（计算机科学与技术专业论文）网络管理平台——拓扑自动布局算法的研究与实现.pdf

at h e s i si nc o m p u t e rs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y r e s e a r c ha n d i m p l e m e n t a t i o no ft o p o l o g y a u t o m a t i c l a y o u ta l g o r i t h mi nn e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e m b y g a oy u a n s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f e s s o rl id a n c h e n g a d v a n c e de n g i n e e rs u ns h u h e n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y j u n e2 0 0 9 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。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 二比 思。 学位论文作者签名：痞馓 日 期：细、r 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后： 半年口一年口一年半口两年口 学位论文作者签名：缎 签字日期：砂7 t r 导师签名：1 弘眨 签字日期：上p d 夕：j 、 东北大学硕士学位论文摘要 网络管理平台拓扑自动布局算法的研究与实现 摘要 纵观近年来网络的发展，规模越来越大，分布越来越广，管理越来越自动化和可视 化已是大势所趋。任何一个网络的正常运行都离不开一个完善的网络管理系统。而拓扑 显示又是网络管理的基础和重要参考，良好的网络拓扑图能够直观的反映整个网络的组 织结构和运行状况。网络拓扑自动布局以其有效、快捷、可靠的特点，逐渐成为拓扑可 视化的最佳选择。 本文以适用于不同网络拓扑结构的自动布局算法作为研究重点。基于对自动拓扑布 局的思想、模型及算法的深入研究，对本地网及城域接入网的基本拓扑结构采用环形、 星型、树形的布局算法，并根据实际需要提供了适合环切环、环交环型拓扑的布局算法； 对于节点数量较多、连接情况复杂的省级以上骨干网，引入了物理中的力学模型，通过 初始化和多次迭代，构造网状结构或蜂窝结构的拓扑图。为了使算法更符合实际应用， 对目前基于力学模型的多种布局算法的优势和不足进行研究和评价，实现了并改进了 f r 算法，区分网络设备和子网的不同类型，对参数进行动态配置，允许在一次布局的 基础上进行编辑和部分锁定，解决在实际应用中出现的部分结点密集的问题。为了提高 在不同网络环境下的适应性，支持多种布局算法，并采用管道过滤器机制对网络拓扑图 进行分析和预处理，使之能自动匹配最佳的自动布局算法，适应多种拓扑结构的布局需 要。所有实验数据均源于网络拓扑自动发现，为网络管理系统提供了一个经过实践证明 的、可行的网络拓扑自动布局解决方案。 关键词：网络管理；自动布局；力学模型；f r 算法；拓扑可视化 i i - 东北大学硕士学位论文 a b s tr a c t r e s e a r c ha n d i m p l e m e n t a t i o no ft o p o l o g y a u t o m a t i cl a y o u t a l g o r i t h mi nn e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e m a b s t r a c t l o o k i n gt h r o u t ht h ed e v e l o p m e n to fn e t w o r ki nr e c e n ty e a r s ，t h ei n c r e a s i n gs c a l e ，t h e w i d e s p r e a dd i s t r i b u t i o na n dt h ea u t o m a t i ca n dv i s u a l i z e dm a n a g e m e n th a v eb e c o m ea l l i n e v i t a b l et r e n d a n yw e l lw o r k i n gn e t w o r kc a nn o tb es e p a r a t e df r o mc o m p r e h e n s i v e n e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e m ，w h i c hi n c l u d e st o p o l o g yd i s p l a ya sa ni m p o r t a n tp a r t ，b e c a u s ea v i s u a ln e t w o r kt o p o l o g yc a nb ea ne x a c tr e f l e c t i o no ft h ee n t i r en e t w o r ks t r u c t u r ea n dr u n n i n g c o n d i t i o n s n o wa u t o m a t i cl a y o u tc a nb et h eb e s tr e l i a b l ea n de f f i c i e n tw a y so ft o p o l o g y v i s u a l i z a t i o n i nt h i sp a p e r ，t h er e s e a r c hm a i n l yf o c u s e do nt h ea u t o m a t i cl a y o u ta l g o r i t h m sf o rv a r i o u s t o p o l o g i e s b a s e do nt h ei n d e p t hs t u d yo ft h ei d e a , m o d e la n da l g o r i t h mf o rt o p o l o g y a u t o m a t i cl a y o u t ，t h eb a s i cr i n g ，s t a ra n dt r e el a y o u ta l g o r i t h m sa r ea d o p t e di nl o c a la n dm e t r o a c c e s sn e t w o r k ，a n dap a r t i c u l a rl a y o u ta l g o r i t h ma r ep r o v i d e df o rc u t r i n ga n dc r o s s - r i n g t o p o l o g yf o ra c t u a ln e e d s ；i nb a c k b o n en e t w o r k ，t h eh u g en u m b e ro fn o d e sa n dc o m p l i c a t e d c o n n e c t i o n sa r ed i f f i c u l tt od i s p l a y ，s ot h ef o r c e d i r e c t e dm e t h o dw h i c hi sf o r mt h ep h y s i c a l s y s t e m i s b r o u g h t i nt os o l v et h ep r o b l e m a f t e r i n v e s t i g a t i n gt h ea d v a n t a g e s a n d s h o r t c o m i n g so ft h ee x i s t e n tf o r c e - d i r e c t e da l g o r i t h m s ，t h ef ra l g o r i t h mi si m p l e m e n t e da n d i m p r o v e dt om a k ei tm o r es u i t a b l ef o rn e t w o r kt o p o l o g yd i s p l a y t h et y p e sa n dn u m b e r so f n o d e sc a nb ei d e n t i f i e df o rd y n a m i cc o n f i g u r a t i o n ，t h eg r a p hc a nb ee d i t e da n dp a r t l yl o c k e d ， a n dt h ec r o w d e dn o d e sa r ec o n t r o l l e di np r a c t i c e t h es o l u t i o ns u p p o r t ss e v e r a ll a y o u t a l g o r i t h m sa n du s e sp i p e l i n e st of i l t r a t et o l o l o g i e si no r d e rt om a k ei ta v a i l a b l ea n da d a p t i v e i nv a r i o u sn e t w o r k s a l lt h ee x p e r i m e n t a ld a t aa r ed e r i v e df r o ma u t o m a t i cd i s c o v e r y , w h i c h a r ep r o v e dt h a ti ti saf e a s i b l ea n dp r a c t i c a ls o l u t i o nf o rn e t w o r kt o p o l o g ya u t o m a t i cl a y o u t k e y w o r d s ： n e t w o r km a n a g e m e n t ，a u t o m a t i c l a y o u t ，f o r c e - d i r e c t e d ，f ra l g o r i t h m ， t o p o l o g yv i s u a l i z a t i o n - i i i - 东北大学硕士学位论文 目录 目录 独创性声明。i 摘要i i a b s t r a c t i i i 第1 章绪论1 1 1 课题背景1 1 2 研究意义1 1 3 国内外研究现状2 1 3 1 网络管理系统的发展与应用2 1 3 2 网络拓扑自动布局算法简介3 1 4 研究内容3 1 5 论文结构4 第2 章网络管理系统简介。5 2 1 网络管理5 2 1 1 网络管理概述5 2 1 2 网络管理的五大功能5 2 2 网络管理系统6 2 2 1 网络管理系统的任务6 2 2 2 网络管理系统的组成7 2 3 电信网络管理系统8 2 3 1t m n 标准化架构8 2 3 2 网络管理系统的分类1 0 2 3 3 子网级网络管理平台1 2 2 4 本章小结1 4 第3 章网络拓扑可视化研究1 5 3 1 网络拓扑图形理论1 5 3 2 网络拓扑可视化原则1 6 3 3 自动布局及显示的逻辑结构1 7 3 4 基于根节点的布局算法18 3 4 1 网格布局1 8 3 4 2 总线布局1 9 3 4 3 星型布局1 9 3 4 4 环型布局2 2 3 4 5 树型布局2 4 3 5 基于力学模型的布局算法。2 7 3 5 1 物理力学模型2 7 3 5 2 相关布局算法比较2 8 一i v - 东北大学硕士学位论文 目录 3 5 3 基于力学模型的f r 算法2 9 3 6 本章小结3 0 第4 章网络拓扑自动布局算法设计3 1 4 1 自动布局用例分析3 1 4 2 数据存储模型3 2 4 3 算法设计3 5 4 3 1 自动布局流程3 5 4 3 2 基于管道过滤器的预处理算法3 6 4 3 3 基于根的布局算法3 7 4 3 4 基于力学模型的改进f r 算法4 1 4 4 拓扑可视化方案4 5 4 4 1 分层可视化4 5 4 4 2 自动布局和人工布局相结合4 5 4 4 3 拓扑可视化开发工具4 6 4 5 本章小结4 6 第5 章算法实现4 7 5 1 基于根的布局算法4 7 5 1 1 星型布局算法的实现4 7 5 1 2 环型布局算法的实现4 8 5 1 3 树型布局算法的实现5 2 5 2 基于力学模型的布局算法。5 4 5 2 1 改进f r 布局算法的实现5 4 5 2 2 改进f r 布局算法的应用5 7 5 3 基于管道过滤器的实现6 1 5 3 1 线性过滤器l i n e f i l t e r 的实现6 2 5 3 2 层次过滤器h i e r a r c h y f i l t e r 的实现6 3 5 4 本章小结。6 4 第6 章系统测试_ - 6 5 6 1 功能测试6 5 6 2 非功能测试6 6 6 3 本章小结6 8 第7 章结论6 9 参考文献7 1 致谢7 5 攻读学位期间发表的论文7 7 一v 一 东北大学硕士学位论文 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 课题背景 纵观近年来的网络发展可以发现，网络正朝以下几个方面发展：规模越来越大，网 络中的接入设备、传输设备和主机数量以接近指数的速率增长；分布越来越广，由最初 只集中在一些发达城市和地区的密集网络逐渐演变成遍布全球各大、中、小城市的复杂 网络；管理越来越自动化和可视化，如果复杂的网络拓扑仅仅以大量繁杂数据的形式来 表示，这对掌握网络拓扑结构是很困难的，充分利用优良的硬件性能和管理软件进行自 动化管理势在必行【1 1 。 在这样的情形下，高效的网络管理变得愈加困难，也愈加重要。尤其是对于大规模 网络的拓扑管理，作为网络管理的基础，也是网管人员对故障、性能、安全等方面进行 定位分析和配置管理的直接参照物，却一直没有实现高度、全面的自动化 2 1 。由于真实 的网络环境复杂多变，网络规模日趋庞大，对于未知的网络环境，要直观地了解其复杂 的拓扑结构和频繁的变更，一直是困扰国内外学术界人士的一大难题【3 1 。即使能够了解 当前拓扑，也是以经验丰富的管理员高强度的集中分析和手工拖动为代价的，数据不够 实时，可靠性无法保证，监控不够直观，这给网管人员和维护人员的工作造成了巨大的 不便。 自动发现与自动布局技术发展迅速，是最有效、最快捷、最可靠的拓扑管理实现方 式【4 1 。本课题旨在研究和实践如何在自动发现逻辑拓扑结构的基础上，以图形符号形象、 准确、直观地显示网络、设备及其连接关系、属性信息等，从而对计算机网络拓扑结构 进行自动布局。对于边缘接入网，通常有星型、环形、树形等方式自动布局【5 】；对于环 路多、节点数量多、连接情况复杂的大规模城域网和骨干网，使用以上的绘图算法也无 法满足要求，因此引入了基于力学模型的自动布局算法【6 】，对其进行深入研究和改进， 旨在解决各级网管软件中的布局管理瓶颈，实时监测网络运行情况。通过与现有的j a v a 开发的综合网络管理系统进行整合集成，保证网络拓扑管理信息化、可视化的顺利实施。 1 2 研究意义 本文主要探讨网络自动布局的需求分析、算法研究及改进与应用步骤，对推动网络 仿真方面的研究、提高网络管理的水平，构建高效的网管系统，进一步提高企业、大客 户、运营商的管理自动化程度，都有重要的理论意义和探索价值。 - 1 - 东北大学硕士学位论文 第1 章绪论 在理论研究中，出于大规模网络上进行试验的成本压力，通常采用自动发现或自动 生成的拓扑进行网络仿真，而这些信息一般是数据文件，要理解网络拓扑、分析拓扑结 构非常困难。如果以图形的方式显示出来就会直观许多，而且更容易对不符合要求的拓 扑图进行编辑和人工调整。 在实际应用中，尤其是各省市公司、政府、以及各大电信运营商这样的大客户都拥 有一套完善的网管软件，来解决设备的故障定位、各级的实时监控靠人工难以维持的问 题。应用网络拓扑自动布局，可以解决以下几个方面的问题【7 】： 首先，提高运营和工作效率。传统的拓扑管理是将网络设备和连接逐个添加到监控 视图中，费时费力；通过基于自动发现的自动布局将设备和连接批量添加并显示，最大 限度地避免手工调整，能很好适应数目较多、i p 地址及整体布局不明确的情况。 其次，改善拓扑视图的显示逻辑。一幅清晰、有序、美观的拓扑布局能为用户提供 更直观的显示和更友好的界面，根据设备所属的子网、层次和在网络中所处的地位判断 优先级，突出拓扑节点的相连、隶属、并列的关系，便于故障节点和告警信息的快速定 位，使之既符合网元之间的逻辑连接关系，又满足用户的视觉习惯。 另外，应用基于自动发现的拓扑自动布局技术在提高灵活性和适应性、优化并合理 利用资源、减少人为差错和延误，保障信息的实时性和准确性等方面的实际应用价值也 十分明显。 1 3 国内外研究现状 1 3 1 网络管理系统的发展与应用 不少网络管理人员都经历了早期用手工配置和查看的管理手段就可以应付网络管 理的初级阶段，逐渐过渡到用一些小工具来管理和维护网络，然后再升级发展到用专用 网管软件来管理网络的高级阶段8 1 。 网管软件的种类纷繁众多，就国外厂商而言，有著名的i b mt i v o l i 9 1 、h p o p e n v i e w 10 1 、c au n i c e n t e r 1 1 1 等网管平台软件，这些系统的特点是功能强大，覆盖网络 管理的计费、认证、配置、性能和故障的各个方面。缺点是需要专业化的技术团队进行 管理，投入大，实施周期长，而且运营和维护非常麻烦。 另外，少数国内成熟、专业的网管软件提供商已经推出了拥有完全自主知识产权和 本土化的网络管理软件，如华为公司的o p t i xi m a n a g e r ，q u i d v i e w 、神州数码的 l i n k m a n a g e r ，港湾网络的h a m m e r v i e w 等。纵观国内电信、电力等行业已应用的多家 _ 2 - 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 网管系统，较为被广泛接受的是参照i t u - t 组织对t m n ( t e l e c o m m u n i c a t i o nm a n a g e m e n t n e t w o r k ，电信管理网) 框架的规划和建议开发网管系统【1 2 】。在网络拓扑管理、故障管 理等方面在国内虽已有一定的发展，但总体仍需完善，与国际市场相比还有很大差距。 1 3 2 网络拓扑自动布局算法简介 在各级网络管理系统中，拓扑管理作为一个核心组件，通过物理视图、列表视图、 树状视图等多种方式展现真实的网络拓扑【1 3 】。其中物理视图以其直观、友好的优势最为 常用，为了构建最优的物理视图，自动布局技术应运而生。用户和开发人员都希望开发 出能适应不同网络环境的布局算法，来适应不同类型、不同规模的拓扑管理。 接入层网络常见的有星型、环形、扇形、树形等拓扑，这些是目前被普遍认可的拓 扑结构，然而布局算法也是多种多样，在布局风格、布局效果、执行效率等方面各有千 秋；对于三层网络甚至核心骨干网中多环、多格型的复杂网络拓扑结构很长时间以来都 没有理想的解决方案【1 4 】。直到s p r i n ge m b e d d e r 提出了模拟弹簧系统的布局算法，后来 k a m a d a 、f r u c h t e r m a n 以及d a v i d s o n 分别和他们的队友提出了各自基于物理模型的布局 思想，为大规模网络拓扑自动布局提供了理论基础，但是这种方式在实践中的可行性如 何仍然在探索阶段【1 5 】。 1 4 研究内容 根据现有网络管理平台的技术架构和业务需求，本着“高内聚、低耦合”的设计原 则，构建一组实现网络拓扑自动布局的算法，支持多种布局，能根据实际情况自动适配， 也可以在调用接口中指定。在算法设计上，充分把握时间复杂度和布局效果等各方面因 素的平衡，在保证算法效率的前提下，尽量获得清晰、有序、美观的布局。作为一个后 台计算模块，对上提供灵活、统一的接口，采用j a v a 语言开发，能无缝集成到现有网 管平台中。对大规模网络拓扑自动布局算法的研究、设计和实现是课题的重点。主要从 以下几个方面进行深入研究： ( 1 ) 网络管理方法与体系结构 综合网络管理平台的组成结构、功能组件、接口。 ( 2 ) 基本布局算法和扩展拓扑类型的布局算法 基本布局算法包括网格型、总线型、星型、环型拓扑，通常适用于在p d h 、s d h 、 m s a p 、m s t p 等接入设备的网络环境中；扩展拓扑类型包括双星型、环切环型、环交 环、树型的拓扑结构，通常用于二层网络拓扑。 - 3 - 东北大学硕士学位论文 第1 章绪论 ( 3 ) 复杂网络拓扑布局算法 s p r i n ge m b e d d e r 、k a m a d a & k a w a i 、f r u c h t e r m a n & r e i n g o l d 、d a v i d s o n h a r d ； 另外，考虑到网络设备和子网的不同类型，对参数进行动态配置，允许在一次布局的基 础上进行编辑和部分锁定，对于实际应用中的部分结点密集的问题进行控制。 ( 4 ) 算法实现技术 包括面向对象技术、组件技术、x m l 技术、j 2 e e 技术、多线程编程等。 在多网元自动布局中，根据节点相关度，对于互连的节点紧凑布局，对不同子网中 的设备和更小子网进行识别和划分，并将它们分散布局。根据节点的类型和地位判断优 先级，以区分核心设备与边缘接入点。最大程度上减少边的交叉，使布局效果看上去更 清晰。 1 5 论文结构 本文主要基于面向对象的方法，采用j a v a 语言设计并实现多种布局算法，以组件形 式进行封装，与现有系统能够无缝集成。同时对组件技术、设计模式的应用予以详细阐 述。 全文共分七章，各章主要内容安排如下。 第一章：介绍课背景、研究意义、研究现状、研究内容以及论文结构。 第二章：介绍网络管理及网络管理系统的主要功能、体系结构、系统分类，以及 t m n 标准化架构下分层网络管理系统的功能特性和非功能特性。 第三章：介绍与自动布局算法相关的图形可视化技术，深入研究自动布局的流程、 基本自动布局算法、混合布局算法和基于力学模型的布局算法。 第四章：根据系统的实际需求和接口，对拓扑数据进行建模，详细设计自动布局算 法，并确定技术难点的解决方案。 第五章：阐述了各算法的具体实现，f r 算法的改进应用，以及基于过滤器预处理 的实现过程和原理。 第六章：阐述了系统的算法测试和集成测试，保证了系统的性能、功能和稳定性。 第七章：总结全文，提出不足之处并做进一步的工作展望。 一4 - 东北大学硕士学位论文第2 章网络管理系统简介 第2 章网络管理系统简介 目前的网络管理系统实际主要应用于电信运营商、大学、楼宇及企业大客户等，主 要用于故障、计费、配置、性能和安全等方面的管理。国际电联i t u t 为了促进电信业 务的标准化提出了电信管理网标准化架构，建议网络管理系统都参照t m n 的逻辑分层 结构来构建。各级网络管理人员通过网络管理系统对网络的实时运行情况进行监管，优 化资源配置，提升整体性能，保证网络的正常运行。 2 1 网络管理 2 1 1 网络管理概述 网络管理主要是通过规划、配置、监视网络资源的使用，为保证网络服务的有效实 现而针对网络进行的分析、扩充和控制等各种活动，以确保其尽可能长时间正常运行， 或当网络出现问题时尽可能快的发现并修复故障，使之最大限度的发挥其应有的效益的 过程【1 6 1 。 2 1 2 网络管理的五大功能 i s o 在i s o i e c7 4 9 8 4 文档中定义了网络管理的五大功能，这些功能是：故障管理、 计费管理、配置管理、性能管理和安全管理【1 7 】。 ( 1 ) 故障管理 故障管理的主要任务是及时发现并排除网络故障，应具有故障检测、故障报警、故 障信息过滤与关联、检索分析故障信息、排错、故障管理配置等功能。通常故障管理子 系统会定义一些规则来判断一个被管设备是否发生故障。对于大中型网络，由于故障较 多，还可采用优先级的办法划分网络故障，对高优先级的故障及时处理，对低优先级的 故障可暂缓处理，这样既能迅速处理严重故障又可有效减少所占用的网络带宽。实现上 述功能需要下面几个步骤：收集网络状态信息；发现网络故障；查找、分析和分离故障 原因：尽可能自动排除故障或者给管理者提供排除故障的帮助。 ( 2 ) 计费管理 计费管理根据网络用户使用网络资源的情况，例如信息传输量、占用线路的时间等 统计量，并选择一种用户可以接受的计费方法计算用户使用网络的费用。目的是控制和 监测网络操作的费用和代价。一方面保证了网络的运营和发展，另一方面可以根据计费 - 5 - 东北大学硕士学位论文第2 章网络管理系统简介 管理的统计结果了解终端用户的网络访问流量的分布，更好的做到按需分配网络资源， 以提高网络资源的使用效率。 ( 3 ) 配置管理 配置管理对组成通信网络的对象进行辨别、定义、控制和监视，目的是为了实现某 个特定功能或使网络性能达到最优。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字的管理；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。 ( 4 ) 性能管理 性能管理估价系统资源的运行状况及通信效率等系统性能。通常以图表的形式向管 理员反映网络某项参数的动态变化情况，使管理员直观地看到参数变化的趋势。帮助管 理员确定网络中是否存在瓶颈，是否有设备因为错误配置而导致性能下降。保证在使用 最少的网络资源和最小的延迟的前提下，网络提供可靠、连续的通信能力，并使网络资 源的使用达到最优化的程度。一些典型的功能包括：收集统计信息；维护并检查系统状 态日志；分析和统计历史数据；建立系统分析模型等。 ( 5 ) 安全管理 安全管理是控制对计算机网络中信息的访问过程。主要包括：与安全措施有关的信 息分发，如密钥的分发和访问权设置等，与安全有关的事件通知( 如网络有非法侵入、 无权用户对特定信息的访问企图等) ，安全服务设施的创建、控制和删除，与安全事件 有关的网络操作事件的记录、维护和查询等日志管理工作等。 2 2 网络管理系统 网络管理系统( n m s ，n e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e m ) 是网络硬件和用于监控和管 理一个网络的软件的结合。通过软件实现网络管理的五大功能，通过统一接口对硬件设 备进行统一监控管理。 2 2 1 网络管理系统的任务 网络管理系统负责收集、处理、传送所存储的网元节点维护、操作和管理信息，其 目标在于提高全网质量和充分利用网络设备，为管理人员提供实时或近实时监控报告， 必要时能够采取控制措施，确保网络通信传输畅通。具体有以下几项重要任务： ( 1 ) 数据收集：自动地或通过管理者的手工劳动收集网络中各种设备和系统的工 作参数、运行状态信息。 - 6 - 东北大学硕士学位论文第2 章网络管理系统简介 ( 2 ) 数据处理：处理收集到的各种信息，并以可现化的方法展现给网络管理人员。 ( 3 ) 网络控制：接收管理人员的指令或根据对上述信息的处理结果向网络中的设 备发出控制指令，即实施网络控制功能，同时监视指令执行的结果。 ( 4 ) 保证网络设备按照网络管理系统购要求工作：包括分析数据并提供解决方案， 甚至可能不需要打扰管理者而自动处理一些情况。进一步还可以产生对管理者管理网络 有用的报告。 2 2 2 网络管理系统的组成 网络管理系统的体系结构主要涉及到网络管理系统的组成部件和结构、各部件之间 的关系、网络管理应该包含的功能以及这些功能如何划分等【1 8 】。从逻辑部署的角度，现 代计算机网络的网络管理系统基本上由四部分组成：至少一个客户监控端、至少一个网 络管理工作站、多个被管代理、网络管理协议和一个或多个管理信息库，如图2 1 所示。 客户端 被管代理 图2 1 网络管理系统的组成结构 f i g 2 1c o m p o s i t i o ns t r u c t u r eo f n e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e m ( 1 ) 客户监控端是网络管理员与网络管理系统的接口，管理人员通过客户端的用 户界面访问网络管理工作站，对系统实施监控与管理。管理站实际上是一台运行特殊管 理软件的计算机，也被称为“服务器”。服务器运行一个或多个管理进程，它通过网络 管理协议在网络上与代理通信，发送命令并接收代理的应答。 ( 2 ) 网络中的主机、接入设备、交换设备和路由设备等都可配置网络管理协议成 - 7 - 妒白 东北大学硕士学位论文第2 章网络管理系统简介 为代理，以便服务器它进行管型1 9 】。每个代理负责维护本地m i b 来存放被管资源的状 态、运行情况等，对来自管理站的信息查询和动作执行的请求做出响应。 ( 3 ) 管理站和代理之间通过网络管理协议来实现管理信息的交换。简单网络管理 协议( s n m p ：s i m p l e n e t w o r k m a n a g e m e n t p r o t o c 0 1 ) 是由互联网工程任务组定义的一 套网络管理协议，以s n m p 作为接口，一个管理站可以远程管理所有支持这种协议的其 它厂家的网络设备【2 0 】，不同厂家的网络管理产品之间还能交换管理信息。 ( 4 ) 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 ) 代表被管代理特性的数据 变量集合。它由若干对象组成，每一个对象都代表一个被管资源，由对象识别符( o i d ： o b j e c ti d e n t i f i e r ) 唯一指定。m i b 是一个树形结构，s n m p 协议消息通过遍历m i b 树形 目录中的节点来访问网络中的设备。管理站通过获取m i b 对象的值来实现监视功能， 通过修改特殊变量的值来使代理执行一个动作或修改资源的配置。 网络管理的流程简单来讲就是：管理工作站接受管理员的命令，通过标准网络管理 协议向各个被管代理发送请求信息，同时接受各个被管代理的通告或者中断信息；被管 代理接受来自管理站的命令，执行对代理m i b 信息的查询或者修改，并发起响应事件， 网络管理协议负责封装和交换管理工作站和代理之间的命令和响应信息。 2 3 电信网络管理系统 从整个电信网的角度讲，可以将全网划分为公用网和用户驻地网( c p n ：c u s t o m e r p r e m i s e sn e t w o r k ) 两大块，其中c p n 属用户所有，因而，通常意义的电信网指公用电 信网部分。公用电信网又可以划分为长途网、中继网和接入网三部分2 1 1 。长途网和中继 网合并称为核心网。相对于核心网，接入网介于本地交换机和用户之间，主要完成使用 户接入到核心网的任务，接入网由业务节点接口( s n i ：s e r v i c e n o d ei n t e r f a c e ) 和用户 网络接口( u n i ：u s e rn e t w o r ki n t e r f a c e ) 之间一系列传送设备组成。 电信网每个层次的网络都有对应的网络管理系统，电信网络管理系统不仅是个设备 和网络的管理软件，更是一个面向业务和客户的系统平台，除了完成各种软件功能和管 理功能之外，还肩负着运营维护、业务和服务拓展、提高维护效率、降低成本和提高终 端客户满意度的使命。 2 3 1t m n 标准化架构 电信管理网t m n ( t e l e c o m m u n i c a t i o n sm a n a g e m e n tn e t w o r k ) 是国际电联i t u t 借 鉴0 s i 中有关系统管理的思想及技术，在1 9 8 8 年定义的概念，随后又通过了一系列有 - 8 - 东北大学硕士学位论文第2 章网络管理系统简介 关的建议，为管理电信业务而定义的结构化网络体系结构【2 2 1 。提出t m n 的目的在于从 全球电信网的角度出发，提供一种有组织的体系结构及标准化的接口，使不同类型的管 理系统之间、管理系统和电信设备之间都能以一致的方式交换管理信息，按照规范的方 法对整个电信网进行统一的综合维护和管理。t m n 的基本原理之一就是使管理功能与 电信功能分离。网络管理者可以从有限的几个管理节点管理电信网络中分布的电信设 备。 t m n 把管理功能划分为不同的逻辑层次，从上到下的逻辑分层体系结构( l l a ) 依次为事务管理层( b m l ) 、业务管理层( s m l ) 、网络管理层( n m l ) 、网元管理层( e m l ) 和网络单元层( n e l ) ，如图2 2 所示。 事务管理层 囤 业务管理层 圈 网络管理层 回 网元管理层 甲甲甲 网络单元层 奈 图2 2t m n 逻辑分层体系结构 f i g 2 2t m nl o g i c a ll a y e r e da r c h i t e c t u r e ( 1 ) 网元管理层 单个或者成组对网络单元层的网元进行管理，并支持由网络单元层提供的 象。在其控制范围内，保持关于网元的统计数据、日志数据和其他数据。 ( 2 ) 网络管理层 网络管理层知道在网络中可以得到什么资源，如何关联，以及如何被控铜 观点出发，控制和协调在此网络范围或领域内的所有网络单元，具有提供、终 网络的能力，保持网络的统计、同志和其他数据，并向业务管理层提供性能、 用性等方面的总况。 ( 3 ) 业务管理层 - 9 - 功能的抽 。从网络 止或修改 使用、可 东北大学硕士学位论文第2 章网络管理系统简介 面向用户并与其他管理者或经认可的电信运营机构接口，提供全部业务处理的功 能，其中包括业务的提供终止、计费、服务质量、故障报告等，与业务提供者相互作用， 维护统计数据和业务间的相互作用。 ( 4 ) 商务管理层 涉及整个网络及其管理系统的专有权，通常完成对目标的设置任务，而不实际实施 并完成该目标。主要作用包括支持有关最佳投资的决策制定过程和新电信资源的使用， 支持与o a m 相关的预算管理和人员需求，保持有关所有决策计划的集合数据。 2 3 2 网络管理系统的分类 按照t m n 的逻辑分层体系结构的建议，不同的管理层次有不同的管理需求，据此， 可以把网络管理系统细分为子网级管理系统、网络级管理系统、综合网管系统等，其层 次对应关系如图2 3 所示。 图2 3 各级网管系统在t m n 中的位置 f i g 2 3v a r i o u sn e t o w r km a n a g e m e n ts y s t e m si nt m n ( 1 ) 子网级管理系统 子网级管理系统具有网元级和部分网络级管理功能，如点到点路径的配置、维护、 管理功能，能够统一管理接入网中传输、交换、接入系列的设备，用于向用户提供边缘 网络的网络管理解决方案。同时提供外部接口供上层网管使用，是网络层管理系统和业 务层管理系统的基础。采用c l i e n t s e r v e r 的结构，如图2 4 所示。c l i e n t 和s e r v e r 可以 运行在不同计算机上，也可以运行在同一台计算机上。c l i e n t 和s e r v e r 的计算机均可以 选用p c 机或工作站。 当网元数目众多，超过标准c s 结构的管理范围时，可以扩充服务器的数量来增强 管理能力。用户通过任意一个客户端可以选择登录任意一个服务器端，进而可以查看、 配置、维护该服务器端所管理的子网。这样，通过选择登录的服务器，用户可以查看和 一1 0 - - 东北大学硕士学位论文第2 章网络管理系统简介 管理更大范围的网络。 客户端n 图2 4 子网级管理系统体系结构 f i g 2 4s u b n e tm a n a g e m e n ts y s t e ma r c h i t e c t u r e ( 2 ) 网络级管理系统 网络级管理系统通过q 3 、c o r b a 等标准接口，与下级的网元级管理系统或者子网 级管理系统连接，间接地管理大规模传送网络设备。管理重点在路径的集中调度、配置、 维护和管理上。硬件结构仍然采用c l i e n t s e r v e r 结构，软件采用i a v a 技术实现平台无关 性，c l i e n t 端可以运行在u n i x 或者w i n d o w s 平台上，它与业务管理系统、子网级管理 系统共同组网结构如图2 5 所示。 图2 5 分层网络管理系统的应用 f i g 2 5a p p l i c a t i o no fl a y e r e dn e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e m 在实际应用中，考虑到可服务性、加强网络层管理功能以及提高系统运行效率等方 东北大学硕士学位论文第2 章网络管理系统简介 面的需求，除了部署网络管理平台之外，根据用户的定制需配合不同的设备管理模块， 实现对不同系列设备的管理。也可以进行多服务器扩充，构建分布式系统。 2 3 3 子网级网络管理平台 2 3 3 1 软件体系结构 本课题以d a 网络管理平台为研发背景