网络管理与维护

1、网络管理与维护计科093 倪俊一、网络管理概述 随着互联网络的发展，网络管理人员将面临更大规模、更加复杂、异构的多广家产品互连的计算机网络，一个困扰网络管理人员的问题随即出现，即如何对这种多厂家的异构互联网络进行诸如监测、分析、查诺等网络管理，来保持网络的可用性，提高网络的性能，减少故障的发生，保障网络的安全。用传统的管理方法去管理它们不但费时、费事、费钱，而日有时根本是不可能的。如果没有个高效的网络管理系统对网络系统进行管理，那么很难保证为广大用户提供满意的网络服务。在网络设计建设中、网络管理是设计人员考虑的一个重要内容。网络互连把异种机系统集成为一个单一的系统。在网络互连中，网络互连管理系

2、统是极为重要的。随着Internet在全球范围内的飞速增长，如何管理和监视这个全球网络成为越来越重要的研究课题。在Internet的管理框架中，简单网络管理协议SNMP(Simple Network Management Protocol)扮演了主要角色， 它是TCP/IP协议家族的重要成员。随着Internet/Intranet和TCP/IP应用的不断扩大，网络互连的管理将基于SNMP，目前越来越多的产品采用了这个标准。SNMP使网上的工作站能从网上收集列大量的与管理有关的信息也可以使不同的SNMP管理员交换数据，其中包含有关安全的信息和支持多协议传送。二、网络管理协议分析 简单网络管理协议

3、（SNMP）是目前TCP/IP网络中应用最广泛的网络管理协议，是网络管理事实上的标准。它不仅指简单的网络管理协议本身，而且代表采用SNMP协议的网络管理框架，经历了从SNMPv1到SNMPv3的发展历程，本文将从下面几个方面探讨其演变过程。SNMPv1管理模型SNMPv1管理模型包括四个关键元素：管理站、管理代理、管理信息库、管理协议。下图显示了上述四个元素的关系。1、管理站管理站是网络管理员与网络管理系统的接口，它实际上是一台运行特殊管理软件的计算机。管理站运行一个或多个管理进程，它通过SNMP协议在网络上与代理通信，发送命令并接收代理的应答。管理站通过获取 MIB 对象的值来实现网络资源监

4、视，也可以通过修改特殊变量的值来使代理执行一个动作或修改资源的配置。许多管理站的应用进程都具有图形用户界面，提供数据分析、故障发现的功能，网络管理者能方便地检查网络状态并在需要时采取行动。2、管理代理网络中的主机、路由器、网桥和交换机等都可配置SNMP,成为管理代理，以便管理站对它进行管理。每个代理负责维护本地 MIB 来存放被管资源的状态、运行情况等，对来自管理站的信息查询和动作执行的请求作出响应，同时还可以异步地向管理站提供一些重要的非请求信息。管理站可以访问多个管理代理的MIB对象，接收来自多个代理的Trap，因此从操作和控制的角度看，管理站“管理”着许多代理。同时，管理代理也能对多个管

5、理站的请求作出响应，是一种一对多的关系，管理代理为了控制管理站对它的 MIB 的使用，保护它自己和它的MIB，避免不希望的或未授权的访问，使用了共同体的概念。管理代理为每一个必要的认证、访问控制和代理特性的联合建立一个共同体。从管理站发往代理的报文都包含共同体名，它起着口令的作用，只要报文发送方知道口令，该报文就被认为是可信的。由此可见，这并不是很安全的方式，所以，很多管理者仅仅提供网络监视的功能（get和trap操作），屏蔽掉了网络控制功能（set操作）。3、管理信息库MIB是一个信息存储库，它包含了管理代理中的有关配置和性能的数据，是网络管理的基础。每一个被管资源由一个对象来表示，MIB就

6、是由这样一些对象组成的结构化的集合。 在RFC1155中定义的管理信息结构给出了MIB结构的总体框架。4、管理协议管理站和管理代理之间是通过SNMP网络管理协议连接的，通过SNMP报文的形式来交换信息。协议主要支持Get、Set和Trap三种功能共五种操作，Get用于管理站获取代理的MIB对象值，Set用于管理站去设置代理的MIB对象值，Trap用于代理向管理站通告重要事件。SNMPv1存在的问题及SNMPv2的改进SNMPv1协议以其简单和灵活性，获得了许多厂商的支持，得到广泛应用，但其缺点也很多，功能简单、安全性差。SNMPv1是基于一种主动轮询的监视机制，轮询间隔短时对网络性能影响很大，

7、不适合大规模的网络管理; SNMPv1不支持管理站-管理站之间的通信，这样，它不允许一个管理系统去了解由另一个管理系统管理的设备和网络的状况。与SNMPv1单纯的集中式管理模式不同，SNMPv2支持分布式/分层式的网络管理结构，在SNMPv2管理模型中有些系统可以同时具有管理器和代理的功能，作为代理，它可以接收上一级管理系统的命令，访问其存储的本地信息，也可以提供它所负责的管理域中其它代理的信息摘要，向上级管理器发送Trap信息。SNMPv2定义了两个MIB库，一个相当于SNMPv1的MIB-II,另一个是Manager-to-Manager(M2M) MIB,提供对分布式管理结构的支持。网络

8、管理的安全威胁和SNMPv3体系结构使用SNMPv1、SNMPv2 进行网络管理时，由于安全功能有限，面临着假冒、信息篡改、报文序列和定时机制的修改、信息暴露等几种安全威胁。SNMPv3通过简明的方式实现了加密和验证功能。SNMPv3结构是由分布的、相互连接的SNMP实体组成。每一个实体可以作为一个代理节点、管理器节点或代理和管理器的混合节点。SNMPv3实体通常由一SNMP引擎和一个或多个相关联的应用组成。应用主要有：命令产生器（Command Generator）、通知接收器（Notification Receiver）、代理转发器（Proxy Forwarder）、命令响应器（Comma

9、nd Responder）、通知始发器（Notification Originator）和一些其他的应用。RFC 2271定义的SNMPv3体系结构，体现了模块化的设计思想， SNMP引擎和它支持的应用被定义为一系列独立的模块。SNMP实体的功能由所在实体的多个模块决定，每个实体仅仅是模块的不同组合，每个模块具有相对独立性，当改进或替换某一模块时，不会影响整个结构，这样可以简单地实现功能的增加和修改。作为SNMP实体核心的SNMP引擎用于发送和接受消息、鉴别消息、对消息进行解密和加密以及控制对被管对象的访问等功能。SNMPv3可运用于多种操作环境，可根据需要增加、替换模块和算法，具有多种安全处

10、理模块，有极好的安全性和管理功能，既弥补了前两个版本在安全方面的不足，同时又保持了SNMPv1和SNMPv2易于理解、易于实现的特点。随着SNMPv3的进一步扩充和完善，必将进一步推动网络管理技术的发展。三、网络管理技术分析、网络安全管理主要解决的问题 安全管理，是企业管理的一个重要组成部分。从网络安全管理的角度看，安全管理涉及到策略与规程、安全缺陷以及保护所需的资源，防火墙、密码加密闷题、鉴别与授权，客户枷服务器认证系统、报文传输安全以及防病毒等。安全管理主要解决以下问题：1、集中安全策略管理，企业的安全保障需要自上而下的制定各种安全策略，并且这些安全策略会被传送并装配到不同的执行点中。2、

11、实时安全监视，企业用户需要实时了解企业网络内的安全状况。3、安全联动机制，安全设备之间需要具备有中心控制或无中心控制的安全联动机制，如当DIS发现在某网段有入侵动作时，它需要通知防火墙阻断此攻击。4、配置与补丁管理，企业用户可以通过对已发现的安全缺陷快速反应，大大提高自己抵抗风险的能力。5、统一的权限管理，决定并控制用户在网络上能干什么工作(授权)。6，设备管理，传统的网络管理的功能是对安全设备的管理。 、网络安全管理的核心要素 安全管理与网络管理不同，网络管理侧重于网络设备的运行状况，网络拓扑，信元等要素的管理。安全管理主要侧重于网络安全要素的管理。随着人们对安全的认识逐渐深入，在网络安全管

12、理的诸多要素中，安全策略，安全配置、安全事件和安全事故这四个要素，最为关键、最为重要。安全配置 安全配置是对安全策略的微现实现。安全配置是构建安全系统的各种安全设备、系统的安全规则、选项、策略的配置。 安全配置不仅包括防火墙系统、入侵检测系统、VPN系统等安全设备的安全规则、选项和配置，而且也包括各种操作系统、数据库系统等系统配置的安全设置，加固和优化措施。 安全配置的配置好坏直接关系到安全系统能够发挥作用的关键。配置得好。 能够充分发挥安全系统和设备的安全作用，实现安今策略的具体要求。配置得不好，不仅不能发挥安全系统和设备的安全作用，相反可能会起副作用，如：网络不通畅，网络运行效率下降等。

13、安全配置必须得到严格的管理和控制，不能被任意人随意更改。同时，安全配置必须备案，必须做到定期更新和复查，确保其能够反映安全策略的需要。安全事件 所谓“事件”是指那些影响计算机系统和网络安全的不当行为。这些行为包括在计算机和或网络上发生的可以观察得到的任何现象，包括通过网络联接到另一个系统、获取文件。关闭系统等。恶意事件包括对系统的破坏，在某个网络内PI包的泛滥、未经授权的情况下使用另一个用户的账户或系统的特殊权限、篡改了一个或若干个网页以及执行了恶意代码并破坏了数据等等。而计算机系统和网络的安全从小的方面说是计算机系统和网络上数据与信息的保密性，完整性以及信息、应用、服务和网络等的可用性从大的

14、方面来说，越来越多的安全事件随着网络的发展而出现，比如电子商务中抵赖，网络扫描，骚扰性行为、敲诈，传播色情内容，有组织犯罪活动、欺诈、愚弄，所有不在预料的对系统和网络的使用和访问均有可能导致违反既定安全策略的安全事件。 安全事件是违背安全策略要求的行为。安全事件由各种安全系统和设备的日志和事件，网络设备的日志和事件，操作系统的日志和事件、数据库系统的日志和事件、应用系统的日志和事件组成。它直接反映网络、操作系统、应用系统的安全现状和发展趋势，是网络系统安全状况的晴雨表。 安全事件是安全管理的重点和关键的要素。安全事件数量多。分布比较分散，技术分析比较复杂。因此，安全事件也是比较难以管理的要素。

15、在实际工作中不同的系统由不同的安全管理员管理。面对大量的日志和安全事件，系统安全管理员根本就没有时间和精力对大量的日志和安全事件进行逐一分析和察看，安全系统和设备的安装形同虚设，没有发挥其应有的作用。四、以校园网为例设计一个网络管理系统1 系统总体设计本网络管理系统的总体设计目标就是要构建一个基于SNMP 的多代理的统一管理、简便直观、兼容不同厂商设备、能够实现网络拓扑结构发现、配置管理、性能管理等功能， 并针对校园网上机特点， 实现对所有运行主机的管理。具体内容如下：(1) 网络拓扑结构发现。找出路由器与路由器、路由器与子网之间的连接关系， 并发现所有子网中活动的IP 设备， 区分出路由器、

16、交换机和普通主机。对网络拓扑发现结果进行图形化显示。(2) 配置管理。本系统的配置管理主要实现路由器( 或三层交换机)的配置管理和主机的配置管理。路由器配置管理具体包括获取路由器的常规配置参数( 如设备类型、负责人、支持服务、所在位置等)， 获取路由表信息、地址表信息、地址转发表信息、接口表信息以及接口状态表信息等。主机配置管理包括查看主机的基本信息、安装软件信息、运行软件信息、存储器信息、硬件设备信息等主机资源信息。(3) 性能管理。对代理设备的原始性能数据进行实时采集。对采集到的性能数据进行分析， 计算接口流量、协议流量等各种性能参数， 为管理员提供参考。查询某一时段代理设备的性能参数，生

17、成性能曲线，以直观图的方式显示性能分析结果。根据某一时段代理设备的性能分析结果， 对网络性能进行分析预测， 并以直观图的形式显示出来， 为网络管理员采取进一步措施提供依据。(4) 流量排序。流量排序分为接口流量排序和主机流量排序。接口流量排序是对网络中所有发现的接口进行流量采集并排序， 将结果以直观图的形式显示出来， 供管理员查看。主机流量排序对网络中某一子网内所有主机流量进行实时采集并排序， 将结果以直观图的形式显示出来， 供管理员查看。(5) 病毒及非法软件检测。对网络中某一子网内所有主机进行病毒或非法软件排查工作， 找出该子网内所有运行指定软件名称的主机， 并将结果以直观图的形式显示出来

18、， 供管理员查看。2 系统模型结构本网络管理系统以SNMP 网络管理协议的管理者/代理模型为基础， 以HP 公司的SNMP + 为数据采集工具， 采用分层的方法， 面向系统的不同功能设计而成。该系统分为三个部分如图1 所示： 底层数据通信、中间层数据处理与上层数据表示。底层数据通信部分负责实现管理者与被管设备之间的通信， 获取代理设备中MIB 库的有用信息， 并把采集到的数据送往上层。中间层数据处理部分负责对采集到的网络信息进行处理， 将相应的处理结果传给上层管理应用层进行显示。上层为数据表示层， 对网络的配置管理、性能管理等功能模块以表格和可视化的图形界面显示，简洁直观。3 系统关键技术分析

19、3.1 网络拓扑结构发现算法的研究与分析基于SNMP 协议的算法实际上是提取MIB 中ipRouteTable( 路由表) 中的对象， 类似于图论中的广度优先遍历算法实现网络拓扑的自动搜索。设计路由发现算法时主要用到了三条链表： 待检路由设备链表、拓扑信息链表、子网信息链表。基于SNMP的拓扑发现算法通常是使用一个种子路由器， 获取其路由表内记录的所有可达网段， 以及到达该网段所经由的下一跳路由器的端口IP 地址及相关路由信息， 然后将继续扩展其搜索， 一直达到用户指定的深度为止。同时种子路由器还可以获取到每个路由设备上所有端口的直连子网及其相应的子网掩码， 根据这些信息， 进而获取到这些子网

20、中的所有活动主机。如果这些设备支持SNMP， 则还可以进一步收集系统和IP 地址信息。总之，只要给出一个路由设备任意端口的IP 地址作为种子路由器( 通常使用本地网关的IP 地址作为种子路由器的地址)， 即可获取到指定深度内的所有路由设备及活动主机的网络拓扑结构信息。(1) 默认网关的获取。拓扑发现算法首先是从网络管理站的默认网关开始， 逐步遍历默认网关的路由表和地址解析表， 最终发现整个网络的拓扑结构。本系统获取默认网关是采取这样的方法： 首先， 访问拓扑发现程序所在计算机的SNMPMIB 中的ipRouteTable ， 如果发现有ipRouteDeST 值为0.0.0.0 的记录，则说明

21、程序所在的计算机设置了默认网关， 该记录的ipRouteNextHop 值即为默认网关的地址。检查默认网关的ipForwarding 值， 如果为1， 则表明该默认网关确实是路由设备， 否则不是。(2) 设备类型判断。利用SNMP 协议， 提取MIB 中的sysservices对象实例值， 然后根据返回的值判断类型。如果目的设备不返回SNMP 响应报文或响应超时， 则认为设备没有配置SNMP，类型为一般工作站。(3) 路由器多IP 地址问题：由于路由器可以连接多个子网， 具有多个接口， 即一个路由器可能含有多个IP 地址。为了准确标识具有多个接口的路由器，避免重复，本算法通过访问路由器的地址表获得路由器的所有接口，这样可以根据当前路由器的IP 是否在已经遍历过的路由器接口列表中来判断。3.2 性能预测模块的设计本模块根据一元回归模型的数学原理， 找出网络流量与时间之间的关系，建立一元线性回归方程：。本系统