计算机通信网沈金龙 第10章网络管理

1、第第1010章章 网络管理网络管理 第第10章章 网络管理网络管理 10.1 网络管理的基本概念网络管理的基本概念 10.2 网络管理系统的逻辑结构网络管理系统的逻辑结构 10.3 网络管理的主要功能网络管理的主要功能 10.4 网络管理协议网络管理协议 10.5 电信管理网电信管理网 第第1010章章 网络管理网络管理 10.1 网络管理的基本概念网络管理的基本概念 10.1.1 网络管理目标 网络管理是一种解决方案，目的是提高网络性能 和有效利用率，最大限度地增加网络的可用性，改进 服务质量和网络安全，简化多厂商提供的网络设备在 网络环境下的互通、互连、互操作管理和控制网络运 行成本102

2、5。 第第1010章章 网络管理网络管理 1.网络管理方法的演变 网络管理技术早在电信网的建设中就已经提出， 网络管理方法是随着电信网的发展而逐步发展的。电 信网的管理经历了两个阶段：从传统的人工分散的管 理方式过渡到计算机化的集中的管理方式；从分离的 多系统管理方式进展到电信管理网综合管理方式。而 计算机网络的管理是伴随着计算机网络的产生而产生， 又随着网络的发展而发展的。 第第1010章章 网络管理网络管理 1)人工分散管理方式 人工分散管理方式中，网络的操作维护人员以人 工方式分散在各交换局和机务站，统计各种业务数据 和交换设备、传输线路的运行质量数据，按照主管部 门的要求制作各种报表，

3、定期向主管部门报送，并且 按照主管部门的指示调整网络设备的运行。这种管理 方式局限于本地，不能及时汇总全网、全程的统计数 据，不能及时调度设备、均衡负荷，还容易出现差错， 已不能适应现代电信网的管理需要。 第第1010章章 网络管理网络管理 2)计算机化集中管理方式 计算机网络技术是通信网管理计算机化的基础， 网络中的各种状态数据的采集、处理都可用计算机来 实现。计算机根据对网络状态数据的分析，可以判断 网络中各部分的负荷和运行质量，对出现的异常情况 采取一定的措施予以纠正。 第第1010章章 网络管理网络管理 当前，在计算机化集中管理方式中，全网设置一 个或多个网络管理中心(nmc)，其任务

4、是负责收集各 地交换局的状态数据，然后对采集到的网络数据汇总 并加以分析与综合，找出各地区、各交换局之间的相 关性，统一调度和使用网络资源。这种方式克服了人 工分散管理方式下的弱点，实现了几乎实时的网络管 理。它收集和统计的网络数据较为详细、准确，并且 能够从全网的角度分析和处理问题，提高了网络的运 行效率，减少了网络维护管理人员，提高了网络的管 理水平和服务质量。 第第1010章章 网络管理网络管理 3)电信管理网39 尽管应用了计算机化集中管理给网络的管理带来 了很多好处，使网络管理上了一个新的台阶，但这种 管理在原有交换系统和传输系统的基础上建立网管中 心，其管理内容和管理能力都受原有交

5、换局和传输系 统监控设备的限制，而且每个网管系统的建立往往是 根据当时的需要按系统逐个建立的。例如，传输设备 故障监测系统、网络负荷监测系统、网络设备调度、 指配系统等都是分别建立的，这些系统各司其职，分 别负责网络中的不同管理内容， 第第1010章章 网络管理网络管理 它们相互之间相互独立，没有信息交换，这给网络管 理造成了很大的局限性。 为了解决上述问题，国际上itucd*2t提出了电 信管理网(tmn)，其目标是寻求一种统一而简便的方 法来管理复杂的电信网，使得各个功能管理系统之间 能够互相交换网络管理信息，协调一致地对整个电信 网进行一体化(综合)管理。 第第1010章章 网络管理网络

6、管理 2.主动网络 主动网络(active network)是一个比较新的概念， 它是一种新型的网络体系结构，其主要特征是“主动 性”。主动网络不像传统网络那样只是被动地传输字 节，而是具有提供使用者输入定制程序到网络中的能 力。网络节点解释这些程序后，对流经网络节点的数 据进行所需的操作。主动网络可简单地看作为一组 “主动节点”，这组节点对流经它们的数据完成预订 的操作。传统的网络仅提供了一种传输机制，用来把 字节从一个端系统传送到其他端系统，计算量相对很 小。 第第1010章章 网络管理网络管理 与之相比，主动网络不仅能使网络节点对数据进行计 算，而且还允许使用者输入定制好的程序到网络的节

7、 点上，并对在网络中流通的数据进行修改、存储和重 定向。这些可编程的网络将为今后的应用提供更多的 新途径，例如，在视频多路广播中，每个节点的视频 压缩方式都会基于对每个节点的计算和网络的有效带 宽而进行相应的改变。 第第1010章章 网络管理网络管理 总之，主动网络是一种可编程的网络。其网络节 点的计算能力使得主动网络节点本身具有可编程性， 从而使得整个网络结构也是可编程的。利用主动网络， 用户不但可以完成传统网络的数据传送功能，而且可 以传送程序代码以供中间节点或远程主机在本地执行。 因此，主动网络对传统网络的互操作性、安全性、可 伸缩性提出了挑战。主动网络潜在的优点是可以快速 动态定制、配

8、置新的服务，实验新的网络体系结构、 新的协议，可以加速网络服务的革新步伐，提高网络 的性能，使网络系统更具灵活性和可扩展性。 第第1010章章 网络管理网络管理 10.1.2 网络管理标准化 网络技术的发展为网络管理提出了许多新思维，国 际标准化组织(iso)、国际电信联盟(itu)的标准化成果 重点体现在网络管理系统中。 在iso的开放系统互连(osi)参考模型的基础上，由 atmterminate服务，支持 cmise服务用户正常释放与对等用户的一个联 系;mabort服务，支持在异常情况下cmise服务用 户释放与对等用户的一个联系。 minitialise和 mterminate服务是

9、要确认的，并要在acse的支 持下实现。 第第1010章章 网络管理网络管理 cmise是按照一定的功能单元来组织的，每种服 务用一个功能单元来实现，对应于一组特定的服务原 语，再加上一些特殊的功能单元用于实现直接服务以 外的功能。特殊的功能单元提供以下功能： (1)多对象选择功能单元：它可以使用“视窗”和 同步参数，其中“视窗“是一个被管对象范围。这是 选择被管对象首先执行的一步。 第第1010章章 网络管理网络管理 (2)多过滤器功能单元：它使得上述服务功能单元 (除meventreport和m-create外)可以使用 过滤器参数。其中过滤器是指定搜索的测试条件，使 用布尔操作符，它作用

10、于“视窗”内的每个被管对象， 凡符合匹配条件的就要按布尔操作符进行管理操作。 这是选择被管对象必须进行的一步。 (3)多重应答功能单元：它支持七种服务功能单元 可以使用相关标识参数。 (4)扩展功能单元：它提供了一些在表示层 pdata服务中没有的表示服务。 第第1010章章 网络管理网络管理 应用层的cmise为了提供各种服务，必须调用应 用层的其他一些服务，主要是远程操作服务元素 (rose)的服务，它包括以下四种: roinvoke，roresult，roerror和 rorejdct。而rose接着又要调用表示层的 pdata服务。cmise在进行操作之前必须先激活 acse的服务，这

11、时在aassociate(应用层联系)的 用户数据字段中包含的信息有： 第第1010章章 网络管理网络管理 (1)功能单元代码：发起方的cmise用户必须明确 给出在操作中需要使用的扩展功能单元代码。 (2)访问控制码：这个参数未定义但可以使用， cmise用户可以利用它建立操作的访问规则。 (3)用户信息：可以包含用户需要传送的任何信息。 第第1010章章 网络管理网络管理 3. 公共管理信息协议(cmip) cmip是iso制定的网络管理协议(即 iso9596itutx.711)。它所支持的服务正是cmise的 各种服务。协议数据单元(pdu)的语法和语义是按照 asn.1规则定义的。c

12、mip是一个相当复杂和详细的网 络管理协议，其功能结构如图10.4.3所示。 第第1010章章 网络管理网络管理 图10.4.3 cmip的功能结构 故障管理 基本的管理功能模块：对象管理和测试报告 cmise：初始化、事件、报告、创建、获取、 删除、取消、失效、设定、作用、终端 管理功能域 配置管理性能管理计费管理安全管理 第第1010章章 网络管理网络管理 cmip定义了11种pdu(不在此列举)。pdu由三个 主要字段组成： (1)argument(变量)：该字段是发起方用户给出 的操作参数。从发起方传到接收方,实体从请求原语中 获得参数。变量常以复杂和高级的对象形式来表示。 (2)re

13、sult(结果)：该字段包含从接收方送回的有 关操作执行情况的信息，实体从响应原语中得到这些 信息。 (3)error(出错信息)：error字段与result字 段的处理过程相同，实体从响应原语中得到这些信息。 第第1010章章 网络管理网络管理 cmip基于事件管理的策略有以下几个特点： 它的变量不仅传递信息，而且完成一定的网络管 理任务;拥有验证、访问控制和安全日志等一系列安全 管理措施;完全独立于下层传输平台。 cmip的问题在于它过于庞大和复杂，迄今为止还 没有出现一个完全符合cmip的网络管理系统。 第第1010章章 网络管理网络管理 10.4.2 简单网络管理协议(snmp) 1

14、.简单网络管理协议 1988年，internet体系结构委员会(iab，internet architecture board)在简单网关监控协议(sgmp)基础上 公布了snmpv1(rfc1157)；1993年，由于完成了 internet安全模型，又设计出功能更强、更有效的 snmpv2，后又改进为snmpv3，至此snmp已成了事 实上的网络管理工业标准。snmp的功能结构如图 10.4.4所示。 第第1010章章 网络管理网络管理 图10.4.4 snmp的功能结构 mibmibmib 网络管理者 代理代理代理 主机网关服务器 snmp 第第1010章章 网络管理网络管理 snmp的

15、三个基本元素是：管理者(管理进程)、代 理、管理信息库(mtb,management information base)。 管理进程处于网络模型的核心，负责完成网络管理的 各项功能。代理是运行于网络管理设备上的管理程序。 管理信息库是由各种管理代理所维护的管理对象的全 体组成的。代理是驻留在被管网络设备(主机、网关、 终端服务器)的一套软件，有它自己的mib视图。代理 的功能是监视和修改mib中变量的值，并与网络管理 者进行通信,以响应其管理请求。 第第1010章章 网络管理网络管理 snmp是基于tcp/ip的网络管理协议，它采用查询 管理策略，在snmpvl中定义了5种pdu，每一个代理包

16、 含一个mib。mib是一个树型结构的数据库，是被管对 象(网络元素)的集合。对象由若干变量定义，变量主要 由变量名、变量的数据类型和变量的属性组成。在 snmpvl中定义了114种对象。snmpvl的不足是对安全 性问题考虑甚少，因此在snmpv2中加强了安全性措施， 增加了两种pdu，并将对象种数扩大到185种。它既支 持snmpvl的集中管理机制，又支持分布式管理的策略， 允许网络中有多个管理者，可以实现管理分级化。 snmp采用des技术来保证报文的接收者可以恢复和读 取数据，在客户机/服务器结构中得到最广泛的使用。 第第1010章章 网络管理网络管理 上面这种管理方式属于集中式管理，

17、优点是简单、 易于实现，但它也有严重的不足： (1)一个管理进程与多个管理代理交换管理信息， 对于目前越来越大的网络而言，不能满足网络管理的 需求。 (2)缺乏层次性，不能适应大规模的网络管理。 在实际应用中，比较理想的方案是分布式网络管 理结构。 第第1010章章 网络管理网络管理 2.基于tcp/ip之上的cmip internet体系结构委员会制定了一个将snmp尽快过 渡到cmip的标准，即cmot。它是基于iso的网络管 理标准，提供与cmis一样的服务，但其运行环境则是 以tcp/ip为基础的。它既可以利用面向连接的tcp传 输服务，也可以在无连接的udp支持下工作。 第第1010

18、章章 网络管理网络管理 cmot与cmip/cmis一样使用cmise、acse和 rose,但并没有直接使用osirm的表示层来实现， 而是使用轻量表示协议(lpp，lightweight presentation protocol)，其功能是将osi应用实体的原语映射成 tcp/udp的原语，将tcp/udp提供的服务映射成传输 层服务。lpp提供的5个表示层服务是：pconnect， prelease，puabort，ppabort和p data。 第第1010章章 网络管理网络管理 3.抽象语法表示(asn.1) itut推荐标准x.409提供了一种高层的数据类 型定义语言，允许使用者

19、用独立于物理传输的方法定 义协议标准中的数据类型。iso采用了这一标准并将其 命名为抽象语法表示(abstract syntax notation)，即 asn.1。 第第1010章章 网络管理网络管理 asn.1描述的是用户数据表示和传送过程中的语法， 而不涉及数据的语法。管理信息库mib中的对象就是 用asn.1来描述的。asn.1的功能包括：定义消息中所 包含数据的类型以及消息的结构；提供消息发送的编 码规则。除了数据类型的定义功能以外，asn.1还为各 种类型的数据如何在网络中传输制定了一系列规则， 称为基本编码规则(base encoding rules)，即ber。 1) asn.

20、1数据类型 与高级语言类似，asn.1中也有基本类型和构造类 型之分。asn.1中的基本类型见表10.4.2所示，构造类 型见表10.4.3所示。 第第1010章章 网络管理网络管理 表10.4.2 asn.1中的基本类型 第第1010章章 网络管理网络管理 表10.4.3 asn.1中的构造类型 第第1010章章 网络管理网络管理 2) snmp数据类型 asn.1中采用巴科斯瑙尔范式的形式进行新类型 定义，即 nameoftypebeingdefined =definition snmp数据类型如表10.4.4所示。 第第1010章章 网络管理网络管理 表10.4.4 snmp数据类型 第

21、第1010章章 网络管理网络管理 3) asn.1传输规则基本编码规则(ber) ber编码有三个字段：标签(tag)字段是关于标签 和编码格式的信息；长度(length)字段定义数据的长度； 内容(value)字段表示实际的数据。一个ber编码实际 上是一个tlb三元组(标签、长度、内容)。每个字段的 长度都是字节的整数倍，具体说明如图10.4.5所示。 第第1010章章 网络管理网络管理 4.管理信息结构(smi) smi为tcp/ip网络管理的设备提供定义管理对象的 命名和所属类型的规则。管理信息的单位是被管对象， 存放于管理信息库中，构成树型结构。smi对一个管 理对象的描述包括三个部

22、分：名字、语法和编码。 第第1010章章 网络管理网络管理 图10.4.5 ber编码格式 8 7 6 5 4 3 2 1 类型0=基本 1=通用 类型 00=通用 01=应用 10=特定上下文 11=专用 t(类型)l(长度)v(值) 第第1010章章 网络管理网络管理 图10.4.6 mib树的结构 ccitt(0)iso(1)joint-iso-ccitt(2) org(3) dod(6) internet(1) directory(1)mgmt(2)experimental(3)private(4) mib-2(1)enterprise(1) 第第1010章章 网络管理网络管理 1)名

23、字 名字是管理对象的标识。一个管理对象完整地标识 称为对象标识(objectidentifier)，是从mib树的根开始到 此对象所对应的节点沿途路径上的所有节点的数字标识， 中间以“.”间隔。mib树的结构如图10.4.6所示。 2)语法 smi有两种定义管理对象类型的方式：使用asn.1 提供的简单类型或在简单类型的基础上构造列、表以及 snmp使用的特有的类型。smi中所使用的asn.1的简单 类型如表10.4.5所示。此外,smi还提供了一些自定义类 型，常用的如表10.4.6所示。 第第1010章章 网络管理网络管理 表10.4.5 smi的简单类型 第第1010章章 网络管理网络管

24、理 表10.4.6 smi自定义类型 第第1010章章 网络管理网络管理 3) 编码 编码时，主要是根据对象的不同类型采用asn.1的 基本编码规则ber进行编码的。 4) 常用的管理信息库(mib) 全体被管对象的集合称为管理信息库。pfc1213 中定义了网络管理中最经常使用的一些管理信息，称 为mib树，如图10.4.7所示。 第第1010章章 网络管理网络管理 图10.4.7 mib树结构 mib ii system(1) interface (2) at(3) ip(4) icmp(5) tcp(6) udp(7) egp(8) snmp(9) 第第1010章章 网络管理网络管理 m

25、ib仅是一个逻辑上的数据库，在实际网络中并 不存在。各管理代理维护的都是一个子集。mib通过 其逻辑上的树型结构支持标准的和厂商自定义的两种 方式的管理对象，从而为网络管理系统提供了灵活的 扩充性。 第第1010章章 网络管理网络管理 5. snmp协议数据格式与工作模式 1) snmp协议数据格式 snmp数据报文包括三个部分：协议版本号 (version)、管理域(community)和协议数据单元(pdu)。 所有数据都采用asn.1语法进行编码传输。协议版本号 是一个整数，标识当前数据发送方使用的snmp协议版 本号。管理域用于规定管理的信任范围。snmp数据报 文格式如图10.4.8

26、所示。snmpv1使用的协议数据单元 有五种，如表10.4.7所示。 第第1010章章 网络管理网络管理 图10.4.8 snmp数据报文格式 版本号 version 管理域 community 协议数据单元 pdu 第第1010章章 网络管理网络管理 表10.4.7 snmp协议数据单元 第第1010章章 网络管理网络管理 2) snmp协议数据单元及协议工作过程 在tcp/ip网络中，snmp使用udp作为传输协议， 其默认端口有：udp的161号端口，用于数据的传送与 接收；udp的162号端口，用于报警信息的接收。 snmp协议的工作模式不依赖于具体的传输协议，因而 能够适应其他类型的

27、传输网络，如图10.4.9所示。 第第1010章章 网络管理网络管理 图10.4.9 snmp协议工作模式 管理协议 代理协议 管理进程 port from pool 162端口 161端口 port from pool 管理代理 get get-next set responsetrap mib 第第1010章章 网络管理网络管理 snmp是目前应用最广泛的internet网络管理协议。 snmp只要求传送层协议提供最基本的无连接服务。因 此，对于传输具有突发性和简短性的管理信息来说， snmp是比较合适的。 snmp采用的是“请求-响应”的操作方式，snmp 只用了五种不同格式的pdu就实

28、现了管理进程和管理 代理之间的交互。snmpv2提供了七种pdu。 第第1010章章 网络管理网络管理 10.4.3 网络管理系统 在网络管理标准化的基础上,借助于网络管理系统 才能对网络进行有序的、充分的和完备的管理。下面 介绍四种在企业界应用较多的网络管理系统的网络监 管特性、管理特性、可用性，并小结了它们的优缺点， 参见表10.4.8。 第第1010章章 网络管理网络管理 此外，cisco公司提供了一组vlan管理工具： vlan view和traffic view。这些工具都是基于snmp 的，完全支持snmp的get和set操作，且可无缝地集成 在上列的网络管理平台。vlan vie

29、w提供图形用户界 面，通过拖放操作模式来创建vlan的逻辑组和端口， 操作简便。traffic view是一个基于远程监控(rmon)的 流量监测与分析应用的软件，它可给出交换机端口和 lan网段的流量信息，还具有通用性的管理代理特征， 为网络管理功能的集成提供保障。 第第1010章章 网络管理网络管理 表10.4.8 四种网络管理系统的比较 第第1010章章 网络管理网络管理 第第1010章章 网络管理网络管理 10.5 电信管理网电信管理网 10.5.1 tmn与电信网的关系 tmn及其与电信网之间的关系如图10.5.1所示。 图中虚线框内是电信管理网(tmn)。它由数据通信网 (dcn)

30、、电信网设备的接口部分、电信网操作系统(os) 和网络管理工作站组成。tmn与它所管理的电信网是 紧耦合的，但在概念上又是一个分离的网络，它可通 过若干点与电信网相接。另外，tmn有可能利用电信 网的一部分(如数据通信网)来实现管理信息的通信。 第第1010章章 网络管理网络管理 图10.5.1 tmn及其与电信网之间的关系 工作站 传输设备 (复用器、 交叉连接 设备等) 数据和模 拟传输系 统(电缆、 光纤等) 被管 理的 电信 网与 设备 公用交换网 isdn/pstn 分组交换网 ddn frn atm网 数字/模拟移动 通信网 专用网 智能网 信令网 终端和系 统(包括数 据转接点

31、和实时数 据库) dcntmn ososos 传输系统交换系统接入系统 第第1010章章 网络管理网络管理 10.5.2 tmn的管理功能及管理分层 电信管理网(tmn)是用来支持电信网管理的。与 osi网络管理标准一样，tmn的网络管理也包括电信 网运营、管理、维护和指配(oam(b)参考点 os dcnws dcnws qaneneqa md x x x/f/q3 x/f/q3 x/f/qx f f q3 qx qx qaf nefmfosfwsf x m qxq3f qx g q3 (a)(b) 第第1010章章 网络管理网络管理 tmn的物理结构是和tmn的功能模块相对应的。 一个tm

32、n的物理结构是由下列物理模块组成的：操作 (运行)系统(os，operation system)、数据通信网络 (dcn，data communication network)、协调设备(md， mediation device)、工作站(ws，workstation)、网元 (ne，network element)、q适配器(qa，qadapter)。 第第1010章章 网络管理网络管理 图中各参考点功能如下： q参考点：连接osf、mf、nef和qaf功能块， 彼此可以直接相连，也可以通过数据通信功能与dcf 相连。在q参考点中，q3参考点把nef与osf，mf与 osf、qaf与osf，

33、以及osf与osf进行连接。qx参考 点把mf与mf、mf与nef和mf与qaf进行连接。f参 考点：连接osf和mf与wsf功能块。 第第1010章章 网络管理网络管理 x参考点：连接不同的tmn中的osf功能块，或者 连接tmn的osf和非tmn环境中的osf。g参考点：传 递tmn信息的参考点，但不是tmn的一部分。非tmn 的g参考点位于tmn的外部，在wsf和使用人员之间， 即所谓的“人-机接口”。 m参考点：位于tmn的外部(在qaf和非tmn的被 管对象之间或qaf和不符合tmn建议的被管对象之间)， 这样就能通过tmn环境管理非tmn的ne。 第第1010章章 网络管理网络管理

34、 当被连接的tmn功能模块嵌入在单独的物理设备 中时，各参考点(q,f,g,x)就相应地变为一个接口(q，f， g，x)。在实现tmn时，各个功能模块是由一定的网 络设备和专用设备组成的。 应当注意到，由于某些电信设备的复杂性以及使 用多微处理机，故把管理功能分布到网络各个部分， 这些定义不可能完全包括每一个可能遇到的物理配置。 是否包含md或qa，取决于特定的电信管理网的实现 过程。 第第1010章章 网络管理网络管理 4.tmn的接口 tmn中各物理模块ne、os、ws、qa和md经由 dcn的互连由各标准化接口提供。这些接口确保各物 理模块的连接，以完成指定的电信管理网的各个功能。 要求

35、兼容的通信协议以及所使用的信息定义应该与设 备或供应商无关。 (1)q3接口：是tmn的典型接口，其定义比较完整， 它用以连接os与ne、os和qa、os和md或者是属于 同一tmn的两个os。 第第1010章章 网络管理网络管理 (2)qx接口：与q3接口类似，但比q3接口的功能 弱，这两种接口的使用场合尚未有明确的区分。 (3)x接口：用于不同的tmn中os之间的通信，或 者是用于tmn操作系统和非tmn操作系统之间的连接。 (4)f接口：用于工作站ws和其他节点之间的通信， 如ws与os、ws与ne等。 第第1010章章 网络管理网络管理 5.tmn的物理模块功能 tmn所管理的对象是多

36、种多样的，不仅网络种类 不尽相同，就是在同一种网络中，其体系结构和网络 拓扑也会有一些差异。因此，tmn必须具有高度的灵 活性。此外，tmn的可靠性也是十分重要的，必须防 止某一个故障造成网络管理信息阻塞，以影响网络管 理数据的收集、处理和分发，其关键在于其中的数据 通信网(dcn)部分。因此，要求dcn的拥塞应该不会 造成网络管理信息的阻塞或过大的延迟，这些网络管 理信息的绝大部分正是用来解决电信网中的拥塞等问 题或执行故障恢复的操作。 第第1010章章 网络管理网络管理 1)运行系统(os) os必须具备的功能是：支持应用程序，提供数据 库功能，用户终端支持，数据分析支持，数据的格式 化和报表生成。这些功能可以在一个os中实现，也可 以分布在多个os上。一般的os可以只有单向通信功能， 但支持故障维护的os则必须具有双向数据传输功能， 即从ne到os的差错或故障报告的自发传输，当os得 到ne的网络管理信息后，对ne的控制命令进行传输。 其中负责维护的os还要考虑经过数据通信网以后的维 护信息的完整性问题。 第第1010章