（通信与信息系统专业论文）汇聚协转嵌入式网管代理的设计与实现.pdf

摘要 随着大客户专线接入业务越来越多，用户对专线接入业务的要求随之不断提高， 如何优化网络结构、规范大客户专线的组网方式，逐步实现大客户专线接入设备类型 及版本的统一成为电信运营商越来越关心的问题。汇聚型协转融合了p d h 、e o s 、 协议转换器、光纤收发器等现有常用接入方案中用到的设备，作为一种新的综合设备 应用在现有城域网的边缘，成为运营商解决大客户接入时的多业务接入点应用首选。 本课题的主要研究目的为设计并实现基于v x w o r k s 汇聚型协议转换器网管代理，通 过该代理管理进程可以对汇聚协转设备完成配置和管理。 在实现方法上，本系统基于v x w o r k s 操作系统，通过c l i ，s n m p 代理，i d b 以及串行4 8 5 总线通信模块最终完成了汇聚协转网管代理的设计与实现。针对汇聚型 协议转换器自身的特点，本课题提出了私有的拓扑管理发现协议和一种性能统计的方 法。通过拓扑发现管理协议完成了邻居的发现，拓扑信息的建立，以及全拓扑的管理。 这种方法不仅减少了网管用p c 和日益稀少的d 地址资源，同时使所有的设备管理可 以在一个地点进行，大大方便了网络管理人员的同常维护配置，节省了大量的人力物 力。本课题提出的性能统计方法通过定义一组m m ，使管理进程通过读写这组m m 便可方便的取得汇聚型协议转换器各种接口的性能统计数据。这种性能统计方案不仅 能够满足汇聚型协议转换器接口类型多的特点，同时管理进程可以设置数据统计的累 加或非累加方式，并可获得每次统计进行时的设备时间。同时，该性能统计方案的代 码实现保证了在经过少量修改后便可运用到其他设备中去，有着较好的可移植性。 通过后续测试和使用的结果表明本课题设计实现的汇聚协转网管代理，运行稳 定，能够满足实际要求。 关键词：汇聚型协转，v x w o r k s ，网管代理，全程网管，性能统计 武汉邮电科学研究院硕十论文 a b s t r a c t a l o n ew i t hl a r g ec u s t o m e r sa c c e s sm o r ea n dm o r e ，t h er e q u i r e m e n t so f p r i v a t el i n e s a c c e s sa r ec o n t i n u o u s l yi m p r o v e d t h a tm a k e st h et e l e c o m m u n i c a t i o n so p e r a t o r sa c c e s s n e t w o r kt oah i g h e rd e m a n d ，a tt h es a m et i m et h a tb r i n g sm o r ep r e s s u r e h o wt oo p t i m i z e t h en e t w o r ks t r u c t u r e ，s t a n d a r d i z et h en e t w o r k i n gm e t h o do fl a r g e c u s t o m e r s ，a n d g r a d u a l l yr e a l i z i n gt h eu n i f i c a t i o no ft h ec u s t o m e ra c c e s se q u i p m e n tt y p e sa n dv e r s i o n h a v eb e c o m em o r ea n dm o r ec o n c e r n e da b o u tb yt e l e c o mo p e r a t o r s c o n v e r g e n c ep r o t o c o l c o n v e r t e ri st h ei n t e g r a t i o no ft h ea s s o c i a t i o np d h ，e o s ，p r o t o c o lc o n v e r t e r , m e d i a c o n v e r t e r , a n do t h e re x i s t i n gc o m m o na c c e s se q u i p m e n t i ti su s e di nt h ee x i s t i n gm a n e d g e ，a san e wi n t e g r a t e dd e v i c ea n dp r e f e r a b l es o l u t i o n so ft e l e c o mo p e r a t o r s l a r g e c u s t o m e ra c c e s st ot h em u l t i - s e r v i c ea c c e s sp o i n ta p p l i c a t i o n s t h ep u r p o s eo ft h i ss u b j e c t i st od e s i g na n dr e a l i z ea ne m b e d d e da g e n to fc o n v e r g e n c ep r o t o c o lc o n v e r t e r t od e s i g na n dr e a l i z et h ee m b e d d e da g e n t ，t h i ss y s t e md e s i g n sc l i ，s n m p , i d ba n d 4 8 5b u ss e r i a lc o m m u n i c a t i o nw i t hv x w o r k s a c c o r d i n gt ot h ef e a t u r eo fc o n v e r g e n c e p r o t o c o lc o n v e r t e r , t h i ss u b j e c t d e s i g nap r i v a t et o p o l o g yd i s c o v e r ym a n a g e m e n t p r o t o c o la n daf l e x i b l ep e r f o r m a n c es t a t i s t i cs o l u t i o n t h ef u l l r a n g en e t w o r km a n a g e m e n t s o l u t i o ni nt h i st h e s i sc a nb ea p p l i e di nc i r c l ea n db u st o p o l o g ys t r u c t u r e so fc o n v e r g e n c e p r o t o c o lc o n v e r t e r u s e r sc a ni m p l e m e n tn e i g h b o rd i s c o v e r y , c r e a t i o no ft o p o l o g y i n f o r m a t i o na n df u l lt o p o l o g ym a n a g e m e n tt h r o u g ht o p o l o g yl o o k u pp r o t o c 0 1 o n c et h e m a n a g e m e n tp r o c e s si sc o n n e c t e dw i t ha n yd e v i c ei nt h eg i v e nt o p o l o g ys t r u c t u r e u s e r s c a nf r e da n dm a n a g ea l ld e v i c e si nt h i st o p o l o g yn e t w o r k a l ld e v i c e si nt h en e t w o r ka l s o c a ni n i t i a t i v e l yr e p o r ta l a r mi n f o r m a t i o nt ot h em a n a g e m e n t p r o c e s s m a n a g e m e n tp r o c e s s c a n e a s i l ya c q u i r ea l l i n t e r f a c ep e r f o r m a n c es t a t i s t i c sd a t ao fc o n v e r g e n c ep r o t o c o l c o n v e r t e rt h r o u g ha g r o u po fp r e d e f i n e dm i b t h i sp e r f o r m a n c es t a t i s t i c ss o l u t i o nn o to n l y i ss a t i s f i e dw i t ht h ef e a t u r eo fc o n v e r g e n c ep r o t o c o lc o n v e r t e rw i t hv a r i e t yo fi n t e r f a c e s ， b u ta l s oc a nc o n f i g u r ed a t ai n c r e m e n t a lo rn o i n c r e m e n t a lm o d e ，f u r t h e r m o r ec a nd e r i v e t h ec u r r e n tt i m ef r o md e v i c e s t h i ss o l u t i o na l s oh a se x c e l l e n tt r a n s p l a n ta b i l i t yw h i c h m e a n st h ep r o g r a mc a nr u ni nd e v i c e sw i t hd i f f e r e n to sb yal i t t l ew o r ko fc o d e 武汉邮电科学研究院硕十论文 m o d i f i c a t i o n a c c o r d i n gt ot h ep r o d u c t st e s t i n gr e s u l t sa n da p p l i c a t i o n ，i ts h o w st h a tt h ed e s i g no f e m b e d d e da g e n ti ss t a b i l i t ya n dc a nm a t c ht h er e a ld e m a n d k e y w o r d ：c o n v e r g e n c ep r o t o c o lc o n v e r t e r , v x w o r k s ，n e t w o r k sm a n a g e m e n ta g e n t ， f u l l - r a n g en e t w o r km a n a g e m e n t ，p e r f o r m a n c es t a t i s t i c s 武汉邮电科学研究院硕十论文 1 1 研究背景 第一章：引言 随着大客户专线接入业务越来越多，用户对专线接入业务的要求随之不断提高， 这对电信运营商的接入网提出了更高的要求。目前大客户专线接入组网主要使用 p d h 光端机实现光纤接入，由于设备层级复杂，品牌多样，也难于建立网管，电信 运营商在大客户接入层面临的维护和网络质量压力与问题越来越突出。如何优化网络 结构、规范大客户专线的组网方式，逐步实现大客户专线接入设备类型及版本的统一 成为电信运营商越来越关心的问题。 对目前在网大客户的接入业务应用网络分析，我们不难发现不管是政府、银行证 券业，还是企业客户，其业务应用组网有一个共同的特点，即基本上为多分支机构的 星型组网，汇聚型业务，部分客户更是分层汇聚。但在专线接入的接口上则出现多样 化，特别是银行、证券等行业客户，大部分原有建设基于d d n 的专线网络，由于带 宽扩容或从网络安全性考虑希望转向光纤的专线接入方式，原有用户端设备提供的 e 1 、v 3 5 接口不愿再改变，也即在专线业务接入的接口上有e 1 、v 3 5 、f e 等多种。 针对大客户接入的网络组网建设目标是：“以最小的投资建设一个先进的，满足 综合业务的接入平台，在能够为不同的用户提供各类基本业务需求以及增值业务的同 时，提高运营维护的能力，增强对用户的服务质量，提高客户的满意度，并能从中快 速的获取利益回报，进一步扩大市场占有率和提高市场竞争能力。”因此，在目前的 网络环境上，针对大客户接入组网应该关注以下几个问题： 经济性。随着竞争的加剧以及消费的理性化，单一客户的接入成本已经越来越敏 感，对运营商而言，如何缩短投资回收期已经成为首要因素；同时，针对不同a r p u 值的用户提供不同接入成本的解决方案已经成为运营商的期望； 提供业务的能力。大客户需要的业务包括语音，数据，视频等，用户端设备的接 口多种多样，如何在个接入平台上实现多种业务的综合接入是评价大客户接入方案 的一个重要准则； 可靠性。由于大客户需要不断的通过不同通信业务与外部进行沟通，因此，对网 武汉邮电科学研究院硕十论文 络的可靠性要求很高。同时，这部分用户的a r p u 值较高，愿意为提高可靠性买单； 可管理维护性。随着运营商的大客户业务展开以及用户对服务质量要求的不断 提升，运营商需求管理设备数量不断增加以及用户对故障的发现、处理、恢复的要求 不断提高，希望接入方案在提供业务的同时能够方便管理，易于维护； 可扩展性。由于用户的地理分布不同以及用户需求的不同，使运营商无论在开发 新的大客户还是现有用户业务升级的预测性弱，因而大用户接入方案在提供现有用户 的兼容的同时，还需要考虑新用户的增加和已有用户的业务扩展； 互联互通性。由于城域网基本是以m s t p s d h 网络为主，接入设备提供标准的 s t m 一1 的接口与城域网无缝连接已经成为趋势，这样可以降低运营商同渐紧张的机 房占有率以及管理维护难度； 对业务质量的监控能力。运营商j 下在向为了提高用户的满意度而努力，希望能够 将现有的“被动服务”转变为“主动服务”，即在出现业务质量下降时，及时为用户解决， 做到真正的防患于未然；要达到该要求，设备层面必须提供业务的性能监控能力。 汇聚型协转是一种定位在接入层面为用户提供多业务接口的新型接入设备，采用 模块化设计，提供多个业务扩展槽，通过集成多种接入方案，实现对用户需求的按需 提供。上行可以通过1 5 5 m 接口或6 2 2 m 直接接入现有的s d h 传输网和m s t p 传输 网，下行可以根据业务的需要随时插入以太网接口板、p d h 模式光板等多种业务接 口板，通过以太网光口直接接入用户分支点的收发器设备，或者通过p d h 模式光口 接入用户分支点p d h 模式并直接提供v 3 5 、e 1 接口的远端接入设备，从而提供不同 的v 3 5 、以太网、e 1 接口，省去原有接入方式上的接口转换部分。 汇聚型协转作为综合接入平台性的设备，可以根据应用的不同，提供多种解决方 案，在接入机房安装汇聚型协转机框式设备，提供s t m 1 光接口连接城域传输网， 用户侧安装不同类型的p d h 光端机，直接提供e l 接口或v 3 5 接口。 使用汇聚型协转做为用户分支机构的接入组网方式具有以下特点： 可提供远端p d h 、m c ( 光纤收发器) 、e o s 等多种光纤接入方式，及e l 、以 太网、v 3 5 等多种业务，用户端接入使用简单的v 3 5 光猫或光纤收发器设备，方便 业务开通； 提供s t m 1 上联接口，实现接入网与s d h 主体城域网络无缝联接，全程采用光 2 武汉邮电科学研究院硕十论文 接口把相关业务送入用户分支点，接入形式简便，线路转接点少，节省大量占用的 d d f 资源和机房空间； 提供便利的管理与维护能力，网管方式上，上联的s d h 业务部分可以通过d c c 通道实现现有的网管，远端接入设备也可通过下联的p d h 和以太网业务部分实现网 络管理，真正做到对业务全程端到端的网络监控； 通过系统对业务进行调度，快速完成业务开通、故障诊断、业务恢复： 支持多种保护方式，提高网络安全性能。互为主备的上联接口实现上联光口l + 1 保护和光盘保护，双交叉矩阵实现交叉连接保护、l + l 线性v c 保护； 支持未来业务升级，带宽可平滑升级到6 2 2 m 。 汇聚型协转在大客户专线接入组网应用中具有较大的优势，其与m s t p 有机衔接 并融为一体构筑的大客户精品传输网络，可以经济、快速、灵活地实现大用户专线业 务的接入，业务的接入能力强大，网络安全和维护性能得到提高，同时支持对大用户 专线业务的端到端网络管理，较好地解决了运营商在大客户接入组网中关注的几个问 题，不失为理想的大客户接入解决方案，适应未来大客户接入网络建设、发展思路。 帮 1 2 论文研究主要内容 本文研究的主要内容为汇聚型协议转换器基于v x w o r k s 的嵌入式网管代理的 设计与实现。 本文着重讨论了汇聚型协转嵌入式网管代理的关键技术和实现细节，包括命令 行，s n m p 代理，i d b 模块，串行4 8 5 通信，以及全程网管的设计实现和一种简单而 方便的性能统计的设计与实现。这些功能的实现支撑着课题顺利进行。 1 3 论文创新点和实用性 本文的创新点在于全程网管和性能统计的设计与实现。 本文设计并实现的全程网管的方案，通过拓扑发现管理协议实现了邻居的发现， 拓扑信息的建立，以及邻居的管理。管理进程在连接拓扑中的一台设备后便可以发现 并管理拓扑中所有其他的设备，网络中的其他设备也可以主动的向管理进程发送告警 3 武汉邮电科学研究院硕十论文 信息，减少了网管用p c ，方便了网络管理人员的同常维护配置，节省了大量的人力 物力。 本文设计并实现的性能统计方案，通过定义一组m m ，使管理进程通过读写这 组m m 便可方便的取得汇聚型协议转换器各种接口的性能统计数据。这种性能统计 方案不仅能够满足汇聚型协议转换器接口类型多的特点，同时管理进程可以设黄数据 的累加或非累加方式，并可获得每次统计进行时的设备时间。同时，该性能统计方案 的代码实现保证了在经过少量代码修改后便可运用到其他设备中去，有着较好的可移 植性。 1 4 论文的组织结构 性。 本论文的内容分为八章，各章的内容安排和论文组织结构为： 第一章介绍了本论文的研究背景、论文的主要研究工作、论文的创新点和实用 第二章介绍了v x w o r k s 操作系统。 第三章介绍了汇聚型协转的硬件架构以及软件体系。 第四章介绍了嵌入式网管代理的架构。 第五章介绍了拓扑发现管理协议，以及全程网管的设计与实现。 第六章介绍了性能统计方案的设计与实现。 第七章测试结果。 第八章结束语。 4 武汉邮电科学研究院硕十论文 第二章v x w o r k s 与t o r n a d o 简介 v x w o r k s 操作系统是美国w i n d r i v e r ( 风河) 公司于1 9 8 3 年设计开发的一种 嵌入式实时操作系统( r t o s ) ，是t o r n a d o 嵌入式卡发环境的关键组成部分。它是现 在所有独立于处理器的实时系统中最具特色的操作系统之一。良好的持续发展能力， 高性能的内核以及友好的用户开发环境，使该系统越来越被用户认可。首先，它十分 灵活，具有多达1 8 0 0 多个功能强大的应用程序接口( a p i ) 【1 】；其次，它适用面广， 可以适用于从最简单到最复杂的产品设计；再次，它可靠性高，可以用于性急探索等 关键任务：最后，它适用性强，可以用于所有流行的c p u 平台。 v x w o r k s 采用微内核的结构，支持多种硬件环境，它支持的c p u 包括6 8 k ， p o w e r p c ，c p u 3 2 ，x 8 6 ，m i p s ，i 9 6 0 等【2 】，同时还支持r i s c ，d s p 技术。另外它还 具有网络协议丰富，兼容性和裁减性好等特点，具有程序动态连接和下载的功能。 ： 一 v x w o r k s 微内核w m d 具有快速多任务切换，抢占式任务调换，任务问通信方 式多样化等特点【3 】。高性能的操作系统核心w i n d 支持所有的实时特性，其设计减少 了系统开销，高效的任务管理保证了对外部事件的快速，确定的反应。快速灵活的任 务间和进程间通信允许独立的任务在实时系统中与其行动相协调。 网络系统提供了对其他网络和t c p i p 网络系统的透明访问。无论是松耦合的串 行线路，标准的以太网连接还是紧耦合的利用共享内存的背板总线，所有的 v x w o r k s 网络都遵循标准的i n t e m e t 协议。 v x w o r k s 是专门为实时嵌入式系统设计开发的操作系统内核，为程序员提供 了高效的实时多任务调度，中断管理，实时的系统资源以及实时的任务通信。在各种 c p u 平台上提供了统一的编程接口和一致的运行特性，尽可能的屏蔽了不同c p u 之 间的底层差异。应用程序员可以将尽可能多的精力放在应用程序本身，而不必再去关 心系统资源的管理。基于v x w o r k s 操作系统的应用程序能够在不同c p u 平台上轻 松移植。 v x w o r k s 是一种强大而比较复杂的操作系统，包括了进程管理，存储管理， 设备管理，文件系统管理，网络协议及系统应用等几个部分【4 1 。v x w o r k s 只占用了 很小的存储空间，并可高度裁减，保证了协议及系统应用等几部分。所以，仅仅依靠 5 武汉邮电科学研究院硕十论文 人工编程调试，很难发挥它的功能并设计出可靠，高效的嵌入式系统，必须要有与之 相适应的开发工具。t o m a d 0 2 2 就是开发v x w o r k s 应用系统提供的集成开发环境， t o r n a d 0 2 2 中包含的工程管理软件，可以将用户自己的代码与v x w o r k s 的核心有 效的结合起来，可以按用户的需求裁剪配置v x w o r k s 内核；v x s i m 原型仿真器可 以让程序员不用目标机的情况下，直接开发系统原型作出系统评估；功能强大的 c m s s w i n d 调试器可以提供任务级和系统级的调试模式，可以进行多目标机的联调； 优化分析工具可以帮助程序员从多种方式真j 下地观察，跟踪系统运行，排除错误，优 化性能【5 1 。 t o r n a d o 开发环境是嵌入式实时领域里最新一代的开发调试环境，是嵌入式实时 应用程序的完整的软件开发平台，是交叉开发环境运行在主机上的部分，是开发和调 试v x w o r k s 系统不可缺少的组成部分。t o r n a d o 给嵌入式系统开发人员提供了一 个不受目标机资源限制的超级开发和调试环境。 t o r n a d o 开发系统包含三个高度集成的部分：运行在宿主机和目标机上的强有力 的交叉开发工具和实时应用程序；运行在目标机上高性能，可裁剪的实时操作系统 v x w o r k s ；连接宿主和目标机的多种通信方式。如以太网，串口线，i c e 和r o m 仿真器等【5 】。 现代实时系统是在多任务和任务间通信的基础上建立起来的。 多任务的环境允许将实时应用构造成一组独立的任务，每个任务都拥有各自的线 程和一套单独的系统资源。为了协调任务间的行为，任务间的通信设备允许这些任务 通过同步等操作协调各自的活动。v x w o r k s 操作系统中，任务间通信包括信号 量，消息队列，管道以及网络套接字等。 多任务提供一种用于响应现实世界多重的，离散的时间机制。v x w o r k s 实时 内核提供了基本的多任务环境。多任务构造出多线程并发执行的假象，但实际上系统 内核是根据某个调度算法交错执行的。 操作系统中内核负责维护每个任务的当前状态。如果应用程序调用了内核程序， 任务将会从一个状态转变到另一个状态。任务在创建时处于挂起状态，必须激活它才 能使其进入就绪状态。 多任务系统需要一个调度算法把c p u 分配给就绪的任务。在w i n d 内核中，默认 6 武汉邮电科学研究院硕十论文 算法是基于优先级抢占式的任务调度，当然也可以使用轮转调度算法，这两种算法都 依赖于任务的优先级。w i n d 内核旱有2 5 6 种优先级，从0 到2 5 5 。0 为最高优先级， 2 5 5 为最低优先级【6 】。 在v x w o r k s 操作系统中，信号量被高度优化，并提供了最快的任务问通信机 制。信号量是互斥和任务同步的最主要手段。对于互斥来说，信号量可对共享资源访 问进行互锁，并提供比禁止中断和抢占上锁更为精确的互斥程度；而对同步来说，信 号量可协调外部事件和任务之间的执行。w i n d 内核共有三种类型的信号量：二进制， 互斥，计数【7 1 。 现代实时应用常常构造成一套独立但是相互合作的任务。对于同步和任务的互 锁，信号量提供一种高速机制；但为了允许任务间的通信，经常需要一种更高级的机 制来满足要求。在v x w o r k s 操作系统中，单个c p u 里任务间的通信方式是使用消 息队列。消息队列可允许数目可变，长度可变的消息排队。任务和中断服务程序能够 k 发送消息给消息队列；同时任务还能从消息队列接收消息 另外任务间的通信还可以采用管道的机制。当两个任务需要在网络间通信时可以 采用套接字或者远程程序调用的方式。 8 v x w o r k s 包括一个看门狗定时器机制，它允许任何c 函数与一个特定的时间 延时器联系。看门狗定时器由w d c r e a t e o i 函数创建；由w d s t a r t o 函数启动，函数参数 为：延时t i c k 数，需要调用的c 程序以及传递给该函数的一个参数。一旦指定t i c k 延 时结束，函数将使用指定的参数进行调用。在定时器结束之前的任何时间内，调用 w d c a n c e l ( ) i 函数将会取消看门狗定时器的执行。 7 武汉邮电科学研究院硕十论文 3 1 汇聚型协转的定义 第三章汇聚型协转总体架构 本课题研究的汇聚型协转融合了p d h 、e o s 、协议转换器、光纤收发器等现有 的常用接入方案中用到的设备，作为一种综合设备应用在现有城域网的边缘，作为运 营商解决大客户接入时的多业务接入点应用的首选，解决了目前大部分接入设备不能 全程网管问题。 该产品具有集成度高的特点，集成以下功能：e o s 功能、协议转换器功能、光 猫功能、光纤收发器功能、交换机功能。业务单元可支持e 1 、v 3 5 、以太网等多种接 入应用，充分体现了产品的融合方向 3 2 汇聚型协转的硬件架构 整个汇聚型协转如3 1 图所示，具有业务单元、汇聚单元( d m u 线卡) 、交换单 元( e s w 线卡) 等3 种线卡。 i ，黄寸1 5 十地p 恫他 图3 1 汇聚型协转 业务单元线卡包含e 1 光猫、e 1 到p d h 、e 1 到以太网、v 3 5 到e l 多种协议转 换器，实现各种方式的接入。 d m u 单元包含业务的汇聚以及网管的硬件实现，可实现业务和网管的双重保护 机制。 交换单元实现以太网业务的汇聚，可直接上联到核心交换机。 莹 武汉邮电科学研究院顾十论文 3 3 汇聚型协转的软件体系结构 汇聚型协转软件采用模块化设计，便于维护和管理。 从软件垂直结构上来看，可分3 个层次：b s p ( 板级支持包) 、v x w o r k s 操作系统、 具体应用程序。如图3 2 。 用户程序 v x w r o r k s b s p 用户接口级 功能抽象级 寄存器级 图3 2 软件层次图 为了能更好维护管理软件代码，我们将具体应用程序分成寄存器级、功能抽象级、 用户接口级三层的层次结构。每一层的功能和说明见下表所示： 表3 1衣j 1 j 黉j 蘸耘簿鬻簿燮饕i 黉誊攀暌攀缨黎雾攀；寨耋饕攀囊爹爹警? 参 寄存器级 对相关寄存器读写直接对寄存器地址 操作，一般是对一个地址 进行操作。 功能抽象级 通过调用不同的寄 根据功能各自特点 存器级函数，对用户功能而定，可能会调用多个寄 提供支持。存器级函数。 用户接口级配合操作系统，实现比如说端口批量配 各种用户管理、配置等功置、用户权限控制、环保 能。护功能、时钟自动切换功 能。 从o a m ( 运营、管理、维护) 角度上来看，也分为3 个层次：数据层面、控制层 面、管理层面。 各层面包含以下功能： 9 武汉邮电科学研究院硕十论文 表3 2 ?_ 心“，n ? 1 “ 一 。 n j ? ? ! ? 鬻1 霪嘲屡争囊鬻；器糍漆；爹j 篝势能浚一，攀i 辫，。豢瀚鹾处骜孥藕黪。囊搭搿簿 数据层电信总线交叉和保 硬件处理 护。 管理数据包发送和硬件处理 接收 控制层 处理各种通信协议软件处理 线卡配置和状态信软件处理 息维护 管理层策略管理接口软件处理 系统管理、统计、计软件处理 费等 1 0 武汉邮电科学研究院硕 ：论文 第四章网管架构 汇聚型协议转换器的网管架构如图4 1 ： c l is n m p i d b 4 8 5 图4 1 网管架构图 用户可以通过c l i 命令行或者s n m p 图形化的方式来完成对设备的管理。c l i 和s n m p 共同架构在i d b 上，i d b 通过c l i 提供的管理对象名和s n m p 提供的管理 对象o i d 来完成对管理对象的查找并最终通过在4 8 5 总线上收发4 8 5 包来完成对设 备的管理。 4 1c l i 简介 c l i 即c o m m a n dl i n ei n t e r f a c e 命令行，用户通过在命令提示符下键入命令来完 成对设备的配置管理。c l i 借助s o c k e t 编程技术【8 1 可以支持多用户的登陆，每个用 户对应一个v 1 y 即v i r s u a lt y p et e r m i n a l 虚礼终端连接。命令行如图4 2 ： - 2 1 jj l。| i 。 b u g e fo ot q e r t i o n1 8 8 ) -一 l - - _psr p t n g i n eb ，l 3 l -一 c o p y r k g h t2 嘣2 1 1 t bp i h 婀崎i e t o r k j 。 ! h _ - h - h h _ _ h h - - _ - h h - _ - h h - - - _ _ h - - - r c c e s s 口r u ：i c c i o n l - 增：“l i ，- 婚r d ：- - - l 幻l j l b l l n l 3 肿1 3 - 雹3 1 6 3 - 蛩 i 6 3 8 骑3 l b 3 o n z n t t rc o n f i i t i o nc 9 _ d b d 。j t hc t r l + zo rc a n d “4 u i t ”- 口d 声3 1 6 3 ( c o a f 蛔o 剪3 i 3 f 幻) 1 1 l ll 图4 2c l i 武汉邮电科学研究院硕十论文 c l i 通过命令向量c o m m a n dv e c t o r ，命令节点c o m m a n dn o d e ，命令c o m m a n d e l e m e n t 三级结构存储命令。它们三者都利用了v e c t o r 这种容器来存储指向下一级元 素的指针。 v e c t o r 结构体定义如下： s t m c t v e c t o r u n s i g n e di n tm a x ； 产m a xn u m b e ro fu s e ds l o t j u n s i g n e di n ta l l o c e d ； l n u m b e ro fa l l o c a t e ds l o t _ | v o i d 木i n d e x ； 幸i n d e xt od a t a ； 其中i n d e x 为指向一个装有指向任意类型指针的动态数组的指针。该数组在c l i 中将被用来存储指向c o m m a n dn o d e 命令节点，以及c o m m a n de l e m e n t 命令的指针。 c o m m a n dv e c t o r 命令向量，用来存储c o m m a n dn o d e 命令节点。它本身为一个 v e c t o r 结构，其i n d e x 数组中存储指向c o m m a n d n o d e 的指针。通过命令向量并借助 命令节点的序号便可查找到对应的命令节点。命令向量与命令节点的关系如图4 1 2 ： c o m m a n dv e c t o r i 图4 3c o m m a n d v e c t o r c o m m a n d n o d e 命令节点，用来存储c o m m a n de l e m e n t 命令和命令提示符。其结 构为 s t r u c tc m d n o d e i n tn o d e ； c h a r 木p r o m p t ； v e c t o rc m d _ v e c t o r ； ) ； n o d e 成员用来存储该命令节点的序号，与该命令节点在命令向量中的存储位置 1 2 武汉邮i 乜科学研究院硕十论文 对应。p r o m p t 为该命令节点的提示符。c m d _ v e c t o r 用来存储该命令节点下的所有命令。 命令节点与命令的关系如图4 4 ： c o m m a n dn o d e i 图4 4c o m m a n d n o d e c o m m a n de l e m e n t 命令用来存储命令字符串以及命令函数，其结构体为： s t r e e tc m d e l e m e n t i n tp r i v i l e g e ； h a t ( * f u n c ) ( s t r u c tc m d e l e m e n t ，s t r u c tv t y ，i n t ，c h a r 料) ； 一 v e c t o rs t r v e c ； ； 成员p r i v i l e g e 用来存储配置该命令所需要的用户级别，当用户的级别小于该成员 时用户将无法配置此条命令。成员f u n c 用来指向该命令执行函数的地址。成员s t r v e c 用来存储命令字符串。例如，当一条命令为“s h o wl o c a ls t a t u s 时该命令的s t r v e e 将 存储指向字符串“s h o w ，“l o c a l ”，“s t a t u s ”的三个指针。以便于之后命令的查找。 用户通过v t y 键入命令，命令的形式为若干个以空格隔开的字符串。当c l i 收 到用户键入的命令时，便查询该用户所在命令节点下的所有命令，将用户键入的字符 串与命令成员s t r v e c 所存储的字符串逐条比对。找到全部匹配的命令则执行命令函数 f u n c ，若没有匹配命令或有多条匹配命令则提示相应错误信息。 命令操作的对象也就是管理对象，但由于c l i 是架构在i d b 之上的因此c l i 并 不直接操作管理对象。因此在对设备进行管理配置的命令中均会有类似如下的字符串 变量申明： c h a r o b j n a m e = ”b 2 1 6 3 一s 2 e l o m ：b 2 1 6 3 s 2 e 1 0 m c a r d l o c a l p a t t t e s e t i 该字符串存储的是命令将要操作的管理对象名。命令将该管理对象名作为i d b 函数调用时的参数。i d b 模块通过该管理对象名来查找相应的管理对象并做出相应的 1 3 武汉邮l h 科学研究院硕十论文 操作。 4 2s n m p 简介 s n m p 即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 o l 简单网络管理协议是被广泛接受 的工业标准，它的目标是保证信息在任意网管站和代理之间传送，便于网络管理员在 网络上的任意节点检索信息，进行修改寻找故障，完成故障诊断，容量规划和报告生 成。s n m p 通过u d p 协议进行承载【9 】。其中管理站即运行在管理中心的管理进程， 而代理则为运行在设备上的代理进程，其交互方式如图4 5 ： 管理站设备 图4 5s n m p 交互方式 关于管理进程和代理进程之间的交互信息，s n m p 定义了5 种报文【1 0 1 ： g e t - r e q u e s t 操作：从代理进程处提取一个或多个参数值。 g e t n e x t - r e q u e s t 操作：从代理进程处提取一个或多个参数的下一个参数值。 s e t - r e q u e s t 操作：设置代理参数的一个或多个参数值。 g e t r e s p o n s e 操作：返回一个或多个参数值。这个操作是由代理进程发出的它是 前面操作的响应。 t r a p 操作：代理进程主动发出的报文，通知管理进程有某些事情发生。 其中前面三个操作是由管理进程向代理进程发出的，后面两个是代理进程发给管 理进程的。图4 6 描述了这5 种操作 1 4 武汉邮l 【l 科学研究院硕十论文 s n m ps n 口 管理进程代理进程 - g e t r e q u e s t -u d p 端i1 1 6 1 g e t - r e s p o n s e g e t 。n e x t - r e q u e s t u d p 端rj1 6 1 g e t - r e s p o n s e t r a p u d p 端1 1 1 6 2 图4 6s n m p 操作 管理进程发出的前三种操作采用u d p 的1 6 l 端口【l l 】。代理进程发出的t r a p 操作 采用u d p 的1 6 2 端口。由于收发采用不同的端口号，所以一个系统可以同时为管理 进程和代理进程。 图4 7 是封装成u d p 数据报的五种操作的s n m p 报文格式【1 2 】。在图中仅仅对疋 首部和u d p 首部长度进行了标注。这是由于s n m p 报文的编码采用了a s n 1 和j 。 b e r 9 1 ，这就使得报文的长度取决于变量的类型和值。 版本字段用来标注s n m p 协议的版本。该字段的值通过s n m p 版本号减一得到。 p d u 类型字段标明了五种s n m p 操作。表4 1 标明了各种操作对应的p d u 字段4 的值。 表4 1 p d u 类型p d u 类型 0 g e t r e q u e s t 1 g e t 。n e x t l 。r e q u e s t 2 g e t 。r e s p o n s e 3 s e t 。r e q u e s t 4t r a p 共同体字段是一个字符串。这是管理进程和代理进程之间的口令，明文格式，默 认为p u b l i c 。 请求标识符字段，在g e t ，g e t n e x t ，s e t 操作中，由管理进程进行设置，然后代理 进程在g e t r e s p o n s e 中返回。这个字段的作用是使管理进程能够将代理进程发出的响 15 武汉邮电科学研究院硕十论文 应和管理进程发出请求进行匹配。 差错状态字段是一个整数，它是由代理进程进行标注的，指明有差错发生表 4 2 是参数值，名称和描述之间的对应关系。 表4 2 差错状态名称撒8 on o e r r o r 没有错误 l t o o b i g 代理进程无法把响应放入一个s n m p 消息中发送 2n o s u c h n a m e 操作一个不存在的变量 3b a d v a l u es e t 操作的值或语义有错误 4r e a d o n l v 管理进程试图修改一个只读变量 5 g e n e r r 其它错误 差错索引字段是一个整数偏移量，指明当有差错发生时，差错发生在哪个参数。 它是有代理进程标注的，并且只有发生在n o s u c h n a m e ，r e a d o n l y 和b a d v a l u e 差错时 才进行标注。 在g e t ，g e t n e x t 和s e t 的请求报文中，包含变量名称和变量值的一张表。对于g e t 和g e t n e x t 操作，变量值部分被忽略，也就是不需要填写。 l p 数据报 s n m p 撤文 卜 一公共s n m p 首部h 卜- 一g e 以e t 首部- 卜1 e t s e t 变量部分 图4 7s n 肝报文 t r a p 报文各字段解释如下： 企业字段填入t r a p 报文的网络设备的对象标识符。代理地址为代理进程的p 地 址。t r a p 类型字段的正式名称是g e n e r i c t r a p ，共分为表4 3 中的7 种。特定代码字段 指明代理自定义的事件，当t r a p