基于SNMP的EPON网络管理方案.doc

1EPON的结构及其相关技术EPON在下行方向采用以太网通用的点到多点的广播方式，上行方向则有时分多址（TDMA）和波分多址（WDMA）等多种方式.EPON结构主要由3部分组成：局端的光线路终端(OLT)、用于传输的光配线网（ODN）以及用户端的光网络单元（ONU），如图1所示.OLT接收来自广域网的多业务信号，通过无源的ODN进行分配，到达ONU后，数据经光/电（O/E）转换和信号处理到达用户终端，满足多种用户、多种业务的需求.EPON把PON技术和以太网技术巧妙地结合了起来，它具有以下特点： （1） 逻辑拓扑采用PON的点到多点（P2MP）技术，一个OLT对应多个ONU，这是光接入网（OAN）最好的应用方案，既能有效地利用带宽，又能极大地降低成本，减少用户在终端设备上的投资. （2） 传输媒质采用“光纤光无源器件”，相比有源器件而言，光无源器件更简单、更廉价、更易于维护，且使用寿命更长. （3） 数据传输采用符合IEEE 802.3标准的以太网协议，传送基于IP的可变长以太网帧，既保证了对多种基于IP的数据业务的支持，又保证了系统对以太网的兼容性和良好的可升级性.2SNMP架构及其扩展2.1SNMP基本网络管理结构 自从1988年IAB（Internet Activities Board，互联网络活动委员会）提出将简单网络管理协议（SNMP）作为短期内互联网络的管理标准以来1，SNMP得到了广泛的应用和支持. 多年来SNMP的发展始终本着最初提出的两条基本原则：简单性（Simplicity）和可扩展性（Extensibility）1.简单性体现在限制信息类型并通过最必需的请求/响应命令来实现信息交换；可扩展性则体现在SNMP将管理框架分为3个部分：协议部分（SNMP）、管理信息结构（SMI）和管理信息库（MIB）；协议与被管理设备对象分离，使协议可以不考虑被管对象的类别和扩展，在互联网上众多已知或未知的网络设备上透明地传输.SNMP的基本结构模型如图2所示. 由图可见，SNMP结构模型采用管理者/代理（Master/Agent）的实现方式，分为SNMP管理者、SNMP代理以及MIB.管理者通过代理来实现对MIB中对象的管理.SNMP采用管理者发送请求，代理应答的方式传递信息，共使用5种原语（Primitive）： （1）Get Request：由管理者向代理发出，请求一个MIB中对象的实例； （2）Get Next Request：由管理者向代理发出，请求所给出对象的下一个对象的实例； （3）Get Response：由代理向管理者发出，对管理者的请求作出应答； （4）Set Request：由管理者向代理发出，请求改变一个MIB中对象的实例； （5）Trap：由代理对管理者发出， 告诉当前代理某些特定的状态，如重启等. 通过这种简单的请求/响应方式进行基于UDP的通信，最大限度地减少了协议本身在网络中占用的通信量，保证了网络通信的质量.而另一方面，这种最简化也使SNMP在很多方面存在不足，因此也出现了很多协议对其进行补充和完善，如本系统中用到的AgentX（Agent Extensibility）协议.2.2AgentX协议随着网络的迅速发展和各类网络设备、网络部件的迅速增加，对网络协议的要求也越来越高，如网络结构的动态扩展等.而SNMP并不能对其提供很好的支持，因为SNMP代理这时必须重新设计以支持新的扩展MIB.对此，一个可行的解决方法就是采用可扩展代理.在本课题中，我们采用的是最新的AgentX协议.该协议由互联网工程任务组（IETF）领导的AgentX工作组开发，定义了可扩展的SNMP代理的标准框架2. 事实上，AgentX是在SMUX、DPI、DPIv2等协议的基础上发展起来的，具有定义更清晰、实现更加可靠等优点.图3给出了AgentX的结构模型. 相对SNMP单一的管理者/代理结构（图2）而言，AgentX将代理部分划分为主代理（Master Agent）和子代理（Sub Agent）.SNMP管理者与主代理之间通过SNMP协议通信，而主代理与子代理之间通过AgentX协议通信.一个AgentX通信首先由子代理发起，它通知主代理，向主代理提出注册所负责MIB的请求并对所负责的MIB区域进行管理.主代理则接受子代理建立AgentX的请求，注册子代理所负责的MIB，并且完成在特定的传输地址发送和接收SNMP消息的任务.3SNMP在EPON中的网管方案3.1系统的选择 在操作系统上我们选用Linux嵌入式操作系统，主要是基于以下考虑： （1）Linux是源代码公开的系统，我们可以根据实际需求自行编译内核，将系统裁减至最小，以减少硬件资源的浪费，降低对硬件的要求； （2）Linux可以免费从网上得到，这降低了交换机在软件方面的成本； （3） 从系统到其它软件模块都自主开发，有利于系统的全面管理，并降低了以后系统升级的代价. 在网络管理协议的选取上，我们选取SNMP结合AgentX的方式，以实现网络的有效管理和动态扩展.结合EPON本身的结构特点，我们觉得采用SNMP进行管理是最好的选择.首先，SNMP是现在通用和成熟的互联网络管理协议，得到了当前绝大多数厂商的支持，在网络运行上不会存在任何不兼容的问题；其次，EPON采用P2MP的逻辑拓扑，非常适合SNMP的管理者/代理结构；再次，EPON的以太网帧结构是基于IP的，而SNMP从一开始就是建立在TCP/IP网络的基础上的，这样就为在EPON中进行基于IP的各种业务的管理提供了很好的支持；最后，AgentX作为SNMP的扩展，能够更好地管理EPON这种复杂网络.3.2网络管理方案 基于EPON的具体网络结构，依照网络管理对FCAPS（Fault、Configuration、Accounting、Performance、Security）的要求，我们提出以下的EPON网络管理方案，示意图见图4. 对OLT和ONU，我们通过开发合适的嵌入式系统及相关模块来实现特定的网络管理功能，对网元管理系统（EMS）采用基于PC工作站的图形界面方式，以给出直观的统计、分析和报表，并提供高效的管理.在协议的配置方面，在网络管理站和OLT之间，我们采用SNMP进行通信，而在OLT到ONU端，采用扩展代理AgentX协议.OLT端的代理设计为Master Agent，而各ONU端的代理设计为Sub Agent.OLT提供两个功能：一方面作为Agent采用SNMP协议给EMS提供管理信息，另一方面作为AgentX协议中的Master Agent通过Sub Agent对各ONU进行管理.对该方案我们可以进行以下分析： （1）SNMP是在互联网上通用的协议，网络管理者能够方便地与城域网或广域网进行网络联结和信息交流，并能很好地完成网络管理的基本功能. （2） 扩展的SNMP代理对EMS是完全透明的，也就是说网络管理者并不需要知道AgentX的存在，可以通过非扩展的SNMP的访问方法来得到所需的ONU的对象实例并进行管理，并无额外的操作和负担. （3） 将SNMP引擎与MIB的实现相分离，而AgentX引擎通过Unix域套接字与各ONU进行进程通信，ONU相互之间并不知道.某个ONU出现故障只对所在进程产生影响，而不会破坏整个网络运行.这样就提高了整个SNMP系统的健壮性. （4） 该方案支持EPON系统的动态扩展.当新增一个ONU时，并不需要在OLT和EMS端进行相应的初始配置，该ONU将自行通知OLT端的Master Agent，并要求注册MIB区域.OLT则接受请求，分配相应的索引并以SNMP的信息格式通知网络管理站. （5） 该方案可很好地支持系统的可升级性.由于AgentX的透明性和引擎的分离，使得的模块分工更加清晰，减少了系统升级所需的软硬件成本. （6）AgentX协议对安全问题并没有给出具体的方法，如加密或认证.如果终端ONU存在恶意的子代理进行注册而AgentX并不能识别，将造成网络系统的紊乱.因而我们在网络管理中必须考虑系统的安全性.AgentX协议提供两种传输映像（Transport Mapping）：运行于UNIX SOCKETS或TCP的705端口上.由于TCP并不能阻止恶意代理注册，而UNIX套接字依靠底层操作系统提供了访问控制机制，因此我们采用UNIX套接字建立AgentX通信以保障安全性. （7） 在系统中，我们通过ucdsnmp4.2.4软件包提供对SNMP和AgentX的支持.对所需的协议部分进行配置，并针对本系统进行相应的设计，结果协议能很好地在开发板上运行.4结束语 网络管理已经是现代通信系统不可或缺的一部分，它是系统提供高稳定性能和高质量服务的重要保障.本文在EPON结构的基础上，针对具体的系统需求，提出了适用的SNMP网络管理方案，不仅能有效地管理整个系统，而且提高了系统的健壮性，支持系统的动态扩展.同时，该方案简化了EMS端的网络管理操作，并对EPON网络的系统运营、维护及后期扩容等提供了保证.参考文献1Case J. A simple network management prot