技术与i n t e m e t 技术相结合的产物。其产生于2 0 世纪9 0 年代初 背景是无线通信技术的发展和移动终端设备计算能力的不断增强。 2 2 1 无线网络日益重要 无线网络是指利用无线电波进行数据传输而连接的网络。由于连接方便灵活，无线网 络弥补了许多场合有线网络的不便，并且已经发展成为重要的网络形式。当前，广泛使用 的无线网络包括蜂窝通信网络、无线局域网、广域无线数据网、寻呼系统等。 蜂窝通信网络 蜂窝通信网络将通信区域分为多个小区，这些小区分别负责各自区域中的无线传输， 共同构成蜂窝通信区域。著名的蜂窝通信网络包括a m p s 、g s m 、i s - 9 5 ( 窄带c d m a ) 、 宽带c d m a 等。 g s m ( g l o b a ls y s t e m sf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s ) 称为移动通信全球网络，即“全球 通”。它由欧洲范围内的e t s i 发展而来，是目前使用最广泛的蜂窝通信网络之一f 4 】。g s m 终端通过无线电波与基站连接，核心网络通过光纤和微波等现代传输手段进行连接l9 1 。圈 7 所示的是g s m 网络的般结构。g s m 网络上运行的业务有话音、短消息和数据业务等。 第二章移动计算技术 w i m l e s sl a n 卜一无线传输+ + 卜有线传输叫 国7g s m 网络的一般结构 w i r e l e s s l a n ( w i r e l e s s l o c a l a r e a n e t w o r k ，无线局域网) 是1 e e e 专门针对无线传输 介质而制定的局域网协议，即8 0 2 1 1 。该协议制定了物理层( p h y ) 和介质访问控制子层 ( m a c ) 的规范。w i r e l e s sl a n 的传输介质为无线电波、红外线等，通过c s m s c a 协议 的机制进行传输。目前的传输速率达到1 1 m b p s ，已经能够满足基本的局域网需要。 w i r e l e s sl a n 在组网时，不需要固定的网线等设施，可以完全利用无线电波进行通信， 因此特别适用于移动设备的临时网络、没有预留网络设施的建筑物组网、家庭网络等环境。 在具体的应用中，w i t e l e s sl a n 组网有两种方式：i n f r a s t r u c t u r e 和a dh o c 。前者需要有线 设施进行相互连接。终端通过称为a c ( a c c e s sp o i n t ) 的设备与有线设施相连( 图8 ) ；后 者则是完全无线的方式，每个终端都是对等的，自主进行传输控制。 2 2 2 计算能力的提升 圈8i n f r a s t r u c t u r e 模式无线局域网 随着芯片技术和通信技术的发展，越来越多的移动终端设备具备了较强的计算能力， 使这些设备从单一的通信终端转变为功能丰富的轻便计算机。在这些设备上，不仅保留了 一1 2 第二章移动计算技术 原来的通信功能，而且开发出信息管理、娱乐等应用。如表1 中列出的几种p d a 设备已 经配罱了很高性能的c p u 和功能强大的图形操作系统。 表1 几种p d a 比较 产品c p u 内存操作系统 屏幕大小电池 p a l m m 5 1 5 3 3 m h z1 6 m p a l m o s4 1 1 6 0 1 6 01 4 天 h pj o r n a d a5 6 8 2 0 6 m h z6 4 mp o c k e tp c2 0 0 2 2 4 0 x3 2 0 1 4 小时 c o m p a q i p a q 3 9 7 04 0 0 m h z 6 4 mp o c k e t p c2 0 0 2 2 4 0 3 2 09 小时 l e g e n d x p l 0 0 2 0 6 m h z 6 4 mp o c k e t p c2 0 0 2 2 4 0 3 2 0 1 0 小时 一一 2 _ 2 3 与i n t e r n e t 结合 许多无线网络已经通过各种方式连接到i n t e m e t ，因此移动终端设备具备了访问i n t e m e t 的基本能力。图9 表示的是通信网络通过网关连接到i n t e m e t 的情形。 2 3 移动计算的特点 图9 多种网络互连 由于移动终端设备自身的特点，造成移动计算与传统的计算方式有很大的不同，主要 表现为移动性和便携性。 2 3 1 移动陛 移动性是指终端设各罘用无线方式与网络相连，并且不受地理位置的约束，在不同地 点之间移动时保持网络连接。移动性是移动计算最显著的特点，也是区别于普通计算的 特征。 同时，移动性也带来了许多新的问题。在瞥通计算中，主机通常被配置成刮定的名字 掣警址。它们之间的相对位置和相互关系也是基本不变的。比如i p 地址在网络中通常是同 些塑，从这个网段接入到网络中的机器需要配铽成指定的i p 地址。如果这些机器换刮刖的 鬯： ： ：那么就需要更改其j p 地址，使之与此时帕网段相一致。由 i 在普通计算中皿换敬 衍的化拦灶很少有的情况冈此人们容易接受改变世备配置的方式。但是在移动计算巾， 第二章移动计算技术 设备位置的改变是经常发生并且是基本的要求，重新配置i p 地址的方式几乎是不司行的。 因此，在移动计算的体系中，需要把移动性作为一个基本的问题加以解决。 2 3 2 便携性 随着芯片技术、能源技术以及各相关技术的发展，计算设备的体积越来越精小。从占 用几个房间的e n i a c 到放在办公桌上的个人计算机，在体积不断缩小的同时，计算能力 却在不断提高。为了使计算终端携带方便，对体积和能耗的要求比起桌面计算机来，标准 更加严格。同时，许多计算机被设计为仅能完成某些特定的功能因此它们的体积可以更 小。有的设备可以放到衣服的口袋中，有的被穿戴在身上，有的甚至被植入到人体内。 便携性也是移动计算的基本特点之一。如果计算终端不能方便的携带，那么就不存在 移动的概念了。衡量计算终端便携性的标准有体积、质量、电池等参数。目前比较常见的 移动计算设各有笔记本电脑、移动通信终端、个人数字助理等；这些设备最重的一般不超 过几千克，如笔记本电脑，轻的一般只有一百多克。从体积上来讲，笔记本电脑一般是两 三本书的大小，而移动通信终端小到能够很方便的放入口袋中。从电池寿命来看，笔记本 电脑通常可以连续工作几个小时，移动通信终端能够工作上百个小时。可见，不同的移动 计算设备之间差异是很大的。 表2 几种移动通信终端比较 2 4 移动计算体系 移动计算涉及到无线网络技术与i n t e m e t 技术。前者包括多种无线网络，如前面提到 的g s m ，这些无线网络通常并不使用t c p i p 协议栈进行通信。因此，无线网络必须通过 网关连接到i n t e m e t 。 2 4 1 移动计算层次模型 图1 0 给出了移动计算层次模型，它对无线网络的协议栈结构作了概念上的描述。承 载网络提供无线通信支持：如g s m 、c d m a 等蜂窝通信网络。分组交换层是在承载网络 上运行的分组数据业务，如g p r s 。该层对无线网络传输计算机数据提供了重要的支持。 在此之上，移动网络层解决了移动终端设备的地址问题，对上层应用屏蔽了移动性带来的 地址变换问题。移动网络层是移动计算中关键的个层次可以采用m o b i l e i p 技术解决。 传输层t c p i p 网络中的相应层次一致，为应用程序提供面向连接和无连接数据传递方式。 一1 4 第二章移动计算技术 非t c p 【p 网络 i应用层 传输层 移动网络层 分组交换 承载网络 2 4 2m o b i l e l p 协议 l应用层 【佶轮层 网络层 1底层网络 图1 0 移动计算模型层次结构 t c p i p 删络 移动性是移动计算的特点，但由此也带来了移动终端设备的地址问题。在现有的i p 网 络中，i p 地址直接指明了网络编号，也就指定了路由方式。譬如i p 地址配置成1 9 2 ，1 6 8 ，0 3 的主机放到地址为1 9 2 1 6 8 1 0 的网时，将不能进行正常的通信。这是因为发送到该主机的 数据包将被路由到1 9 2 1 6 8 0 0 网络。i n t e m e t 工程任务组提出的m o b i l ei p ”j 旨在解决移动 计算机的i p 地址问题。 在m o b i l e i p 中，移动的计算机终端称为移动节点( m o b i l e n o d e ) 。每个移动节点配有 两个i p 地址：个固定的、属于某个网络的地址，称为归属地址( h o m ea d d r e s s ) ；另一 个是临时的、跟当前所处网络相关的地址，称为转送地址( c a r e - o f a d d r e s s ) 。在移动节点 归属地址所在的网络中，必须要有一个属主代理( h o m ea g e n t ) 。该代理将发送到移动节 点的数据包转发给移动节点，而不管移动节点当前是否在属主网络中。通常在移动节点当 前所在的外部网络中，有一个外部代理( f o r e i g n a g e n t ) ，它告诉移动节点现在所处网络的 信息。与移动节点通信的计算机称为相关节点( c o r r e s p o n d e n t n o d e ) 。 图1 1m o b i l e i p 的工作方式 属主代理 对于网络的其余部分来说，移动节点的i p 地址只有归属地址。而属主代理和外部代理 才知道移动节点的转送地址。m o b i l ei p 是这样工作的： a 移动节点配置属主网络中的地址，并记录属主代理的地址 b 移动节点从属主网络移动到外部网络。外部代理通过a g e n t a d v e r t i s e m e n t 动作向 移动节点发布信息，告知移动节点正处于一个外部网络中，并提供一个转送地址 给移动节点； c 移动节点记录当前的转送地址，并通过外部代理向属主代理登记当前使用的转送 地址； 苎三童整型盐墨垫查 d 当有相关节点向移动节点发起连接请求时，所有的数据包将按照常规方式路由到 移动节点的属主网络中。并由属主代理进行处理； e 属主代理将发送给移动节点的数据包封装到一个新的数据包中，并且新数据包的 地址为移动节点当前的转送地址，然后将新数据包投递到网络中： f新数据包以常规的方式被路由到外部网络中，外部代理将数据包解封装，还原成 原始的数据包并真接转给移动节点。 m o b i l ei p 较好的解决了移动计算机在网络层的地址迁移问题。这个过程中，更高层次 的协议，如t c p 等，没有受到任何影响。因此，对于已有的连接是透明的，可以不中断当 前数据传输。m o b i l ei p 是对i p v 4 的完善，同时其大部分思想和技术均被采用到i p v 6 中。 许多厂商已经开发出支持m o b i l ei p 的设备，并且在实际工作中有很好的效果。 2 4 3 移动终端计算环境 移动终端计算环境是在移动设备上运行应用程序所需的软