（计算机软件与理论专业论文）分布式配置与计费管理系统的设计与实现.pdf

中国科学技术大学硕士学位论文 摘受 摘要 网络管理系统是对网络活动和资源进行检测、分析、控制和规划的一组软件。 随着计算机网络朝着大规模、复杂化、异构化的方向发展，这给网络管理提出了 新的要求。传统的集中式网管系统面对新的需求时，就暴露出了许多的缺点。 分析比较了目前比较流行的网络管理技术后，我们觉得利用移动代理平台实 现基于s n m p 协议的分布式网络管理系统，是一个很好的思路。首先，在网络 管理协议中，s n m p 协议的设计应用最为广泛，已成为事实上的规范，基于s n m p 协议的网络管理系统有较好的应用前景；其次，移动代理的自治性、智能性和移 动性将为网络管理添加动态分布性能，使之方便地支持移动性管理和应用控制的 动态按需部署。 本文首先介绍了分布式网络管理系统的框架及运行流程，然后描述了系统 中，配罱管理模块和计费管理模块的详细设计过程及实现。对于配置管理，本文 着重描述了拓扑搜索和网络系统配置维护的设计实现：对于计费管理，本文着重 描述了计费数据收集和计费数据统计的设计实现。两个模块的设计重点，都在于 在于如何利用移动代理技术，提高其健壮性、灵活性、低耗性及可扩展性。 关键词：分布式网络管理；配置管理；计费管理；s n m p 协议；移动代理 ! 里型兰垫查查兰鲎些堡主丝苎 垒! ! ! ! 竺! a b s t r a c t n e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e mi sas e to fs o f tw a r e sw h i c ha r ei n c h a r g eo f m o n i t o r i n g ，a n a l y z i n g ，c o n t r o l l i n g a n d p r o g r a m m i n g t h ea c t i v i t i e sa n d r e s o u r c e so fan e t w o r k t r a d i t i o n a lc e n t r a l i z e d m o n i t o r i n gs y s t e mc a nn o t e f f i c i e n t l y s o l v et h e p r o b l e m sw h e nf a c i n g l a r g e - s c a l e d ，c o m p l i c a t e d a n d h e t e r o g e n e o u sn e t w o r k s ，w h i c hi se x a c t l yt h et r e n do fc o m p u t e rd e v e l o p m e n t t h ed i s t r i b u t e dn e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e mb a s e do ns n m pa n dm o b i l e a g e n tp l a t f o r m s t a n d so u ta sa ne x c e l l e n ts o l u t i o na f t e ro u ra n a l y s i sa n d c o m p a r i s o no v e rc u r r e n tn e t w o r km a n a g e m e n tm e t h o d s f i r s t l y ，a m o n ga l lt h e n e t w o r km a n a g e m e n t p r o t o c o l s ，s n m pi st h em o s tp o p u l a r o n ea n dw o r k sa s as p e c i f i c a t i o ni n r e a l i t y , t h u sas n m p b a s e ds y s t e mh a sab e t t e ra p p l i c a t i o n p r o s p e c tt h a no t h e r w i s eb a s e do n e s s e c o n d l y t h ec h a r a c t e r i s t i c so fm o b i l e a g e n ts u c ha ss e l f - g o v e r n i n g ，i n t e l l i g e n c e ，a n dm o b i l i t y h a v ee q u i p p e dt h e m a n a g e m e n ts y s t e mw i t hd y n a m i cd i s t r i b u t i o na b i l i t y a n dm a k ei ta b l et o s u p p o r t m o b i l e m a n a g e m e n ta n dd y n a m i co n d e m a n da p p l i c a t i o n c o n t r o l a l l o c a t i o n i nt h i sp a p e 5w eh a v e f i r s t l yi n t r o d u c e dt h ef r a m e w o r ka n dr u n n i n gp r o c e d u r e o ft h ed i s t r i b u t e dn e t w o r k m a n a g e m e n ts y s t e m s a n dt h e ne x p l a i n e dt h e d e s i g n a n d i m p l e m e n t a t i o no f t h ec o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n tm o d u l ea n da c c o u n t i n g m a n a g e m e n tm o d u l e f o r t h ef o r m e rt h em a i np a r ti st h et o p o l o g ys e a r c h i n g a n dm a i n t a i n a n c eo fn e t w o r kc o n f i g u r a t i o n ；f o rt h ei a t t e r , t h em a i np a r ti st h e c o l l e c t i o na n dp r o c e s s i n go fa c c o u n t i n gi n f o r m a t i o n t h ed e s i g nt a r g e to ft h e t w om o d u l e si st oi m p r o v et h e i rr o b u s t n e s s ，f l e x i b i l i t y , l o w - c o n s u m eq u a l i t ya n d s c a l a b i l i t ye m p l o y i n g m o b i l ea g e n t t e c h n o l o g y k e y w o r d s ：d i s t r i b u t e d n e t w o r k m a n a g e m e n t ；c o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n t ； a c c o u n t i n gm a n a g e m e n t ；s n m p ；m o b i l ea g e n t i i 中周科学技术大学学位硕士论文 第j 章绪论 第1 章绪论 1 1 网络管理的重要性 随着计算机网络的迅速普及，人们对网络的依赖性越来越强，计算机网络已 经成为现代社会生活不可缺少的一个基础设施。而网络规模越来越庞大，互联结 构电越来越复杂，因此网络的高效正常的运行已成为人们同益关注的问题。据有 关统计资料表明，一个普通的局域网在一年中平均出现二十次重大故障，由此产 生的服务失效时间长达十六小时。对于像a t t 这样的公共通信网络运营企业来 说，四个小时的网络失效就可能带来几千万甚至上亿美元的损失。 网络管理系统是对网络活动和资源进行检测、分析、控制和规划的一组软件， 可以协助管理员有效地管理网络资源，预防或减少网络故障的发生，缩短网络失 效的时间，从而最大程度地发挥网络的效益。它是计算机网络的重要组成部分， 其管理能力直接影响网络运行的效率。因此，在建设一个计算机网络的同时，就 必须仔细考虑它的管理方案，精心选择优良的网管产品，以保障网络的正常运行 网管的重要性已经日益受到人们的重视，国际上知名的网络通讯厂商大都有 自己的网管商品，如h p 的o p e nv i e w ，i b m 的n e t v i e w 系列，s u ns o f t 的s u n n e t m a n a g e r 和富士通公司的n e t w a l k e r 等。它们都已被广泛地使用，并且有了相 当的影响。但是同时必须看到它们的进一步发展都出现了一些困难，究其原因， 在一定程度上是网络技术的迅速发展造成的。【1 】 现代计算机网络正朝着大规模、复杂化、异构化的方向发展。一个网络由大 大小小的子网组成，里面集成了多种网络操作系统平台，安装来自不同厂家的网 络设备和通信设备，运行各种各样的应用软件。除此之外还具有以下新的特征： 地理分布分散化；公共网络服务有增多的趋势；网络通信量大幅增加；网络设备 的自治性增强；网络状态的多变性。 网络管理的目标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、网络性能、服务质量和安全性，简化多厂商混合网络环境下的管理，控制网 络运行成本，提供网络中长期规划。现代网络给网络管理提出了新的要求： ( 1 ) 现代网络尤其是互联网络中，往往存在多种网络体系结构，如i s o 的开 放系统互联参考模型、i b m 的s n a 、x e r o x 的x n s 等，现代网管系统必 中国科学技术大学学位硕i ：论文第l 章绪论 须支持对多种网络体系结构互联的管理。 ( 2 ) 网络技术的进步带来了类型繁多、功能复杂的网络设备，现代网管系统 必须支持对多种网络设备的管理。 ( 3 ) 许多专用网络已经有了自己的网络管理系统，并且得到了较为广泛的应 用，如i b m 的0 n a m 等，必须能与这些专用网络管理系统直接交互以 实现对广域互联网的统管理。 ( 4 ) 支持多种物理传输介质和网络通信协议。 ( 5 ) 网络管理功能应该覆盖网络的规划、设计和维护的整个过程，除了对网 络故障的发现处理之外，还包括对网络性能的检测、统计和调整，对网 络的记帐和容量规划等功能。 ( 6 ) 新的特点和服务能不断地加入到网络管理系统中，例如端对端q o s 机制 和安全功能等。为便于添加和扩展新的管理功能，需要一个灵活和可编 程的网络管理平台。 1 3 】 因此，如何调整网络管理系统以适应现代网络，就成了摆在我们面前不得不 尽快解决的问题。 目前，大多数网络管理系统都是基于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 ) 协议的集中式系统，这类系统实现起来比较简单，但在管理上缺乏足 够的灵活性和智能性，对于管理复杂异构的网络显得力不从心。近几年，移动代 理技术和主动网络技术带来了移动性与智能性，这给我们解决网管问题带来了新 的思路，即能否将这些新技术应用到网络管理系统上。 1 2 网络管理概述 1 2 1 网络管理的功能模型 i s 0 i e c 7 4 9 8 4 定义了o s i 管理的概念和术语，提出了o s i 管理的结构， 并描述了o s i 管理应有的行为，即o s i 管理是指这样一些功能，它们控制、协 调、监视o s i 环境下的一些资源，这些资源保证o s i 环境下的通讯。 i s 0 i e c 7 4 9 8 - 4 定义了网络管理的五大功能，这种定义方法已经被广泛应 用。这五大功能是故障管理、配置管理、性能管理、安全管理和计费管理。 1 ) 故障管理( f a u l tm a n a g e m e n t ) ，通过设定阚值条件从设备上获取事件 中国科学技术大学学位顾士论文第l 章绪迨 和错误报告，或自动排除一些特定问题。一般包括如下功能：根据管理 人员的设定进行错误检测，一旦发现立即报告或采取预先制定的措施： 记录各种等级的故障：可对故障进行跟踪辨认。 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 ) ，对所管理区域中的网络设备进 行控制，监视其配置情况，修改配置，并生成状态变化日志等。 3 ) 性能管理( p e r f o r m a n c em a n a g e m e n t ) ，对整个系统中的对象的运行性 能进行监控，收集性能数据并进行统计，保存系统性能的历史数据，根 据管理人员的要求查询、报告相关的性能数据和报表等。 4 ) 安全管理( s e c u r i t ym a n a g e m e n t ) ，审查、监视、控制对系统的访问， 并产生安全日志，报告和记录一切异常状况。 5 ) 计费管理( a c c o u n t i n gm a n a g e m e n t ) ，跟踪记录用户对各种资源的使用 情况，根据管理人员的设置。查询、统计、报告用户对系统的使用情况。 在实际的网络管理应用中，网络管理应具有的功能是非常广泛的，除了以上 5 大功能以外，还包括网络规划、网络操作人员的管理等很多方面。不过这些功 能的实现都与具体的网络环境有关，因此我们关注的重点还是以上o s i 网络管 理标准中的5 大功能。 1 2 。2 网络管理的体系结构模型 体系结构模型描述了网络管理系统的一般结构以及系统内各实体间接口和 通信的方法。目前主要有两种结构：基于o s i 的网络管理体系结构和基于t c p i p 的网络管理体系结构。 基于o s i 的网络管理体系结构建立在o s i 七层模型上，网络管理应用在应 用层上实现，下面六层为网络管理提供标准的网络服务。 基于t c p i p 的网络管理体系结构使用l a b 制定的网络管理框架，它由三个 部分组成：基于t c p i p 的管理信息结构( s m i ) 、基于t c p i p 的管理信息库( m i b ) 和简单网络管理协议( s n m p ) 。 s m i 使用抽象句法记号a s n 1 描述管理信息定义的一般结构和命名方 案，用基本编码原则( b e r ) 对在网络中传输的s n m p 消息进行编码。 中国科学技术大学学位硕士论文第l 章绪论 m i b 是一个虚拟数据库，用来存放各种管理对象的管理参数，网络管理 活动正是通过访问和操作m i b 中的管理对象来进行的。i n t e r n e t 管理机 构定义了i n t e r n e t 管理信息库，它有m i b 1 和m i b i f 两个版本。另外， 也允许厂商定义设备特定的扩展m i b ，以方便对特定设备和协议的管理。 s n m p 规定了管理者与管理对象之间的通信方式。 1 2 3s n m p 网络管理系统组织模型 基于t c p i p 的网络管理系统是最为普遍的。在这类管理系统中，每个被管 设备( 称管理节点) 上运行一个管理代理，负责收集本地的管理信息，并将信息 发送到管理站；管理站综合所有被管设备的信息进行处理，并确定正确的控制行 为；管理站和管理节点之间使用s n m p 协议进行通信。因此，基于s n m p 的网 管模型由管理节点、管理站、管理信息和管理协议4 个部分组成，如图1 1 所示。 【5 】【6 】【7 】 m 网络管理软件 as n m p 代理 l a n 图1 一ls 硼p 网管系统的组织模型 管理节点可以是主机、路由器、网桥、打印机及任何可与外界交流状态信息 的设备。为便于s n m p 直接管理，每个节点必须能运行s n m p 管理进程，即 s n m p 代理( s n m pa g e n t ) 。代理侦听u d p 端1 31 6 1 ，接收管理站发来的s n m p 消息，消息中包含有对管理对象的操作命令。代理执行消息中的命令，将查询结 果返回管理站或修改管理对象。 网络管理由管理站( m a n a g e m e n ts t a t i o n ) 完成。管理站实际上是一台运行 中围科学技术大学学位硕士论文第l 章绪论 特殊管理软件的普通计算机，它包括个或多个进程，负责与代理通信，发送命 令并接收应答。为了使管理站能与不同设备进行通信，s n m p 极为详细地规定 了每种代理应维护的确切信息以及提供信息的确切格式。每个设备都具有一个或 多个变量来描述其状态，这些变量称为对象，网络中所有的对象都存放在一个叫 管理信息库m | 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 ) 的数据结构中。 管理站使用s n m p 协议与代理通信。该协议允许管理站查询或修改代理的 本地对象状态，大多数s n m p 通信由这种查询一应答方式构成。除此之外，当 代理检测到重要事件的发生，如管理节点崩溃后重启，或线路中断后恢复，它立 即将事件通知相关的管理站，这种通知机制称s n m p 陷阱( t r a p ) 。 该模型假定每个管理节点都有运行s n m p 代理的能力，但实际上一些老设 备不具有这种能力。为管理这些设备，s n m p 定义了称为代理设施( p r o x ya g e n t ) 的设备，代理设施负责监视一个或多个没有s n m p 代理的设备，并代表它们与 管理站通信。 1 3 网络管理技术的发展 计算机网络的管理是伴随着计算机网络一起产生和发展起来的。8 0 年代中 期发展了基于协议的管理技术；9 0 年代中期，基于对象的管理技术成为主流； 最近几年又发展了基于w e b 、基于策略和基于智能代理的网络管理技术。 8 0 年代中期i s o 和c c i t t 联合制定了公共管理信息规范( c m i s ) 和公共 管理信息协议( c m i p ) ，i e t f 颁布了s n m p 和t c p i i p 上的c m i p ，这些都是 基于协议的管理技术。s n m p 最大的优点在于简单和可扩展，目前许多流行的 网络管理软件，如h p 公司的o p e n v i e w 、s u n 公司的n e t m a n a g e r 等，大都基 于s n m p 或s n m p v 2 。c m i p 是一个应用在o s i 环境下的分布式的网络管理解 决方案，它克服了s n m p 的缺点，特别是增强了安全性，只是其复杂阻碍了它 的实现和推广。【1 0 】 传统管理模型只对网络中的物理资源进行管理，而基于策略的管理模型则增 加了对网络中的逻辑资源的管理。基于策略的管理系统通过系统的管理策略库， 控制和管理整个系统的管理策略，包括用户管理策略、信息与应用管理策略、安 全管理策略、计费管理策略以及整个系统的协调策略等。通过策略管理中心，可 以容易地实现管理机制与管理策略的分离，从而大大方便了对网管系统的维护与 中国科学技术大学学位硕t 论文第l 章绪论 扩展，以及管理人员对网管策略的调整。 目前有两个主要的基于w e b 的管理标准正在制定中。一个是基于w e b 的 企业管理标准( w e b b a s e de n t e r p r i s em a n a g e m e n t ，w b e m ) ，采用面向对象 的方式，从网管需求中抽象出各类管理数据对象，在实际的网络中通过相应的协 议( s n m p 或c m i p 等) 从相应的网络资源中收集，它是当前网络管理标准讲 议的兼容与扩展。另一个是s u n 公司作为其j a v a 标准扩展类而提出的j a v a 管 理应用程序接口j m a p i ，它提供了用户界面向导、管理视图模块a v m 、基本对 象接口、管理容器接口、s n m p 接口和a p p l e t 集成接口等，为异构网络的无 缝管理提供了一组丰富的扩展对象和方法。【2 】【3 】【4 】 智能代理i a ( i n t e l l i g e n c e a g e n t ) 来源于人工智能技术，特别是分布式人工 智能这个领域。i a 是一个具有自主性的计算实体，它具有一定的智能，能够预 先定义激活。目前，| a 在网络管理中的应用主要分为两个方面：利用| a 的智 能对管理信息进行语义处理，并作出决定；研究移动代理在网络管理中的应用， 这方面的研究可能对网络管理体系结构产生较大的影响。 以上各种网管方案都有自己的长处与短处，它们在不同的方面对网管系统进 行了改进。在一个具体的网管系统中究竟选用何种技术，必须从网管系统的应用 环境及所要达到的目标考虑。本论文研究的是适合于大型网络的分布式网络管理 系统，因此在系统中采用了智能代理技术。 1 4 移动代理技术 移动代理技术是近年来人工智能和分布式系统的研究热点之一。简单地说， 移动代理是一段能够自动完成用户任务的程序，它可以不固定于开始运行的系 统，能自主地从网络中的一个节点迁移到另一个节点继续运行，必要时可以进行 自我复制以及生成子移动代理。移动代理的提出不仅使分布式计算有了动态和智 能的特点，而且使代理技术有了求解大规模问题的能力。f 8 】 当移动代理在某个实现环境中被启动后，它可以带着它的“状态”和“代码”迁 移到另一个网络主机中，在那里被重新启动，然后继续迁徙，如此循环往复。代 理的“状态”是指代理的一系列属性的值，当代理在另一个主机上被重启时，这些 值将决定代理应该做什么。由于移动代理可以迁移到需要进行处理的数据的附 近，从而可大大减少由消息形成的网络流量( 不包括最初的转移) ，另外，它还 中国科学技术大学学位硕士论文 第1 章绪论 允许用户动态定义数据的处理方式。移动代理的自治性和移动性使它非常适合于 分布式软件系统的开发。 移动代理的研究大致分为技术研究和应用研究两大类，技术研究主要涉及移 动代理的体系结构与模式、安全性、智能性、健壮性、搜索与定位、管理与控制、 移动代理之间的协作等：应用研究目前主要集中于移动代理在网络管理、数据库、 电子商务、移动计算和多媒体信息获取等方面的应用。 一些文献已经提出了将移动代理应用于分布式网络管理。主要有两类，一类 是完全取代传统的网管模型，将移动代理作为统的接口，不再需要s n m p 或 c i m p 等网络管理协议：另一类是将移动代理作为传统网管模型的补充，改善传 统的管理者管理代理模式的网管系统的分布性和灵活性。【9 】 目前，已有许多厂商、高校和科研机构在开展移动代理技术的研究，也出现 了不少移动代理系统，有v o y a g e r 、c o n c o r d i a 、d a g e n t 、o b l i q 等等，下面是 两种比较成熟的移动代理运行和开发环境： ( 1 ) i b m 公司的a g l e t s 是一个比较成熟的移动代理运行和开发环境，使用 j a v a 语言开发，将移动代理支持环境分为a g l e t sp r o x y ，a g l e t sc o n t e x t 和a t p ( 代理传输协议) 三个层次。在安全方面，a g l e t s 实现的是单向 的安全性保护。a g l e t s 内部时间处理模块是基于j a v a1 1 系统时间处理 的委派模式，在移动代理的创建、移动、复制等事件基础上，进行委派 模式的处理，是种比较好的事件处理模式。a g l e t s 之间的通信采用a t p 作为通信语言。【1 9 】 ( 2 ) r 本三菱公司的c o n c o r d i a 系统也是使用j a v a 语言开发的一个移动代理 系统，它由a g e n tm a n a g e r ，s e c u r i t ym a n a g e r ，q u e u em a n a g e r ，e v e n t m a n a g e r 和s e r v i c eb r i d g e 模块组成。c o n c o r d i a 系统的安全保护措施 是双向的，既保护节点资源也保护移动代理本身。其通信模块只提供异 步通信模式，没有提供同步通信模式，这是该系统的一个不足之处。该 系统实现了内部的协作方式，这比a g l e t s 系统有了很大的改进。 1 5 论文内容及后续章节安排 本文的研究内容是安徽省重大科技专项“新一代开放智能网络管理系统”的一 部分。本课题的任务是在s n m p 网络模型下将移动代理技术引入网络管理系 中国科学技术大学学位硕士论文第1 章绪论 统，研制出符合s n m p v 3 、w e b 可视化和统一网管界面的分布式网络管理系统， 以克服集中式网络管理系统的缺点。 我的工作是完成分布式网络配置和计费管理的设计与实现。 论文其余部分这样安排，第二章介绍了分布式配置管理和计费管理的设计方 案，第三章介绍了方案的实现，第四章总结全文并指出未来的研究工作。 中国科学技术大学学位硕士论文 第2 章分布式配置管理及计费管理的设计 第2 章分布式配置管理和计费管理设计 2 1 分布式网络管理系统的总体设计 为了更好地理解分布式配置模块和计费模块首先介绍一下分布式网络管理 系统的总体结构。 2 1 1 系统组成 分布式网络管理系统由控制台、服务器、数据库、分布站和运行在被管设备 上的s n m p 代理五大部分构成。其中： 数据库：存储各种命令及返回结果，是各大模块的交流枢纽。 控制台：提供用户接口，负责接收用户的命令，将命令写入数据库，并 将结果用图形化的方式显示给用户。 服务器：服务器从数据库中读取命令，根据命令类型生成任务，或者在 本地执行任务，或者将任务发送给分布站执行。 分布站：运行移动代理平台，接收服务器发来的移动代理( 含执行某项 任务的代码) ，通过执行移动代理完成要求的任务。 s n m p 代理：接收分布站发来的管理命令，对本地节点实施管理。 2 1 2 体系结构 分布式网络管理系统由三类节点组成：网管服务器、分布站和被管设备，如 图2 1 所示。网管服务器群由1 台或多台网管服务器组成，是网管任务的分配者； 分布站接收服务器分配的网管任务，向被管设备发布网管命令；被管设备执行网 管命令。服务器和分布站是网络上具有较强处理能力的主机，其上运行移动代理 平台，相互之间使用代理传输协议a t p 进行通信，分布站和被管设备之间使用 s n m p 协议进行通信。 中霉科学技术大学学位硕上沧文 第2 荦分布式配置管理及计赞管理的蹬汁 m s s 网路管理鼹务器静 m e n 移动代袭i 十篁环境支持节点 船代理传输协议 n e 阿路元素 s n m p博擎瞬路管理协议 图2 - 1 分布式网管系统的体系结构 2 1 3 系统结构框架 整个系统分为两大部分：运行在控制台上的人机交互部分和运行在服务器、 分布站及被管设备上的后台工作部分，如图2 2 所示。人机交互部分主要是对用 户命令进行处理并显示返回结果，后台部分分为以下五部分： ( 1 ) 访问控制：判断操作者是否有操作权限，这部分代码位于网管服务器端； ( 2 ) 系统控制模块：至少包括分布站状态管理模块、分布式处理模块和失效 控制模块，这部分代码也位于网管服务器端； ( 3 ) 移动代理库：基本的网管功能模块以移动代码的形式存于服务器端的移 动代理库中，需要时被取出来并发送到指定的分布站执行： ( 4 ) 工具模块：包括移动代理平台、s n m p 访问工其和数据库访问工具，服 务器及分布站上装有所有这些工具模块。 中国科学技术大学学位颈t 论文第2 章分布式配置管理及计费管理的设计 ( 5 ) s n m p 代理：运行在被管设备上，一般由该设备自带。 控制台 图2 2 分布式网管系统结构框架 2 1 4 系统运行流程 系统工作流程如图2 - 3 所示，下面以实时获取配置信息过程为例进行说明。 数据库中有一张任务查询表q u e r y t a s k ，其中每条任务包括命令i d 、类型、参 数、结果、标志、提交时间、结束时间和用户i d 。用户通过控制台的图形界面 查询配置信息时，控制台向数据库填写q u e r y t a s k 表，即输入标识配置查询的 类型号和查询参数( 目标主机i p 和查询内容) 等信息。服务器轮询数据库发现 中国科学技术大学学位硕士论义第2 章分布式配置管理及计费管理的设汁 新任务从数据库中读取以上信息，调用分布式处理模块确定执行任务的分布站， 然后将实现该任务的移动代理发送给分布站。分布站执行移动代理，向指定的被 管设备发送查询命令。被管设备将查询结果发送给分布站，分布站将结果写进数 据库。控制台轮询数据库，当发现任务完成时，从数据库中读取数据，显示给用 户。 - 参熬溉劲方向 。- 匝答滠韵隽向 臣2 3 分布式网警系统工作流程 2 1 5 分布式处理模块 分布式处理模块主要负责网络管理任务的分发与控制。当服务器检测到用户 发布的网管任务后，调用分布式处理模块解析任务信息，根据目标的i p 范围进 行目标定位，然后将完成该任务的移动代理发送到合适的分布站点同时监控任 务的执行情况。 网管任务可分成以下三种类型： ( 1 ) 实时任务：需要即时处理的任务，如配置查询任务； ( 2 ) 分布合作任务：需要分块并行执行，然后汇总处理的任务如拓扑搜索 任务。 中国科学投术大学学位硕上论空第2 牵分布式配簧管理及计费管理的硷计 ( 3 ) 轮询任务：需要长期执行的任务，如性能监测任务。 不难看出，分布式处理模块至少应该包含任务分派和任务监控两个子模块。 一个好的分布式处理模块应当可以根据不同的任务类型，采取不同的任务分派方 式和不同的任务监控方式，以适应相应的需求。 目前任务分派设计得比较简单，计算量小的简单任务( 如查询计费数据任 务) ，直接就在服务器端执行，计算量大的任务被指派到分布站上执行。网管服 务器上有分布站管理模块和失效管理模块，每个分布站的管理区域由管理员指 定，若某台分布站失效，失效管理模块会将它的管理区域分配给别的分布站。也 就是说，任一时刻被管设备总是处于某个分布站的管理之下。分布式管理模块根 据目标主机所在的区域，将任务分派给该区域的分布站。 任务监控采用监听模式实现。我们为每一个任务设置监听者o b s e r v e r ，在 监听者自身维护的列表中可以获得各个任务的执行情况，并且可以在相应的时机 对符合某种条件的任务发送相应的命令( 如：启动、终止、暂停、继续、重启等) 或者强制销毁( 析构) 某个任务。这样，通过为不同的任务编写不同的监听者， 就可以实现不同的监听机制。 分布式处理模块为不同的网管任务提供了简单而又统一的t a s k i n t e r f a c e 接 口。 2 。1 6 基于移动代理的分布式网管系统的优点 移动代理的自治性、智能性和移动性，使得网络管理具有了动态分布的特点， 可方便地支持移动性管理和应用控制的动态按需部署，大大提高了系统的高效 性、灵活性、健壮性和开放性。同集中式网管系统相比较，该系统具有以下优点： 减少了数据通信量。分布站分散在网络各处，可以将移动代理发送到在 离目标设备较近的分布站运行，减小了大量数据的移动路径，从而减少 了网络带宽的消耗。 减少了响应时间。因为多台分布站可以并行完成不同任务，也可以将大 任务分块，由多个分布站协同完成。 有效消除了系统瓶颈。数据处理的分布使得任何一台分布站需要处理的 任务减少了，从而保证了其它控制行为的有效执行。 便于进行失效管理。服务器维护一张“分布站- 任务4 表，当发现某分布站 中国科学技术大学学位硕j ：论立第2 章分布j = l = 配置管理及计赞管理的改计 失效时，可将其任务分配给另外一个分布站执行。 便于添加网管功能。比如当需要增加一个数据库备份功能时，只需编写 一段处理数据库备份的移动代码，然后发送到合适的分布站即可。 2 2 分布式配置管理的设计 配置管理就是对所管理区域中的网络设备进行控制，监视其配置情况，修改 配置，并生成状态变化日志等。配置管理的目的是为了方便用户了解所管理的网 络资源及管理进程信息，方便用户对这些网络资源进行维护和管理a 配置信息的 采集可阻通过手动方式启动，也可以按照预定的计划自动采集。【1 6 】【1 7 】 具体而言，配置管理模块的基本任务是：自动获取网络拓扑结构；辅助管理 员维护网络配置；记录用户操作。 2 2 1 网络拓扑管理 管理员经常需要了解网络的拓扑结构( 包括主干网络的拓扑结构和子网的拓 扑结构) ，以便灵活地配置路由信息，快速地检测整个网络的互联状态，保证网 络正常运行。 2 2 1 1 动态获取网络拓扑的算法 动态获取网络拓扑分为以下三步： 搜索网络中所有的物理设备，创建相应的逻辑设备对象： 获取物理设备之间的互联关系； 根据互联关系，在各逻辑设备对象集合中建立链接，形成一个逻辑对象 网。 为了搜索网络中未知的的物理设备得到路由设备之间的互联关系，需要提取 和分析每一台已知设备的信息，我们主要通过m i b i i 库中的i p a d d r t a b l e ( 地址 表) 和i p r o u t e t a b l e ( 路由表) 获得这些信息。 中因科学技术大学学位硕士论文第2 荦分布式配置管理及计费管理的搜计 路由器的每个端口拥有一个l p 地址，不同的路由器拥有不同的l p 地址集合， 因此我们可将l p 地址集合作为区分不同路由器的标识。每个路由器有一个 i p a d d r t a b l e 表，每个表项记录了该路由器中一个端口的信息，其中的 i p a d e n t a d d r 域记录的是分配给该端口的i p 地址，因此遍历i p a d d r t a b l e 可得到 这台设备的i p 地址集合。为便于内部标识，我们还为每个路由器分配了一个l d ( 按其被发现的顺序) 。 i p r o u t e t a b l e 记录的是该路由器已知的路由集合，其中每个表项记录一条路 由，i p r o u t e n e x t h o p 域和i p r o u t e m y p e 域分别表示路由的下一跳节点及路由的 类型。下一跳节点与路由器不一定是直接相连的，当i p r o u t e t y p e 值为d i r e c t ( 3 ) 时，表示这是一条直连路由。因此遍历设备的i p r o u t e t a b l e ，检查所有 i p r o u t e t y p e 值为dr e c t ( 3 ) 的路由，可以得到所有与该设备直连的节点。 | 日设备新设备未翔设备 f a 一，o o k b _ ：二 一o g 。- 。一 ； 。，。 、 。l 。1 - i 3c e b o a 一 、 弋乓 一一u cb o 图2 - 4 拓扑搜素示意图 如果把对路由器的处理过程定义为“抽取路由器的直连信息并创建链接”，那 么根据一个设备是否己知及是否已被处理完毕，可将一个路由器划分到以下的某 个集合中：旧设备集合新设备集合，未知设备集合( 如图2 4 所示) 。旧设 备指的是已经处理完毕的路由器，即它的直连信息已经全部抽取出来并创建了链 中固科学技术人学学位硕士论文第2 章分布式配置管理及计费管理的设计 接：新设备指的是刚被发现但尚未处理完成的路由器；尚未发现的路由器归入未 知设备集合。 拓扑搜索开始时，管理员需要给出搜索的起点( 若干台已知的路由设备) ，缺 省情况下为搜索进程所在的主机。此时，旧设备集合为空，新设备集合即为搜索 的起点。从新设备集合出发，算法检查每个设备的路由信息，找到所有与该设备 直连的设备。检查这些直连设备，对于那些已经存在于旧设备集合或新设备集合 中的设备，建立与它们的链接关系：对于新发现的设备，首先检查其是否属于被 管辖区域，是则加入新设备集合并建立链接关系，否则丢弃。 在图2 - 4 中，当前处理的设备是d ，检查它的互联信息，发现它与b 、e 、f 、 g 、h 均有直连关系。其中b 属于旧设备集合，e 属于新设备集合，f 、g 、h 在此之前为未知设备。算法在d 逻辑设备与b 、e 、f 、g 、h 逻辑设备之间建 立逻辑链接，将f 、g 、h 放入新设备集合；最后将d 放入旧设备集合。接下去 处理新设备已当整个拓扑搜索过程结束时，旧集合里包含这次搜索中找到的网 络设备，即本次拓扑搜索的结果一个逻辑对象网。 2 2 1 2 分布式拓扑搜索 在一个大型网络中，路由器数量很多且非常繁忙，经常不能及时响应s n m p 请求，因此收集所有路由设备的链接信息需要消耗大量的时间：同时由于路由设 备往往分散在网络中，这些信息也会给网络带来不小的开销。传统的集中式的拓 扑搜索方法，会消耗大量的时间与网络带宽。 我们采取分布式的拓扑搜索方法，将整个网络划分成许多区域，分散在各处 的分布站分别收集离自己较近的区域的拓扑信息，然后将这些区域的拓扑信息汇 总，绘制出整个网络的拓扑结构，这样做可大大减少通讯量和拓扑搜索需要的时 间。分布站通过区域拓扑搜索模块和参数形成区域拓扑结构，生成区域逻辑对象 网并把它存储在区域拓扑信息存储区中，将这些区域逻辑对象网合并就可以得到 全局拓扑对象网。 中国科学技术大学学位硕士论文 第2 章分布式配置管理及计费管理的设计 图2 - 5 区域拓扑合并示意图 3 我们用图2 5 简单介绍逻辑对象网的合并原理。逻辑对象网可以用一个向量 来表示，向量中的每个元素代表一个设备的逻辑对象。图中存在三个区域拓扑， 区域1 含3 个设备a 、b 、c ，区域2 含三个设备c 、d 、e 区域3 含一个设备 f 。合并区域1 与2 的时候，发现两个区域含相同的设备c ，这里相同的含义是 指它们拥有相同的i p 列表。设备c 在区域1 的逻辑对象c 1 与a 、b 直连，c 在区域2 中的逻辑对象c 2 与d 直连。创建一个新的逻辑对象c 4 ，它与a 、b 、 d 都直连，即取两个区域内的直连对象的并集为新逻辑对象的直连对象集。两个 区域中的其它设备与新构造的逻辑对象之并，即为合并之后的区域对象网。而区 域3 与合并之后的区域并无交集，两个逻辑对象集直接相加即可。 在一个较大的拓扑搜索任务中，可以将以上的区域再划分成更小的区域。首 先并行地对各小区域进行拓扑搜索；然后将小区域上的拓扑合并得到几个区域的 拓扑；最后合并区域的拓扑得到全局拓扑。 合并工作还可以用多线程来加快速度，如图2 6 所示。图中的每个小方框代 表一个区域的逻辑对象网。管理线程每次产生一个新的线程处理两个区域逻辑对 象网的合并。 中国科学技术大学学位硕士论文 第2 章分布式配置管理及计费管理的醴计 背吁呀口口口 图2 6 区域拓扑的多线程合并示意图 2 2 1 2 子网搜索 对某个i p 地址范围内的设备发送p i n g 包，对所有回应的设备发送s n m p 请 求，查询其s y s s e r v i c e ( 1 3 6 12 1 1 7 ) 参数，即可以判断该设备是否为网关 设备。 2 2 1 3 适应性处理 系统适应性处理包括对分布站失效、网络管理地域扩大、搜索速度要求改变 及分布站软件更新等的处理。 处理分布站失效的办法是，令邻居分布站接管失效的分布站的任务，以避免 在搜索区域中出现空洞。 当有新的网络建成并与已监管网络互联时，可在新的网络上配置一个或多个 分布站，或扩大一个已有分布站的搜索范围，以应对网络管理地域扩大的问题。 当搜索速度要求提高时，可适当增加一些分布站。值得注意的是如果增加太 多分布站，反而会导致搜索速度的降低，这个需要管理员在实际操作时很好地把 v 口 中周科学技术大学学位颂 论空第2 孥分布武配置管理占乏计费管理的殴汁 握。 分布站上的软件更新有被动更新和主动更新两种。被动更新是指当移动代理 在分布站上执行时，发现其需要的代码不存在或版本不符合，这时它将通过移动 代理向网管服务器请求下载代码，网管服务器从代码库中取代码并传送给分布 站。主动更新是指当系统比较空闲时，由网管服务器派遣一个带有代码的移动代 理周游整个分布站集合，并留给每个分布站一份代码拷贝。 2 2 1 4 拓扑管理框架 综上所述，分布式拓扑管理的基本框架如下。系统启动后，服务器调用分布 式处理模块给各个分布站分配一个特定的i p 段。各分布站在自己的管辖范围内， 按照一定的顺序，采集各设备的路由信息，完成该范围内的拓扑图。当所有的分 布站都完成子图后，将子图汇总合并，得到一个完整的网络拓扑图。然后根据网 络管理员的需要，定时或不定时地重复以上拓扑搜索和合成。 2 2 2 网络配置的维护 大型网络中需要管理的设备比较多，如果每个设备的配置信息都完全依靠管 理员手工输入，工作量是相当大的，而且还存在出错的可能性。对于不熟悉网络 结构的人员来说，这项工作甚至无法完成。因此，一个先进的网络管理系统应该 透明化配置信息的获取和修改过程，使得管理人员即使在不太熟悉配置状况的情 况下，也能通过网管系统完成对网络的配置和管理。 对配置信息的查询可能存在两种情况： ( 1 ) 网络管理员需要查询或者修改当前某台设备的配置信息，这是一个实时 任务； ( 2 ) 网络管理员要求系统自动跟踪记录某些重要设备的配最情况，以备不时 之需。这时。系统需要根据网络管理员提出的设备列表、配置参数列表和指定的 时间间隔，定时获取所列设备的指定配置信息，记入l o g 文件。这是一个轮询任 务。 对于一个中大型网络，重要的网络设备包括交换机、路由器、服务器等，数 中国科学挫术大学学位硕士论文第2 章分布式配置管理及计费管理的设计 量极其可观。为了加快处理