（计算机系统结构专业论文）基于osi协议栈的嵌入式snmp代理的设计与实现.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘要 随着信息社会的发展，网络互连的规模越来越大，连网设备越来越多样，解 决异构网络设备的互连问题，开发出符合网络管理标准的设备已经成为众多设备 生产厂商的迫切需求。网络设备供应商必须在其生产的设备上嵌入代理，收集、 保存设备的相关信息，并为管理者提供访问接口。嵌入式代理属于网络管理软件 的服务器端软件，构建一个代理需要完成大量的工作，包括用户接口、网络管理 信息表示、网络管理应用、网络管理数据传输服务、m m 访问、通信协议栈等。 本课题的目标是设计实现一种基于o s i 协议栈的嵌入式s n m p 代理，将该代 理嵌入到被管o s i 网络设备中，就可以使o s i 网络设备具备s n m p 网络管理功能， 使得异构网络环境中的o s i 网络设备能够接受统一的s n m p 网络管理。 本文首先介绍了课题的研究背景与意义，综述了基于o s i 协议栈的嵌入式 s n m p 代理的研究现状，随后概述了s n m p 网络管理和o s i 协议栈的相关知识。 在概要设计部分，本文给出了基于o s i 协议栈的嵌入式s n m p 代理的开发及 其应用环境，设计了基于o s i 协议栈的s n m p 协议框架。 本文的研究重点在于设计实现s n m p 网络管理数据在o s i 通信协议栈上的传 输服务，主要包括三方面的内容：一、基于o s i 协议栈的o s i s o c k e t 接口；二、 o s i 协议栈m i b ；三、基于o s i s o c k e t 的s n m p 服务器进程。在详细设计与实现 部分，对课题研究的三个主要内容作了详细描述，并对设计实现的s n m p 服务器 进程进行了简单的g e t s e t 功能测试。 最后，对本文所做的工作进行了总结，提出了实现全部代理功能还需要完成 的其它模块的工作。 关键词：嵌入式代理，s n m p 网络管理，o s i 协议栈，s n m p 服务器进程 重庆大学硕士学位论文英文摘要 a b s t r a c t a l o n gw i t h t h ed e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o n s o c i e t y , t h e s c a l eo fn e t w o r k i n t e r c o n n e c t i o ni sl a r g e ra n dl a r g e r , a n dt h en e t w o r ke q u i p m e n t sa r em o r ea n dm o r e m u l t i p l e t or e s o l v et h ep r o b l e mo f i n t e r c o n n e c t i o nb e t w e e nh e t e r on e t w o r ke q u i p m e n t s ， t h e r ei sa l lu r g e n tn e e df o rm a n ym a n u f a c t u r e st od e v e l o pe q u i p m e n t sa c c r o d i n gw i t h t h en e t w o r km a n a g e m e n ts t a n d a r d s t h en e t w o r ke q u i p m e n tp r o v i d e r sm u s te m b e da n a g e n ti n t ot h em a n a g e de q u i p m e n tt oc o l l e c ta n dk e e pt h ee q u i p m e n t si n f o r m a t i o na n d p r o v i d ea c c e s s i n gi n t e r f a c e s f o r t h em a n a g e r t h ee m b e d d e da g e n t w h i c hi sa s e r v e r - e n ds o f t w a r e ，b e l o n g st ot h en e t w o r km a n a g e m e n ts o f t w a r e t om a k ea na g e n t ， t h e r ei sal o to fw o r kt o d o ，i n c l u d i n gu s e ri n t e r f a c e , p r e s e n t a t i o n o fn e t w o r k m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n ，a p p l i c a t i o no fn e t w o r km a n a g e m e n t ，t r a n s m i s s i o ns e r v i c eo f n e t w o r km a n a g e m e n td a t a , m i ba c c e s s i n g , c o m m u n i c a t i o np r o t o c o ls t a c k s ，e t c t h er e s e a r c h sg o a li st od e s i g na n di m p l e m e n tak i n do fe m b e d d e ds n m p a g e n t b a s e do no s ip r o t o c o ls u i t e w h e ni ti se m b e d d e di n t ot h eo s in e t w o r ke q u i p m e n t ， t h e nt h eo s in e t w o r ke q u i p m e n ti sp r o v i d e dw i t hs n m pn e t w o r km a n a g e m e n t c a p a b i l i t y , s ot h eo s in e t w o r ke q u i p m e n ti nh e t e r on e t w o r ke n v i r o n m e n tc o u l db e u n i t e d l ym a n a g e db ys n m pn e t w o r km a n a g e m e n t f i r s t , t h ep a p e ri n t r o d u c e st h eb a c k g r o u n da n dt h em e a n i n go ft h er e s e a r c h ，t h e ni t s u m m a r i z e st h er e s e a r c h i n gs t a t u so fe m b e d d e ds n m pa g e n tb a s e do no s ip r o t o c o l s u i t e i ts u m m a r i z e st h ek n o w l e d g eo fs n m pn e t w o r km a n g e m e n ta n do s ip r o t o c o l s u i t es u b s e q u e n t l y i nt h eg e n e r a l d e s i g np a r t ， i t p r e s e n t s t h ed e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o n e n v i r o n m e n to ft h ee m b e d d e ds n m pa g e n tb a s e do no s ip r o t o c o ls u i t e ，a n dd e s i g n s t h es n m p p r o t o c o lf r a m e w o r kb a s e do no s ip r o t o c o ls u i t e t h ep a p e r sr e s e a r c h i n ge m p h a s i z e so nt h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fs n m p n e t w o r km a n a g e m e n t sd a t at r a n s m i s s i o ns e r v i c eo v e ro s ip r o t o c o ls u i t e ，w h i c h c o n t a i n st h r e em a i nm a t t e r s f i r s t ，o s l s o c k e ti n t e r f a c e sb a s e do no s ip r o t o c o ls u i t e ， s e c o n d ，m i bv ，啊a b l e so fo s ip r o t o c o ls u i t e 删r d ，s n m ps e r v e rp r o c e s sb a s e do n 0 s i s c o k e ti n t e r f a c e s i nt h ed e t a i l e dd e s i g na n di m p l e m e n t a t i o np a r t ，i td e s c r i b e st h e r e s a r c h st h r e em a i nm a t t e r si nd e t a i l ，a n dd o e sas i m p l eg e t s e tf u n c t i o nt e s tt ot h e s n m ps e r v e rp r o c e s s f i n a l l y , t h ep a p e rm a k e sas u m m a r yo ft h er e s e a r c h i n gw o r k , a n dd e s c r i b e so t h e r i i 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 m o d u l e s w o r kr e q u i r e dt oi m p l e m e n ta l lt h ea g e n t sf u n c t i o n s k e y w o r d s ze m b e d d e da g e n t ，s n m pn e t w o r km a n a g e m e n t ，o s ip r o t o c o ls u i t e ， s n ms e r v e rp r o c e s s m 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重废太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。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意。 学位论文作者签名： 夸童、氏 签字日期：1 年占月牛日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重庞太堂有关保留、使用学位论文的 规定，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。本人授权重庞太堂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，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 保密() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密( v ) 。 ( 请只在上述一个括号内打“4 ”) 学位论文作者签名： 专彀氏 签字日期：枷。7 年b 月毕e t 导师签名：志彳 签字日期：如刁年z 月午e t 重庆大学硕士学位论文1 绪论 1 绪论 本章从网络管理技术的现状及发展趋势出发，概括介绍了本文研究背景与意 义，综述了基于o s i 协议栈的嵌入式s n m p 代理的研究现状，并简要介绍了本文 的主要研究内容，最后介绍了本文的组织结构。 1 1 研究背景与意义 随着信息社会的发展，网络互连的规模越来越大，连网设备越来越多样，社 会对网络的依赖程度越来越高，网络的高效、可靠的运行管理也越来越重要。异 构型网络设备、多协议栈互连、性能需求不同的各种网络业务更增加了网络管理 的难度和管理的费用。因此，研究网络管理的理论、开发先进的网络管理技术、 采用自动化的网络管理工具就成为一项迫切的任务【l 】。 和网络互连技术本身一样，网络管理正在向标准化的方向发展。在网络管理 技术的研究、发展和标准化方面，国际标准化组织i s o 和i n t c t l c t 体系结构委员会 及其下属的工作组都做了卓有成效的工作。早在2 0 世纪7 0 年代末，国际标准化 组织在提出其开放系统互连参考模型o s i r m 2 1 ( o s l r e f e r e n c em o d e l ) 的同时，就 提出了网络管理标准的框架，即开放系统互连管理框架o s i m f s l ( o s i m a n a g e m e n tf r a m e w o r k ) ，并制定了相应的协议标准，即公共管理信息服务和 公共管理信息协议c m i s 4 c m i p p l ( c o m m o nm a n a g e m e n t i n f o r m a t i o n s e r v i c e 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 ) 。t c p i p 协议由于其开放性， 自2 0 世纪9 0 年代以来逐渐得到网络制造商的支持，获得了广泛的应用，i n t e r n e t 体系结构委员会提出了相应的网络管理标准，即简单网络管理协议s n m p l 6 j ( 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 ) 。目前，基于t c p i p 的s n m p 网络管理 的应用较为广泛，但从长远来看，o s i 管理框架更适合结构复杂、规模庞大的异构 型网络【7 1 。 网络管理标准的成熟刺激了制造商的开发活动。近年来市场上陆续出现了符 合国际标准的商用网络管理系统，这些系统有的是主机厂家开发的通用网络管理 开发软件( 例如i b mn c t v i e w 、h po p e n v i e w ) ，有的则是网络产品制造商推出的 与硬件结合的网管工具( 例如c i s c o w o r k s 2 0 0 0 、c a b l e t r o ns p e c t r u m ) 悸，】。网络管 理系统一般采用典型的管理者代理结构，包括四大部分，即用户管理平台运行的 管理者，嵌入被管设备的代理，管理者与代理之间的通信协议和管理信息库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 ) 。嵌入式代理负责收集、保存网络设备的相关信 息，并为管理者提供访问接口。管理者通过访问代理来获取被管设备信息，管理 重庆大学硕士学位论文1 绪论 者对被管设备的操作命令也提交给代理，然后由代理进行过滤、解析，进而操作 被管设备1 1 0 1 。 然而，网络环境和网络设备的多样性使得从全网的角度来管理整个网络的资 源变得十分困难【l ”，单纯依靠某个网管工具难以实现全部的功能，通常是各个厂 家开发出各自的网管工具来管理异构网络中自家的设备，这样必然导致管理效率 的低下。一种解决方法就是各个厂家在开发生产设备时都遵守相同的网络管理标 准，接受统一的网管工具来管理。 作者在参与“o s i 网管接口软件”项目的开发过程中，深入学习了嵌入式代理 和o s i 通信协议栈的相关知识，利用该项目提供的软硬件资源，设计实现一种基 于o s i 协议栈的嵌入式s n m p 代理，将该代理嵌入到被管o s i 网络设备中，就可 以使o s l 网络设备具备s n m p 网络管理功能，使得异构网络环境中的o s i 网络设 备能够接受统一的s n m p 网络管理，这对于复杂网络的统一管理具有一定的学术 和实用意义。 “o s l 网管接口软件”项目简介：该项目设计实现了一种v - n o d e 通讯信号传 输设备上的嵌入式专用网管代理，该代理支持网络管理数据在o s i 通信协议栈上 的传输服务。 1 2 研究现状综述 早在2 0 世纪8 0 年代初，国际标准化组织( i s o ) 和国际电信联盟通讯标 准化部( r r u t ) 就联合构建制定了o s i 协议栈。o s i 协议栈由一系列基于o s i 参 考模型的标准协议组成 1 2 , 1 3 】，主要应用于传统的电信网管系统。i n t e m e t 的发展相 对阻碍了o s l 协议栈的应用，而最初为了解决i n t e r n e t 上路由器的管理问题而被提 出的简单网络管理协议( s n m p ) 却随着i n t e r n e t 的发展得到了众多设备厂商的支 持，成为了网络管理领域事实上的标准【“】。 s n m p 的设计是与下层的网络协议无关的，它可以在i p 、i p x 、a p p l e t a l k 、 o s i 以及其它多种网络协议上运行f 1 5 1 。对于基于o s i 的s n m p 的研究工作开始于 2 0 世纪9 0 年代初，i e t f 于1 9 9 0 年6 月提出了“s n m po v e r o s i ”草案，随后经 历了两次意见征集和修订，于1 9 9 3 年3 月形成了“s n m po v e ro s i ”标准【16 1 。与 s n m p 相伴的m m 、s m l ( 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 ) 、a s n 1 ( a b s t r a c t s y n t a xn o t a t i o n1 ) 也都形成了各自的草案和标准。 网络设备供应商需要考虑的一个重要方面就是要满足远程监控和设备管理的 配置能力等方面的需求，必须能够有效的访问设备的所有性能。为此，必须在被 管网络设备上嵌入代理，收集、保存网络设备的相关信息，并为管理者提供访闯 接口。网络设备供应商必须完成许多工作才能完备所有代理功能，如请求处理、 2 重庆大学硕士学位论文1 绪论 请求等待和事务监控等等，另外还要编写他们的设备相关层。构建一个代理需要 繁多的协议专门知识，并将花费大量的时间和金钱。为此，一些软件公司提供了 开发嵌入式代理的解决方案，如美国a d v e m n e t 公司的a d v e n t n e ta g e n tt o o l k i t ， 它提供了c 和j a v a 两种版本的解决方案，并提供了相应的仿真和测试代理的工具。 遗憾的是，现有的商用网络管理系统一般通过在被管设备中嵌入多协议栈或 通过委托代理的方式来实现对异构网络的管理，具有资源消耗大、系统稳定性差、 管理性能低、各个管理系统难以融合等缺点。 1 3 本文的主要研究内容 嵌入式代理属于网络管理软件的服务器端软件，构建一个代理需要完成大量 的工作，包括用户接口、网络管理信息表示、网络管理应用、网络管理数据传输 服务、m i b 访问、通信协议栈等( 详见4 3 1 节) 。本文的研究重点在于设计实现 s n m p 网络管理数据在o s i 通信协议栈上的传输服务，主要包括三方面的内容； 基于o s i 协议栈的o s i s o c k e t 接口。 e t s ( e m b e d d e dt e l e c o m m u n i c a t i o ns t a c k s ) 是为解决嵌入式设备的通讯而开 发的一个嵌入式通讯协议栈包，支持l l c i ，c l n p ，e s i s ，i s ，i s ，t p 4 协议。t p 4 对上层的接口是原语形式的，需要设计基于o s i 协议栈的o s i s o c k e t ，为上层s n m p 应用提供接口。 o s i 协议栈m i b 。 设计o s i 协议栈的m i b 变量，实现对o s i 协议栈的管理。 基于o s i s o c k e t 的s n m p 服务器进程。 为了满足嵌入式代理实时性的要求，选择执行速度较快的c 语言来实现基于 o s i s o c k e t 的s n m p 服务器进程。开发编译环境为“o s i 网管接口软件”项目所采 用的v x w o r k s & t o m a d o l l 。 1 4 本文的组织结构 绪论 介绍本课题的研究背景与意义，综述基于o s i 协议栈的嵌入式s n m p 代理的 研究现状，简要介绍本文的主要研究内容。 s n m p 网络管理概述 概述s n m p 网络管理的相关知识。 o s i 协议栈概述 概述o s i 协议栈的相关知识。 基于o s i 协议栈的s n m p 设计 3 重庆大学硕士学位论文i 绪论 设计基于o s l 协议栈的嵌入式s n m p 代理的框架，对本文的主要研究内容作 了概要设计。 s n m p 在o s i 协议栈上的传输实现 就课题的三个主要研究内容作了详细设计与实现，并对设计实现的s n m p 服 务器进程进行了简单的g e t s e t 功能测试。 结论与展望 总结本文所做的工作，提出完成嵌入式代理所需完成的其它模块的工作。 4 重庆大学硕士学位论文 2s n m p 网络管理概述 2 s n m p 网络管理概述 基于o s i 模型的公共管理信息协议( c m i p ) 体系结构和基于t c p i p 模型的 简单网络管理协议( s n m p ) 体系结构是当今网络管理技术中的两种主要网络管 理体系结构。本章概述了s n m p 网络管理的相关知识，包括s n m p 网络管理协议、 s n m p 网络管理模型、s n m p 管理信息库、s n m p 网络管理工作方式和s n m p 网 络管理的特点。最后描述了s n m p 是如何映射到o s i 协议栈上的。 2 1网络管理技术的发展 网络管理技术是随着网络的发展而发展的。早期以人工交换电话网为主的网 络的管理是采用人工方式进行的，由于网络设备构成和网络业务都比较简单，管 理内容也比较简单。例如业务流量的控制以及转接路由的选择由话务员的接续来 完成，不可能产生网络拥塞现象，设备和线路故障也比较好查找。自动交换机和 计算机网络出现以后，情况发生了变化，即交换机和路由器等网络设备本身具有 了一些网络管理功能，出现了人工与自动相结合的管理方式。但这时网络设备的 管理功能还是很有限的。这时的管理方式主要是以网络管理中心为主的集中式管 理。随着计算机技术的进步和网络的高速发展，网络设备越来越复杂，因而要求 网络设备自身要有较强的自我管理功能。由于网络设备自身具有了较强的网络管 理功能，使锝网络管理方式从以集中为主变为以分散为主。为了能够综合管理整 个网络，在网络之上又建立了管理网，使得网络管理系统在体系结构上更加完善、 更加合理【1 4 , 1 7 。 2 2 网络管理体系结构 网络管理体系结构是建立网络管理系统的基础。不同的管理体系结构会带来 不同的管理能力、管理效率和经济效益，进而决定网络管理系统的不同的复杂度、 灵活度和兼容性。 传统的网络管理系统是对应具体业务和设备的，不同业务、不同厂商的设备 需要不同的网络管理系统。各种网络管理系统之间没有统一的操作平台，相互之 间也不能互通，许多管理操作是现场的物理操作。 国际标准化组织提出的基于远程监控的管理框架是现代网络管理体系结构的 核，i l , 。这一管理框架的目标是打破不同业务和不同厂商设备之间的界限，建立统 一的综合网络管理系统，变现场的物理操作为远程的逻辑操作。 在这一管理框架中，网络资源的状态和活动用数据定义并表示。远程监控系 5 重庆大学硕士学位论文 2s n m p 网络管理概述 统对网络资源的管理操作变为简单的对数据库的操作。 基于远程监控的管理框架，o s i 开发了远程监控模型o s i 系统管理模型。 它的核心是一对相互通信的系统管理实体( 进程) 。管理进程与一个远程系统相互 作用，实现对远程资源的控制。在这种体系结构中，一个系统的管理实体担当管 理者角色，而另一个系统的对等实体担当代理者角色，代理者负责访问被管资源 的数据( 被管对象) 。管理者角色与代理者角色不是固定的，而是由每次通信的性 质所决定的。担当管理者角色的进程向担当代理者角色的进程发出操作请求，担 当代理者角色的进程对被管对象进行操作和将被管对象发出的通报传向管理者。 这些建议已被普遍接受，并形成了两种主要的网络管理体系结构，即基于o s i 模型的公共管理信息协议( c m i p ) 体系结构和基于t c p i p 模型的简单网络管理 协议( s n m p ) 体系结构【。 c m i p 体系结构是一个通用的模型。它能够对应各种开放系统之间的管理通 信的操作，开放系统之间既可以是平等关系，也可以是主从关系，因此它既能够 进行分布式的管理，也能够进行集中式的管理。 s n m p 体系结构最初是一个集中式模型。在一个系统中只有一个顶层管理站， 管理站下设多个代理者，管理站中运行管理进程，代理者中运行代理进程。二者 角色不能互换。从s n m p v 2 开始，分布式模型开始采用，在这种模型中，顶层管 理站可以有多个，被称为管理服务器。在管理服务器和代理者之间，加入中间服 务器。管理服务器运行管理进程，代理者运行代理进程，中间服务器在与管理服 务器通信时运行代理进程，在与代理者通信时运行管理进程。 c m i p 体系结构和s n m p 体系结构具有各自的优点。c m i p 的优点是通用和 完备，而s n m p 的优点是简单和实用。在实际中，c m i p 在电信管理网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 tn e r o ) 中得到了应用，而s n m p 在计算机 网络管理，尤其是i n t e r n e t 的管理中得到了应用。随着i n t c r a e l 的迅猛发展，s n m p 的影响也日益强大，其自身也德到了较快的改善。 2 3s n m p 网络管理 网络管理协议指定了网络管理系统调用的客户端进程与主机或路由器上执行 的服务器进程之间的通信规范，通常把支持简单网络管理协议的网络管理简称为 s n m p 网络管理。 2 3 1s n m p 网络管理协议 s n m p 协议是i n t e m e t 网络管理的标准协议，已经成为整个数据通信网标准 的网络管理协议。s n m p 先后经历了s n m p v l ，s n m p v 2 ，s n m p v 3 三个版本。 s n m p v l 最大的特点就是简单性，容易实现且成本低，只能在t c p i p 协议上运 6 重庆大学硕士学位论文 2s n m p 网络管理概述 行，不支持别的网络协议；s n m p v 2 相对s n m p v l 着重在管理信息结构、管理者 与代理之间的通信能力和协议操作3 个方面进行了改进，并支持在多种网络协议 上运行，如o s i 、a 口p l c t a l k 和i p x 等，适用多协议网络环境( 但它的缺省网络协 议仍是u d p ) ；s n m p v 3 则定义了包含s n m p v l ，s n m p v 2 所有功能在内的体系 框架和包含验证服务、加密服务在内的全新的安全机制，规定一套专门的网络安 全和访问控制规则，大大加强了网络管理的有效性和安全性【1 】。 2 3 2s p 网络管理模型 s n m p 网络管理模型( 见图2 3 2 1 ) 中，管理信息库m m 中存放的是被管设 备的相关信息，例如被管设备的名称、运行时间、接口速度、接口接收发出的报 文等等，当前的管理信息库版本为m i b i i ；管理信息结构s m i 用于定义管理信息 库m i b 的结构和表示符号，限制在m m 变量中允许的变量类型，指定对这些变 量命名的规则以及创建定义变量类型的规则；而s n m p 网络管理协议则是管理进 程( 位于网管工作站上) 和代理进程( 位于被管设备上) 之间的通信协议。 s m l n m s ： 网管工作站 m o ： 被管设备 m a g e r ：管理进程a g e n t ： 代理进程 m m ：管理信息库s m h管理信息结构 s n ，：简单网络管理协议 图2 3 2 1s n m p 网络管理模型 f i g u r e2 w 321s n m pn e t w o r km a n a g e m e n tm o d e l 在图2 3 2 1 所示的s n m p 网络管理模型中，代理进程是直接运行在被管设 备上的，本文中称此种代理为嵌入式代理( e m b e d d e da g e n t ) 。从客户服务器模 式的角度来看，代理进程运行的是服务器端软件，管理进程运行的是客户端软件。 另外一种方法用委托代理( p r o x y a g e n t ) 来管理一个或多个非标准设备【i ”。 委托代理和非标准设备之间运行制造商专用的协议，而委托代理和管理站之间运 行标准的网络管理协议。这样，管理站就可以用标准的方式通过委托代理得到非 标准设备的信息，委托代理起到了协议转换的作用，如图2 3 2 2 所示。 7 重庆大学硕士学位论文 2s n m p 网络管理概述 图2 3 2 2 委托代理 f i g u r e2 3 2 2p r o x y a g e n t 2 3 3s n m p 管理1 言息库 s n m p 网络管理模型的核心是由代理进程维护而由管理进程读写的管理信息 库。复杂的异构网络一般由多个厂家生产的设备组成的，主机可能是s p a r c 工 作站或p c 机，路由器可能来自于c i s c o 、3 c o m 、华为或其他厂商。要使网管工 作站( 可能来自另一个不同的供应商) 与不同种类的被管设备通讯，就必须以一 种与厂家无关的标准方式精确定义网络管理信息。此外，还需要为它们定义一种 适于网络传输的编码方式。在传输各类数据时，s n m p 协议首先要把内部数据转 换成a s n i 语法表示，然后发送出去，另一端收到此a s n 1 语法表示的数据后也 必须首先变成内部数据表示，然后才执行其他的操作。这样就实现了不同系统之 间的无缝通信，即在异构网络环境中统一进行$ n m p 网络管理f l ”。 m i b 定义了s n m p 服务器必须维护的所有变量( 包括概念性变量) 。s m i 用 于定义m i b 的结构和表示符号，限制在m i b 变量中允许的变量类型，指定对这 些变量命名的规则以及创建定义变量类型的规则。 s n m ps m i 标准规定m i b 变量仅包括两种类型：简单变量和表格，必须使用 i s o 的抽象语法记法l ( a b s t r a c ts y n t a xn o t a t i o n l ，a s n 1 ) 定义和引用所有m i b 变量。 简单变量包括诸如有符号的或无符号的整型变量及字符串之类，也包括一些 数据集合，它们对应于诸如c 程序设计语言的“结构”或p a s c a l 程序设计语言的 “记录”。通常，s n m p 代理为每个简单变量维护一个实例。表格对应于一维数组， 一张表格可以包含变量的多个实例。例如，m i b 定义了一张对应于与该设备相连 的一组网络接口的表格，每个网络接口在该表格中对应一个表项。m i b 还定义了 另外一些概念性表格，如选路表。m i b 表格中的每个表项可以具有多个字段，这 些字段本身有可能是简单变量，也有可能是表格o ”。 m i b 根据a s n 1 为所有的变量命名。a s n 1 定义了一个分级的名字空间，每 8 重庆大学硕士学位论文 2s n m p 网络管理概述 个变量名都反映出它在分级结构中的位置。例如，m i b 名字的分级结构从国际标 准组织i s o 开始，相继经过组织( o r g a n i z a t i o n ) 子级、美国国防部( d e p a r t m e n to f d e f e n s e ) 子级、i n t e m e t 子级、管理( m a n a g e m e n t ) 子级，最终到达m i b 子级。 分级结构中每个部分都分配有一个标号，变量名用一系列的代表各子级的标号写 成，标号之间用句点相隔，其中最高层的标号位于最左边。因此，在i p 子级中用 于输入m 数据报的计数变量i p l n r e c e i v e s 的m i b 变量名是： i s o o r g d o d i n t e r n e t m g m t m i b i p i p l n r e c e i v e s 如上所示，m m 变量名有时会相当长。显然，表格中的表项的名字比简单变量的 名字还要长，因为它们还包括由该表项索引值和表项中所需子段名编码而成的附 加标号。 在发送和接收报文时，s n m p 并不是以文本字符串的形式保存变量名。事实 上，它使用a s n 1 中的数字格式来表示每个变量名。a s n 1 中的数字格式为变量 名中的每个标号分配一个唯一的整数，并用一个整数序列来表示该变量名。例如， 用一组序列标号来表示变量i p l n r e c e i v e s 的名字： 1 3 6 1 2 1 ，4 3 2 3 4s n m p 网络管理工作方式 s n m p 网络管理中有两种方式实现管理信息的传递：种是轮询 ( p o l l i n g - o n l y ) 方法，另一种是基于中断( i n t e r r u p t - b a s e d ) 的方法 2 2 1 。 s n m p 使用嵌入到网络设备中的代理软件来收集网络的通信信息和有关网络 设备的统计数据。代理软件不断地收集统计数据，并把这些数据记录到一个管理 信息库( m i b ) 中。网管工作站通过向代理的m i b 发出查询信号可以得到这些信 息，这个过程就叫轮询。为了能全面地查看一天的通信流量和变化率，管理人员 必须不断地轮询s n m p 代理，甚至达到每分钟就轮询一次。这样，网络管理员可 以使用s n m p 来评价网络的运行状况，并揭示出通信的趋势，如哪一个网段接近 通信负载的最大能力或出现问题等。 轮询方法的缺陷在于信息的实时性，尤其是发现信息错误的实时性不够。多 久轮询一次、轮询时选择什么样的设备顺序，都会对轮询的结果产生影响。与之 相比，当有异常事件发生时，基于中断的方法可以立即通知网络管理工作站，实 时性很强。但这种方法也有缺陷：在产生错误或自陷时，需要占用较大的系统资 源。最好的解决方法就是将以上两种方法相结合：面向自陷的轮询方法 ( t r a p d i r e c t e d p o l l i n g ) ，这可能是执行网络管理最有效的方法了。一般来说， 网络管理工作站轮询在被管理设备中收集数据，并且在控制台上用数字或图形的 表示方法来显示这些数据。被管理设备中的代理可以在任何时候向网络管理工作 站报告错误情况，而并不需要等到管理工作站为获得这些错误情况而轮询它的时 9 重庆大学硕士学位论文2s n m p 网络管理概述 候才会报告m 。 2 3 5s n m p 网络管理的特点 s n m p 网络管理的所有操作可用“取一存”( f e t c h - s t o r e ) 模式表示。从概念上 讲，s n m p 只含有两个命令，允许管理系统从数据项读取值，或把值存储到数据 项中。所有其他操作被定义为这两个操作所产生的副作用。例如，虽然s n m p 没 有一个明确的重启动操作，但可通过说明一个数据项，给出到下一次重启动前的 时间，并且管理系统可以为该数据项指定值( 包括零) ，从而定义与重启动等价的 操作。 使用“取一存”模式的主要优点是稳定性、简单性和灵活性。s n m p 尤其稳定， 这是因为即使为m m 增加新的数据项和为它定义新的操作( 这只是设置这些项的 副作用) ，s n m p 的定义仍然未变。s n m p 的简单性主要体现在它易于实现、理解 和调试，因为它避免了每个命令都设有特殊情况的复杂性。s n m p 的灵活性在于 它可适应框架中的任意命令【2 1 1 。 2 4s n m p 在o s i 协议栈上的映射 对于基于t c p i p 的s n m p 而言，s n m p 属于应用层协议，s n m p 报文在传 输层被封装成u d p 报文。轮询方式中，s n m p 代理使用u d p 的1 6 1 端口监听网 管工作站的请求；中断方式中，s n m p 代理主动向网管工作站的u d p 的1 6 2 端口 报告异常事件。s n m p 在o s i 协议栈上也采用类似的映射方式。 o s i 传输层的多路分解技术是基于“传输选择器”来实现的。传输选择器是 具有局部重要意义的不透明八位字串，类似于t c p i p 中的端口。t p 4 传输协议 既可以用于面向连接服务也可以用于无连接服务，s n m p 报文在传输层被封装成 t p 4 报文。 当采用无连接网络服务实现s n m p 网络管理时，s n m p 代理监听由6 个a s c i i 字符组成的“s n m p 1 ”传输选择器，发送s n m p 中断给正在监听由7 个a s c h 字 符组成的“s n m p t - 1 ”传输选择器的s n m p 网管工作站。当采用面向连接网络服务 实现s n m p 网络管理时，s n m p 代理监听由6 个a s c h 字符组成的“s n m p o ”传 输选择器，发送s n m p 中断给正在监听由7 个a s c i i 字符组成的“s n m p t o ”传 输选择器的s n m p 网管工作站【1 6 】。 1 0 重庆大学硕士学位论文3o s i 协议栈概述 3o s i 协议栈概述 o s i 协议栈由一系列基于o s i 参考模型的标准协议和规范组成( 见图3 ) 。这 些协议和规范是由国际标准化组织( i s o ) 和国际电信联盟通讯标准化部 ( i t u t ) 联合构建和制定的。通常，我们把支持o s i 协议栈的网络简称为o s i 网络。本章介绍了与研究课题相关的o s i 协议栈物理层、数据链路层、网络层和 传输层所包含的协议和提供的服务。o s i 协议栈其它层次的协议和规范与研究内容 无关，未作叙述。 0 8 ir e o r o n g e 舡o de i p p | i c a f i o n p 描# 0 嗽a 啊0 n s e s $ 莉6 n 竹a n s m t n e l w o r k d a 诸洳k p h 弹0 c 引 o s lp r o t o c o ! s u r e a s e 5 圈圈圈圆口 p r e o n t a t l l 晒 8 州鼯甜, p r e s e n 轴t l 口np f o l 0 0 0 l s o s s i o ns e r v 榔m i o np m t o e o ! t p ot p lt p 2 t p 3t p 4 c o 雌p ，c m n sc l n u n s l 目p l s e s i s 箍是 i e e e8 ( 1 2 3 1 1 e e 娜eb 0 骱2 8 9 i f d d ix 2 5 。毖瓣1 蒜焉0 瓣h 磊嬲。蠹蔫。 图3o s i 协议栈 f i g u r e3o s ip r o t o c o ls u i t e 3 1 o s i 协议栈物理层和数据链路层 o s i 协议栈物理层和数据链路层支持一系列的媒体接入协议，包括i e e e8 0 2 2 l l c 、i e e e8 0 2 3 、t o k e nr i n g i e e e8 0 2 5 、f d d i 和x r 2 5 ，这使得o s i 协议栈很 容易和其它协议栈( 如t c p i p 协议栈) 在相同的网络媒介上共存2 ”。 重庆大学硕士学位论文 3o s i 协议栈概述 3 2o s i 协议栈网络层 在o s i 的术语中，路由器被称为i s ( i n t e r m e d i a t es y s t e m ) ，工作站、主机( 或 任何非路由网络节点) 被称为e s ( e n ds y s t e m ) 。o s i 网络层地址通常被称为网络 服务访问点地址n s a p ( n e t w o r ks e r v i c ea c c e s sp o i m ) ，类似于t c p m 网络中的 i p 地址叫。 o s l 协议栈指定了两个网路层的路由协议： e s i s ( e n ds y s t e m t o i n t e r m e d i a t es y s t e m ) 发现协议：当终端系统需要 发送数据时用于定位网关路由器( i s ) 的协议。也就是用于e s 和i s 之间的协议，并不属于真正意义上的路由协议，非常类似于m 中的a r p 协议( a d d r e s sr e s o l u t i o np r o t o c 0 1 ) 。 i s i s (