（计算机应用技术专业论文）基于snmp的epon网管系统的研究与实现.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 随着互联网业务的快速发展，对网络带宽提出了越来越高的要求。由于骨 干网已有足够的能力支持宽带业务，接入网带宽成为整个传输网络的瓶颈。以 e t h e r n e t 为基础的e p o n ( e t h e r n e to v e rp a s s i v e0 p t i c a ln e t w o r k ，以太无源 光网络) 是未来实现宽带、多业务综合接入的重要技术手段。它综合了p o n 技术 和以太网技术二者的优点，以其高带宽、低成本、易使用、易升级的优良特性 成为光接入网的最佳选择。 为了保证e p o n 网络能够稳定、高效、准确的运行，为e p o n 网络提供一个 有效的网元管理系统显得尤为重要。本文正是在研究了e p o n 系统的基础上，开 发了e p o n 的网元管理系统。本文首先以i e e e8 0 2 3 a h 为参考，研究了e p o n 的 系统结构，接着介绍了网络管理协议。根据e p o n 的特殊结构，设计了e p o n 网 元管理系统的软件架构。燕个系统需要s n m p 和0 a m 层协议协同工作来实现e p o n 的管理。然后利用s n m p 协议简单快捷、开发周期短等优势开发了管理端和代理 端的应用程序。管理端实现了配置管理、性能管理、故障管理和安全管理四大 功能，并开发了图形用户界面，使得管理员对整个e p o n 网的操作直观简单。s n 泞 m a n a g e r 的功能被封装成d l l ，d l l 提供给g u i 和后台轮询程序调用。代理端由于 运行在嵌入式系统上，对于m i b 库的设计采用了b e r k e l e y 大学开发的嵌入式数 据库肋b ，它不仅节省空间，提高查询效率，而且大大简化了应用程序的设计。 最后在开发板上进行了测试，主要针对e m s 的用户管理、端口管理、性能管理、 故障管理和日志管理等主要功能，进行功能测试和稳定性测试，达到了较好的 效果，本文最后提出了e p o n 网元管理的进一步改进方案。 关键词：e p o n ：s n m p ；管理端；代理端；e m s 西南交通大学硕士研究生学位论文第页 a b s t r a c t w i t ht h er 8 p i dd e v e l o p m e n to fi n t e r n e ts e r v i c e s ， h i g h e ra n dh i g h e r r e q u i r e m e n t so fn e t w o r kb a n d w i d t ha r en e e d e d s i n c et h eb a c k b o n en e t w o r k h a sa l r e a d yt h ea d e q u a t ea b i l i t yt os u s t a i nt h eb r o a d b a n d ，a c c e s sn e t w o r k b a n d w i d t hb e c o m e st h eb o t t l e n e c ko ft h ew h o l en e t w o r k a sas o l u t i o nf o r a c c e s sn e t w o r k ，e p o n( e t h e r n e to v e rp a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k )i sa n i m p o r t 叽tt e c h n o l o g y m e t h o dw h i c hc a ni m p l e m e n tb r o a d b a n da n d 硼u t i s e r v i c e sa c c e s s i tc o m b i n e st h ea d v a n t a g eo ff o nt e c h n o l o g ya n d e t h e r n e tt e c h n o l o g y w i t hi t sf e a t u r e so fh i 曲b a n d w i d t h ，1 0 wc o s ta n d b e i n gu s e da n du p d a t e de a s i l y ， e p o ni st h eb e s ts 0 1 u t i o nf o ra c e e s s n e t w o r k i no r d e rt og u a r a n t e ee p o nt oo p e r a t es t e a d i l ya n de f f i c i e n t l y ， i t i si l p o r t a n tt op r o v i d ear e l i a b l ee l e m e n tm a n a g e e n ts y s t e ( e m s ) t h e t h e s i sd e v e l o p st h ee m so nt h eb a s i so fe p o n f i r s t l y ，t h et h e s i ss t u d i e s t h es t r u c t u r eo fe p o nr e f e r r i n gt oi e e e 8 0 2 3 a h ，a n di n t r o d u c e sn e t w o r k m a n a g e m e n tp r o t o c 0 1 b a s e do nt h ec h a r a c t e r i s t i c s o f e p o ns y s t e m ， s o f t w a r es t r u c t u r eo ft h ee m si sd e s i g n e d s n m pc o o p e r a t e sw i t h0 a mt o r e a l i z et h em a n a g e 盈e n to fe p o n i nm a n a g e ra n da g e n tt h e “s i m p l ea n d s h o r t c u t ”s n m pi sa d o p t e dt od e v e l o pt h ea p p l i c a t i o np r o g r a m 工nm a n a g e r f o u rf u n c t i o n s a r ei m p l e m e n t e d ：t h e c o n f i g u r a t i o n m a n a g e m e n t ， p e r f o r l a n c e 腿n a g e m e n t ， f a u l tm d n a g e m e n ta n ds e c u r i t ym a n a g e m e n t a n d t h e ( 七a d h i cu s e ri n t e r f a c ei sa c h i e v e dt om a k et h ea d m i n i s t r a t o r s o p e r a t i o ns i m p l e t h ef u n c t i o no fs n i pm a n a g e ri se n c a p s u l e dj n t od l l t ob ep r o v i d e dt og u ia n db a c k g r o u n dp 0 1 l i n gp r o g r 锄a g e n tr u n so nt h e e m b e d d e ds y s t e m ，s oe m b e d d e dd a t a b a s es y s t e mb d b ，w h i c hw a sd e v e l o p e d b yb e r k e l e yu n i v e r s i t y ， i su s e dt od e s i g nm i b t h eb d bn o to n l ys a v e s t h es t o r a g es p a c e ，e n h a n c eq u e r ye f f i c i e n c y ，b u tm a k e st h ed e s i g no f p r o g r a ms i m p l e f i n a l l y ， t h ee m si st e s t e do nt h ed e v e l o p m e n tb o a r d ， a i l l l i n ga tt h em a i nf u n c t i o n s ，s u c h a su s e r m a n a g e m e n t ， i n t e r f a c e m a n a g e m e n t ，p e r f o r 腿n c em a n a g e m e n t ，f a u l tm a n a g e m e n ta n dl o g m a n a g e m e n t 西南交通大学硕士研究生学位论文第m 页 e t c t e s t i n gr e s u l ti sg o o da n dt h ee m sc a nr u nn o r m a l l y t h ei 珈p r o v e i i l e n t d i r e c ti o n so fe m sa r ep o i n t e do u ta t1 a s ti nt h et h e i s k e yw o r d s ：e p o n ：s n m p ：m a n a g e r ：a g e n t ：e m s 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 光接入网的发展及国内外现状分析 近年来通信业的迅猛发展导致了网络传输能力的巨大提升。骨干网 和高速局域网随着人们对带宽越来越大的需求而不断升级，但是连接两 者之间的接入网成了整个网络的瓶颈。尽管当前广泛使用的宽带接入方 案如x d s l 、h f c 和c a b l em o d e m 提高了一定的带宽，但与人们的需求还 相去甚远，并且也不能为新兴网络业务如视频会议、v o d 、v o i p 提供足 够的带宽以及相关业务的q o s 保证，在这样的条件下产生了p o n ( p a s s i v e 0 p t i c a ln e t w o r k ) 技术。 无源光网络( p o n ) 的概念由来已久，它具有节省光纤资源、对网 络协议透明的的特点，在光接入网中扮演着越来越重要的角色。p o n 自 从在2 0 世纪8 0 年代被采用至今已经历经几个发展阶段。起初人们认为 将a t m 技术和p o n 技术相结合的a p o n 技术是实现综合接入的理想模式， 然而，由于数据业务的爆炸式增长，a t m 技术暴露出效率不高、协议复 杂等弱点，且成本过高，因此并未得到大规模的应用。同时，以太网 ( e t h e r n e t ) 技术经过二十年的发展，以其简便实用，价格低廉的特性， 几乎已经完全统治了局域网，并在事实上被证明是承载i p 数据包的最 佳载体。随着i p 业务在城域和干线传输中所占的比例不断攀升，以太 网也在通过传输速率、可管理性等方面的改进，逐渐向接入、城域甚至 骨干网上渗透。而以太网与p o n 的结合，便产生了以太网无源光网络 ( e p o n ) 。它同时具备了以太网和p o n 的优点，正成为光接入网领域中 的热门技术m ”。 从全球范围看，在宽带用户中，6 6 是采用d s l ，在中国这个比例高 达9 0 ，但利用e p o n 技术的f t t h ( f i b e rt ot h eh o m e 光纤到户) 接入方 式呈现出高速增长的势头。目前日本已成为全球最大光纤到户( f t t h ) 宽带接入网络市场，截至2 0 0 5 年底，在日本f t t h 总用户数已超越4 6 0 万户。 2 0 0 3 年以来，国内关于f t t h 的新闻也屡见不鲜。中国网逶宣布在 北京和长沙率先采用e p o n 设备的v o i p 、v o d 等业务可谓是中国运营商 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 首个f t t p 合同。2 0 0 4 年起，国内不少通信公司都投入了大量的人力、 物力到f t t h 技术的研发和实验中来。武汉烽火科技于2 0 0 4 年在武汉光 谷展开光纤试点，测试其e p o n 设备。北京格林威尔公司也宣布在徐州 实验局开通e p o n 测试。同时，随着8 0 2 3 a h 协议的正式出台，其他大 大小小通信公可都对e p o n 开始了跟踪和研发，这其中包括华为、上海 贝尔阿尔卡特、中兴等国内领先的大公司。 可以预见一旦光纤到户市场启动，其市场规模将是空前的，必将带 动整个通信行业进入新一轮的快速增长时期”，。 1 2 网络管理的需求和发展 随着大规模互连网络的建设及应用的迅猛发展，新技术、新设备的 广泛应用使网络变成一个多厂商混合网络，网络的类型、服务的种类和 设备的来源更加复杂化。在这种环境下，资源分布程度和共享程度大大 提高，任何微小的故障都可能导致用户应用的失败。如何及早发现并排 除潜在的故障隐患，有效地管理好网络，是网络设备和网络服务提供者 共同关心的问题。事实证明，管理好一个网络与网络的建设同等重要。 研究表明，一个普通的局域网络在一年平均出现重大的故障2 0 次，由 此而来产生的服务失效时间长达1 6 小时。对于像a t t 这样的营运公共 通信网络的企业来说，4 小时的网络失效就可能带来几千万甚至上亿美 元的损失。网络管理系统就可以给网络管理员提供良好的信息来源，减 少网络故障，缩短网络失效时阋，最大限度的提高商业利润。人们迫切 需要功能完善、安全可靠、使用方便灵活的网络管理工具来加强网络管 理的能力，提高网络的使用效率n 1 。 1 。2 。1 网络管理标准 网络管理标准的发展对网络管理起着至关重要的作用。在过去的十 几年里，国际标准化组织和i n t e r n e t 工作组在这方面都做了大量的工 作，并提出了各自的网络管理框架、协议标准和服务。其中最主要的两 种就是国际标准化组织开放系统互连( i s o o s i ) 提出的公共管理信 息服务及协议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 ns e r v i c ea n d c o 眦o nm a n a g e m e nci n f o r m a t i o np r o t o c 0 1 ) 和由因特网网络工程任务 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 组i e t f 制定的i n t e r n e t 简单网络管理协议s n m p ( s i m p l en e t w o r k m a n a g e m e n tp r o t o c 0 1 ) 。c m i s c m i p 基于0 s i 的七层模型，包括四个子 模型：为要管理的资源建立的信息模型、分配网络管理角色的组织模型、 交换管理信息的通信模型和定义基本网络管理功能的功能模型。这些使 它能够提供较完整的管理操作，但是，正是由于为追求完整和灵话而带 来的复杂性，使c m i s c m i p 难以实现和应用。特别是它是建立在0 s i 的模型之上的，o s i 模型现今仍没有得到广泛的推广和使用，因此这也 注定c m i s c m i p 无法发挥它的强大功能“1 。 1 9 8 8 年，i n t e r n e t 体系结构委员会提出了简单网络管理协议的第 一个版本，即s n m p v l ，s n m p 网络管理体系结构是为了管理基于t c p i p 协议的网络面提出的，与t c p i p 协议与0 s i 协议的关系类似，s n m p 与 c m i p 相比，突出的特点是简单。这一特点使s n m p 得到了广泛的支持和 应用，特别是在i n t e r n e t 上的成功应用，使得它的重要性越来越突出， 目前已经成为c l i p 之外的最重要的网络管理体系结构。 s n m p v l 经过不断的完善，i e t f 先后发布了s n m p v 2 和s n m p v 2 c 版。 并在1 9 9 8 年发表了最新版本s n m p v 3 。s n m p v 3 框架提供了对s n m p v l 和 s n m p v 2 的支持，并定义了新的m i b 以配置安全性、通知、代理服务器转 发以及基于视图的访问控制。s n m p v 3 最重要的特性是安全性得至4 了很大 的提高，但也增加了整个管理系统结构的复杂性。 1 2 2 基于e p o n 的网元管理 一个完整的系统，必须是一个可管理，可维护的系统，因此要保证 e p o n 网络能够稳定、高效、准确的运行，必须为e p o n 网络提供一个有 效的管理系统。e p o n 中引入了网元管理系统e m s ( e 1 e m e n tm a n a g e m e n t s y s t e m ) 的概念。网元”，是指构成网络的元素，也即网络设备以及网络设 备的信息描述。e m s 是实现网络设备管理的软件系统。实现特定网络设 备的故障、配置、性能、帐务和安全等管理。由于各个厂商开发的产品 不同，针对设备的网元管理实现的是针对某种设备或某一系列设备的管 理。目前，有代表性的网元管理产品有c i s c ow o r k s ，3 c o mt r a n d w a r e 等。 e m s 的功能是检测、控制、管理网络设备，最大可能的提高设备资 源的使用效率。一方面，e m s 负责收集网元的信息，并将信息集成、分 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 析、综合，然后通过管理界面提交给管理员。另一方面，e m s 接收管理 员的操作命令，并对其分析、处理、转换，实现对网元操作、管理、配 置。e m s 在网络管理系统中至关重要。只有e m s 才真正操作实际的物理 网络，它是整个网络管理系统的基础。由于传统网络管理缺少网元管理 的支持，网元管理成为现代网络管理中一个急待解决的问题。 随着e p o n 技术的不断成熟和广泛应用。基于e p o n 的e m s 系统的研 究和完善显得越来越重要。本系统的e m s 正是在详细分析了e p o n 结构 的基础上，设计和实现了对e p o n 中的一个0 l t 和3 2 个0 n u 的控制和管 理，并提供与业务提供者与核心运行网络的接口。 1 3 课题来源及本文主要研究内容 本课题来源于四川汇源光通信科技股份有限公司启动的f t t h 接入 网项目，该f t t h 接入网项目包括硬件的设计，嵌入式系统的搭建和软 件的设计。软件部分又分为网元管理的设计、o a m 的设计和d b a 的设计。 本文主要完成网元管理系统的设计和实现。 本文由五章组成。 第一章绪论。介绍了光接入网的发展及国内外研究现状，阐述了网 络管理的重要性和发展现状，提出了基于e p o n 的网元管理的概念，最 后说明了课题来源和本文主要研究内容。 第二章e p o n 系统结构和s n m p 协议。研究了e p o n 的体系结构，阐明 了e p o n 的优点。并对s n m p 的基本框架，管理信息和协议内容进行了详 细的介绍。 第三章e m s 管理端的设计与实现。描述了网元管理系统的总体功能， 并详细讲述了在w i n d o w s 下如何用w i n s n m p 实现s n m p 管理端协议。还 介绍了如何连接远程服务器的数据库m y s q l 。 第四章e m s 代理端的设计及实现。首先描述了代理端软件的结构图。 并详细介绍了n e t s n m p 软件开发包以及b d b 技术，以及如何利用它们 实现s n m pa g e n t 以及l i n u x 下的 l i b 库。 第五章功能测试和分析。进行了功能测试和稳定性测试，并对测试 过程和测试结果进行了分析。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 第2 章e p o n 系统结构和s n m p 协议 2 1e p o n 结构 i e 髓于2 0 0 0 年底成立了e f m 工作组( f t h o r n e ti nt h ef i r s tm i l e s t d yg r o t 巾) 。致力f p o n 技术的研究及相关协议的制定。原则是在现 有i e e e 8 0 2 3 协议基础上，通过较小的修改实现在接入网络中直接传输 以太网帧。i e e e 8 0 2 3 e f m 工作组于2 0 0 2 年7 月提出了e p o n 相关的第一 份草案8 0 2 3 a h d 0 9 。目前最新的版本是于2 0 0 4 年6 月更新的i e e e p 8 0 2 3 a h d 3 ，3 。 e p o n 的英文全称是p a s s l v eo p t i c i ln e t w o r kb a s e do v e r e t h e “e t ，即以太无源光网络，它是与目前应用最广泛的以太网 ( e t h e r n e t ) 结合在一起形成的，是继a p o n 技术之后又一受到广泛关 注的用户接入技术。它采用点到多点的拓扑结构，利用光纤和光无源器 件进行传输，在以太网上提供多种类型业务的。种新的接入网技术。 e p o n 是由0 l t ( o p t i c a ll i n et e r m i n a i 光线路终端) 、0 眦i ( 0 d t i c a l n e t w o r ku n l t 光网络单元) 以及o d n ( o p t i c a ld is t r j b i j t i o nn e t w o r k 光 分配网络) 等单元构成的点到多点系统。下行方向( 由o l t 到0 n u ) 采用广 播方式，每一个0 n u 将接收到所有下行信息，根据其m a c 地址提取有用 信号；上行方向( 由o n u 到o l t ) 采用时分方式共享系统，通过接入控制 机制将各个o n t 有序接入。e p o n 的上、下行信息速率均为1 2 5g b g ， 由一根光纤采用波分复用实现全双工通信。其结构示意图如图2 1 所 示n 1 ”。 o l t 放置在中心局端，分配和控制信道的连接，并有实时监控、管 理及维护功能。o n u 放置在用户侧，o l t 与0 n u 之间通过无源光台分 路器连接。e p o n 使用波分复j = | j ( w d m ) 技术，同时处理双向信号传输， 上、下行信号分别用不同的波长，但在同一根光纤中传送。e p o n 只= 在 i e e e 8 0 2 3 的以太数据帧格式上做必要的改动，如在以太帧中加入时戳 ( t i es t a m p ) 、l l i d ( l o g i cl i n ki d e n t i f i c a t i o n ) 等内容。 ( t i es t a m p ) 、l l i d ( l o g i cl i n ki d e n t i f i c a t i o n ) 等内容。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 s n i ：业务网络接口 u ：用户网络接口 图2 一le p o n 简单结构图 下行采用纯广播的方式，注册后，o l t 为已注册的o n i 分配l l i d ， 由各个0 n u 监测到达帧的l l i d ，以决定是否接收该帧，如果该帧所含的 l l i d 和自己的l l i d 相同，则接收该帧；反之则丢弃。下行传输原理见 图2 2 。上行链路中，各0 n u 的数据帧以突发方式通过共同的无源分配 网传输到o l t ，为了保证每个激活的o n u 能够占用一定的上行信道带宽， 上行采用时分多址接入( t d m a ) 技术，各个o n u 在o l r 分配的不同时隙 中，将数据帧发送到o l t 。上行传输原理见图2 3 。o l t 采用m p c p 协议， 通过请求授权机制来实现带宽的分配。 此外e p o n 还需通过已定义的接口与电信管理网相连，进行配置管 理、性能管理、故障管理、安全管理及计费管理，完成操作维护管理功 能。 图2 2 下行传输原理 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 图2 3 上行传输原理 2 2e p o n 分层模型 由于现有以太网路由器和网桥等设备的广泛应用，处于成本和技术 的考虑都希望e p o n 设备能与标准的以太网设备兼容。因此e p o n 的分 层模型是在原有的8 0 2 3 以太网分层模型的基础上定义的。尽量保持 数据链路层及物理层的功能与标准8 0 2 3 以太网相应子层的功能基本 相同。主要的区别是在数据链路层加入了多点m a c 控制子层m p c p 子层) 和运行管理维护( o a m ) 子层。多点m a c 控制子层用于支持上行和下行 链路的多点接入。i e e e 8 0 2 3 a h 将o a m 子层定义为位于m a c 层上的可选 子层，可选是为了向后兼容一般的无0 a m 子层的以太网，也就是说：缺 少0 a m 子层或者o a m 子层发生错误并不会影响以太端口的正常运行。e f m o a m 定义了三项主要的o a i 事件：链路监控，错误报警，远端环回。它能帮 助运营商有效的管理网络。 如图2 4 描述了e p o n 系统的协议分层以及与i s o i e co s i 参考模 型之间的关系”1 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 l n 分层l a n 分层 图2 4e p o n 分层模型 2 3e p o n 技术优点 目前，在接入网领域除了e p o n 之外，可供选择的主流技术还有专线 接入和各种数字用户环路( x d s l ) 接入。专线接入虽然可以提供比较优 秀的服务质量，但是一根专线一般只能用于一个客户接入，不仅难以降 低成本，而且灵活性和可扩展性都难以尽如入意。x d s l 在接入带宽和距 离方面总是难以兼顾，一般只能用于城区的个人用户接入，而且很难再 有迸一步升级和扩容能力，难以满足复杂多变的大客户接入市场的需要 n “。而与传统接入方式相比，e p o n 系统有非常突出的优点，主要表现在： 1 基于i p 及以太网技术：e p o n 是对迄今为止最成功、最成熟、应用最 广泛的以太网技术等有关协议的补充，这样一来可以节省大量的投 资，可以说这是它作为接入网技术的最大优势，未来的网络必定是 基于i p 或以太网的，经由e p o n 传输i p 包是最好的方案。 2 提供非常高的带宽：e p o n 目前可以提供下行传输为1 2 5 g b s 带 宽，单波长上行1 2 5 m b s 的带宽。并且随着以太技术的发展可以升 级到1 0 g b s 。 3 低建设成本：e p o n 系统显著减少了光纤、光收发模块、中心局设备 的数量。另外，由于光电子器件的成本不断降低，e p o n 的每线设备 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 接入成本已可与a d s l 、c a b l em o d e m 相比，特别是目前光纤的价格 比电缆还低，这些条件成为f t t h 发展的基础。 4 低运营维护成本：局端( o l t ) 与用户( o n u ) 之间仅有光纤、光分路器 等光无源器件，无需租用机房、无需配备电源、无需有源设备维护 人员，因此可有效节省运营维护成本。 5 解决远端用户的接入问题：e p o n 可以达到2 0 k m 的传输距离，避免了 传统传输介质( 如双绞线、五类线、c a b l e 等) 的距离瓶颈问题。 6 支持多种业务：由于e p o n 系统建立在i p 的技术上，因此，e p o n 系 统支持各种以i p 技术为基础的网络服务，使电视网、电信网、互联 网( 三网) 的融合也成为现实。 7 解决终端用户的带宽瓶颈：e p o n 可以为用户提供几十兆甚至千兆的 上下行对称带宽，可以满足宽带上网、视频点播、在线游戏、可视 电话、数字高清电视等各种业务的带宽需求，充分满足接入网客户 的带宽需求，并可方便灵活的根据用户需求的变化动态分配带宽。 8 接入可靠性比较高：整个光传输通道为光纤和无源光器件，可以有 效避免电磁干扰和雷电影响，保证信号传输质量。 9 便于管理：对业务透明，便于系统升级、管理和引进新业务。 本e p o n 产品设计方案是采用p a s s a v e 公司开发的核心芯片组成的 系统，0 l t 采用p a s 5 0 0 卜nm 3 芯片，0 n u 采用p a s 6 2 0 1 芯片。h 0 s t 采用 基于a r m 9 的嵌入式系统，它通过l o c a l b u s 驱动o l t 。h o s t 上带有6 4 m 的s d r a m 和6 4 m 的f l a s h 作为存储设备，外围有b c m 5 6 1 5 交换芯 片等及以太网口、串口设备。引导程序、嵌入式操作系统和应用程序都 烧写在f l a s h 中，从而使o i j o n u 具有二层交换机的基本功能，e p o n 系统成为可配置可管理的网络系统。 2 4s n m p 基本框架 简单网络管理协议s n m p ( s i m p l en e t w o r km a n a g e r m e n tp r o t o c a l ) ， 是由i e t f ( i n t e r n e te n g i n e e r t n gt a s kf o r c e ，互联网工程任务组) 定义 的一套网络管理协议。利用s n m p 协议，一个管理工作站可以远程管理所有 支持这种协议的网络设备，包括监视网络状态、修改网络设备配置、接收 网络事件警告等。s n m p 最初是为了实现基于i p 网的网络管理，但由于其简 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 单和易实现性，也作为一种事实上的网管标准被广泛应用m 1 。 多年来s n m p 的发展始终本着最初提出的两条基本原则：简单性 ( s i m p l i c i t y ) 和可扩展性( e x t e n s i b “i t y ) 1 。 2 4 1 网络管理体系结构 s n m p 的网络管理模型包括以下关键元素：管理站、代理者、管理信 息库、网络管理协议。管理站一般是一个分立的设备，也可以利用共享 系统实现。管理站被作为网络管理员与网络管理系统的接口。它的基本 构成为： 一组具有分析数据、发现故障等功能的管理程序； 一个用于网络管理员监控网络的接口； 将网络管理员的要求转交为对远程网络元素的实际监控的能力； 一个从所有被管网络实体的 l i i b 中抽取信息的数据库。 网络管理系统中另一个重要元素是代理者。装备了s n m p 的平台， 如主机、网桥、路由器及集线器均可作为代理者工作。代理者对来自管 理站的信息请求和动作请求进行应答，并随机地为管理站报告一些重要 的意外事件。 与c m i p 体系相同，网络资源也被抽象为对象进行管理。但s n m p 中 的对象是表示被管资源某一方面的数据变量。对象被标准化为跨系统的 类，对象的集合被组织为管理信息库( m i b ) 。m i b 作为设在代理者处的 管理站访问点的集合，管理站通过读取m i b 中对象的值来进行网络监控。 管理站可以在代理者处产生动作，也可以通过修改变量值改变代理者处 的配置。 管理站和代理者之间通过网络管理协议通信，s n l p 通信协议主要包 括以下能力“，： g e t ：管理站读取代理者处对象的值； s e t ：管理站设置代理者处对象的值； t r a p ：代理者向管理站通报重要事件。 2 4 2 网络管理协议体系结构 s n m p 为应用层协议，是t c p i p 协议族的一部分。它通过用户数据 报协议( u d p ) 来操作。在分立的管理站中，管理者进程对位于管理站中 心的m i b 的访问进行控制，并提供网络管理员接口。管理者进程通过s n m p 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 l 页 完成网络管理。s n m p 在u d p 、i p 及有关的特殊网络协议( 如，e t h e r n e t ， f d d i 。x 2 5 ) 之上实现。 每个代理者也必须实现s n m p 、u d p 和i p 。 的消息和控制代理者m i b 的代理者进程“”“。 s n m p 管理站 另外，有一个解释s n m p s n m p 代理者 图2 5s n m p 的协议环境 图2 5 描述了s n m p 的协议环境。从管理站发出3 类与管理应用有 关的s n m p 的消息g e t r e q u e s t 、g e t n e x t r e q u e s t 、s e t r e q u e s t 。3 类消 息都由代理者用g e t r e s p o n s e 消息应答，该消息被上交给管理应用。另 外，代理者可以发出t r a p 消息，向管理者报告有关m i b 及管理资源的 事件。 由于s n m p 依赖u d p ，而u d p 是无连接型协议，所以s n 忡也是无连 接型协议。在管理站和代理者之间没有在线的连接需要维护。每次交换 都是管理站和代理站之间的一个独立的传送。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 2 4 3 代管代理( p r o x ya g e n t ) 利用s n m p 需要管理站及其所有代理者支持u d p 和i p 。这限制了在 不支持t c p i p 协议的设备( 翔网桥、调制解调器) 上的应用。并且，大 量的小系统( p c 、工作站、可编程控制器) 虽然支持t c p i p 协议，但不 希望承担维护s n m p t 代理者软件和m i b 的负担。 为了容纳没有装载s n m p 的设备，s n m p 提出了代管代理的概念。在 这个模式下，一个s n m p 的代理者作为一个或多个其他设备的代管人。 即，s n 仲代理者为托管设备( p r o x i e dd e v i c e s ) 服务。 图2 6 显示了常见的一类协议体系结构。管理站向代管代理者发 出对某个设备的查询。代管代理者将查询转变为该设备使用的管理协 议。当代理者收到对一个查询的应答时，将这个应答转发给管理站。类 似地，如果一个来自托管设备的事件通报传到代理者，代理者以陷阱消 息的形式将它发给管理站。 s n m p 譬理站 管理者 s n m p u d p p 依赖 网络的 协议 代管代理者 获射功艟 管理者 进程 s n m p u d p j p 依赖 网络的 协议 托管设备 使用的 协议体系 依赖 网络的 协议 图2 6s n m p 协议体系结构 2 5s n m p 管理信息 托管设备 管理 进程 托管设备 使用的 协议体系 依赖 网络的 涛议 网络管理的数据基础是被管理元素信息的数据库，称之为m i b 。每 个被管资源由对象来表示，m i b 是这些对象的有结构的集合。m i b 本质 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 上是一个树型的数据库结构，存在于各个网管设备上。网络管理实体可 以通过提取m i b 中的对象值监测系统中的资源，也可以通过修改这些对 象值来控制资源。为了实现s n m p 网络管理的标准化，采用管理信息结 构s m i ( s t r u c t u r eo fm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n ) 定义管理信息的表示方 法，采用m i b 作为管理信息的组织方法。 2 5 1 管理信息结构s m i s n m p 的规范s m i 为定义和构造m i b 提供了一个通用的框架。同时也 规定了可以在m i b 中使用的数据类型，说明了资源在m i b 中怎样表示和 命名。s m i 的基本指导思想是追求m i b 的简单性和可扩充性。因此，m i b 只能存储简单的数据类型：标量和标量的二维矩阵。我们将看到s n m p 只能提取标量，包括表中的单独的条目。s m i 标准指明了所有的m i b 变 量必须使用抽象语法记法1 ( a s n 1 ) 来定义n “。 2 5 2m i b 结构 s n m p 中的所有的被管对象都被排列在一个树型结构之中。处于叶子 位置上的对象是实际的被管对象。每个对象都必须有一个能够唯一明确 识别的名字，这个名字就是对象标识符( 0 b j e c ti d e n t i f i e r ) ，它被写 成一个由圆点分隔的整数序列。m i b 对象标识树如图2 7 所示。 对象标识树的顶级对象有三个，都是世界上著名的标准制定单位， 即i s o ，c c i t t 和这两个组织的联合体。i s o 下面有4 个结点，在i s o 节 点下面有一个为“其他组织”使用的子树，其下面有一个美国国防部的 子树( d o d ) 。d o d 之下设置了一个子树用于i n t e r n e t 的管理。 从图中我们可以看到，每个结点后面都有一个文本名字和一个数 字。这个数字就标识了这个结点在其父结点之后的位置。比如，m g m t ( 2 ) 表示m g m t 是其父结点i n t e r n e t 的第2 个孩子，可用( i n t e r n e t2 ) 来 代表，因此，m g m t 可用i s o o r g d o d i n t e r n e t m g m t 表示，如果我们 都用他们的数字，可表示为1 3 6 1 2 ，这就是对象标识符。那么，同 样的，e n t e r p r i s e 可用1 3 6 1 4 1 来代表。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 i ，i s 呕i ) c c i 颤2 ) i o s c c i 邮) o r g ( 3 ) l d o d ( 6 ) l i n t e m e t ( 1 ) _ 歹7 弋 妇哪( 1 )m g i n 婀c x p 商m 嗽a 1 ( 3 ) p r i v a ：t e j 渤 !i m i b i i ( 1 ) e 此r l 证s e ( 1 ) 图2 7 对象标识树 2 5 3 抽象语法记法1 ( a s n 1 ) a s n 1 主要有两个标准： 1 ) 抽象语法记法1 ( a s n 1 )i s 0 8 8 2 4i t u tx 2 0 8 2 ) a s n 1 的基本编码规测( b e r )i s 0 8 8 2 5i t u tx 2 0 9 第一个标准是人们阅读的文档中使用的记法。第二个标准是信息在 通信协议中使用的紧凑编码表示。 a s n 1 的数据类型可以分为三种：简单类型、结构类型和应用类型。 其中简单类型包括：i n t e g e r ，o c t e ts t r i n g ，o b j e c ti d e n t i f i e r 和n u l l 四种n w “。 结构类型s e q u e n c e 和s e q u e n c eo f 定义表格和表格中的行，通常 表格的名字都以t a b l e 结尾，而表格中每行的名字都以e n t r y 结尾。 应用类型有：n e t w o r k a d d r e s s ( 网络地址类 型) ，i p a d d r e s s ，c o u n t e r ( 计数器类型) ，g a u g e ，t i m e t i c k s 和o p a q u e 类 型。 a s n 1 利用宏o b j e c t t y p e 来定义管理对象，它有下面几个子句： s y n t a x ：定义对象的数据结构，如上面我们所介绍的i 婀e g 职， c o u n t e r 等。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 a c c e s s ：定义访问一个对象的最低标准，取值包 括r e a d o n l y ，r e a d w r i t e ，n o t a c c e s s i b l e ，对表格和行对象 应该为n o t a c c e s s i b l e 。 s t a t u s ：定义对象豹实施支持，包括趣a n d a t o r y ( 强制的，表示这个 对象必须支持) ，o p t i o n a l ( 可选择的) ，d e p r e c a t e d ( 此管理对象不鼓 励使用) ，o b s o l e t e ( 过时的，这个对象已经被废除) 。 d e s c r i p t i o n ：可不出现，此子句对对象进行书面文本描述。 r e f e r e n c e ：可不出现，定义此对象引用的文件或其它对象模块。 i n d e x ：只在定义行对象的时候出现，定义行的索引。 d e f v a l ：定义对象的缺省值。 在定义管理对象的时候，我们通常把一组相对独立的对象放在一个 模块中进行描述。下面是一个例子： m y m i bd e f i n i t i o n s ：= b e g i n 工m p o r t s e n t e r p r i s e s ，o b j e c t t y p e ，i n t e g e r 3 2 ，t i m e t i c k s f r o m s n m p v 2 一s m i t e x t u a l c o n v e n t l 0 n ，d i s p l a y s t