（系统工程专业论文）大容量信令网关网管代理设计与实现.pdf

国防科学技术大学研究生院学位论文图目录图l ，ls n m p 参考模型图1 2基于c o r b a 网管体系结构图2 1集中式代理的s n m p 网管框架示意图图2 2分布式代理的s n m p 网管框架示意图，图2 3m a s t e r a o e t c r 分派a g e n t x 消息示意图图2 4a g e n t x 中的两阶段提交协议图3 1下一代网络分层结构图3 2t u p i s u po v e ri p 的功能示意图图3 3s g 的信令点代理组网应用图3 4s g 作为信令转接点组网应用图3 5传统s g 的硬件逻辑结构图一图3 6传统s g 中c p u 板的软件结构图3 7传统s g 中b e l 板的软件结构图3 8传统信令网关t u p i s u p 消息从s s 7 到口的路由图3 9l s g 单个c h a s s i s 的硬件逻辑结构图图3 1 0l s g 的硬件总体结构示意图3 1 ll s g 中c p u 板的软件结构图3 1 2l s g 中b e l 板的软件结构图3 1 3l s g 中b 口板的软件结构图3 1 4 信令业务集中处理方式示意图一图3 1 5 信令业务分布处理方式示意图一图3 1 6l s g 中来自s s 7 网络的t u p ，i s u p 消息五种路由示意图图31 7l s g 中t u p i s u p 消息从s s 7 到口的路由图4l网管框架示意图图4 2物理资源的继承关系视图图4 3物理资源的构成关系视图图4 4逻辑资源继承关系视图图45逻辑资源的构成关系视图图4 6l s g 全局m m 结构一图4 7c p u 板m i b 视图图48b e l 扳m m 视图图4 9b i p 板m i b 视图图41 0 主代理与子代理之间的通信机制图41 1 主代理任务设计图4 1 2s n m pd i s p a t c h e r 流程图4 1 3 子代理任务设计图41 4 子代理的m i b 树t “一石一舟nn：2”m协他堪均伸如甜丝拼卯卯勰勰凹如儿砣鲥靳国防科学技术大学研究生院学位论文图4 1 5图4 1 6图41 7图4 1 8图4 1 9图4 2 0图4 2 1图4 2 2图4 2 3图4 2 4动态配置数据的主从同步流程主控单元的主备方法备份示意图一组模型示意图网元的分裂示意图u l 与u 2 通信正常时网元组网示意图u i 与 2 通信中断且s t p l 分裂示意图u l 到s p l 链路中断示意图组长选举流程一收到“竞选组长请求消息”的处理流程个新成员申请加入组的流程”强加虬轮铊铊舛的舶国防科学技术大学研究生院学位论文表目录表2 1a g e 孙r r x 协议实现一连接表表2 2a o e n t x 协议实现一会话表表2 3a a g t c r x 协议实现注册表表4 1m a s t e r - a o i n r 的连接衷表4 2m a s t b r - a o 西n 的注册表表4 3s u b a g e n t 的连接表一表4 4s u b a l 踟的注册表一表454 个成员的网元分裂可能的组合1 21 21 23 33 33 53 54 3国防科学技术大学研究生院学位论文摘要随着近年来d 网络的发展，使人们真正意识到电信网络、计算机网络及有线电视网络将最终汇集到统一的m 网络下一代网络( n e x tc 把n e r a t i o nn e t w o r k ) 。基于将来n g n 业务及应用的需要，对网络设备的功能、处理能力和可靠性提出了更高的要求。网络设备也随之越来越复杂，并朝着分布式结构发展。根据i t u t 规范的推荐，现代信令网将通过信令网关( s g ) 向n g n 演进。作为n g n中的一个关键的网络设备，迫于扩充容量的需求，s g 的结构也向分布式运行环境发展。这不仅给网络设备设计带来了挑战，同时对网络管理技术也提出了个新的课题。本文的研究目标是如何实现对基于分布式运行环境的大容量信令网关( l s g ) 的网络管理代理。本文首先对现代网络管理技术的现状进行了介绍；接着对传统的s g 结构及网络管理框架以及存在的问题进行了介绍；然后对大容量信令网关的原理及结构特点进行了分析；对多c p u 的分布式运行环境的通信设备的网管代理的设计与实现进行了探讨。本文的主要创新是对a g e n t x 协议进行了改进以适用于l s g 的网管框架，并且增强了该协议的功能；对实现多c p u 的分布式运行环境的通信设备的网管代理提出了完整的解决方案；将组通信技术应用于大容量信令网关，以提高整个网元的可靠性及可管理性。最后文章对方案进行了评估，并对网络管理技术发展趋势进行了展望。关键词：简单网管协议面向对象公用对象请求代理体系可扩展代理协议信令网关。国防科学技术大学研究生院学位论文a b s t r a c tw i t ht h ed e v e l o p m e n to fi pn e t w o r k , p e o p l ec o m et or e a l i z et h a tt e l e c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k , c o m p u t e rn e t w o r ka n dc a b l e t vn e t w o r kw i l lb ec o m b i n e di n t oau n i - i pu e t w o r k - - n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k 0 n g n ) b a s eo nt h ed e m a n do ft h ef u t u r en g ns e r v i c ea n da p p l i c a t i o n , t h en e t w o r ke q u i p m e n tf a c eag r e a tc h a l l e n g eo nf u n c t i o n ，r e l i a b i l i t ya n dp r o c e s sp o w e r m o r e o v e r , t h en e t w o r ke q u i p m e n tb e c o m en l o r ea n dm o r ec o m p l e xa n dd i s t d b u t e d a c c o r d i n gt ot h er e c o m m e n d i n go fi t u tn o r m , m o d e ms i g n a l i n gn e t w o r kw i l le v o l v et or e a c hn g nb ys i g n a u n gg a t e w a y ( s g ) a sac o r en e t w o r ke q u i p m e n t ，t h ea r c h i t e c t u r eo fs gb e c o m ed i s t r i b u t e dt om e e tt h er e q u i r e m e n to fl a r g e rc a p c i t y i tn o to n l yb r i n gac h a l l e n g et on e t w o r ke q u i p m e n td e s i g n ，b u ta l s ob r i n gs o m en e wi s s u e so fn e t w o r km a n a g e m e n tt e c h n o l o g y t h er e s e r c ho b j e c to ft h i s a r t i c l ei st od e s i g na n di m p l e m e n tan e t w o r km a n a g e m e n ta g e n to n ad i s t r i b u t e d ，l a r g es c a l es i g n a l i n gg a t e w a y c l s g ) f i r s t l y , t h i sa r t i c l eg i v e sas u r v e yo ft h em o d e mn e t w o r km a n a g e m e n tt e c h n o l o g y ,f o l l o w e db yt h ea n a l y s i so ft r a d i t i o n a la r c h i t e c t u r eo fs ga n df r a m e w o r ko ft r a d i t i o n a ln e t w o r km a n a g e m e n t t h e n , i td i s c u s st h ep r o b l e m sa r o u n dt h e m s e c o n d l y , i ts t u d i e st h ep r i n c i p l ea n da r c h i t e c t u r eo fl s ga n dd e s i g n san e t w o r km a n a g e m e n ta g e n ts y s t e mf o rl s gw ea l s oi m p r o v e da g e n t xp r o t o c o lt of i tt h ef r a m e w o r ko fl s gn e t w o r km a n a g e m e n ta n ds t r e n g t h e nt h ef u n c t i o no ft h i sp r o t o c o la st h er e s u l t ，w ep r e s e n tas o l u t i o no fh o wt od e s i g nan e t w o r km a n g e m e n ta g e n ti nt h em u f f - c p ua n dd i s t r i b u t i e dr u n - t i m ee n v i r o n m e n t i na d d i t i o n w ea p p l yt h eg r o u pc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yt oi m p r o v et h er e a a b f i t ya n dm a n a g e a b i l i t yo fn e t w o r ke n t i t y ( n e ) s f i n a l l y , t h ea r t i c l eo b s e r v e st h et r e n do f n e t w o r km a n a g e m e n tt e c h n o l o g y k e y w o r d s ：s n m p0 0c o r b aa g e n t xs i g n a l i n g g a t e w a yi i国防科学技术大学研究生院学位论文第l 章绪论1 1本课题基本情况介绍1 1 1 课题背景随着近年来计算机网络、电信网络、有线电视网络的发展。现代网络呈现出以下特点：未来网络规模将越来越大，网络节点数目急剧增加；各种网络业务需求层出不穷；设备可靠性、容量和处理能力要求提高，并朝着分布式结构发展，维护复杂性增强。在此需求推动下，i t u t 和m t f 定义了下一代网络框架，即n g n 和软交换。由于软交换是下一代网络的核心，因此成为各设备商近年来的研究重点。根据i t u t 规范的推荐，现代七号信令网将通过信令网关( s g ) 向n g n 演进。由于s g 是传统网络信令与n g n 之间的唯一信令通道，是设置在传统交换网络与n g n 的边缘的最关键设备之一，因此要求其必须具有足够的可靠性和足够大的容量。目前，信令网关、媒体网关等设备大部分是基于c p c i 平台而设计的，单框容量有限，其容量的增加主要靠多框级联而成，这样，平滑扩容的需求使得信令网关、媒体网关等设备的结构都在朝着分布式结构发展。传统的网管代理进程一般为s n m p 标准框架，适合简单设备的集中式管理，不能胜任对新的分布式产品管理需要。因此在希望分布式的结构给网络带来高可靠和处理能力的同时，如何对这些设备和网络进行管理成为了一个新的研究课题，具有非常重要的意义。本课题“大容量信令网关网管代理设计与实现”，是我在美国u t 斯达康公司深圳分公司网络交换事业部从事软交换产品网络管理代理开发的研究成果。l 12 本课题研究的现状目前常见的网络管理框架主要有s n m p 网管框架，基于o s i 的网管框架和基于c o r b a 的网管框架三种。其中s n m p 网管框架应用最为广泛，是业界实际使用最多的国际标准；而基于o s i 的网管框架( 如t m n ) 主要应用于电信管理网；基于c o r b a的网管框架由于比较复杂，目前应用还不是很多，常见于设备结构简单的s d h 设备管理中。在现有网管系统中，s n m p 因其简单性和开发周期短等因素，得到了广泛的应用。在目前应用s n m p 框架的网管系统中，多采用标准的s n m p 框架。由于通信设备运行环境逐步将向分布式结构发展，传统的s n m p 标准框架将不再适用。这些问题主要表现在：不能动态增加和删除m i b ；并行运算靠l m e 的支持；增加l m e 软件复杂度，同时不利于l m e 移植。第1 页国防科学技术大学研究生院学位论文扩展的s n m p 框架，是i e t f 为解决分布式运行环境的网络设备的管理问题而提出的，它将逐步在分布式运行环境设备中得以应用在我们进行方案设计时收集的国内外资料看，扩展的s n m p 框架中的a g e n t x 协议是一个研究热点，国外设备开发商在新开发设备中有个别的应用报道；在国内的通讯设备厂商中，对分布式运行环境的设备多采用内部私有协议和标准的s n m p 框架，尚没有见到成功应用扩展的s n m p 框架的实例。1 1 3 研究的内容和我的工作本课题的研究内容主要有：对现代网管技术进行跟踪与研究；对l s g 的网管需求特点进行分析与研究；对l s g 的网络管理代理实现提出了一套完整的设计方案；对a g e n t x 协议进行改进与增强，并应用于l s g 的网管代理框架；我们在设计大容量信令网关网管代理过程中，发现标准的扩展s n m p 框架不能完全满足l s g 系统的需要，因此，我们对扩展的s n m p 框架中相关协议在保证它的通用性基础上，进行了改进与增强，将它应用于我们的网管系统设计中。提出了利用组通信机制来解决主控单元的备份问题，提高l s g 的可管理性和可靠性方案，并对l s g 的组通信模型与实现进行了深入的研究。i 1 4 研究的意义实现对分布式大容量信令网关的网络管理对于保障该设备的可靠运行和网络的可维护性有着重要的意义；对扩展的s n m p 框架进行了改进，增强了该框架的实用性；利用组通信机制，提高了网元的可管理性和可靠性；设计了个更加通用的支持分布运行环境设备的网管平台，该平台可以方便地移植应用于其他设备的网管系统中。1 2网络管理发展概述网络管理的标准化工作始于1 9 7 9 年，主要针对o s i ( 开放系统互连) 七层协议的传输环境而设计，其成果是c m i s ( 公共管理信息服务) 和c m i p ( 公共管理信息协议) 。s n m p 是1 9 8 8 年诞生的，当时人们只是想把它作为t c p ，m 网络管理的临时解决办法。其原始计划是，待o s i 框架广泛应用以后就向o s i 管理办法过渡，用o s i 网络管理标准中的c m i p 来替换掉s n m p 。从现实情况看，由于其简单实用而被业界广泛接受，s n m p 已经是应用最广泛的t c p i p 网络管理框架，跟t c p i p 一样成了事实上的计算机网络管理国际性标准。而o s i 框架则主要应用于一些特定的电信领域。最近几年，i e t f 为s n m p 的第二版做了大量的工作，其中大多数是为了寻找加强s n m p 安全性的方法。然而不幸的是，涉及的方面依然无法取得一致，从而只形成了现在的s n m p v 2 草案标准。1 9 9 7 年4 月，i e t f 成立了s n m p v 3 工作组。s n m p v 3 的重点是安全、可管理的体系结构和远程配置。第2 页国防科学技术大学研究生院学位论文1 3网络管理介绍1 31 什么是网络管理网络管理是控制一个复杂的计算机网络使得它具有最高的效率和生产力的过程。网络管理的目的是保证网络正常、经济、可靠和安全地运行。1 32 网络管理的基本功能国际标准化组织( i s o ) 定义了网络管理的5 个功能域：故障管理、配置管理、安全管理、性能管理、计费管理。故障管理呷岫是对网络发生异常情况时所采取的一系列管理活动。这系列活动包括故障管理有关的管理参数的确定、故障指标管理、故障监视、测试和故障定位、故障恢复。配置管理( c m ) 的功能是掌握和控制网络的状态，包括网络内各设备的状态及其连接关系。配置管理又划分成三个子域：互连网络状态的初始化和维护；每个网络对象的状况维护：监视网络对象之间的关系。安全管理( s m ) 是对网络资源及其重要信息访问的约束和控制，包括验证网络用户的访问权限和优先级、检测和记录未授权用户企图进行的不应有的操作，无论是恶意的还是无意的。性能管理( p m ) 可以测量网络中硬件和媒体的性能。性能管理使网络管理人员能够监视网络运行的关键参数，如：吞吐量、利用率、错误率或响应时间等。计费管理( 枷) 可以跟踪每个个人和团体用户对网络资源的使用情况，对其收取合理的费用，这一方面可以维持网络的运行和发展，另一方面，管理者也可以根据情况更好地为用户提供他所需的资源量，并促使用户合理地使用网络资源。1 4目前应用较广泛的几种网管体系1 41 基于s n m p 的网络管理体系简单网络管理协议( s n m p ) 是i n t e r n e t 组织用来管理t c p i p 互连网和以太网的，它的出现至今不过近1 0 年的时间，但其使用范围发展相当快，已超出了i n t e r n e t 的范围，作为一个标准的协议在网络管理领域内得到了广泛的接受，已经成为事实上的国际性标准。14 1 1s n m p 的体系结构如围且所示，s 咿参考模型说明了s n m p 网络管理框架的一般化总体结构，包括系统中各个组成部分及其相互关系。s n m p 参考模型由以下4 个主要部件构成：第3 页国防科学技术大学研究生院学位论文图1 1s n m p 参考模型管理进程( m a n a g e r ) ：运行于网络管理站上，答，并采用s n m p 命令设置变量。代理( a g e n t ) ：运行于被管理的网络设备上，应答。能够对代理进行查询、接收代理的应存储管理数据并对管理者的查询进行管理信息库m i b ：m i b 是有关被管理目标对象的数据库。代理能够访问m 1 b ，对m i b 的操纵是通过s n m p 来完成的。m i b 根据o s i 注册层次规定，为被管理目标确定一相应对象。s n m p 协议：应用层协议，概括了在网络设备之间进行通信的结构，包括通信方式、消息格式和含义。s n m p 标准由三个部分组成，即：管理信息结构( s m i ) ，管理信息库( m i b ) 和简单网络管理协议( s n m p ) 。14 1 2s n m p 协议网络管理站和被管对象之间通过发送s n m p 报文来彼此通信。为了确保实现简单，同时又不至于影响s n m p 的功能，s n m p 协议的具体实现只有两种操作：( 1 ) 管理进程与管理代理协作获取管理对象( 变量) 的信息；( 2 ) 管理进程与管理代理协作对管理对象( 变量) 进行设置和修改。虽然s n m p 的管理的管理功能受到很大限制，但是也极大地降低了s n m p 的复杂性。s n m p 的功能可以通过轮询操作来完成，轮询由管理者控制，可以限制互连网络中和管理信息量，因而也限制了所管理的网络设备数，使系统相当简单。s n m p 也允许非请求通信，在s n m p 中称为“陷阱”。管理代理负责对某一状态门限值进行检查，只有遇到门限值被突破才报告。s n m p 提供的管理操作有下面4 种：g e tg e t n e x ts e tt r a p l 与之相对应，s n m p定义了5 种协议数据单元( p d u ) ：第4 页国防科学技术大学研究生院学位论文n )g e t r e q u e s t - p d u ：用于管理者向代理提取特定的管理信息；( 2 )g e t n e x t k e q u e s t - p d u ：与上面的g e t r e q u e s t 相似，但它允许在m i b 树中通过遍历活动来获得强大的管理信息提取能力；0 、s e t r e q u e s t - p d u ：用于管理者对管理信息进行设置或修改；( 4 )g e t r e p o n s e - p d u ：用于代理对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 的响应；( 5 ) t r a p p d u ：用于代理向管理者报告重要的事件，允许网络管理模块报告网络单元发生的事件或网络单元状态的变化。1 4 1 3管理信息结构( s m l )管理信息结构是管理信息库中的对象定义和编码( 以便通过协议传输) 的基础。s m i具体地规定了被管对象的定义格式、m i b 中的对象类型以及访问这些对象的方法等。s m i 最关键的原则是管理对象的形式化定义要用抽象语法记法a s n 1 来定义。管理对象的集合，在每个实现中都是由特定的m i b 变量严格定义的，称为对象类型。对象类型有三个用来描述其特性的最基本属性，这些属性使它们在s n m p 中得到正确使用。上述三个属性是：对象标识符：唯一代表对象类，是对象的标识手段。它是用一串有序整数表示的，该整数串是遍历由所有s n m p 对象构成的全局树得到的。语法；语法是用抽象语法a s n 1 对对象类结构的形式化定义。语法定义了对应于具体对象的抽象数据结构。每个对象有四个属性必须定义，才能正确说明m i b 中的对象：语法类型、访问模式、状态、名值。编码：对象类型的实例在代理和管理者传递时要用a s n 1 编码规则对对象类型进行编解码，s n m p 采用的传输语法记法是基本编码规则( b e r ) 。1 4 1 4管理信息库( m 旧)m i b 定义了可以通过网络管理协议进行访问的管理对象的集合。第一组r f c 定义的m i b 称为m i b - i 。接下来又添加了新的对象，目前已经是标准m i b 对象的超集，这个新的对象集称为m i b - i i 是在r f c l 2 1 3 定义的。m i b 规定了管理信息库的对象类型、存储格式以及所允许对每个对象的操作等。m i b 协议的目标之一是建立一个通用的存储格式，使被管对象与管理协议无关。1 4 2 基于o s i 的网络管理体系o s i 网管体系结构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、包含、管理对象之间的关联等。其体系结构给出了一个信息模型、一个组织模型、一个通信模型和一个功能模型，提供丰富的服务。采用c m i p 网络管理协议，管理信息库( m i b ) 是面向对象的，该框架较复杂。目前主要应用于电信领域。信息模型包括一个管理信息结构、命名等级体系和管理对象( m o ) 定义；组织模型与s n m p 一样，也是管理进程和代理进程模式，也在o s i 参考模型的应用层上运行；第5 页国防科学技术大学研究生院学位论文通信模型采用o s l 协议集，但其体系结构中也包括系统管理，利用面向连接的服务；功能模型包括管理功能域：故障、配置、帐务、性能和安全管理。1 4 3 基于c o r b a 的网络管理体系图1 2基于c o r b a 网管体系结构基于c o r b a 的网络管理体系是一种新型的网络管理体系。c o r b a ( c o m m o no b j e c tr e q u e s t b r o k e r a r c h i t e c t u r e ) 是由对象管理组织o m g 制定的体系结构，主要是为了解决在异构环境中的应用系统之间的互操作问题。c o r b a 的信息模型是面向对象的，可以采用u m l 来建立。该框架在国内外均已有应用实例。1 5论文的组织本文共分五章。本章绪论主要介绍了网络管理技术的发展历史及本课题的基本情况；第二章集中式与分布式s n m p 网管代理介绍了两种s n m p 网管代理结构及工作原理，并予以比较；第三章大容量信令网关介绍介绍了大容量信令网关的软件硬件结构特点、工作原理，及对网络管理的新需求；第四章 ( l s g 网管代理设计与实现详细介绍了如何实现大容量信令网关的网络管理代理；第五章结论与展望对整个设计方案进行了评估，并对今后的网络管理发展方向进行了展望。第6 页国防科学技术大学研究生院学位论文第2 章集中式和分布式s n m p 网管代理在上一章已经对s n m p 网络管理体系结构做了简要介绍。本章则主要对基于s n m p协议实现网络管理代理的两种典型的结构即集中式及分布式网管代理进行比较，并着重介绍对基于扩展的s n m p 框架中的分布式网管代理体系结构及相关协议( a g e n t 淘。2 1基于集中式代理进程结构的标准s n m p 网管框架标准s n l v i ? f 1 1 网管代理进程采用集中式代理进程结构，即一个代理进程实体，负责管理整个设备，它在设备中的位置麴图2 ：! 示。f “i “二ji 母好| ：x”。“。1lm a n a g e r 疑霉lm a n a g e r 螽碍藕濒鬻溱魏骧臻囊i 滋疆鹱翳篱嶷麟囊簌u * “ x口，“、6 一，* 1 ro，z_r“-t。一ti謇鬻j 翥鬻囊潦蒸壤鏊鋈薹翳。；，宣硪疰x 。：o 窖曾嚣毫、瓤互!i 羹嚣臻露鬻鬃黎粼瓣赣；th 、+ 1 r 一* 。女l n f ”，qn。“j：l o c a lm o d u l o 凸 j 咿”_ 7 q 。- ，“rm 。_ 一1 ，“。一“_ ，i；毋力d 肪j 阳ri、1 、哪。_ 。f # “1 _ 。一。“。t 、图2 ，1集中式代理的s n m p 网管框架示意图基于集中式代理进程结构的s n m p 网管框架主要由以下几个部分组成：管理者；网管代理进程；被管实体；管理信息库和管理者与网管代理进程之间的通信协议( s n m p协议) 。工作原理：管理者与网管代理进程分别拥有一份相同的管理信息库：管理者通过s n m p 协议与网管代理进程进行交互以实现对m i b 的操作。s n m p 代理进程负责接收来自管理者的s n m p 请求报文，负责解包并分析：团体名验证；区分对不同的管理对象和不同的操作类型，执行相应的处理程序，通过与l m e 接口对m o 进行管理操作，并将操作结果打包，发响应报文给管理者；接收来自l m e 的告警信息，组织陷阱报文通知管理者；同时，收集统计信息定时上报给管理者。集中式代理进程结构简单实用，易于实现。但是随着被管设备功能的日益复杂，逐第7 页国防科学技术大学研究生院学位论文渐暴露出它的一些弱点，这些弱点主要体现在以下几个方面：( 1 1 当管理信息库越来越大时，占用资源越来越多，会影响整个网元的运行效率。( 2 ) 代理进程一次只能处理一个t a b l e 或g r o u p 节点，效率差；( 3 ) 在代理进程运行时，m i b 结构是固定的，无法动态增加和删除；( 4 ) 许多设备具有分布式运行环境，集中式代理结构则不再适用。鉴于以上原因，i e t f 在扩展的s m 佃框架中提出了一种分布式代理结构，随后又定义了标准的可扩展代理协议a g e n t x ( a g e n te x t e n s i b l i t y ) 3 , 4 1 0 下面将详细介绍。2 2基于分布式代理进程体系结构的扩展的s n m p 框架2 2 1 分布式代理进程结构工作原理分布式代理进程的实质是将本来是一个代理进程完成的任务，分给多个进程来共同完成。其中一个进程为主代理进程，其余为子代理进程。每个子代理进程负责管理一个设备中的整个管理信息库的一个子集；主代理进程负责处理与管理者之间的所有报文，主代理进程与子代理进程之间以某种内部的通信协议来交换信息。2 22 基于分布式代理进程结构基于分布式代理进程体系结构的扩展的s n m p 框架仍然是由管理者：网管代理进程；被管实体；管理信息库和管理者与s n m p 协议五个部分构成。所不同的是代理进程的结构发生了变化，它由以下几部分组成：( 参见里丑丝)图2 2分布式代理的s n m p 网管框架示意圈第8 页国防科学技术大学研究生院学位论文= 罩= = = = = = = = = = = = = = = = 皇= 畜= = = = = = = = = = = = = = = 皇皇= 昌罩= = 畜篁i i ii i = = = = = =主代理：接收来自子代理的会话建立及m m 区域的注册请求；发送和接收s n m p协议消息，但是不执行具体管理操作；基于已经注册的m i b 区域，发送和接收a g e n t x协议消息；收集来自子代理的陷阱报文并转发给管理者。多个子代理实体：子代理可以与主代理位于同一主机或者位于被管设备的子板上，它的主要功能是发起a g e n t x 会话，然后向主代理注册m i b 区域；实例化管理对象：将对象标识与所注册的区域中实际变量绑定；执行变量的管理操作；发起陷阱报文等。a g e n t x 协议：主代理与子代理之间通过a g e n t x 协议进行通信。2 2 3a g e n t x 协议研究2 _ 2 3 1a g e n l x 协议中的基本术语连接标识( c o n n e e t i o n i d ) ：用来区分主代理进程与多个子代理进程之问建立的通信连接。通常一个连接标识能够唯一确定一个子代理进程；会话标识( s e s s i o a i d ) ：用来唯一地区分在某连接上主代理与子代理之间的一次会话。一个连接上可以建立多个会话。区域( r e g i o n ) ：个区域可能是一棵子树，可能是某个表的一行。在一个会话上可以注册多个区域。子代理向主代理注册m i b 时是以r e g i o n 为单位来进行的。事务标识( t r a n s a g t i o h i d ) ：标识对于一个会话的事务。对于一个给定的会话( s e s s i o n )来说，事务标识必须唯一，每一个s n m p 管理请求与一个a g e n t xp d u 相关联；如果同一个s n m p 管理请求产生了多个a g e n t xp d u ，每个p d u 必须包含相同的事务标识。而对于不同的s n m p 管理请求所产生的a g e n t xp d u 则必须具有不同的事务标识。对于与s n m p 管理无关的a g e n t xp d u 不必分配事务标识。包标识( p a c k e t l d ) ：发送者为除a g e n t x - r e s p o n s e - p d u 之外的所有a g e n t xp d u 生成一个p a c k e t l d ，而a g e n t x - r e s p o n s e - p d u 中所包含的p a c k e t l d 必须与相关的a g e n t xp d u 的p a c k e t l d 相同。m a s t e r a g e n t 可能会用此字段将它们收到的r e s p o n s e p d u 与它们发出的请求p d u 联系起来；s u b a g e n t 则可能会用该字段去区分多个注册请求。2 2 3 2a g e n t x 协议中的pd ua g e n t x 中的p d u 共有1 8 种，可以分为两类，一类是用来执行管理功能的( 共l0种) ，另一部分是用来实现s n m p 的基本功能的( 8 种) 。其中，执行管理功能的p d u有：( 1 ) a g e n t x - o p e n - p d u ：由子代理发出，请求与主代理建立个会话；( 2 ) a g e n t x - c l o s e - p d u ：由子代理或主代理发出，请求终止一个会话；( 3 ) a g e n t x - r e g i s t e r - p d u ：由子代理发出，向主代理注册子代理所管理的区域；( 4 ) a g e n t x - u n r e g i s t e r - p d u ：由子代理发出，向主代理注销子代理所管理的区域；( 5 ) a g e n t x p i n g p d u ：由子代理或主代理发出，监控与主子代理的连接情况；( 6 ) a g e n t x 1 n d e x a l l o c a t e - p d u ：由子代理生成，在多个子代理共享同一个表时，请求分配索引，以得到表中某些行的控制权：第9 页国防科学技术大学研究生院学位论文( 7 ) a g e n t x - i n d e x d e a u o c a t e - p d u ：由子代理生成，请求释放索引；( 8 ) a g e n t x - a d d a g e n t c a p s - p d u ：由子代理生成，通知主代理对于增加子代理的代理能力；( 9 ) a g e n t x - r e m o v e a ；e n t c a p s - p d u ：由子代理生成，通知主代理请求删除所申请的代理能力；( 1 0 ) a g e n t x - r e s p o n s e - p d u ：由子代理或由主代理生成，用来响应对方的请求。实现s n m p 基本功能的p d u 有：( 1 ) a g e n t x - g e t - p d u ：相当于s n m p 的g e t - p d u ；( 2 ) a g e n t x - g a n e x t p d u ：相当于s n m p 的g e t n e x t p d u ；( 3 ) a g e n t x - g e t b u l k - p d u ：相当于s n m p 的g e t b u l k - p d u ；( 4 ) a g e n t x - n o t i f y - p d u ：相当于s n m p 的t r a p - p d u ：( 5 ) a g e n t x - t e s t s e t - p d u ；( 6 ) a g e n t x - c o m m i t s e t ；( 7 ) a g e n t x - u n d o s e t ；( 8 ) a g e n t x - c l e a n u p s e t ：( 5 ) ( 6 ) ( 7 ) ( 8 ) 共同完成s n m p 的s e t - p d u 。2 2 3 3a g e n t x 协议的分析2 2 3 3 1事务的并发执行正如前面所述，主代理的任务是接收m a n a g e r 的s n m p 请求，并分派a g e n t x 协议包给s u b a g e n t ，然后收集s u b a g e n t 的返回结果，并返回给m a n a g e r 。对于m a s t e ra g e n t来说，每一个s n m p 请求就是一个独立的事务，一个事务可能包含对多个o i d 的操作请求。事务的并发执行包含两方面的含义：( 1 ) 多个事务是可以并发执行的；( 2 ) 一个事务中的多个操作请求是可以并发执行的。a g e n t x 协议规定为每一个s n m p 请求报文分配一个不同的事务标识。每一个s n m p 请求报文可能会使m a s t e r a g e n t 向s u b a g e n t 发出多个a g e n t x 请求报文，每一个a g e n t x 请求报文则分别分配一个不同的包标识，由m a s t e ra g e n t 发出到s u b a g e n t 的a g e n t x 消息则必须携带此事务标识和包标识，而s u b a g e n t 返回的响应消息则必须携带相应的事务标识和包标识。这样，对于每一个s n m p 请求报文，也即一个事务，就变成了多个a g e n t x 协议请求，m a s t e r a g e n t 必须保证每一个a g e n t x 的响应报文到达且操作成功，才认为整个事务完成。如果有一个返回不成功或超时，则认为整个事务失败并回滚己完成的操作。第1 0 页国防科学技术大学研究生院学位论文图2 3m a s t 日a g e n t 分派& g e n t x 消息示意图2 2 3 3 2事务的原子性圈圈固固图2 4地e n t x 中的两阶段提交协议第1 l 页国防科学技术大学研究生院学位论文为了保证事务的原子性，a g e n t x 引入了两阶段提交协议。处理一个s e t 事务时，分派a 4 9 e n t x 报文的三种可能的顺序：( 1 ) t e s t s v tc o m m i t s e tc l e a n u p s e t( 2 ) t e s t s o tc o m m i t s e tu n d o s e t ( 见幽( 3 ) t e s t s e tc l e a n u p s e t2 2 33 3事务的正确性a g e n t x 协议保障事务的正确执行手段是协议确保对于每一个s e s s i o n 的a g e n t x 请求消息必须是顺序执行的。这样就保证了并发执行时不会存在数据的写后写和写后读相关。2 2 3 4a g e n t x 协议的实现主代理和子代理应当分别维护如下三张表：连接表，会话表及注册表。表2 1a g e n b x 协议实现一连接表表2 2a 9 e n t x 协议实现一会话表表2 3a g e n t x 协议实现一注册表通过维护以上三张表，主代理可以实时地掌握有哪些子代理向自己申请建立了连接，对于每一个已经建立连接的子代理建立的会话有没有结束，每个子代理的代理能力等。连接的建立与拆除；在r f c2 7 4 1 中没有明确说明如何建立子代理进程与主代理进程问的连接。在实现时可以在子代理进程初始化时向主代理进程的w e l l k n o w n 的地址发起连接请求，连接建立之后，主代理和子代理分别记忆这个连接相关的信息。今后所有的a g e n t x 协议包则均是基于该连接之上的。主代理和子代理双方进程定时发a g e n t x p i n g - p d u 检测连接质量，连发多个均超时未响应情况下则认为对方已经不存在，则可以删除该连接。会话的建立与终止：会话的建立也是由子代理发起，子代理发a g e n t x 。o p e n - p d u请求，主代理进程收到该请求分配一个s e s s i o n i d ( 此标识应唯一) ，在会话表中增加条记录，然后填写相应的r e s p o n s e 报文给子代理，此s e s s i o n 即告建立。子代理可以建第1 2 页国防科学技术大学研究生院学位论文立多个会话，会话的终止请求可以由子代理或主代理任何一方发出。m i b 的动态加载与删除：子代理将基于s e s s i o n i d 用a g e n t x - r c g i s t e r - p d u 注册r c 百o n ，主代理将为此r e g i o n 在注册表中建立相应的记录。每当管理者发s n m p 报文请求( g e t , s e t ) 操作时，主代理将检索此注册表，匹配相应记录，并生成相应s n m p 操作的a g e n t x 报文给予代理，子代理处理之后将结果返回给主代理，主代理再生成相关s n m p响应报文给管理者。子代理可以用a 喀e n t x - u n r e g i s t e x - p d u 取消r e g i o n 注册。主代理只将该r e g i o n 从注册表中删除，该子树或子表就被动态的删除了。总之，分布式网管代理结构可以实现m i b 的动态加载和删除；可以支持s n m p 请求的并行处理；可以实现多个子代理共享同一张表；可以大大提高网管的效率和灵活性。2 3集中式与分布式代理进程结构的比较集中式代理进程结构优点：简单，易于实现。缺点：集中处理，对s n m p 报文的处理速度和效率较差；处理s e t 报文时，由于同时只能写一个表中的一条记录，因此容易形成瓶颈；不能充分利用网络设备本身的分布式环境的优越性：在代理进程运行时，m i b 结构是固定的，无法动态增加和删除。分布式代理进程结构优点：把主代理的处理任务分布到各个子代理上，减轻了主代理的负担，同时可以分布并行处理，大大提高了工作效率；子代理可以独立开发而不必了解其它s u b a g e n t 的存在；当在分布式环境中，提高工作效率；可以动态地添加和删除m i b 。缺点：较集中式复杂；增加了通信开销。2 4小结分布式比集中式代理进程有许多优越之处，但是不能简单地说集中式与分布式代理结构哪一种更好，具体使用拿一种要视具体情况而定。当被管理设备相对比较简单，管理信息库较小时，使用集中式为佳，而在以下几中情形中可以考虑采用分布式代理结构：被管理设备较复杂；管理信息库的表数据较大，以至于影响存取效率时；被管理设备运行在分布式环境中；当需要动态加载或删除m i b 子树时。第1 3 页国防科学技术大学研究生院学位论文第3 章大容量信令网关介绍本章介绍了信令网关的相关知识、功能、工作原理。然后介绍了引入大容量信令网关的背景。接着介绍了大容量信令网关