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大连理工大学硕士学位论文 摘要 随着宽带网络的不断发展，通过高速互联网提供多媒体信息服务已经成为现实。作 为新兴产业的i p t v ，是互联网与电视融合的产物，是宽带真正走向家庭的媒介。i p t v 以流媒体文件为传输内容，面对广大宽带网络用户，它可以让用户控制节目的选择和播 放，通过各种宽带网络连接使用户利用机顶盒和电视终端实现各种视频点播业务，提供 实时、交互、按需点播服务。多用户，大并发流和高质量是视频点播发展的趋势。 本文的研究重点是在i p t v 系统中通过网络管理的手段提高整个系统在多用户大并 发流情况下的性能。从而提高服务质量保证用户的视频质量。 在实现过程中针对视频点播系统的服务器集群架构，结合当前网路管理方式 的发展，采取了基于s n m p 的i p t v 视频点播系统层次式网络管理系统架构，并对i p t v 系统层次式网管中的性能管理进行了设计和模块化分，同时，采用c + + 和a 龉言，结 合电信网络及实验室环境在i p t v 系统中实现了性能管理的功能。 从实验结果上看，该系统的使用显著提高了系统的性能，响应时间明显缩短，这说 明本系统的思想和手段是提高r 系统性能保证服务质量的有效手段。应该说这是该 领域的一项有益的探索，希望会对系统的发展和普及起到积极作用。 关键词：l p t v ；网络管理；层次武；性能管理 大翘工大学硕士学位论文 t h er e s e a r c ha n di m p l e m e n t a t i o no fp e r f o r m a n c em a n a g e m e n to fi p t v s y s t e m a b s t r a c t w i t ht h ec o n t i n u a ld e v e l o p m e n to fb r o a d b a n dn e t w o r k , t h es e r v i c e so fm u l t i m e d i a t h r o u g hh i 曲s p e e di n t e r a c th a v ea l r e a d yc o m et r u e a san e wi n d u s t r y , i p t vi so u t c o m eo f i n t e r n e ta n dt e l e v i s i o n ，a n di sm e d i u mt h a tm a k e sb r o a d b a n dn e t w o r ki n t oc o m m o nf a m i l y i 刑t a k e ss t r e a m i n gm e d i af i l ea st r a n s p o r tc o n l e n t s f a d n gl a r g en u m b e r so fu s e r so f b r o a d b a n dn e t w o r k , i p i vc a np r o v i d eu s e r sw i t ha l lk i n d so fr e a l - t i m e 、a l t e r u a n ta n d o n d e m a n dv i d e os e r v i c e s , t b r o u c g hd i v e r s i f i e dc o n n e c to fb r o a d b a n dn e t w o r ku s i n gs e tt o p b o xa n dt e r m i n a l s u s e r sc a l lc o n t r o lt h ec h o i c ea n dp l a yo fp r o g r a m sf r e e l y i ti sp r e d i c t e d t h a t t vw i l lb ea n o t h e rk e yw h i c hk n o c k st h ep r o s p e r o u sd o o ro fb r o a d b a n dn e t w o r kf u r s e r v i c ep r o v i d e r t h i sa r t i c l er e s e a r c hk e yp o i n ti se n h a n c e st h eo v e r a l ls y s t e mi nm u l f i u s e rg r e a t l y c o n c u r r e n tc l a s ss i t u a t i o np e r f o r m a n c ei nt h e t vs y s t e mt h r o u g ht h en e t w o r km a n a g e m e n t m e t h o d i te n h a n c e sg r a d eo fs e r v i c eg u a r a n t e eu s e r sv i d e of r e q u e n c yq u a l i t y i nt h er e a l i z a t i o np r o c e s si nv i e wo ft h ei p t vv i d e oo nd e m a n ds y s t e ms e r v c ic l u s t e r c o n s t r u c t i o na n dt h ec u r r e n tn e t w o r km a n a g e m e n tw a yd e v e l o p m e n t ，h a sa d o p t e dt h el e v e l t y p en e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e mc o n s t r u c t i o nb a s e do nt h es n m pi f f vv i d e oo nd e m a n d s y s t e m ，a n dh a sc a r r i e do nt h ed e s i g na n dt h em o d u l ed e c o m p o s et op e r f o r m a n c em a n a g e m e n t o ft h e 州s y s t e ml e v e lt y p en e t w o r km a n a g e m e n t ，s i m u l t a n e o u s l y ，u s e dc + + a n dt h ec 静 l a n g u a g e , t h eu n i o nt e l e c o m m u n i c a t i o nn e t w o r ka n dt h el a b o r a t o r ye n v i r o n m e n th a sr e a l i z e d t h ep e r f o r m a n c em a n a g e m e n tf u n c t i o ni nt h ei p t vs y s t e m l o o k e df r o mt h ee x p e r i m e n t a lr e s u l tt h a t ，t h i ss y s t e mu s eo b v i o u s l ye n h a n c e dt h es y s t e m p e r f o r m a n c e ，t h er e s p o n s et i m er e d u c e do b v i o u s l y ，t h i se x p l a i n e dt h et h o u g h ta n dt h em e t h o d o ft h i ss y s t e mw e r et h ee f f e c t i v em e t h o di m p r o v i n gt h ei p t vs y s t e mp e r f o r m a n c eg u a r a n t e e g r a d eo fs e r v i c e s h o u l ds a yt h i si sad o m a i nb e n e f i c i f le x p l o r a t i o n w eh o p ei tc o u l dt ob e t h ep o s i t i v er o l ei nt h ed e v e l o p m e n ta n dt h e p o p u l a r i z a t i o no ft h e 珏t vs y s t e m k e yw o r d s ：i f v ；n e t w o r km a n a g e m e n t ；m u l t i l a y e r ；p e r f o r m a n c em a n a g e m e n t 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，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的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名： 鞫! 题日期：趁丑1 2 ：! 大连理工大学硕+ 研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位 论文版权使用规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送 交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理 工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，也 可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。 作者签名鳘拯 翩虢 耻 j 丑年皿月止日 大连理工大学硕士学位论文 1绪论 1 1 课题的提出 随着宽带在中国的普及，目前我国上网人数已超过一亿，宽带用户超过三千万伴 随而来的是互联网社会化时代的到来人们对互联网的需求不再是单一地网上冲浪、查 看新闻，而是提出了多样化的应用需求。网络电视的概念提出及应用正是在人们多样化 的需求下应运而生的。 舻即交互式网络电视，是指基于球协议的电视广播服务。通过i i t v 业务，用 户可以得到高质量数字媒体服务，可以自由选择宽带口网的视频节目，实现媒体提供 者和媒体消费者的实质性互动。用户终端可以是口机顶盒与电视机，也可以是p c 。玎盯v 的出现在宽带视频应用方面填补了空白，支起了宽带市场的另一片蓝天。作为一 种革命性的宽带使用方式，其对宽带市场强烈的拉动作用，已经得到业界的公认【。 的主要特点是交互性和实时性。它主要存储及传送的内容是以m p e g - 4 为编 码核心的流媒体文件，这样就给传输网络的带宽、稳定性、连续性等提出了更加高端的 要求。 1 2 项目背景 为了在辽宁省全面推广流媒体服务，丰富辽宁人民的业余文化生活，提高辽宁偏远 地区教育水平，开发了“视频点播系统”该系统将为全省家庭用户提供视频点 播，在线教育等服务。该系统将以沈阳为中心建立总站，在辽宁省各市建立分站，在分 站下级继续设站点，以保证覆盖范围的全面以及服务的质量。 在系统运营中，沈阳总站负责资产管理、内容分发以及总的监控和调度，各市区分 站负责具体的音视频服务和请求路由。i p t v 视频点播系统的一期工程的圆满完成，基 本实现了全部功能，系统能够正常运转，给宽带用户提供视频服务。然而，随着用户数 量以及用户请求服务数量和密度的增加，该视频点播系统也在幂级数的扩展。这样，为 保证服务质量，对该视频点播系统的网络管理，尤其是对该视频点播系统性能的管理迫 在眉睫。 1 3 研究意义 i p t v 视频点播系统即将应用在辽宁省全省范围内，为网通用户提供以下服务： ( 1 ) 视频点播服务。通过资产管理，将丰富的电影、电视剧、动画片、m v 等视频 合理的组织起来，供用户方便的选择，从而丰富人民群众的业余文化生活。 i p t v 系统性能管理的研究与实现 ( 2 ) 远程教育服务。对于偏远山区缺教师的情况，可以事先做好优秀教师讲课的采 集工作，并进行远程教育，而不必聘请教师专门前来教学，并节省了大量的开支田。 ( 3 ) 转播服务。通过该系统采集的世界各地大量频道的实时信号，原则上就可以看 到世界各地所有的频道了。 视频数据非常占用网络资源，在大规模视频点播系统中单个视频服务器可同时服务 的客户数十分有限而且很难承担系统负担。在大规模的视频点播系统中，为了提高服务 质量，形r v 系统采用多台服务器组成服务器机群( 集群技术) 【习对外提供服务，这样简单 的增加新的低档服务器就可以升级系统以适应更大的业务量，并不会带来高额成本投入 和资源浪费；突发事件分担到多台服务器上不易造成单一设备失效，还可以临时增加服 务器来处理突发事件；把节目文件复制到各个视频服务器中来提高系统总的i o 带宽。 综上所述，多媒体应用是网络发展的方向。多用户，大并发流和高质量是视频点播 发展的趋势【4 】，在i p t v 系统中，多个服务器协同工作，给用户提供实时动态交互式的 信息服务，对网络的性能、媒体传输的实时性有更高的要求。为保证系统服务器集群高 可靠、高性能的运转，给用户提供具有q o s 保证的服务质量，需要对系统进行网络管理， 尤其是性能管理。 本文针对现存的胛v 系统性能与用户需求之间的矛盾，指出了在目前技术条件下 解决i f r 系统性能管理的可行性方案，提出了利用s n m p 技术实现系统性能管理的方 法和技术实现路线。由于本系统采用了优化的基于s n m p 技术并利用分层式管理架构的 性能管理设计方案，提高了系统性能监控和跟踪的实时性和跟踪精度，进而提高了性能 管理系统的整体准确度，优化了设备能力，降低了因管理造成的带宽损耗，提高了综合 性能。同时对各领域采用s n m p 技术和扩展私有m i b 具有重要的参考价值。 1 4 i p t v 的发展现状 i p l v 以家用电视机、p c 或其他电子类设备为显示终端，通过公众互联网或专用的 职网络，提供包括电视节目以及基于电视节目的其他增值业务( 如时移电视、电视节目 点播) 在内的内容丰富的视听类宽带口多媒体信息业务。 舻是下一代网络( n g n ) 中最重要的业务之一，也是未来家庭网络中非常重要的 一种业务形态。与所有的互联网上的信息服务类业务以及n g n 的产业链模型相似，也 是由4 个部分组成的：内容制作、内容集成、内容传递和用户终端。i p t v 的体系结构， 也可以纳入到i t u - - t n g n 的体系结构中去。目前国际上正准备开始这方面的标准化工 作，将业务纳入到n g n 的体系架构中去。 大连理工大学硕士学位论文 1 4 1i p l v 业务组成 ( 1 ) 内容制作部分 利用摄影机、摄像机、录音机和其它视音频摄制设备拍摄、录制的，由可连续运动 的图像或可连续收听的声音组成的内容片段。该部分主要完成节目采集、数字化和编码 工作，使原始视听内容成为能够在口网络上传输的数字节目。 ( 2 ) 内容集成部分 负责将上个环节采集到的原始视昕内容，按某种有联系机制或有意义的机制，系统 地组织或关联起来，便于以后的管理j 控制、保存、传播和消费等。内容集成只是对内 容建立一个或多个索引，起到的是菜单、门户网站或e p g 的作用。 ( 3 ) 内容传送部分 内容传送部分负责将上个环节集成好的内容，透明地分发给消费者。内容传送部分 主要包括中心边缘流媒体服务器，存储分发网络( c d n ) ，核心城域承载网和接入网等。 ( 4 ) 刀阿v 终端部分 通过某种接入手段与内容传送方和内容集成方，享受内容服务目前的i p t v 。可根 据终端分为两种形式：一是传统终端，需要网关的支持，典型的即电视机加机顶盒( s t b ) 的模型；二是支持的终端，如p c 、手机等各种支持口的终端。 1 4 2i p t v 标准化现状 i p t v 是一个新兴的领域，实际中应用中还面临一些问题。比如，在政策方面多头 监管的问题很严重，各部门之间缺乏合理有效的分工，t v 业务准入控制严格而其他业 务准入制度不明等；在产业链方面，产业链内部分工不明确，盈利模式不成熟，主要环 节力量薄弱，各环节需要进一步磨合；在运营方面，存在运营模式不清晰，运营主体不 明确，运营网络能力弱，运营内容不够丰富，价格确定缺乏制度依据等问题，导致运营 风险较大；在技术方面，存在缺乏良好的网络服务质量( o o s ) 保证和大规模组播支持、 传统存储分发网络( c d n ) 不适合i f f v 业务、安全和网络改造等问题。这些都导致了 标准不统一的现象。目前，与口r v 相关的标准化组织和论坛主要包括国际电信联 盟( i t u ) 、互联网流媒体联盟( i s m a ) 、开放移动联盟( o m a ) 、数字音，视频联盟 ( d a c ) 、国际标准化组织0 s o ) 、交互式电视联盟( r r v ) 、宽带业务联盟、t v a n y t i m e 、 互联网过程任务组( 玎删以及早年的a t m 论坛等。可以把i f r v 相关的标准大致划分 为三类。 ( 1 ) 框架类标准 i p t v 系统性能管理的研究与实现 框架类标准研究和标准化的重点是根据技术、网络、政策、演进和商业等因素，如 何将各种编码标准、通信协议、安全和控制技术等有机地集成在一起，为r v 产业界( 尤 其是珊r v 的业务运营商) 提供一个完整的端到端解决方案。 ( 2 ) 编码类标准 编码类标准研究和标准化对音视频的编码与解码问题。目前典型的编码标准包括： r r u t 建议：h 2 6 1 、h 2 6 2 、h 2 6 3 、h 2 6 4 ：m p e g 组织：m p e g l 、m p e g 2 、 m p e ( m ： 中国的a v s 组织：高级音视频编码标准； 企业私有标准：如r e a l n e t w o r k 的r m 、r a 、r p 和r t ，m i c r o s o f t 的a s f 、a v i ， a p p l e 的m o v 等。 目前国际上普遍看好m p e g 4 和h 2 6 4 ，但中国的a v s 也有很强的竞争力。 ( 3 ) 协议接口类标准 主要是在i e t f 完成的，如：实时流控协议( s c t p ) ，编码封装协议r t p r t c p ，运 营支撑协议鼬d i u s s n m p 等。 1 4 3 国内标准化现状 目前与相关的核心技术与标准基本上都掌握在国外厂商手中，尤其是编码和 内容分发等标准。中国两大固网运营商中国电信和中国网通也分别起草了各自的企业 i f y v 标准，关注的重点在业务运营方面。中国的数字音视频编解码技术标准工作组 ( a v s ) 制订了我国拥有自主知识产权的a v s 编解码标准。另外，国家8 6 3 计划项目中 的3 t n e t 宽带信息网应用支撑环境项目也制订了其对流媒体业务的技术标准。 中国通信标准化协会( c c s a ) i p 与多媒体工作委员会i p t v 特别工作组于2 0 0 5 年下 半年成立，并启动了对彤标准的研究和制订工作。参加形r v 特别工作组的单位几 乎包含了目前从事r v 业务运营、开发和研究的国内外所有企业。i p l v 特别工作组第 一阶段的立项有6 个：i p l v 业务需求，i p t v 体系架构，玎叮v 业务平台与内容平台接 口，i i y 业务平台与s t b 接口，支持i f y v 的d s l a m 设备以及机顶盒( s t b ) 设备技 术规范等。其中“业务需求”和“体系架构”作为总体的标准，将适度超前于其他几个 标准的制订。在特别工作组第二次会议上，所有6 个标准都进入了送审稿阶段。 但根据目前的情况看，期望现阶段制订出科学完善的m t v 系列标准是不现实的， 因此c c s a i f f v 特别工作组目前所制订并获得批准后的所有标准都将以“标准类参考 性技术文件”的形式发布。另外，对于涉及到多个行业或跨领域的相关标准，将通过协 调和沟通机制采用联合制订的方式，并在适当的时候力争上升为国家标准。中国在i f r v 一4 大连理工大学硕士学位论文 业务的实践、研发和标准化方面，与国际保持同步甚至有所超前，因此将会把玎町v 的 部分行业标准和国家标准提交给相关的国际标准化组织( 如u t ) ，力争成为国际标 准。 1 4 4 运营状况 据市场研究公司m r g 的统计，全球i f r v 用户将由2 0 0 4 年的2 0 0 万增加至2 0 1 0 年的2 0 0 0 万，预计全球市场2 0 0 5 2 0 1 0 年的复合增长率为1 0 2 。 根据业内多家机构发布的相关统计数据显示，我国硼r v 发展速度并不理想，远落 后于欧洲、日本、香港等国家和地区。根据信产部电信研究院通信信息所的数据，欧洲 的i f r v 发展最快，占据了i p t v 用户市场3 5 的份额，亚太占据了4 3 的份额， 而北美则占据了1 8 的用户市场份额。另据i d c 估计，2 0 0 6 年i p t v 版图在欧洲继续 扩大，2 0 0 6 2 0 1 0 年欧洲i f i n 家庭普及率将从1 增长到1 1 。据悉，在i p t v 用户 数捧名前1 0 位的国家和地区中，除中国香港地区外，均为欧洲国家。 亚太地区的i p t v 发展呈现不均衡的态势。中国香港、日本等发展速度非常 快，据香港电讯管理局的报告，2 0 0 6 年香港的扣町v 用户已超过7 0 万，住户普及率达 到3 3 。根据i d c 的统计数据，截至2 0 0 6 年年底，中国w r v 市场用户数达到4 5 万。 据悉，目前上海i p t v 用户由2 0 0 6 年年底的8 万左右激增到1 5 万；哈尔滨用户 的增长虽然开始放缓，但正向牡丹江、黑河等地扩张；广东现有r 用户为1 5 万， 广东电信将i p t v 业务作为2 0 0 7 年业务发展的重中之重，预计广东哪的发展势头将 不会弱于上海。而在其他地区，如江西、陕西、宁夏、四川等地，或在开展测试与试用， 或在进行招投标，或者已经开始放号，全国各地i f i n 建设、试点和商用的城市不断增 多。 中国市场中以哈尔滨、上海为代表的大中城市发展较好。作为中国第一个 i g r v 正式商用城市，哈尔滨已建立起清晰的合作体系和商业模式，迄今发展了超过1 0 万的i p t v 用户。哈尔滨的商用玎町v 系统是u 1 斯达康的奔流系统( r o l l i n g s t r e a m ) 。 r o l l i n g s t r e a m 也是国内应用最为广泛的系统。该系统提供完整的宽带数字视频传输 解决方案包括直播视频信号的编码、转码、流化、存储和播放，以及后台完整的运营支 撑系统( o s s ) 包括媒体管理、用户管理、内容管理、用户自助服务、计费和网管系统 等。支持丰富的媒体格式，并具有扩展能力。支持时移电视、虚拟电视频道、准v o d 点播、直播电视、视频点播、可视电话、宽带服务、远程教育、卡拉o k 等业务。 i p t v 系统性能管理的研究与实现 2ip t v 性能管理相关技术及软件 2 1i p t v 技术概述 2 ，1 1i p w 的概念 i p t v 即交互式网络电视，它利用互联网基础设施和m p e g 4 、h 2 6 4 等视频压缩技 术，通过互联网口协议互动的向用户提供数字电视广播、视频点播、互联网浏览和口 可视电话等交互式多媒体信息服务的技术。玎叮v 系统主要以刀阿v 机顶盒或p c 为接收 设备、以电视机或显示器为显示设备、以口宽带网为传输网络提供交互式多媒体信息 服务啊。 2 1 2l p w 的特点及应用 刀町v 是利用宽带网的基础设施，以家用电视机作为主要终端电器，通过机顶盒连 接网络来提供包括电视节目在内的多种数字媒体服务。可以实现多种业务，如表2 1 所 示。 表2 1i p t v 提供的相关服务 t a b 2 1r e l e v a n ts e r v i c e st h a ti p r vo f f e r s 特点表现在： ( 1 ) 用户可以得到高质量数字媒体服务。 ( 2 ) 用户可有极为广泛的自由度选择宽带m 网上各网站提供的视频节目。 ( 3 ) 实现媒体提供者和媒体消费者的实质性互动。时v 采用的播放平台将是新一 代家庭数字媒体终端的典型代表，它能根据用户的选择配置多种多媒体服务功能，包括 数字电视节目，可视i p 电话，d v d v c d 播放，互联网游览，电子邮件，以及多种在线 信息咨询、游戏、娱乐、教育及商务功能。 ( 4 ) 为网络发展商和节日提供商提供了广阔的新兴市场。 6 一 大连理工大学硕士学位论文 2 2 流媒体技术概述 2 2 1 流媒体的概念 当今互联网上的媒体资源多种多样，文件格式也千差万别。传统的音视频播放文件 要求文件的完整性，也就是说，文件不能有任何缺失才能保证顺利的播放，否则播放器 就会报错，使得这些媒体文件不可能在网络传输的同时进行播放的。 流媒体使用一种特殊的文件格式，它的特点是播放机只要获得文件的头部，就可以 知道播放文件的必要信息，之后就可以实现随传随播1 6 1 。播放机内部设有一个缓存，当 下载到文件的任意一个部分的时候就可以提前缓存和即时播放，而不必等到将完整的文 件下载到本地。这样既节省了用户在互联网上下载文件的时间，也节省了用户的磁盘空 间，对用户的本地硬盘的大小降低了要求l ”。 2 2 2 流媒体的文件格式 把普通的视频文件格式转化成流媒体文件格式需要经过特殊编码，编码过程如图 2 1 所示。视频文件首先进行编码处理，并分割成一个个适于在网络上传播的数据包。 另外在编码时，还需要在数据包中加入一些附加信息，如计时、压缩和版权信息，最终 形成流媒体文件。 漉媒体文件格式 流媒体文件编码 流媒体文件格式 图2 1 媒体文件编码过程 f i g 2 1e n c o d i n g 印d $ o fs t r e a m i n gm e d i a 常用的流媒体编码技术标准有：m p e g l ，2 、4 、7 ，h 2 6 3 ：r e a l n e t w o r k s 公司的 r e a l v i d e o ，r e a l a u d i o 编码技术；微软公司的w i n d o w sm e d i a 和w i n d o w sa u d i o 编码技 术等1 8 j 。 目前在流媒体市场上主要有微软、r e a l n e t w o r k s 和苹果电脑等三家公司，它们的产 品分别是w i n d o w sm e d i a ，r e a ls y s t e m 和( h i c kt i m e 。表2 2 列出了这三家公司使用的 流媒体文件格式唧。 i p t v 系统性能管理的研究与实现 表2 2 媒体文件格式 t a b 2 2f i l ef o r m a to fs t r e a m i n gm e d i a 2 2 3 流媒体的传输方式 不同的流媒体应用需要不同的传输方式，而不同的传输方式带给网络不同的影响。 流媒体在网络中的传输方式有三种。 ( 1 ) 单播 单播即点对点的连接，客户端和服务器之间建立一个单独的数据通道。从一台服务 器传送出的数据包只能由一个客户端接收。这种传输方式增加了服务器的负担，响应时 间长，只适用于客户端数量较少的情况，如视频点播。 ( 2 ) 多播 多播也称组播，是一种多地址广播。发送源和接收端是点对多点的关系。对于内容 相同的数据包，服务器向一组特定的用户只发送一次，组中的各个用户可以共享，而组 外的用户接收不到。使用多播的优势在于原来由服务器承担的数据重复分发工作转到路 由器中完成，由路由器负责将数据包向所连接的子网转发，每个子网只有一个多播流。 这样就减少了网络上所传输信息包的总量，使网络利用率大大提高，成本大为降低。多 播更适用于现场直播。 ( 3 ) 广播 在广播的传输方式中，一个单独的数据包拷贝发送给网络上所有用户。客户端对媒 体流不具有任何的控制，不论是否需要，只能被动接收媒体流，造成了网络带宽的浪费。 8 一 大连理工大学硕士学位论文 2 3 网络管理技术研究 2 3 1 网络管理体系结构的定义 网络管理体系结构可认为是定义网络管理系统的结构及系统成员间相互关系的一 套规则1 1 0 1 。归纳起来说，网络管理体系结构就是尽可能地满足各项网络管理需求的一个 通用框架【i l l 。 2 3 2 网络管理方式 集中式网络管理和非集中式网络管理( 包括层次式和分布式管理模式) 是网络管理 系统的两种管理方式。 图2 2 三种网络管理方式 ( a ) 集中式网络管理( b )分层式网络管理( c )分布式网络管理 f j g 2 2 t h r e em o d e so fn e t w o r km a n a g e m e n t ( a ) o 觚ln e t w o r km a n a g e m e n t ( b ) h i c 糟曲i c a ln e t w o r km a n a g e m e n t ( c ) d i s h i b u t e dn e t w o r km a n a g e m e n t i p 系统性能管理的研究与实现 本文将管理方式分为三类集中式、层次方式和分布式方式【1 2 1 。下文对这些管理方式 进行较详细的描述。 ( 1 ) 集中式管理方式 集中式网络管理由一个管理者负责对整个网络的管理，如图2 2 ( a ) 所示。管理者负 责与被管理者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的管理和维护【1 3 1 。 这个管理者集中处理与被管设备代理之间的通信、提供集中的决策支持以及集中的 控制和维护管理知识库。其优点在于：网络设计比较简单，被管设备上管理负载较轻， 网络操作员易于掌握全网情况。 主要的问题如下： 管理者是网络管理系统的中心，易成为系统的瓶颈，若管理者发生故障而失效， 则极易导致网络管理系统的全面崩溃。 即使管理者运行正常，也很可能因发生网络故障而将管理者与部分被管网络分 隔开来，从而使得管理者失去对这部分网络的管理能力。 管理者采用轮询方式获取管理a g e n t 的信息，这种方式对管理信息的需求量大， 易导致网络拥塞，而且管理信息在网络中的传输延时不能忽略，从而影响到整个网络管 理的效率和准确性；轮询方式效率低，对网络管理的实时性有较大影响，甚至成为制约 管理系统扩充能力的关键因素。 集中式管理系统对网络设备和被管对象的标准化有很高的要求。这是保证网管 系统通用性和伸缩性的关键，然而随着网络规模的扩大和新技术的出现，网络的复杂性 不断增加，旧有的标准将很难对付出现的新情况，因此对管理系统进行平滑地扩充和升 级非常困难。 集中式有一种变体，叫做以平台为中心( p l a t f o r m c e n t e r e dn e t w o r km a n a g e m e n t a r c h i t e c t u r e ) 的管理方式。这种管理方式中，管理者被分为两个部分：管理平台和建立 在平台之上的上层管理应用，管理平台主要关心管理信息的收集，并进行简单的计算； 上层管理应用则利用管理平台提供的服务进行决策支持以及实现其他高层功能，简称 “上层应用”。这种方式的特点是：最上层的管理应用和最下层的管理a g e n t 数目相对比 较多，而作为中间层的管理运行平台则数目较少，管理平台仍然以集中的方式从各个管 理a g e n t 收集管理数据，并向各个a g e n t 分发来自上层应用的管理指令。然而，该机构 仍然无法突破集中式结构有限的扩展性，另外，当管理应用的数量增多时，管理平台将 会是一个严重的瓶颈。 ( 2 ) 分层式管理方式 大连理工大学硕士学位论文 分层式网络管理使用了两个概念：中心管理者( c e n t e ro fm a n a g e r ) 和域管理者 ( m a n a g e r o f d o m a i n ) 。如图2 2 ( b ) 所示，每一个域管理者仅仅负责该域内的管理，不涉 及与其他域管理者的直接通信，而是通过域管理者的管理者在更高层次上提供这种域之 间的通信，这种结构很容易被扩展。同时，由于这种结构可以从多个异构的域中获取信 息，所以使得集成化的应用更为容易【1 4 1 。 这种结构的优点在于： 分散了网络资源( n e t w o r k r e s o u r c e ) 的负荷，使得各个网络管理者可更接近被管 单元，降低了总体网络管理工作需收集传送的数据量。 具有一定的伸缩性：同过增加一级域管理者，层次可进一步加深，而且可以较 容易的开发综合应用程序，从多个域( 可以是异构的) 获取管理信剧“。 这种机构的缺点是它比集中式结构更为复杂，系统设备价格也相应的有所提高。 ( 3 ) 分布式管理方式 分布式网络管理提出了一个管理域的概念，管理域可以按地区、设备类型或功能划 分，每个管理域有一个管理者，称为域管理者。域管理者管理该域内的所有代理。每个 域管理者都可以根据需要与其他的域管理者进行通信，如图2 2 ( c ) 所示。 分布式网络管理模式的优点在于： 完全分散了网络资源( n e t w o r k r e s o u r c e ) 的负荷，网络管理系统的规模大小可按 需要来任意调整。 分布式网络管理模式将管理者分布在网络的几个工作站上，增加了管理的可靠 性和健壮性，同时，通信方面的要求也有所降低。 分布式网络管理模式的缺点在于消耗的网络资源相当大。 可扩展性是分布式管理结构最主要的优点，通过创建新的域和增加新的域管理者， 从而提高性能需求和被管网络的扩展。 2 4 简单网络管理协议 比较两种主要的网络管理体系结构s n m p 和c m i p ，可以看出，s n m p 设计简单， 很容易对它进行扩展，易于实现；c m i p 相对来说比较庞大，难于理解，并且不易实现， 使用时，资源占用量是s n m p 的数十倍：在实际中，c m i p 在电信网管标准t m n 中得 到了应用，而s n m p 在计算机网络管理尤其是i n t e m e t 的管理中得到了应用。随着i n t e m e t 的迅猛发展，s n m p 的影响也日益强大，其自身也得到了较快的改善，因此，选择s n m p 协议作为本系统的基础，凡是安装了s n m p 代理的网络设备都可以监控i t 6 1 。 i p t v 系统性能管理的研究与实现 2 4 1 洲咿协议的工作原理 简单网络管理协议( s n m p ) 将管理问题分为两个部分，并为每个部分定义了标准。 第一部分是有关信息通信。协议定义管理系统主机上的客户软件如何与代理通信。协议 定义客户机与服务器交换消息的格式和含义以及名字与地址的形式。第二部分有关被管 理的数据。协议定义网络设备必须保存的数据项和每个数据项的名字以及用于表示名字 的语法。 r f c l l 5 7 描述了s n m p 中所用的管理者，代理的模型。代理与管理者之间通过标准 消息通信，这些信息中的每一个都是一个单个的包。s n m p 使用u d p ( 用户数据报协议) 作为第4 层即传输层的协议，由于u d p 提供的是面向无连接的服务，因此，s n m p 不 需要依靠在代理和管理者之间保持连接来传输消息。 s n m p 主要由三个部分组成【1 7 1 ：管理信息结构s m i 、管理信息痒m i b 和管理协议。 管理信息结构包含定义s n m p 的基本规则。它描述了管理对象以及在n m s 和代理之间 传送的管理信息是如何定义的。管理信息库是管理对象的集合。管理协议是网络管理信 息互换的规则。 下面几节就这三个方面作简要介绍。 2 4 2 管理信息结构( s m i ) s n m ps m 最初在r f c l 0 6 5 ，基于t c p i p 的i n t c r n e t 管理结构和标识中定义，而 后又在r f c l l 5 5 中出现，在r f c l 2 1 2 中定义的更新版m i b 格式也被认为是s m i 标准 的一部分。 s m i 的基本用途是定义s n m p 使用的管理对象，按照s m i 定义的s n m p 管理对象 都具有3 个属性：名字、语法和编码l ”i 。表2 3 给出了属性的总结。 表2 3 管理对象的属性 t a b 2 3t h ep r o p e r t i e so f m a n a g e m e n to b j e c t 属性管理对象 名字每个管理对象唯一的对象标识符作为其名字。 语法每个管理对象的抽象数据结构用抽象语法表示法n 1 ) 定义。 编码韶艨镞僦用飙1 飘盖篙凳美，鳃艨鼢溯姗赫 大连理工大学硕士学位论文 在s n m p 的信息结构中，每一个管理对象都有一个名字。所有对象标识符形成一个 层次化结构模型。s n m p 对象用a s n 1 的一个子集进行定义，用相关的i s ob e r 子集 进行编码。 在s n m i 子集中有4 种简单数据类型：i n t e g e r , o c t e ts t r i n g ，o b j e c t i n d e n t i f i f e r 。n u l l 是占位符。两种简单结构类型：s e q u e n c eo f 和s e q u e n c e 。 六种应用数据类型：i p a d d r e s s ，n e t w o r ka d d r e s s ，c o u n t e r , g a u g e ，t i m e t i c k e s 和o p a q u e 。 s m i 还规定了m i b 中管理对象的格式。每一个管理对象都有一个唯一并统一分配 的名字，用于描述对象抽象数据结构的a s n 1 语法。还有b e r 编码规则用来对其表示 和利用协议通信。 下面是s m i 表示对象的通用情况： o i l j e c t 对象描述符对象表示符 s y n r a x ：对象抽象数据结构的a s n 1 语法 d e f i n i t i o n ：对可打印的a s c i i 字符对象的描述 a c c f _ s s ：只读，可读写，只可写或者不可访问 s t a ，n ，s ：必备的，可选的或废弃的 2 4 3 s r m p 管理信息库( m i b ) s n m p 的管理信息结构s m i 给出了定义m i b 结构的总体框架。在这个框架之下， 可以进行m m 的定义和构造。s m i 定义了m m 中使用的数据类型和m i b 资源的描述和 命名。m i b 中有两种类型的对象：标量对象和表对象。每种对象有唯一的对象标识符 o l d 。当对一个m m 对象进行访问时，目标是特定的对象实例而非对象类型。 对象的标识符是一个点分整数序列，反映了m i b 中对象的层次型和树状结构( 如图 2 3 所示) 。一个特定对象的对象标识符可以沿着从根到该对象的路径获得。由于对象标 识符是整数序列，因此可以将它们按字典顺序进行排列。同时，对象实例标识也是按字 典排序的。这样，按照字典排序的特征，网络管理系统就可以有效地遍历一个m i b 了。 表中每一行都有相同的列对象，每个列对象的对象标识符是唯一的。为了将一行同 其他行区别开来，s n m p 采用将列对象的标识符与索引列对象的值相结合的方法，即对 象的标识符后加上索引对象的值，来指定一个特定行中的特定对象。索引对象按其在表 中的定义顺序排列。 s n m p 代理通过m m 来保存有关代理的各种配置信息及状态信息，并且在代理上 运行一个称之为“守候”的进程。这个进程一方面等待来自s n m p 网络管理者的请求报 i p t v 系统性能管理的研究与实现 文，并作出相应反应，读取或修改m i b 中的变量值；另一方面，守候进程检查本地的 状态，发出t r a p 报文。 一一一一。f c o i n ( o )i _ “1 )j i 晰i “州呱2 o r 8 ( 3 ) d o d ( 6 ) i n t e m * 缸1 1 一一一一1 ，厂一一? 一 d i 坤c t o f y ( 1 )m g m t ( 2 )i ! x p e r t m e m a l ( 3 ) p r i v a t e ( 4 ) m i b i & i i ( i ) e m “p 。1 ) r m o “l 研 一一一一一：j j 7 4 ：。二j 二_ 一，一一 s t a t i s t i c m ( 1 ) h i t i t o t y ( 2 )a l a r m - ( 3 )h o 蚰吒4 ) h o s t t o p n ( 5 ) t r a f f i cm a t r l x ( 6 ) 图2 3m i b 数据库的树型结构 f i g 2 3 t h et r e es t r u c t u r eo fm i bd a t a b a s e 在s n m p 协议结构中，要求所有s n m p 管理者和s n m p 代理都支持口和u d p ， 这就限制了一些不支持t c p i p 的网络设备的管理。在s n m p 中，给出了委托代理( p r o x y a g e n t ) 的机制【1 9 , 2 0 。委托代理即转换代理，是一个s n m p 代理。它作为一部