（计算机应用技术专业论文）移动agent在网络性能监测系统中的应用研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 随着计算机网络技术的成熟和规模的不断扩大，计算机网络呈现出新的 发展趋势。一方面，网络规模进一步扩大，复杂性提高，各种应用也越来越 丰富；另一方面，网络表现出更强的异构性，对灵活性和可扩展性的要求也 越来越高。这要求网络管理技术提供更加智能、动悉和高效的网络控制能力。 且前，大多数网络管理系统都是通过简单网络管理协议( s n m p ) 实现 的。但传统的s n m p 网络管理体系基于一种管理者代理者( m a n a g e r a g e n t ) 的一对多集中式模型，具有一定的局限性，并且在管理上缺乏足够的灵活性 和智能性。特别当网络规模大剧增、被管节点较多、网络异构性加剧的情况 下，这种集中式的网络管理方式已经越来越不能适应新一代网络的管理需求。 进入2 0 世纪9 0 年代以来，a g e n t 日益成为在各种计算机文献和众多公司的 技术发展规划中使用频率最高的词汇之一，a g e n t 技术也成为当前计算机应用 研究的一个热门领域，与a g e n t 技术相关的研究日益兴起。人工智能和网络技 术的发展促成 a g e n t 技术的发展，同时，a g e n t 技术也为解决复杂、动态、 分布式智能应用提供了一种新的计算手段。a g e n t 具有移动性和智能性等特 点，通过将其与网络管理技术相结合，能够大大提高网络管理系统的灵活性 和可扩展性，使整个网络管理系统的性能得到很好的改善。 本文首先分析了基于移动a g e n t 网络管理研究的发展历程和现状，然后 介绍了网络管理的相关概念及技术，重点介绍了网络管理的体系结构及其协 议；接着论述了移动a g e n t 的相关理论及技术细节，对于移动a g e n t 在网络 管理的几大功能域中的应用进行了分类介绍，提出了基于移动a g e n t 网络管 理系统的框架模型。 最后是基于移动a g e n t 的网络性能监测系统的设计与实现，它包括了系统 的整体结构设计和各个部分的详细设计与实现。其中的重点在于基于移动 a g e n t 的数据采集器的设计与实现这个部分。 关键字：移动a g e n t ，a g l e t ，网络管理，网络性能监测系统，s n m p 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ec o m p u t e rn e t w o r kt e c h n o l o g ym a t u r ea n dt h es c a l eu n c e a s i n g e x p a n s i o n ，t h ec o m p u t e rn e t w o r kp r e s e n t st h er e c e n tt e n d e n c yo fd e v e l o p m e n t o nt h eo n eh a n d ，t h en e t w o r ks c a l ei sf a s te x t e n d i n g , n e t w o r ka p p l i c a t i o n sa l e m o r ec o m p l e xa n dm u l t i p l y i n g ，o nt h eo t h e rh a n d ，t h eh e t e r o g e n e o u sn e t w o r k r e q u i r e sm o r ef l e x i b i l i t ya n ds c a l a b i l i t y t h ec o r n # e x i t ya n dt h eh e t e r o g e n e i t y o fc o m p u t e rn e t w o r kr e q u i r e st h ei n t e l l i g e n t 、a u t o m a t i ca n de f f i c i e n tn e t w o r k m a n a g e m e n tc a p a b i l i t y c u r r e n t l y , m o s tn e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e m so p e r a t es n m p ( s i m p l e n e t w o r km a n a g e m e n tp r o t o c 0 1 ) w h i c hb a s e do nam a n a g e r - a g e n tm o d e l i n c e r t a i nc i r c u m s t a n c e s ，t h i sm o d e lh a sal o to fs h o r t c o m i n g sb o t hi nf l e x i b i l i t ya n d i n t e l l i g e n c e t h e r e f o r et h et r a d i t i o n a lc e n t r a l i s e ds y s t e md e v o i d so ft h ea b i l i t yo f m a n a g i n gc o m p l e xa n dh e t e r o g e n e o u sn e t w o r k s ， s i n c et h e1 9 9 0 s ，a g e n ti n c r e a s i n g l yb e c o m e st h eo n eo ft h et e r m su s e dm o s t f r e q u e n t l yi nav a r i e t yo fc o m p u t e rd o c u m e n t sa n dt e c h n i c a ld e v e l o p m e n tp l a n s o fm a n yc o m p a n i e s a g e n tt e c h n o l o g yi sah o tr e s e a r c ha r e ao ft h ec u r r e n t c o m p u t e ra p p l i c a t i o n s ，a n dt h er e s e a r c ha b o u ta g e n tb e c o m er i s i n gi n c r e a s i n g l y , w h i c hi so n eo ft h eg o a l sa n dt r e n d so ft h ef u t u r et e c h n o l o g yd e v e l o p m e n t a r t i f i c i a li n t e l l i g e n c ea n dn e t w o r kt e c h n o l o g yd e v e l o p m e n tc o n t r i b u t e dt ot h e d e v e l o p m e n to fa g e n tt e c h n o l o g i e s ，w h i c hp r o v i d ean e wc a l c u l a t i o nm e t h o dt o s o l v ec o m p l e x ，d y n a m i c , d i s t r i b u t e ds m a r ta p p l i c a t i o n s a g e n th a sc h a r a c t e r i s t i c s o fm o b i l i t ya n di n t e l l i g e n c e i fu n i f i e sa g e n tw i t ht h en e t w o r km a n a g e m e n t t e c h n o l o g yi tc a ng r e a t l ye n h a n c et h en e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e mt h ef l e x i b i l i t y a n ds c a l a b i l i t y ；i m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo ft h ee n t i r en e t w o r km a n a g e m e n t s y s t e m f i r s t l y , t h i sd i s s e r t a t i o nr e v i e w e dt h ed e v e l o p m e n th i s t o r ya n dd e v e l o p m e n t s t a t u so fn e t w o r km a n a g e m e n tr e s e a r c hb a s e do nm o b i l e a g e n t , a n dt h e n i n t r o d u c e dt h er e l a t e dc o n c e p t sa n dt h et e c h n o l o g i e so ft h en e t w o r km a n a g e m e n t h i g h l i g h t i n gt h en e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e ms t r u c t u r ea n di t sp r o t o c 0 1 a n dt h e n 一 墨堡墨三盔堂堡圭堂垡堡奎 e l a b o r a t e dt h er e l a t e dt h e o r ya n dt h et e c h n i c a ld e t a i lo fm o b i l ea g e n t ，h a sc a r r i e d o nl h ed a 辆i f i e di n t r o d u c t i o nr e g a r d i n gm o b i l ea g e n ti nt h en e t w o r km a n a g e m e n t s e v e r a lf u n c t i o nf i e l d s ，p r o p o s e dt h en e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e mf r a m em o d c i b a s e do nm o b i l ea g e n t f i n a l l y d e s c r i b e dt h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fn e t w o r kp 叫。珊a n c c m o n i t o rs y s t e mb a s e do nm o b i l ea g e n t ，i t h a si n c l u d e dt h es y s t e mo v e r a l l s t r u c t u r cd e s i g na n de a c hp a r td e t a i l sd e s i g na n di m p l e m e n t a t i o n o n ep a r t l sk e y p o i n tw h i c hi st h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no f d a t aa c q u i s i t i o ns y s t e mb a s e do n t h em o b i l ea g e n t k e y w o r d s ：m o b i l ea g e n t ，a g t e t ，n e t w o r km a n a g e m e n t ，n e t w o r kp e 哟m 粕c c m o n i t o rs y s t e m ，s n m p i i l 武汉理工大学硕士毕业论文 第1 章绪论 1 1 基于移动a g e n t 网络管理研究的历史和现状 1 1 1 基于移动a g e n t 网络管理研究的历史 a g e n t 技术源于2 0 世纪7 0 年代末的人工智能领域，移动a g e n t 作为a g e n t 技术与分布式计算相结合产物，也已经有了很长的研究时间，目前各种移动 a g e n t 平台据统计已达上百种之多。 网络管理最早开始于2 0 世纪7 0 年代，当时，由于网络规模小，复杂性 不高。一直没有得到重视。2 0 世纪8 0 年代初期i n t e r n e t 的出现和发展使 人们进一步认识到现有的网络管理系统基本都是针对自己网络开发的专用系 统，不适应网络异构互连的发展趋势。为此，研发者们展开了对网络管理这 门技术的研究，并提出了多种网络管理方案。i n t e m e t 体系结构委员会i a b 在1 9 8 8 年和1 9 8 9 年分别推出了s n m p ( s i m p l en e t w o r km a n a g e m e n t p r o t o c 0 1 ) 和c m o t ( c m i s c m i po v e rt c p i p ) 1 9 9 0 年i n t e r n e tt 程任 务组i e t f 在i n t e m e t 标准草案r f c l l 5 7 中正式公布了s n m p ，之后又 发布了s n m p v 2 和s n m p v 3 。目前网络管理领域中的事实上的工业标准就 是s n m p ，许多世界上著名的计算机及网络设备公司都推出了与此标准相应 的网络管理产品。 尽管人们对网络管理和移动a g e n t 的研究已经有了一段比较长的时间， 但关于移动a g e n t 在网络管理中的应用研究相对起步较晚，1 9 9 1 年由 c o l u m b i a 大学y e m i n i 等提出委托管理( m b d ：m a n a g e m e n tb yd e l e g a t i o n ) 的 概念1 1 l 可以看作是移动a g e n t 在网络管理中的应用思想的萌芽。9 0 年代末之 前，移动a g e n t 技术与网络管理的结合研究始终没有引起人们足够的重视， 直到1 9 9 7 年以后，随着网络技术和互联网应用的普及，人们才逐渐发现使用 移动a g e n t 可以解决许多用传统方法不能有效解决的问题，随之移动a g e n t 技术迅速成为人们关注的热点，基于移动a g e n t 的网络管理研究也进入了崭 新的阶段。 武汉理工大学硕士毕业论文 国内在这方面的工作大致始于1 9 9 9 年以后，根据移动a g e n t 技术在网络 管理环境下的应用特点，研究内容可以划分为三个方向：基于移动a g e n t 的 网络管理体系结构研究、移动a g e n t 平台与网络管理系统互通的增强性研究、 移动a g e n t 在网络管理中的应用研究。 1 1 2 基于移动a g e n t 网络管理研究的现状 目前，国外许多大学和科研机构对移动a g e n t 应用于网络管理的研究已 经做了很多工作，并且取得了大量成果。 其中比较成熟、比较有代表性的有： 加拿大c a r l e t o n 大学的“网络管理与人工智能实验室”，将简单的“移 动代码( m o b i l ec o d e ) ”用于网络管理，为网络管理者提供一套能够与网络 中节点上a g e n t 交互的工具。 b i e s z c z a d 等人在理论上描述了移动a g e n t 技术在网络管理中的应用，通 过其自身的经验列举了网络管理各个方面的应用，但是没有具体实现方案。 g a v a l a s 等人提出了移动a g e n t 在网络监控数据的大量传输、数据的收集 以及s n m pt a b l e 的自动搜索等方面的应用，分析了移动a g e n t 在网络管理 中的带宽应用问题，并做了移动a g e n t 在网络监控管理方面应用的一些具体 工作，但是没有描述与传统的基于s n m p 网络管理系统的兼容性问题，也没 有提出具体的基于移动a g e n t 的管理框架。 r o b e dp i n h e i r o 等人描述了一个概念上的模型，该模型利用移动a g e n t 收集网络上不断变化的与网络管理相关的数据，不时计算网络的状态，并且 重点研究了集成网络的监控数据与移动a g e n t 的自适应机制。 a n t o n i o 等人构造了一个原型系统，采用移动a g e n t 平台m a p ( m a p 使 用c o r b a 作为底层传输代码和数据通信机制) 实现，并描述了基于m a p 平台的网络管理系统相对于传统基于s n m p 的网络管理系统的优点。 p a g u r e k 等人详细讨论了移动a g e n t 与s n m p 相结合的必要性，他们使 用现有的d p i 协议并提出r d p i 协议加强移动a g e n t 与s n m p 的交互，r d p i 协议是使移动a g e n t 与s n m p 共存的协议，移动a g e n t 通过v m c 访问核心 服务，v m c 通过d p i r d p i 协议与s n m p 通信，该框架通过d p i r d p i 协议 扩充了现有网络管理协议，以便移动a g e n t 与s n m p 更好地进行交互。 m a r i o 等人描述了一个定量的模型，该模型提供网络通信量相关的定量 2 武汉理工大学硕士毕业论文 分析模型，包括c l i e n t s e i v e r 、m o b i l e a g e n t 、r e m o t ee v a l u a t i o n ( r e v ) a n d c o d eo nd e m a n d ( c o d ) 等几种网络管理模式，但是缺少试验分析，而且在 定量分析中对没有对使用上述方法的网络管理系统的网络延迟等进行必要的 分析 d a m i a n o sg a v a l a s 等人研究构造了一种利用移动a g e n t 进行网络和系统 管理的框架，提出了一种动态适应的中间层管理的概念，但主要应用于系统 的监控。 i c h i r os a t o h 给出了一种基于移动a g e n t 的主动网络管理的框架，提出主 动网络的概念，并且利用基于j a v a 平台的移动a g e n t 系统设计出原型系统， 但是没有实现对s n m p 网络管理模式的兼容。 从已有研究的成果来，总体上可分为两大类：移动a g e n t 理论的研究和 移动a g e n t 在网络管理中的应用研究。 其中，移动a g e n t 理论方面的研究比较成熟，且以移动a g e n t 平台的研 究颇多目前市场已有的移动a g e n t 平台有i b m 公司的a g l e t s 、r e c u r s i o n 公司的v o y a g e r 、美国d a r t m o u t h 大学d a g e n t 和i k v + + 公司g r a s s h o p e r 等。这些平台有些是开源，有些是商用。它们都可以为移动a g e n t 应用提供 基本服务，但它们在安全性，互操作性，标准化等方面还存在不足，在利用 这些平台进行相关的应用开发时，还需要进一步进行相关的研究。 丽在基于移动a g e n t 的网管应用研究中，研究方向大致可分为以下几个 方面：基于移动a g e n t 的网管体系结构的研究、移动a g e n t 平台与网管系统 互操作性研究、基于移动a g e n t 网管系统服务质量( q o s ) 研究、基于移动 a g e n t 网管系统安全性研究、基于移动a g e n t 网管系统的客错策略研究等方 面。 其中体系结构的研究又分为继承性移动a g e n t 网管体系结构的研究和全 新移动a g e n t 网络管理体系结构的研究两个分支，而且这两个分支的研究都 取得了一定的成果。 由于全新移动a g e n t 网络管理系统的研究内容涉及的问题复杂而且广 泛，因此在实际应用中以继承性移动a g e n t 网管系统结构的研究居多，主要 是将移动a g e n t 技术与现有的传统网管系统相结合，最大限度地利用已有的 资源。根据移动a g e n t 平台的差异和不同网络管理应用的特点，研究的重点 放在移动平台与已有的网管系统互操作机制和接口的设计上。 3 武汉理工大学硕士毕业论文 另外，基于移动a g e n t 网络管理系统的安全性和系统服务质量( q o s ) 的研究也一直是该领域研究的热点，根据各种不同的网管应用需求，各种系 统安全解决方案和系统q o s 保证机制的研究为研究者提供了广阔的研究舞 台 总体上看，移动a g e n t 在网络管理中的应用还处于研究阶段，离大规模的 商业应用还有一定的距离。已有的一部分研究成果过多涉及移动a g e n t 技术本 身的理论研究或管理系统框架的提出，而对具体基于移动a g e n t 的网络管理系 统的应用研究还有待于进一步深入 1 2 论文的研究目的和意义 计算机网络管理是伴随着计算机网络的产生而出现的随着网络的发展，网 络站点的日益增多，网络结构的日益复杂，网络性能的监测管理也越来越受到 关注如果没有一个高效的网络管理系统对网络进行监视和控制，保障计算机 网络的正常运转，网络的可靠性和稳定性就无法得到保证。因此，网络管理已 成为现代网络系统中非常重要的问题之一 网络管理的目标是最大限度的增加网络可用时间，提高网络设备利用率、 网络性能、服务质量和安全性，减少网络故障，缩短网络失效时间，简化多厂 商混合网络环境下的管理，为网络长期规划提供依据。而网络性能监测则主要 是为了通过连续采集性能数据，监测网络的服务质量，提供强有力的性能分析 和显示能力，在网络性能降低到不可接受的程度之前及时发现问题。故此，网 络性能监测是网络管理中一个非常基础也非常重要的环节，研究网络性能监测 技术具有一定的学术意义和实用价值。 对网络的性能监测管理的方式有很多，现在通用的网络性能监测系统大多 采用基于轮询的集中式监控管理模式。随着网络技术的发展，以及网络拓扑的 日益复杂，这种管理方法逐渐暴露出在效率和扩展性方面的设计缺陷：一方面， 由于数据的分析、处理和显示任务均集中在网络管理站完成，网络规模的扩充 势必会造成管理站负担过重，形成管理瓶颈；另一方面，通过网络传输大量未 经处理的网络管理原始数据，会占用大量的网络带宽；另外，管理功能在管理 站中固定实现，不能按照人们的需求和管理策略进行定制，使系统缺少灵活性。 这些闯题可望依靠引入移动a g e n t 得到有效的解决。 本课题正是通过以上的分析，提出了移动a g e n t 在网络性能监测系统的研 究。旨在将移动a g e n t 的思想应用于网络性能数据的采集中，并结合当前基于 4 武汉理工大学硕士毕业论文 w c b 的管理模型的优势，建立一种高效、灵活的分布式网络性能监测系统模型。 此课题是目前国内外网络管理研究与发展的一个热点和难点，也是一个应用前 景比较广阔的研究课题。 1 3 论文的体系结构 本论文内容的章节安排如下： 第1 章介绍了网络管理、网络性能监测、移动a g e n t 及移动a g e n t 在网 络管理中的应用的发展和现状，分析现在通用的网络管理系统中存在的问题， 提出本文的研究核心在网络管理系统中引入移动a g e n t 技术。 第2 章介绍了计算机网络管理的理论及相关技术，理论部分重点集中在 网络管理的基本功能、体系结构及常用协议上。网络管理的相关技术则是按 时间的发展顺序依次介绍。 第3 章对于a g e n t 技术相关知识进行了概述，接着介绍了移动a g e n t 技 术，包括移动a g e n t 的工作过程、a g e n t 通信语言a c l 、a g e n t 传输协议和 移动a g e n t 的体系结构及其技术的标准化。最后简略地讲述了几种典型的移 动a g e n t 平台 第4 章介绍了移动a g e n t 在网络管理系统中的应用，首先介绍了移动a g e n t 在网络管理系统五大功能域中的应用，包括在性能管理、故障管理、计费管理、 配置管理和安全管理中的应用。然后在此基础上介绍了移动a g e n t 在网络管理 中的分类，接着提出了基于移动a g e n t 的网络管理的体系结构及其框架模型， 并说明为什么要选择这样的体系结构。 第5 章是论文的核心章节，介绍基于移动a g c n t 的网络性能监测系统的实现 的具体技术细节。首先，给出了网络性能监测系统的整体结构设计，整个系统 由数据采集器、数据中心和w e b 服务器三大部分组成，其中数据中心又可分为 数据处理中心和数据库服务器两个部分。接着，从开发平台、a g l e t 的基本行为、 a g l e t 问的通信和移动a g e n t 与数据库接口等几方面介绍了基于移动a g e n t 的数 据采集器的设计及实现，从数据库设计及应用运行环境、数据库优化技术、数 据处理中心架构设计和数据处理中心处理流程等几个方面介绍了网络性能监 测系统的数据中心的设计及实现，最后介绍了基于w e b 的管理中心( 即可视化 用户管理中心) 的实现。 第6 章对全文的研究工作进行总结，并确定下一步的研究方向 5 武汉理工大学硕士毕业论文 第2 章计算机网络管理理论及技术 2 1 网络管理理论概述 2 1 1 网络管理的基本概念 网络管理就是为了确保计算机网络能够正常运行而对其状态进行监视和 控制，或当网络出现故障时尽快地发现故障并修复故障，使其能最大限度地 发挥其应有的服务。 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。通过监测能了解当前网络状态是否正常，是否存在瓶 颈和潜在的危机；通过控制能对网络状态进行合理调节，提高网络性能，保 证服务。监测是控制的前提，控制是监测的结果，两者缺一不可。所以也可 以说，网络管理就是网络的监测和控制。 2 1 2 网络管理的功能域 在实际网络管理过程中，网络管理应具有的功能非常广泛，包括了很多方 面。在o s i 网络管理标准中定义了网络管理的5 大功能域【2 1 ，列举如下： ( 1 ) 性能管理( p e r f o r m a n c em a n a g e m e n t ) 采集有关被管设备中与网 络性能及系统性能有关的数据信息，统计并分析当前信息，建立性能分析模 型，预测网络性能的长期趋势，并可根据分析和预测结果对网络进行调整。 其典型功能包括： 收集统计信息。 维护并检查系统状态日志。 确定自然和人工状态下系统的性能。 改变系统操作模式以进行系统性能管理的操作。 ( 2 ) 故障管理( f a u l tm a n a g e m e n t ) ：对来自硬件或路径节点的报警信 息进行检测、报告和存储，并进行差错的定位以及改正。其典型功能包括： 维护并检查错误日志。 接收跟踪检测报告并做出相应反应。 6 武汉理工大学硕士毕业论文 跟踪、辨认错误。 纠正错误。 ( 3 ) 计费管理( a c c o u n t i n gm a n a g e m e n t ) ：记录用户对网络资源的使 用情况用以控制和检测网络操作的费用和代价。其典型功能包括： 计算网络建设及运营成本 统计网络及其所包含的资源的利用率。 联机收集计费数据。 计算用户应支付的网络服务费用及账单管理。 ( 4 ) 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 ) ：初始化网络，并配置网 络，以使其提供网络服务。其典型功能包括： 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字的管理 初始化或关闭被管对象。 更改系统配置。 ( 5 ) 安全管理( s e c u r i t ym a n a g e m e n t ) ：提供信息的隐私、认证和完整 性保护机制，保证网络用户和网络资源不被非法使用，确保网络管理系统本 身不被未经授权的用户访问。其典型功能包括： 对授权安全管理。 对授权机制、访问控制、加密和加密关键字的管理。 维护和检查安全日志。 2 1 3 网络管理的三大体系结构 网络管理的结构主要涉及网络管理系统的组成部件和结构，各个部件之 间的关系，网络管理应该包含的功能以及这些功能如何划分。通常，个具 体的网络管理系统并不一定都包含网络管理的五大功能，不同的应用系统可 以根据需要来选择其中不同的几个功能来实现。网络管理系统从总体上说可 分为四个部分i 叫： 多个被管理代理( m a n a g e d a g e n t s ) 。被管理代理( 也称代理) 是驻留在 被管设备中的软件模块，负责响应网络管理站的轮询。将被管设备的信 息通过网络管理协议提供给网络管理系统中的网络管理站。此外，代理 还可以负责监测、记录网络故障并报于网络管理站。 一个或多个网络管理站( n e t w o r km a n a g e m e n ts t a t i o n ，n m s ) 。网络管理 7 武汉理工大学硕士毕业论文 站通过网络向各种被管设备( 包括网络交换结点、集中器、线路设备， 在局域网环境下，甚至包括参与通信的各种用户结点设备) 发出各种控 制命令，这些设备上的相关软件( 被管理代理) 执行命令并反馈结果。 另外它还可能直接收集其它网络设旅定期或随时发来的各种统计信息 和报警报告，对其进行分析，并确定进一步的控制动作。 一种网络管理协议( n e t w o r km a n a g e m e n tp r o t o c 0 1 ) 。 一个或多个管理信息库( 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 ) 。 网络上的所有被管理的设备都被称为被管对象( m a n a g e do b j e c t s ) ，驻留 在这些对象上，配合网络管理的处理实体成为被管理代理，把实施管理的处 理实体成为管理者( m a n a g e r ) ，管理者驻留在管理工作站上，管理者和被管 理代理通过交换管理信息来进行工作，这种信息交换通过一种网络管理协议 来实现。 网络管理系统的一般工作过程为：网络管理站运行两络管理软件，网管 软件从代理处收集管理数据并进行处理，向代理发送操作信息，达到对代理 进行管理的目的。管理信息库( m i b ) 中存有被管设备的状态信息，可以通 过代理读取，网络管理站向代理发送的操作信息也由代理对m i b 中的相应的 数据进行设置，设备便可以根据m i b 来完成相应的动作。网络管理站和被管 理对象之间遵守相同的网络管理协议。如图2 - 1 所示。 图2 - i 网络管理系统基本结构模型 8 武汉理工大学硕士毕业论文 在网络管理系统的基本结构上加以发展，演变为三大网络管理体系结构： 集中式体系结构、分层式体系结构和分布式体系结构。 ( 1 ) 集中式体系结构 传统网络管理采用集中式体系结构，目前i s o 和i e t f 两大主流网络管 理也采用这种方式。这种管理系统的显著特征是所有的管理应用功能集中在 单一的管理者中，大量管理信息的处理和管理策略的形成都是集中在管理者 处完成的，而被管理代理则是简单的数据收集器。被管理代理一般有多个， 分别位于不同的网络设备上，如路由器、交换机等，被管理代理监测所在网 络部件的工作状况管理者定期轮询各被管理代理以获取网络信息，然后进 行分析并采取相应的管理措施。该结构体系的网络管理平台建立在一个计算 机系统上，采用单一的集中式数据库，整个管理任务由该计算机系统负责。 同时为达到系统的冗余控制，一般都设计两个或多个完全一样的系统，其中 一个处于工作状态，另一个进行定期的备份。 集中式体系结构的优点是简单。这种管理方式通信和交互行为主要发生 于管理者和被管理代理之间，由于不涉及多个管理者相互之间的交互问题， 因此管理系统实现上相对容易一些。所以集中式体系结构一般适用于处理所 有的网络报警和事件，处理所有的网络信息和访问所有的管理应用。 但该体系结构也有其固有的缺点，如：网络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，则极易导致管理系统的 全面崩溃；即使网络管理者运行正常，也很可能因发生网络故障而将网络管 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；管理者采用轮询等方式获取被管理代理的信息，这种方式对管理信息的 需求量很大，容易导致网络拥塞。 ( 2 ) 分层式体系结构 分层式体系结构可以看成是集中式体系结构的一种变体，在分层式体系 结构中，单一的管理者被分为两个部分：管理平台和建立在平台上的上层管 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” 管理平台仍然以集中的方式从各个被管理代理收集管理数据，并向各个 被管理代理分发来自上层应用的管理指令。虽然这种体系结构将管理功能部 9 武汉理工大学硕士毕业论文 分分布化，但本质上并未脱离“集中式体系结构”的范畴。 分层式体系结构的优点是上层开发可以较少考虑通信协议的实现，从而 避免协议的复杂性和异构性的影响。这是目前最常用的网络管理体系结构。 但该体系结构也有其固有的缺点，如：各个被管对象的信息收集不太方 便；每个用户设备配置和定义需要预先手工配置等。 ( 3 ) 分布式体系结构 分布式体系结构结合了集中式和层次式的特点。与集中式的单一平台或 层次式的客户机服务器平台的做法不同，分布式方案使用了多个对等的平 台，其中一个平台是一组对等网络管理系统的管理者，每个对等平台都有整 个网络设备的完整数据库，使其可以执行多种任务并向中央系统报告结果。 分布式体系结构有其自身优点，如：任一地点都能获得所有的网络信息， 警报和事件；任意地点都能访问所有网络应用；不依赖于单一的系统；网络 管理任务分散；网络监控分布于整个网络 这三种体系结构各有优缺点，每种类型都具有在特定环境下工作良好的 特定功能，可以按实际情况选择一种适合的网络体系结构。 2 2 网络管理协议 网络管理协议定义了网络管理器与被管代理之间的通信方法。网络管理 的国际标准主要有i s o 的基于o s i 参考模型的c m i p 和i n t e r n e t 工程任务组 ( i e t f ) 的基于t c p i p 参考模型的s n m p 等。 2 2 1 公共管理信息协议c m i p 公共管理信息协议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 np r o t o c 0 1 ) 1 3 】 是由国际标准化组织i s o 为运行在o s i 协议集上的开放系统提供的网络管理 框架。o s i 网络管理模型的信息模型包括管理信息结构( s m d 、命名等级体 系和管理对象( m a n a g e do b j e c t ) 定义，抽象语法标记法1 ( a s n i ，a b s t r a c t s y n t a xn o t a t i o no n e ) 用于定义管理信息结构。其通信模型使用面向连接的 o s i 协议族，而功能模型包括上文提到的o s i 的五个功能域。o s i 网络管理 服务定义为c m i s ( c o m m o n m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns e r v i c e ，公共管理信息 服务) ，而c m i p 中定义了如何实现c m i s 的服务，定义了传输管理信息的过 武汉理工大学硕士毕业论文 程。c m i p 共有1 1 种类型的p d u ( 协议数据单元) ，每个c m i pp d u 是构造 公共管理信息服务的基本单元，而且它的变量具有很复杂的数据结构。c m i p 的一个重要特点是它的变量不仅可以传递信息，而且可以用来完成某项任务。 c m i p 是一个完全面向对象的设计，应用了面向对象的所有概念，包括 继承、封装、管理对象闻的关联等。c m i p 与s n m p 差不多同时成为标准， 但由于其实现过于复杂，加之当时的网络设备处理能力有限，并没有像s n m p 那样被普遍采用。由于服务的繁多和o s im i b 的庞大，c m i p 的实现往往产 生大量的网络流量。而且，b e r 编码导致了大的p d u ，使得带宽占用更为严 重。c m i p 的大流量和复杂性使得用户和软件厂商都不愿意接受它。但是随 着最近网络技术的发展( 例如千兆以太网) 和对网络管理系统要求的提高， c m i p 受到了很多的关注。相信随着计算机技术的发展和网管设备性能的进 一步提高，c m i p 会在网管领域发挥重要作用。 2 2 2 简单网络管理协议s n m p 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 ) 【4 1 管理 模型源于o s i 网络管理体系结构c m i p ，1 9 9 0 年成为正式的标准，由于t c p p 的广泛应用，s n m p 已被越来越多的应用于网络管理系统中s n m p 起初是 i e t f 的研究小组为了解决在i n t e r n e t 上的路由器管理问题提出的，因此许多 人认为s n m p 在i p 上运行的原因是i n t e r n e t 上运行的是t c p i p 协议。但事 实上，s n m p 是被设计成与协议无关的，所以它可以在i p 、i p x ，a p p l e t a l k ， o s i 以及其他用到的传输协议上使用。它只要求无连接的传输层协议u d p ， 受到许多产品的广泛支持，基于s n m p 的网络管理已成为计算机网络管理的 基础和核心。 ( 1 ) s n m p 网络管理模型主要包括以下关键要素： 网络管理站( n e t w o r km a n a g e m e n ts t a t i o n ，n m s ) ：作为网络管理系 统的中心，般是一个分立的设备，提供网络管理员与网络管理系统 的接口 代理( a g e n t ) ：每一个支持s n m p 的网络设备中都包含一个a g e n t ， 此a g e n t 随时纪录网络设备的各种情况，并且对来自n m s 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，如发送陷阱消息( t r a p ) 。 1 1 武汉理工大学硕士毕业论文 管理信息结构( s t r u c t u r eo f m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n ，s m i ) ：定义了 s n m p 框架所用的信息的组织、组成和标识，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 用来指定一个设备维护 的管理信息的规则集。 管理信息库( m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o nb a s e ，m i b ) ：是被管设备所维 护的全部被管理对象的结构集合，是被管设备管理属性的表征，被管 理对象按照层次式树形结构组织。 s n m p 协议：是应用层协议，在t c p i p 网络中它对传输层的映射主 要采用u d p 协议，通常管理站和代理进程在明确规定的熟知端口1 6 1 上接受除陷阱以外的所有s n m pp d u ( p d u ：协议数据单元) ，而 t r a p p d u 这个报文由管理站在明确定义的u d p 端口1 6 2 上接收。网 络管理站( n m s ) 通过s n m p 协议交换能够对每个代理( a g e n t ) 进 程的m i b 中的管理对象进行读( g e t ) 、写( s e t ) 操作，同时s n m p 协议还定义了陷阱机制( t r a p ) 使代理进程能够根据某些预设的条件 主动发送告警报文。 ( 2 ) s n m p 管理模型 s n m p 定义了五种p d u ( 协议数据单元) ：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 t p d u 、s e t r e q u e s t p d u 、r e s p o n s e - p d u 、t r a p p d u ，这五种 p d u 中，g e t r e q u e s t 、g e t n e x t r e q u e s t 和s e t r e q n e s t 是由网络管理站( n m s ) 发往代理( a g e n t ) 的，而r e s p o n s e 和t r a p 是由代理( a g e n t ) 发往网络管 理站( n m s ) 的。基于s n m p 协议的网络管理系统的工作原理如下： 首先，被管设备( n e t w o r km a n a g e dd e v i c e ) 使用轮询( p o l l i n g o n l y ) 方法或基于中断( i n t e r r u p t b a s e d ) 方法来采集数据。s n m p 使用嵌入到网络 设施中的代理( a g e n t ) 来收集网络的通信信息和有关网络设备的统计数据。 代理( a g e n t ) 是驻留在被管设备( n e t w o r km a n a