（计算机应用技术专业论文）基于snmp的校园网服务器监控系统的设计与实现.pdf

内蒙古大学工程硕士学位论文 基于s n m p 的校园网服务器监控系统的设计与实现 摘? 要 随着计算机及网络技术的发展，特别是宽带时代的到来，计算机网络作为信息社会的基 础设施已经渗透到了社会的各个领域，网络与传统产业日见紧密的结合，使得普通用户对网 络的依赖性也越来越大。在网络日趋复杂的变化下，网络管理也出现了一系列新的要求，因 此在长期的网络运行和管理实践中需要形成一整套网络管理工业标准。目前世界上有多种计 算机网络的协议标准，而t c p i p 协议由于它的成熟性和以t c p i p 协议簇为基础的 i n t e r n e t 的迅猛发展等因素，已经成为了事实上的工业标准而被广泛使用。同样，建立在 t c p i p 协议基础上的简单网络管理协议s n m p ( s i m p l en e t w o r km a n a g e m e n tp r o t o c 0 1 ) 也 因为其简单的操作性、强大的功能性和易于实现性等原因成为了计算机网络管理领域中事实 遵循的标准。 本课题以内蒙古农业大学校园网的实际情况为背景，研究了影响服务器性能的主要参数 和指标，并给出了适合于我校校园网服务器性能监控系统的结构模型。在分析了目前国内外 用于网络性能分析、测量及监控的软件系统的基础上，自行开发建立了一套实用的服务器性 能监控系统，并对该系统获得的各项性能数据进行了测试，初步实现了网络管理中对服务器 性能指标的监控需求。 本文分为两部分，首先是基础理论研究，从网络性能管理和监控的需求分析入手，通过 对s n m p 的研究总结出了针对大学校园网服务器监控系统的主要性能参数指标，其次，介绍了 基于w e b 的服务器性能监控系统的设计细节。该系统实现了对校园网内多厂商、多平台的服 务器系统的主要性能指标如丢包率、带宽、c p u 利用率、磁盘占用情况等数据的实时监控， 提高了网络管理过程中的“透明度 ，使得网络管理人员对于服务器的运行状况有了一个清晰 的掌握。 关键词：s n m p ，网络管理，服务器监控，m i b 基于s n m p 的校园网服务器监控系统的设计与实现 d e s i g na n dr e a l i z eas e r v e rm o n i t o rs y s t e m0 f c a m p u sn e t w o r kb a s eo ns n m p a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ec o m p u t e ra n dn e t w o r kt e c h n i c a l ，e s p e c i a l l yw i t ht h ec o m i n go f w i d eb a n da g e ，t h en e t w o r ka st h eb a s i cf a c i l i t i e so ft h ec o m m u n i c a t i n gs o c i e t yp e n e t r a t et oa l lf i e l d o ft h es o c i e t y t r a d i t i o ni n d u s t r yi n t e g r a t e dw i t ht h en e t w o r kc l o s e l y ，t h ee n du s e r sd e p e n do n n e t w o r kb e c o m e sw i d e ra n dw i d e r a st h en e t w o r kc h a n g ec o m p l e xm o r ea n dm o r e ，as e r i a l sn e w r e q u i r e m e n tf o rn e t w o r km a n a g e m e n ti sp r o p o s e d i nl o n g - t e r mn e t w o r kr u n n i n ga n dp r a c t i c a l m a n a g e m e n t ，aw h o l es e tn e t w o r km a n a g e m e n ti n d u s t r ys t a n d a r dh a dc o m ei n t ob e i n g n o w ，t h e r e a r es om a n yp r o t o c o ls t a n d a r d so ft h ec o m p u t e rn e t w o r k ，t h et c p i pp r o t o c o lg r o u ph a sb e c o m et h e v i r t u a li n d u s t r ys t a n d a r dt ob eu s e dw i d l yb e c a u s eo f m a t u r a t i o na n dt h ei n t e m e tr a p i d l y d e v e l o p m e n tb a s eo ft c p i p i nt h e s a n l ew a y ，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 ) b a s eo ft c p i ph a sb e c o m et h en e t w o r km a n a g e m e n ti n d u s t r ys t a n d a r db e c a u s eo fs i m p l e o p e r a t i o n ，p o w e r f u lf u n c t i o na n dp e r f o r m a b l e t h i sp a p e rr o o ti nr e a l l yi n s t a n c eo fi n n e rm o n g o l i aa g r i c u l t u r a lu n i v e r s i t yc a m p u sn e t w o r k ， w er e s e a r c h e dt h em a i np a r a m e t e r si n f l u e n c eo fs e r v e r sp e r f o r m a n c e ，a n dg i v e das e to fs e r v e r p e r f o r m a n c em o n i t o r i n gs y s t e m s t r u c t u r a lm o d e lt h a ts u i t e dt o t h e c a m p u sn e t w o r k s e n v i r o n m e n t b a s e do nt h ea n a l y s i so fd o m e s t i ca n df o r e i g ns o f t w a r es y s t e mt h a tu s e di nn e t w o r k p e r f o r m a n c e ，s u r v e ya n dm o n i t o r i n g ，e s t a b l i s h e das e to fp r a c t i c a ls e r v e rp e r f o r m a n c em o n i t o r i n g s y s t e m ，a n a l y z e dt h en e t w o r kp e r f o r m a n c ed a t aw h i c ho b t a i n sf r o mt h i ss y s t e mo nt h ev a r i o u s a s p e c t ，i m p l e m e n t e d t h ed e m a n do ft h es e r v e rp e r f o r m a n c es u r v e ya n dm o n i t o r i n gi nt h en e t w o r k m a n a g e m e n t ， t h ep a p e rh a st w op a r t s t h ef i r s ti st h eb a s i ct h e o r yr e s e a r c h b a s e do nt h ed e m a n da n a l y s i so f n e t w o r kp e r f o r m a n c em a n a g e m e n ta n dm o n i t o r i n g ，t h r o u g hr e s e a r c ht ot h es n m p ，s u m m a r i z e dt h e m a i np e r f o r m a n c ep a r a m e t e r so fu n i v e r s i t yc a m p u sn e t w o r k s e r v e rm o n i t o r s y s t e m t h e s e c o n d ，i n t r o d u c e dd e s i g nd e t a i lo ft h em o n i t o rs y s t e mb a s e do nw e b t h i ss y s t e ma c h i e v e dt h e g o a lo fm o n i t o r i n gt h em a i np e r f o r m a n c et a r g e t s s u c ha sd e l a y ，p a c k e tl o s s ，b a n d w i d t h , c p u l o a d a n dd i s ks p a c ea n ds oo nw h i c hf r o mm u l t i m a n u f a c t u r e ra n dm u l t i - p l a t f o r ms e r v e rs y s t e m s i nc a m p u sn e t w o r k ，e n h a n c e dt h e t r a n s p a r e n c e ”i nt h en e t w o r km a n a g e m e n tp r o c e s s ，m a d et h e n e t w o r km a n a g e m e n tp e r s o n n e lt oh a v eac l e a rg r a s p i n ga b o u tt h en e t w o r ko p e r a t i o nc o n d i t i o n k e yw o r d ss n m p ，n e t w o r km a n a g e m e n t ，s e r v e rm o n i t o r ，m i b u 内蒙古大学工程硕士学位论文 图表目录 图3 1s n m p 网络管理模型1 2 图3 - 2s n m p 在t c m p 协议栈中的位置1 4 一：? 图3 3s n m p 的5 种报文操作一15 图3 4r f c l l 5 5 ( s m i ) 所定义的m i b 树的顶部1 6 图3 5m i b i i 子树1 9 图4 1 服务器网络性能监控系统总体结构示意图2 2 图4 2 服务器x m l 的x m ld o m 树一3 2 图4 3 服务器监控系统初始页面3 5 图4 4 鼠标触摸时显示服务器基本信息3 5 图4 5 计费网关服务器监控数据3 6 图4 6d n s 服务器监控数据3 6 图4 7 硬盘数据图形化显示效果3 8 图4 8o r i o nn p m 软件记录的g a t e 服务器的e p u 负载率。3 8 图4 - 9g a t e 服务器的监控数据3 9 图4 1 0o r i o n n p m 软件记录的g a t e 服务器的磁盘占用情况3 9 图4 1 1o r i o n n p m 软件记录的g a t e 服务器的e t h l 端口利用率4 0 图4 1 2o r i o nn p m 软件记录的g a t e 服务器的e t h 2 端口利用率4 0 图4 1 3 服务器监控系统登陆页面4 1 图4 1 4 用户及主机管理页面4 1 表3 1s n m p 数据类型1 7 表3 2m i b 1 1 分组功能描述2 0 表3 - 3s y s t e m 组对象描述2 0 表3 4i n t e r f a c e 组对象描述2 0 表4 - l i f a d m i n s t a t u s 和i f o p e r s t a t u s 的组合意义3 0 v 原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。除本文已经注明引用的内容外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也 不包含为获得座蒙直太堂及其他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已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 指导教师签名：垂重兰 日期：叟叁! 篁12 日 在学期间研究成果使用承诺书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：内蒙古大学有权将 学位论文的全部内容或部分保留并向国家有关机构、部门送交学位论文的复印件和磁盘，允 许编入有关数据库进行检索，也可以采用影印、缩印或其他复制手段保存、汇编学位论文。 为保护学院和导师的知识产权，作者在学期间取得的研究成果属于内蒙古大学。作者今后 使用涉及在学期间主要研究内容或研究成果，须征得内蒙古大学就读期间导师的同意；若用 于发表论文，版权单位必须署名为内蒙古大学方可投稿或公开发表。 学位论文作者签名；麴指导教师签名： 日期：! 堑：! ：竺日期： 内蒙古大学工程硕士学位论文 1 1 课题研究背景及意义 第一章引言 随着计算机网络规模的扩大和复杂性的增加，用户对网络性能的要求也愈来愈高。计算 机网络的性能在很大程度上依靠于高效的网络管理。 网络管理是指对网络的运行状态进行监测和控制，使其能够有效、可靠、安全、经济地 提供服务。网络管理包含两个任务，一是对网络的运行状态进行监测，二是对网络的运行状 态进行控制。通过监测可以了解当前状态是否正常，是否存在瓶颈和潜在的危机；通过控制 可以对网络状态进行合理地调节或配置，以提高性能，保证服务的正常运转。 在计算机网络技术高速发展的今天，作为网络主体之一的网络服务器的性能也越来越强 大，各服务器之间通过内部局域网进行相互通信，以提供高可靠、可扩充性强的网络服务。 由于网络服务器在局域网中承担的关键性的作用，因此对各个服务器的监视和控制也是必不 可少的。在实际应用中需要实时得到每个服务器的c p u 负载、内存使用情况、网卡的吞吐情 况、各个进程的详细信息等。因此使用一套具有实时监视和控制功能的服务器监控系统就显 得异常重要，这样系统管理员就可以方便地对整个网络的服务器系统进行监控，根据不同的 需要对各个服务器进行性能评价，并根据系统的性能状况来调整系统的配置以达到优化网络 的功效。 本课题来源于内蒙古农业大学校园网管理过程中的具体需求。校园网是规模较大的一种 局域网，由于它的涵盖范围广、网络设备的种类和数量繁多，用户密集，吞吐量大，因此也 被认为是最复杂的一种局域网，我校校园网也是一个规模相对较大的网络，三个校区所处的 地理位置相对较远( 校本部与职业技术学院相距百公里) ，楼宇之间全部由于兆光纤连接， 楼内由百兆以太网线入户，拥有核心及汇聚交换机2 0 多台，接入交换机3 0 0 余台，承担核心 服务的网络服务器3 0 余台，分布在全校的信息点6 0 0 0 多个，同时上网数千人。由于校园网 近几年逐渐向大规模、多用户、多应用的方向发展，因此出现了网络可用带宽下降、网络应 用反应迟钝，客户反映上网速度慢等问题。上述问题产生的原因究竟是因为网络的基础设施 建设跟不上用户的需求还是网络使用的不合理、不平衡? 如何及时发现故障，掌握网络整体 的运行状况和趋势，如何优化网络运行、保障各类应用服务的快捷和稳定是校园网管理工作 中的主要内容，也是所有网管人员面临的普遍问题。 基于s n m p 的校园网服务器监控系统的设计与实现 本课题是根据校园网运行过程中对服务器性能监控的需求提出的。通过对s n m p 网络管理 和数据采集等相关技术的研究，来建立一套行之有效的服务器性能监控系统，为校园网各项 应用服务的升级改造提供重要的理论依据和辅助决策。同时，将该性能监控系统应用于日常 的网络管理，可以帮助网络管理员及时了解服务器运行状态，获得性能的变化趋势，分析制 约网络性能的瓶颈问题，及时排除服务器运行中潜在的故障，以提高网络的运行效率。 1 2 网络性能管理的发展及现状 自从美国国家科学基金会在二十世纪八十年代中期确立它的网络计划以来，i n t e m e t 对教 学、科研以及日常的生活都起着越来越重要的作用。但这些年来，i n t e r a c t 变得越来越复杂， 即使是经验丰富的网络工程师对数据传输服务的路径、可靠性和性能等也只能有一个模糊的 认识。没有准确的i n t e r a c t 性能方面的数据，以及收集和分析这些数据的有效工具，教育、科 研机构，以及其它需要这些性能数据的用户或组织，就很难对网络的建立、管理和应用等做 出正确决策。 为了解决诸如此类的问题，i n t e r a c t 工程任务组i e t f ( i n t e m e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ) 专门 成立了一个i p p m ( i pp e r f o r m a n c em e t r i c s ) t 作组，负责发展一套用于衡量i n t e m e t 数据传输服 务的质量、性能、可靠性等方面的度量标准【l 】。同时许多组织、团体、机构或公司纷纷建立 了它们的测量项目，这些组织及测量项目如：m o a to fn l a n r ( m e a s u r e m e m & o p e r a t i o n s a n a l y s i st e a mo f n a t i o n a ll a b o r a t o r yf o ra p p l i e d n e t w o r kr e s c u e d ，m o a to f n l a n r 主要研 究高性能网络的行为特征，并开发了一个网络测量平台。测量平台的研究核心主要由两个项 目组成：被动测量分析项目组p m a ( t h ep a s s w em e a s u r e m e n ta n da n a l y s i sp r o j e c t ) 和主动测量 项目组a m p ( a c t i v em e a s u r e m e n tp r o j e c t ) 。p m a 在测量点被动捕获数据包，分析数据包头得 到负载信息；a m p 项目的目的是为了增强参与站点和用户对高性能网络运行情况的理解，帮 助网络用户和提供商分析问题。a m p 项目使用的测量工具有p i n g ，t r a c er o u t e 等，测量包括端 到端的r t t , 包丢失、拓扑以及吞吐量等性能指标 2 1 。 s u r v e y o r 是一个建立在全球参与站点上的测量平台，部分由n s f 支持。s u r v e y o r 测量 i n t e m e t 的端到端路径性能，包括单向延时、丢包、路由测量等，并研究相应的分析方法与工 具。设有5 5 个监测点，在1 8 8 3 条路经上进行单向时延测量【3 1 。 n i m i ( n a t i o n a li n t e m e tm e a s u r e m e mi n f r a s t r u c t u r e ) 项目最初由美国自然科学基金会发起， 是美国b e r k e l e y 大学v e mp a x s o n 编写的n p d ( n e t w o r k p r o b ed a c i n o n ) 软件的改进结构【4 j 。 2 内蒙古大学工程硕士学位论文 c a i d a ( c o o p e r a t i v ea s s o c i a t i o nf o ri n t e m e td a t a a n a l y s i s ) 在开展网络测量、分析、可视 化工具的研发，维护全球因特网平台的健壮性和可扩展性，受到n s f ( n a t i o n a ls c i e n c e f o u n d a t i o n ) 、d a r p a ( d e f e n s ea d v a n c e dr e s e a r c hp r o j e c t sa g e n c y ) 、i s p ( i n t e m e ts e r v i c e p r o v i d e r s ) 和硬件供应商的资助，研究对象包括i n t e r a c t 拓扑结构、网络负载、网络性能、网 络路由，监测正异常活动，关注带宽估计，负载刻画，长期趋势识别，以进行流量工程设计、 能力计划、安全迹象检测等等【5 1 。 i n t e m e t 2m e a s u r e m e n tw o r k i n gg r o u p 正在开发一个i n t e m e t 2 的分布式测量平台【6 】。该平 台将用来分析端到端的网络性能，研究q o s 性能特征等。并采用n e f f l o w , m r t g , s n m p 等技 术提供每天、每周、每月及每年的流量和性能分析报告【7 】。 此外，其它一些大公司也投入了这方面的研究，如i b m 公司的t j w a t s o n 研究小组，a t & t 实验室参与的m 斟c ( m u l t i c a s ti n f e r e n c eo f n e t w o r kc h a r a c t e r i s t i c s ) 项卧8 1 。 在网络性能管理的研究与发展过程中，许多公司、组织或团体相继开发出了大量的网络 性能测试方面的工具，例如应用于电子商务方面的c o m p u w a r ee c o s c o p e ，o p t i m a l a p p l i c a t i o n e x p e r t ，c l e v e r t o o l sw e b b o y 等；测量带宽吞吐量方面的b i n g ，c l i n k , n e t p e r f , n e t t i m e r ，p a t h c h a r , p c h a r , t r e n o ，t t c pa n dn t t c p 等；统计延迟方面的p i n g ，f p i n g ，t r a c e p i n g 等；还有计算连接的利 用率方面的i p t r a f , l i b p c a p 等。这些网络测试工具虽然解决了一些网络性能测量及监控的需 求，但这些系统都不是全面的解决方案，它们往往侧重于性能监控的某一个方面或某个指标 的测量，而大多被作为工具使用。 另外还有一些功能相对完整的网络管理系统，例如s o l a r w i n d s 公司的o r i o nn e t w o r k p e r f o r m a n c em o n i t o r ，这是一套全面的带宽性能监控和故障管理软件，能监控并收集来自路由 器、交换机、服务器和其它s n m p 设备中的数据，可以直接从w e b 浏览器上观察网络性能的 各种统计表；再比如a d v e n t n e t 公司的a p p l i c a t i o n sm a n a g e r 则是一套非常适合应用服务管理 和监控的系统，主要用于应用服务器监控、数据库监控、系统管理、服务管理、网站监控和 自定义应用监控等；还有惠普公司的o p e n v i e w 系列，它为完整信息技术环境里的端对端服务 管理提供了一个综合的网络和系统管理的解决方案。这些解决方案涉及面广泛，它由惠普和 o p e n v i e w 解决方案伙伴共同开发的大量管理产品和促成用户改进服务、降低经营成本的一系 列管理产品组成。以上这些平台大都应用于大规模的，甚至是全球性的i n t e r a c t 网络测量活动。 而它们并不适用于校园网环境的性能监控。用于校园网性能监控的系统，要求是一个轻型的、 便于部署、便于操作的系统，它不仅要考虑承载这些服务的硬件平台，还要能适合校园网的 实际情况。 3 基于s n m p 的校园网服务器监控系统的设计与实现 1 3 课题主要研究内容 本文从研究、分析s n m p 协议和m i b ( m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o nb a s e ，管理信息库) 入手， 对服务器性能监控系统进行了需求分析，着重分析了服务器性能监控的模型、各项性能指标 参数的意义及计算方法。通过监控这些数据，并以图形化方式直观的显示出来，为网络管理 者提供了较全面的服务器运行现状的数据资料。具体内容包括以下几个方面： 提出了利用s n m p 协议定时对各服务器上的m i b 数据库进行数据采集的思路，并详 细讨论了其设计的原理和实现的方法。 分析网络性能监控系统的需求，确定m i b 库中需要进行采集的对象。 采用p h p 脚本语言对m i b 中的数据进行读取操作。 对原始数据进行计算处理。 利用f l a s h 技术处理图形化显示。 1 4 论文结构 论文共分五章，第一章为引言。第二章为网络管理及网络性能管理，论述了网络管理和 网络性能管理的基本理论和方法。第三章介绍了s n m p 网络管理协议、s n m p 网络管理模型、 m i b 等方面的理论。第四章为服务器性能监控系统的设计与实现，对服务器性能监控系统进 行了需求分析，总结出几个主要的服务器性能测量指标，同时分析了该软件的应用环境和功 能，提出适合于校园网环境下的服务器性能监控模型，并介绍了监控数据的图形化显示技术； 第五章为结论，总结了本课题的研究成果和今后的工作展望。 4 内蒙古大学工程硕士学位论文 第二章网络管理及网络性能管理 2 1 网络管理的基本概念 网络管理的定义有多种，但都不够权威。一般来说，网络管理是指对网络的运行状态进 一 行监测和控制，使其能够有效、可靠、安全、经济地提供服务。其目的很明确，就是使网络 中的资源得到更加有效地利用，当网络出现故障时能及时地报告和处理，从而使网络性能达 到最稳定的状态。网络管理是一个不断发展的过程，它从早期的人工管理、分散式管理，到 现在的集中管理和分布式管理，管理方法更加科学，管理手段更加合理，管理技术更加先进。 2 2 网络管理的目标 今天，计算机网络系统正变得日益庞大和复杂，主要表现在： 网络覆盖范围越来越大，节点越来越多： 网络用户数目不断增加； 网络共享数据量剧增； 网络通信量剧增； 网络应用软件类型不断增加； 网络对不同操作系统的兼容性要求不断提高等等。 在这样的变化趋势下，网络管理的目标应该是最大限度地增加网络的可用时间，提高网 络设备的利用率、保证服务质量的安全性，简化多厂商混合网络环境下的管理和运行成本， 提供网络的长期规划，并且可以在多厂商混合网络环境下通过提供单一的网络控制环境来管 理所有的子网和设备，以集中、统一的方式监控网络，配置各种网络设备、排除故障。 2 3 网络管理的基本功能 i s o 在i s o i e c 7 4 9 8 4 文档中定义了网络管理的五大功能，并被广泛接受，包括：故障管 理( f a u l tm a n a g e m e n t ) 、配置管理( c o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n t ) 、计费管理( a c c o u n t i n g m a n a g e m e n t ) 、性能管理( p e r f o r m a n c em a n a g e m e n t ) 和安全管理( s e c u r i t ym a n a g e m e n t ) 。 其中故障管理是整个网络管理的核心，配置管理是基础。 ( 1 ) 故障管理( f a u l tm a n a g e m e n t ) 故障管理是网络管理中最基本的功能之一。当网络中某个组成失效时，必须迅速查找到 5 基于s n m p 的校园网服务器监控系统的设计与实现 故障并及时排除。通常不大可能迅速隔离某个故障，因为网络故障的产生原因往往相当复杂， 特别是当故障是由多个网络组成共同引起时。在此情况下，一般先将网络修复，然后再分析 网络故障的原因。分析故障原因对于防止类似故障的再发生相当重要。网络故障管理包括故 障检测、隔离和纠正三方面，应包括以下典型功能： 接收差错报告并做出反应： 建立和维护差错日志并进行分析： 对差错进行诊断测试： 对故障进行过滤： 对故障通知进行优先级判别： 追踪故障，确定纠正故障的方法措施： ( 2 ) 配置管理( c o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n t ) 配置管理是网络管理的基础。配置一个网络需要正式地、明确地描述所有的网络组成部 分及其体系结构、功能和相互关系。配置管理就是对网络的各种配置参数进行确定、设置、 修改、保存和统计等操作所组成的集合。根据c c i t t ( c o n s u l t a t i v ec o m m i t t e ei n t e r n a t i o n a l t e l e p h o n ea n dt e l e g r a p h ，国际电话电报咨询委员会) 的x 7 0 0 文件中的阐述，配置管理是为了 准备对互连服务进行初始化与启动并提供互连服务的连续操作和结束互连服务，因而对来自 开放系统的数据进行标志、控制与收集，并向这些开放系统提供数据。这包括： 设置开放系统中有关路由操作的参数； 被管对象和被管对象组名的管理： 初始化或关闭被管对象： 根据要求收集系统当前状态的有关信息： 获取系统重要变化的信息： 更改系统的配置。 ( 3 ) 计费管理( a c c o u n t i n gm a n a g e m e n t ) 计费管理记录网络资源的使用，目的是控制和监测网络操作的费用和代价。它对一些公 共商业网络尤为重要。它可以估算出用户使用网络资源可能需要的费用和代价，以及已经使 用的资源。网络管理员还可规定用户可使用的最大费用，从而控制用户过多占用和使用网络 资源。这也从另一方面提高了网络的效率。 ( 4 ) 性能管理( p e r f o r m a n c em a n a g e m e n t ) 根据x 7 0 0 的阐述，性能管理能使得对o s i e ( 0 s i 总环境) 中资源的行为和通信活动的有效 6 内蒙古大学工程硕士学位论文 性进行评估，是一组评价为被管对象行为和通信活动有效性的设施。通过收集统计数据来分 析网络的运行趋势，得到网络的长期评价并将网络性能控制在一个可接受的水平。 ( 5 ) 安全管理( s e c u r i t ym a n a g e m e n t ) 安全性一直是网络的薄弱环节之一，而用户对网络安全的要求又相当高，因此网络安全 管理非常重要。网络中主要有以下几大安全问题：网络数据的私有性( 保护网络数据不被侵入者 非法获取) ，授权( 防止侵入者在网络上发送错误信息) ，访问控制( 控制对网络资源的访问) 。 相应的，网络安全管理应包括对授权机制、访问控制、加密和加密关键字的管理，另外还要 维护和检查安全日志。具体包括： 创建、删除、控制安全服务和机制； 与安全相关信息的分布： 与安全相关事件的报告。 2 4 网络性能管理 网络性能管理是通过对网络设备的被动监测和主动测量，确定网络中各类设备的c p u 负 载、各站点的可达性、网络系统的流量、传输速率、带宽利用率、时延、丢包率等，并以此 发现网络系统的物理连接和系统配置的问题，确定网络瓶颈，进而通过网络状态监视和路由 优化及流量平衡技术，优化网络性能，提高网络的运行效益。 网络性能管理包括以下四方面内容： ( 1 ) 收集网络设备和连接的当前使用数据； ( 2 ) 分析相关数据，辨别使用趋势； ( 3 ) 设置利用率阈值； ( 4 ) 使用网络模拟调整网络达到最佳性能。 2 4 。1 收集使用数据 网络设备和连接过度使用的一个重要现象是用户服务水平的显著降低。影响服务水平的 指标有：总响应时间、拒绝访问比例和可用性。 ( 1 ) 总响应时间：指数据进入网络，被处理，然后作为一个响应离开网络所需的时间。 ( 2 ) 拒绝访问比例：指网络由于缺乏资源和性能不足而不能传送信息的时间百分比。 ( 3 ) 可用性：是网络正常运转，可供访问的时间所占的百分比，通过用两次失败之间的平 均时间来表示，即m t b f ( m e a nt i m eb e t w e e nf a i l u r e ) 。 7 基于s n m p 的校园网服务器监控系统的设计与实现 2 4 2 分析采集的数据 分析结果可以是对网络设备或连接使用率的图形化表示，可以是实时的或历史的，它们 是性能分析最有用的方法。实时图形分析在解决网络性能问题上是很有帮助的，因为它能可 视化地显示出当前网络的使用或错误情况。绘出网络历史数据的图形对分析网络发展趋势是 非常有用的，趋势数据可以帮助管理者估计何时用户对网络的要求将超出设备或连接的容量。 一张图形不仅能显示网络连接使用率的增加或降低，还能显示其它有用的统计结果，如在给 定时期内某处连接的出错率和某台设备的处理器的使用情况。而且使用月度、季度或年度趋 势数据，可以帮助管理者计划未来的网络容量。 2 4 3 设置阈值 性能管理过程中的另一个步骤是设置使用率阈值。可以对影响网络性能的各项设置网络 阈值，对一台网络设备或主机来说可能设置的阈值包括处理器使用率、警告持续时间等。对 一个连接则可以选择对出错率、平均利用率和总吞吐量等项设置阈值。一旦阈值被设定，当 网络性能达到一个特定的出错率或使用率时，性能管理工具就会向管理者汇报。 2 4 4 使用网络模拟 网络模拟是管理者可以使用的另一种性能管理工具。使用这一工具，管理者可以更加确 信自己建立的网络将按用户的期望进行工作。网络管理者可以使用模拟技术来调整一个网络 使之更有效和有更高的性能。 2 5 网络性能管理的工具 性能管理能够从实时的和历史的角度检测网络状态，和其它类型的网络工具一样，性能 管理的效率依赖于管理者所用的工具的水平。 2 5 1 简单工具 性能管理的简单工具应该提供网络设备和连接的实时信息，最好是以图形的方式如曲线 图或直方图表示。这种工具能帮助管理者找到网络的瓶颈和分离出性能问题。对于网络设备， 这种简单工具还应该提供关于处理器和内存使用的信息。处理器使用率高可能意味着该设备 不能处理网络流量，而过多的内存使用可能意味着该设备正在缓存大量的数据。这些实时图 形可以提醒管理者注意设备潜在的性能问题。对于网络连接，这种简单工具也应该能够显示 出当前利用率和出错率。 2 5 2 复杂工具 复杂的工具允许管理者为使用率和出错率设置阈值，这样，如果网络超出了那些阈值， 8 内蒙古大学工程硕士学位论文 工具将执行预定的动作。这种工具还能够收集实时信息并把它存放在一个数据库管理系统中， 以用于历史分析，就像在简单工具中所看到的那样，观察网络以前的性能。设置可触发一系 列动作的阈值为管理者提供了相当多的功能。复杂工具能使管理者指定这些动作，管理者选 定的动作可以是简单的，如响铃或闪烁；也可以是更高级的，如发送短信或电子邮件。 2 6 网络性能测量的方法 根据测量过程中是否向被测系统中发送探测数据包( p r o b ep a c k e t ) ，可以将测量方法分为 主动测量和被动测量。 2 6 1 主动测量 主动测量指测量系统产生探测数据包并注入网络中，观测探测数据包的行为和到达时间， 估计网络性能指标。主动测量是为处于网络边缘的端用户了解网络状态常用的测量方法，目 前端到端的测量技术都属于主动测量方法。 主动测量要在网络上布置测试平台，主动发送测量流量，从a 到b ，获得两端点间的测 量结果信息，例如发i c m p 包或u d p 包。优点是灵活，方便。它是端到端之间的测量，可得 出端与端之间的网络性能信息。他的缺点是由于需要向网络发送流量，会增加网络负担，对 网络性能产生影响。大量的流量可能会在瓶颈处产生拥塞，从而使测量值偏离实际值。 因主动测量能获得网络的节点路径，例如用t r a c er o u t e 工具，因而网络的路由行为分析 和网络的拓扑探测及可视化常用到主动测量技术，而下一代网络的软、硬件规划和网络本身 的稳定性取决于可靠的路由，由此可见主动测量的重要性。 2 6 2 被动测量 被动测量是利用一定的软、硬件，被动地监测记录网络上的数据。优点是：一般不会增 加额外的网络流量。但是被动测量主要用于单点监测，难以进行端到端的行为分析，如路由、 链路分析等。但被动测量可作为主动测量的被充，减小主动测量的误差。被动测量的主要应 用是数据包监听，但随着网络流量的高速发展，实时测量且保证不丢包而变得更加困难，于 是提出了抽样测量方法。 被动测量可以分为基于数据包捕获协议分析的测量和基于网络管理协议的测量。被动测 量通过端口镜像、多路转发( 例如使用分光计) 以及链路串接等方式收集网络中传输的数据包、 信令数据包( o m a ) 或者管理信息( s n m pm i b r m o b 0 ，采集网络流量，测算网络性能。 基于网络管理协议的测量典型为基于s n m p 协议的测量。基于s n m p 协议的测量过程为： 网络管理工作站( n e t w o r km a n a g e m e n ts t a t i o n ) 发送端系统或路由器m i b 请求信息，采集接口 9 基于s n m p 的校园网服务器监控系统的设计与实现 组、i p 组、路由表等各组预先定义的参数，并进行存储分析。 2 7 网络性能信息的报告 可以采用许多方法来报告性能数据。最普通的形式是一个文本报告，这种类型的报告可 以在几乎任何一种计算机上显示出来，并且很容易打印，尤其是显示网络设备的使用率和出 错率时，这类报告对获取网络设各的性能管理信息是非常有用的，而对一个网络连接，类似 的报告也是很有价值的。一个文本报告可以包含有价值的信息，当然，如果把性能管理信息 用图形表示出来会更加明晰而且直观，因此理想情况是利用软件能够把这样的报告转化成图 形。 可以采用类似于天气预报图的显示方法来将数据图形化表示，有许多性能管理信息报告 是通过这样一种显示来完成的。例如，可以对显示进行设置，使得当某个连接的使用率升高 时，它在网络地图中的图像就变粗或改变颜色。网络连接出现错误时其图形可以闪烁，网络 连接发生高出错率时可用虚线表示。这种天气预报图显示法对网络设备也有同样的好处。举 例来说，当设备使用率上升时，它们在网络图上的图像可以变大，过度使用的设备可以显示 成在出汗；又如表示一台出错率正在上升的网络设备可以显示出一条裂纹。这种显示法的好 处是对网络设备和连接的一般性能一目了然。 l o 内蒙古大学工程硕士学位论文 第三章简单网络管理协议s n m p 3 1s n m p 简介 s n m p 是英文“s i m p l en e t w o r km a n a g e rp r o t o c o l ”的简写，中文翻译成“简单网络管理协 议”，它是基于t c p i p 的应用层管理协议，使用u d p 作为传输层协议，能管理支持代理进 程( 或委托代理) 的网络设备。 s n m p 的研究工作始于1 9 8 8 年，是由最初的简单网关监控协议s g m p 发展而来的。1 9 9 0 年5 月，r f c1 1 5 7 定义了s n m p 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 c “5 5 一起，提供了一种监控和管理计算机网络的系统方法。s n m p 在9 0 年代初得到了 迅猛发展，但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