【毕业学位论文】（Word原稿）性能监控网络性能管理系统设计与实现-软件工程

中文摘要 中文摘要 网络管理员的工作是很复杂的，只要网络出现异常，网络管理员就会想救火队员一样忙，他们不仅要负责安装、维护 换机、路由器、防火墙、 而且要确保这些部件全部都能有效协同工作，当然完成这些工作是在一定预算范围内完成。 在企业里服务器以及网络设备是网络应用系统的关键设备，为了确保 7时不间断运行，因此需要有专门的系统管理员负责管理与监控。 如今，经济危机导致 种预算通常会比较少。 本 论文讨论如何利用开放资源，在 作系统下，使用标准网络协议，建立起企业网络性 能管理系统。 使网络管理员提高工作效率，帮助减少甚至预防网络故障，缩短网络失效时间，方便网络管理的使用与维护。 使用 得网络设备的性能，并把数据保存在内存数据库中。内存数据库通过触发器与存储过程，把对应数据以 后通过对应的工具解析数据，完成性能曲线的呈现。由于使用开源代码，理论上说所有支持简单网络管理协议的设备 都能够进行性能监控。 本 论文介绍的系统，已经在某金融机构得到了应用，并且得到了用户的好评。用户通过该系统，协助管理超过 1000 台服务器或网络设备，大大减轻了 网络管理员的负担，节约了企业的日常运营、维护成本。 关键字 ： 性能监控， 网络 管理， 管理系统 ， 性能 设计 he of is if is as be , to of in In is of to be 4*7, be by IT of is to of s or is of of in as RD in RD to of As be in by of in of 000 or of s 录 录 第 1 章 绪论 . 1 研究的背景 .研究的意义 .论文的研究内容与组织结构 . 论文 的研究内容 . 论文的组织结构 . 2 章 基础理论与关键技术概述 . 4 网络管理定义 .网络管理系统 . 网络管理功能 . 网络管理对象 . 网络管理系统结构 . 网络管理系统特点 .重要名词解释 .系统关键技术 . . . .本章小结 . 3 章 系统的需求分析 . 10 网络性能管理现状分析 .主要技术要求 . 网络监控的全面性 . 网络监控的实时性 . 监控故障发现准确性 .系统功能需求 . 系统功能需求 . 信息功能需求 . 监控功能需求 . 性能呈现需求 .系统非功能需求 . 服务自监控 .录 服务高可用 . 数据自动备份 .系统用例分析 .系统功能模块分析 .开发环境 . 硬件环境 . 软件环境 .本章小结 . 4 章 系统的设计 . 21 系统设计原则 .系统体系结构设计 .系统功能模块设计 . 系统管理模块 . 信息管理模块 . 监控功能模块 . 性能呈现模块 .系统数据库设计 . 系统 设计 . 数据表结构设计 .本章小结 . 5 章 系统功能的实现 . 36 用户登录功能的实现 .信息功能实现 .监控功能实现 . 控 . 控 . 本机监控 . 汇聚 . 数据同步 . 历史数据删除 . 统一管理 . 控页面 . 控页面 .性能呈现实现 .本章小结 . 6 章 系统测试 . 50 功能 测试 .录 V 性能测试 .本章小结 . 7 章 总结与展望 . 60 主要工作 .展望 . 1章 绪论 1 第 1 章 绪论 研究的背景 一般来说 ， 当 用户的计算机与所访问网站间的链路出现了交通堵塞、不稳定情况或者故障 ，用户将无法访问指定的网站 。 为了防止 不稳定情况所带来的不便， 假如 能够先知道 网络的 质量，就可以做到 如何选择与抉择 ， 待 线路状态重新 恢复正常运行 后再访问 这些 网站 。 网络 的 瓶颈网络 的 配置 是网络中可能存在的潜在危险，如何有效地进行网络性能管理，提供网络服务质量，对企业的服务质量指标进行量化、比较和验证，是网络性能管理非常重要 目的。 用户对 网络资源的需求暴涨，网络也随之变得越来越复杂。 网络用户和应用 不断的增加 ，导致 现有的 网络 质量下降 ， 同时 网络设备 的超负荷运转，都会引起网络性能明显下降 。 人们对网络性能监测的研究已有很多年了，就网络流量如何受网络负载的影响也得出了大量的理论成果，遗憾的 是，对于负责普通网络的管理员来说，公式和理论无助于解决现实世界中的问题，比如网络应用程序性能下降。相反，真正需要的是可以监视并分析网络流量统计，甄别导致网络性能监测问题。 研究的意义 随着 展，网络的应用剧增，网上应用和交易也越来越多，这就使得网上服务提供者（内容提供者、交易提供者、证券、教育、金融等）的网络系统性能变得非常关键。一个好的网络系统应该能够让不同需求的用户，以最高速、最安全的方式，满足用户各自的需求。 在这种情况下，对于网络系统性能服务的管理就显得尤为重要，而通过网络 性能管理系统可以非常方便的让网络系统管理者查看所关注的网络系统的实时性能信息，并且当发生故障时，能快速发现问题，告知网络系统管理者，缩短排查故障时间，从而省时、高效的帮助网络系统管理者解决网络系统中的故障，进而保证网络系统的性能一切正常。 第 1章 绪论 2 网络性能管理系统是在不影响网络系统正常服务的前提下，利用监控采集器和脚本采集器，对于网络系统的活动指标进行全面的监控，包括对网络层、应用和业务性能的监控，并综合最近几周、几个月的监控数据，得出网络性能数据的趋势，进而对实时采集的性能数据判别是否故障，当产生故障时，迅速上报 问题，缩短排查故障时间，协助网络系统管理者省时、高效的恢复故障。 论文的研究内容与组织结构 论文的研究内容 论文的研究内容为： （ 1）对网络性能监控系统进行了调研与汇总，遵循软件工程思想，将其按照功能需求和性能需求两个方面进行梳理，分析了系统开发的可行性和必要性。 （ 2）按照系统的需求分析，分别从网络性能监控系统的模块划分、流程设计、用户的用例图设计和数据库设计等多个方面展开设计工作。 （ 3）按照需求分析和设计思路，利用 成了系统后台 的开发工作，对系 统的实现情况进行了必要的说明。 （ 4）按照设计思路与呈现草图，使用 成了前端页面的呈现开发，对页面呈现的实际情况进行了整体的说明。 （ 5）按照客户的性能要求，采用 控软件对系统的整体性能进行了严格的压力测试，测试结果完全满 足客户的要求 。 （ 6）对论文的整体工作进行总结和展望。 论文的组织结构 论文内容的组织结构为 ： 第一章是绪论 。这一章对论文研究的背景、 意义 和 研究内容 等做了简要的介绍。 第二章是系统开发的理论基础。这一章对网络性能管理的概念、开发的关键 技术等进行了简要的阐述。 第 1章 绪论 3 第三章是系统的需求分析。这一章从功能需求和性能需求两个方面，对网络性能管理系统进行了需求分析，同时进行了可行性分析。 第四章是系统的设计。这一章从系统的功能模块、流程图等多个方面，对网络性能管理系统展开了设计工作。 第五章是系统的实现。这一章对系统的功能实现情况进行了简要的阐述和介绍。 第六章是系统的性能测试。这一章为了满足客户的系统性能要求，使用 第七 章是总结与展望。这一章对论文进行了总结，并对后续研究工作进行了展望。 第 2章 基础理论与关键技术概述 4 第 2 章 基础理 论与关键技术概述 在提出系统开发议题后，必须明确系统开发过程中所需要的理论基础支持和相关的技术支撑。结合网络性能监控的要求，以及当前网络性能管理系统的需求与使用情况，明确了网络性能监控系统在开发时所需的理论基础；从开发技术上明确了系统开发所需的技术支撑为当下流行的计算机开发技术。 网络管理定义 网络管理是监测、控制和记录电信网络资源的性能和使用情况，以使网络有效运行，为用户提供一定质量水平的电信业务。网络管理，是指网络管理员通过网络管理程序对网络上的资源进行集中化管理的操作，包括配置管理、性能和记 账管理、问题管理、操作管理和变化管理等。一台设备所支持的管理程度反映了该设备的可管理性及可操作性。而交换机的管理功能是指交换机如何控制用户访问交换机，以及用户对交换机的可视程度如何。通常，交换机厂商都提供管理软件或满足第三方管理软件远程管理交换机。一般的交换机满足。而复杂一些的交换机会增加通过内置 支持 的交换机还允许外接 网络管理系统 网络管理功能 网络管理功能 一般分为性能管理，配置管理，安全管理，计费管理和故障管理等五大管理功能。 （ 1） 性能管理 性能管理是对电信设备的性能和网络单元的有效性进行评估，并提出评价报告的一组功能。包括性能测试，性能分析及性能控制。性能管理指的是优化第 2章 基础理论与关键技术概述 5 网络以及联网的应用系统性能的活动，包括对网络以及应用的监测、及时发现网络堵塞或中断情况、全面的故障排除、基于事实的容量规划和有效地分配网络资源 。 （ 2） 配置管理 配置管理是通过技术或行政手段对 软件 产品及其开发过程和生命周期进行控制、规范的一系列措施。配置管理的目标是记录 软件 产品的演化过程，确保软件开发者在 软件生命周期 中各个阶段都能得到精确的产品配置。 （ 3） 安全管理 安全管理是管理科学的一个重要分支，它是为实现安全目标而进行的有关决策、计划、组织和控制等方面的活动；主要运用现代安全管理原理、方法 和手段，分析和研究各种不安全因素，从技术上、组织上和管理上采取有力的措施，解决和消除各种不安全因素，防止事故的发生。 （ 4） 计费管理 电信管理网管理功能的一个子集。计费管理能够测量网络业务的使用，并能决定和开列这种使用费用的一组功能。 （ 5） 故障管理 指系统出现异常情况下的管理操 作，是用来动态地维持网络正常运行并达到一定的服务水平的一系列活动。故障管理能够进行失效的检测、定位和维修的安排以及对其维修设备完成测试并使其恢复业务。 网络管理对象 网络管理 对象一般包括 路由器 ， 交换机 ， 年来， 网络管理 对象有扩大化的趋势，即把网络中几乎所有的实体： 网络设备 ， 应用程序 ， 服务器系统 ，辅助设备如 源等都作为被管对象。给网络系统 管理员 提供一个全面系统的网络视图。 网络管理系统结构 网络管理系统结构主要分为两种，一 种为集中式，另外一种为分布式。 集中式管理 结构优点是简单和易于实现，它一般包括管理者、代理和管理信息库三个部分。但比较理想的是分布式 网络管理 结构，网络管理系统的功能由分布第 2章 基础理论与关键技术概述 6 在网络中的多个管理者共同实现；另外它还是层次化的。分布式 网络管理 的大规模网管能力较强，伸缩性也好，但相应的代价是网管平台的结构较为复杂。 网络管理系统特点 网络管理系统 具有以下优点： （ 1） 全自动拓扑发现技术 自动搜索网络、发现网络节点，包括：网络设备、服务器、非网管设备的发现、 基于网络的二层连接关系构建物理拓扑。 （ 2） 故障智能预测与分析 通过实时的网络运行监测，系统可智能分析和预测潜在故障，并根据告警程度的不同发送警 报。 （ 3） 支持分布式管理 支持多用户，多角色， 策人员，不同角色有不同权限，不同区域级别也有不同权限。 （ 4） 多维度监控 支持从路由、设备、终端、流量、故障等方面多角度、细颗粒度地监控、管理整个 （ 5） 配置变更告警及比对 对用户端交换机定期进行配置备份并支持配置检查工作，可根据配置模板自动进行配置比对，并以告警方式提供报告 。 （ 6） 支持多操作平台 支持包括 重要名词解释 网络：是指支撑最终用户业务系统运行的 网络平台的总称，包括网络设备、线路、网络协议、地址资源等。 主机：是指最终用户业务运行环境中的业务服务器，包括 第 2章 基础理论与关键技术概述 7 系统：是指运行在最终用户业务主机服务器中的系统软件（ 包括操作系统及运行在其基础上的公共软件，如 应用：是指运行在主机硬件和操作系统之上的，为完成某一特定服务目标的应用程序或程序组。一个业务系统通常由多个应用系统组成； 性能：是指能够体现设备和线路管理要素的指标数值，如设备的 存利用率、接 口的吞吐量等。 业务：业务是指最终用户为客户提供的建立在 ：资金业务系统、综合前置业务系统、信贷业务系统； 视图：是指通过条件过滤筛选后所呈现的动态实时信息； 界面：是指可操作的人机交互窗口； 事件：是指“被监控对象”运行状态的变化，这些变化需要被发现、收集、记录下来，并进一步分析是否影响或潜在影响到了“计划中的可用性”，即是否是一个“故障（ 。 事件属主：指“状态变化的主体”，是监控数据所携带的“被监控对象”的最小单元。例如：某主机上的 库的某个实例的某个表空间。 已知事件：指通过分析被识别的“状态监控数据”，具有明确的事件标识、事件类型和处理规则。 未知事件：相对于“已知事件”，是没有被识别或没有被完全识别的监控数据。“未知事件”的存在是一种风险，需要被记录，并作为“问题”进行分析。 系统关键技术 源的应用程序框架，它可以让你轻松构建移动应用程序的 ，和 S 的设备，以及传统的浏览器和桌面应用程序使用相同的编程模型，工具和 代码库。您可以使用 现力的应用。例如，在 以从多个后端源中提取数据，并直观地显示出来。企业用户可以向下钻取到的数据更深入的了解，甚至改变了数据，并在后端，它会自动更新。产品配置应用程序可以帮助客户浏览的过程中，选择或定制产品。 第 2章 基础理论与关键技术概述 8 从产品形态上 两部分组成，第一部分是一个具有 二部分配套的 发工具。开发工具又可分为独立的 台衍伸构架、展现中间件构架等数种。离散控件构架多是一套各个控件互不相关的 ，如 台衍伸构架多是为专有的后台业务逻辑框架服务，如工作流的表单设计器。展现中间件构架提 现层控件库）并由展现层引擎统一驱动与管理。 控件使用的个数越多种类越多，越有效用。可对接的业务逻辑层也不限于某种框架， 可以广泛地通过整合接口与各种第三方后台逻辑框架相整合。还可以通过展现层引擎整合基于离散控件架构的 一步增强 作性与承载量，同时提高开发效率。 富浏览器客户端：基于标准浏览器技术，增强 现力与操作性。其中包含了应用客户端常用表格、树、表单、多页标签等一整套界面组件 ： 展现引擎：支持 于增强 括数据持久层的实现、页面流控制、展现层角色机制、国际化资源管理、配置管 理与监控控制台等。既可自成体系， 又可与各种开发模式与框架相结合。 集成开发工具： 进一步提升开发速度。 应用框架：又称 于为基于 成的范例性的实现代码。其中包含了应用主框架、完整权限的框架、用户 理、即时消息等实用功能的实现代码。 由此可见， 产品本身包含的内容还是比较丰富的，在以上各组成部分中“富浏览器客户端”和“展现引擎”是 集成开发工具”一般而言也是在开发过程中一定会用到的。而剩下的“ 第 2章 基础理论与关键技术概述 9 “应用框架”是否会用到，以及 单网络管理协议（ 一种广泛使用的协议，用于监控的健康和福利的网络设备（如路由器），电脑设备和甚至像 1， 同时使用 应用程序。该套件包括： （ 1） 命令行应用程序： 检索信息从一个 以使用单的请求（ 令，多个请求（ 行 操作上的 能的设备（ 配置信息。 获取一个固定的信息收集从一个 能的设备（ 转换数字和文本之间的的 形式，和显示 构（ 。 （ 2） 图形化的 使用 （ 3） 一个 守护程序的应用程序用于接收 选择的通知，可以记录系统日志， 纯文本文件，转发到另一个 统，或通过一个外部应用程序。 （ 4） 可扩展的代理，管理信息的 询程序（ 这包括内置支持广泛的 可以延长使用动态加载的模块，外部脚本和命令，和代理可扩展性（的 议。 本章小结 本章简要地介绍了在网络 性能 管理系统之前需要了解和掌握的一些基础理论和相关技术。系统后续的需求分析和设计工 作，将围绕基础理论，借助 B/S 技术等来进行。 第 3章 系统的 需求分析 10 第 3 章 系统的需求分析 需求分析是网络性能管理系统 中的一个关键过程 。 过程中，系统分析员和软件工程师 需要确定用户的详细系统需求，只有明确了这些需求后通过分析和寻找合理的解决方案，同时这个阶段的任务是确定网络性能管理 系统 的 功能。本章从网络性能管理的现状分析，结合用户的技术要求，确定了用户对系统的功能需求以及非功能需求。通过一些用户分析、功能模块分析以及系统的运行环境情况考虑，完成整个系统的需求分析 。 网络性能管理现状分 析 随着 展，网络的应用剧增，网上应用和交易也越来越多，这就使得网上服务提供者（内容提供者、交易提供者、证券、教育、金融等）的网络系统性能变得非常关键。一个好的网络系统应该能够让不同需求的用户，以最高速、最安全的方式，满足用户各自的需求。 在这种情况下，对于网络系统性能服务的管理就显得尤为重要，而通过网络性能管理系统可以非常方便的让网络系统管理者查看所关注的网络系统的实时性能信息，并且当发生故障时，能快速发现问题，告知网络系统管理者，缩短排查故障时间，从而省时、高效的帮助网络系统管理者解决网 络系统中的故障，进而保证网络系统的性能一切正常。 网络性能管理系统是在不影响网络系统正常服务的前提下，利用监控采集器和脚本采集器，对于网络系统的活动指标进行全面的监控，包括对网络层、应用和业务性能的监控，并综合最近几周、几个月的监控数据，得出网络性能数据的趋势，进而对实时采集的性能数据判别是否故障，当产生故障时，迅速上报问题，缩短排查故障时间，协助网络系统管理者省时、高效的恢复故障。 本文 期望实现的目标是实时监控网络系统的活动指标，进而产生性能数据，从而提供网络性能的实时性能数据和性能曲线、定期性能报表以及 性能故障的高效排查分析，并通过浏览器的方式呈现给相应用户。 第 3章 系统的 需求分析 11 主要技术要求 网络监控的全面性 网络监控的全面性应该包含以下 2个方面的内容： 产品方面：虽然 在前端也有部分华为产品使用，因此网管系统必须对这些产品做到全面兼容。 信息的完整性：尽可能的掌握网络运行情况的全部信息，这些信息可以反应网络运行状况的现象、问题的本质和原因。 网络监控的实时性 要求网络监控所反应的网络状况与网络实际运行状况在时间上必需尽可能的实时。网管系统必 须能够支持 息收集方式。 监控故障发现准确性 要求在网络监控中对于故障的发现准确，要求具有强大的事件压缩能力和根源分析能力。 系统功能需求 通过对网络性能管理需求的调查和分析，将系统的功能需求归纳如下： 系统功能需求 系统功能需求主要为管理整个系统使用，其中功能主要包含以下三 点： 用户管理 权限管理 角色管理 下面详细说明各个模块的详细需求。 （ 1）系统用户管理 第 3章 系统的 需求分析 12 该功能是对该系统的用户进行管理。系统用户分为三种角色，分别为系统管理员角色、信息管理员 角 色 以及操作员角色 。 下面为各个角色的具体功能： （ a）系统管理员 可以设置系统的访问权限，并对每个用户分配对应的控制权限； 维护用户的基本信息，例如用户名、密码、电话、邮件等信息； 进行监控配置； 查看性能视图。 （ b）管理员： 可以对系统中的数据进行管理； 进行监控配置； 查看性能视图。 （ c）操作员： 操作员可以分为多种，设备操作员只管理设备性能、端口操作员只管理端口性能、设备端口 操作员都能够管理 设备与端口 性能。 查看性能视图。 （ 2）系统权限管理 列举出系统中所有的权限，包括增、删、改、查。每个权限都 有一个权限代码，当角色不包含该权限代码时，提示无访问权限或者功能按钮上显示灰色。 （ 3）系统角色管理 角色管理为权限管理的集合，用户对应具体的角色而不是对应具体的权限，便于系统管理员管理用户。 信息 功能需求 （ 1）机构管理 为了利于 系统 管理，并且达到分权分域的要求，需要使用树形结构管理 所有分部 。 （ 2）设备管理 通过机构树状 图以及对象树状图能够检索到对应的设备信息 ，方便用户查询到相应的内容。 第 3章 系统的 需求分析 13 （ 3）端口 管理 通过机构树状 图以及对象树状图能够检索到对应的 端口 信息 ，方便用户查询到相应的内容。 监控 功能需求 监控是由采集机发起的对远端设备的通过某种特定协议的检测。涉及到的监控包括 测及对网络设备和端口的性能检测。通过探针采集数据，采集到的数据存入内存数据库。 性能呈现 需求 性能视图用于查看设备的负载信息及各项性能类型的监控指标。通过性能视图以图表（仪表盘或曲线图）形式查看设备及端口的某性能类型的监控状态。如 存、磁盘使用率，端口的丢包、错包、流量的状态等。 系统非功能需求 服务自监控 能够使用 本或者其它监控方式进行软件本 身的进程进行监控。 服务高可用 系统能够在一台机器宕机的情况下，能够继续使用。需要配置一台热备机器并且保持数据同步。 数据自动备份 系统能够在 无人条件下每天进行数据备份并保存到远端，这样使数据达到定期备份以及数据尽可能少丢失的要求。 第 3章 系统的 需求分析 14 系统用例分析 整个系统使用过程中，主要涉及到三大