基于代理的网元管理中间件设备驱动集

1、马韡韡,岳红超,田野北京邮电大学计算机科学与技术学院,北京 (100876E-mail :摘 要: 本文给出了基于代理的网元管理中间件中设备驱动集部分的设计与实现说明,该 驱动集能够实现对各种网络设备的信息采集和配置。 信息采集包括 IPv4基于 SNMP MIB的 信息采集和对 IPv6或 IPv4的基于 CLI 命令行接口的信息采集, 采集的内容按照目的可以分 为拓扑信息采集,节点性能采集, Mobile IPv6信息采集;配置是基于 CLI 命令行接口的, 可以进行所有可能的配置。通过此驱动集,可以实现对几乎所有网络设备的监视和控制。 关键词: 驱动, SNMP , CLI ,数据采集,

2、自动配置。中图分类号:TP 3931. 引言随着网络上各种业务的不同需求, 网络技术的越来越复杂, 网络也朝着多元化的方向发 展。 来自不同设备厂商的网络设备和各种网络新技术的综合应用, 使得目前网络越来越呈现 异质异构的特性。 为了网络管理系统的通用性, 需要屏蔽底层网络异质异构的特性, 基于代 理的网元管理中间件很好的解决了这个问题, 而这种中间件的核心部分是针对不同设备专门 设计的设备驱动。 如何合理的设计网元驱动集, 为异质异构网络管理提供数据采集和设备自 动配置功能正是本文研究的内容。2. 基于代理的网元中间件结构 图 1 网元中间件整体结构3. 设备驱动集功能设计基于代理网元设备驱

3、动是网元管理中间件的一个组成部分。 它和 Agent 的其他组件一起 为上层系统屏蔽底层设备的异质和网络结构的异构性。 设备驱动通过指令适配将上层系统经 过 Agent 外部接口接收到的控制逻辑转化为网元设备可以执行的设备命令执行。 同时设备驱 动将底层设备采集到的原始网管数据经过处理后以统一的格式通过 Agent 对外接口提供给 上层系统。从功能集上划分, 设备驱动子层可以分为两大部分:信息采集部分和设备配置部分, 信 息采集包括拓扑数据采集、性能数据采集、移动性监测 3个部分。具体如图 2所示。 图 2网元设备驱动结构图3.1网元信息采集功能设计根据应用目的不同,可以将信息采集功能分为 3

4、部分。网络拓扑信息采集是设备驱动子层的主要功能之一, 主要目的是为上层网络管理系统的 拓扑发现模块提供必要的网络实时数据进行拓扑整合构造全网的拓扑结构服务。设备代理 Agent 通过设备驱动子层提供的拓扑信息采集部件周期性的从网元设备上获取以下数据:1 路由器基本信息:包括设备名称、设备标识;2 路由器所在 AS 域的域号,与边界路由器相连的远端路由器的 AS 号列表;3 路由器接口的详细信息:包括接口索引、接口描述、接口速率、接口物理地址、接 口状态;4 路由器接口 IP 信息:包括接口索引、接口描述、接口的 IP 地址、接口 IP 地址掩 码;5 路由器接口数目信息;6 路由器的邻居关系表

5、:对应 IPv4中的 ARP 绑定和 IPv6中的 Neighbour 绑定;7 单播路由表:包括目的 IP 地址、目的网络掩码、下一跳路由器接口 IP 、指明下一 跳是否最终目的网络、该路由的路由协议类型、下一跳的 ASID 、出接口;8 组播路由表:包括组播组地址、组播源地址、组播路径的上游接口、组播路径的下 游转发接口、 RP 地址;网络节点性能数据能够实时地反映网络上各节点的运行状态及链路带宽利用情况, 进行 网络性能监测的目的是为了更好的对全网进行合理的规划管理, 如果设备使用状况超过预定 的门限应该即时调整以避免出现设备故障影响业务的正常运转。 节点性能信息的采集包括以 下两个方面

6、:1 网络节点的系统 CPU 利用率;2 网络节点各接口的链路带宽利用状况:包括:接口索引、接口描述、接口状态、接 口带宽、接口入方向传入字节数、接口出方向传送字节数、接口入方向丢弃包数、 接口出方向丢弃包数;通过计算采集周期内接口传输字节数和包数的统计值, 可以得到该接口在采集周期内的 带宽利用情况及丢包情况。具体公式如下:接口 i 带宽利用率=(接口 i 本次出方向传送字节数 -接口 i 上一次出方向传送字节 数 /(采集周期×接口带宽接口 i 出方向丢保率=(接口 i 本次出方向丢弃包数 -接口 i 上一次出方向丢弃包数 /采集周期随着多种网络的逐步融合,大量移动设备的用户希望

7、在移动过程中保持 Internet 接入和 连续通信,获得如同固定接入一样的网络服务质量。 Mobile IP1技术应运而生,如何为移动 IP 管理提供底层支持也是本文研究的课题之一。3.2 网络设备驱动配置功能网络管理不仅需要及时有效的采集网络信息, 为网管系统提供拓扑、 性能等信息, 将上 层的配置需求传递到网络设备上是设备驱动层的一个重要功能。 如何通过统一的接口对不同 厂商的网络设备实现相同的控制也是通用的网元驱动需要实现的目标之一。4. 网元信息采集技术实现网络信息采集采用自动轮询机制, 每个网元代理启动一个数据采集线程, 每隔一段时间 逐个采集所需数据,采集不停运行,直至代理停止运

8、行。每一轮如果有信息更新,触发主动 发送进程,将更新信息通知上层。流程如图 3所示: 图 3网元信息采集流程图在 IPv4环境下, 由于关于网络拓扑和节点性能 MIB 标准已经制定得相当完善, 而且几乎 所有的设备均支持 SNMP 2(Simple Network Management Protocol操作,所以设备驱动器 中对 IPv4网管数据的采集依靠 SNMP 的方式。SNMP 协议的主要关系实体由网管站和 SNMP 代理(Agent 组成,网管站即为网络管 理系统(NMS ,管理对象为运行 SNMP 代理的网络设备。他们的关系如图 4所示: 图 4SNMP 协议实体关系图网管站和代理之

9、间的通信通过 UDP 协议, SNMP 规定了 5种 SNMP 报文,用来在管理 站和代理之间传递信息。 get-request :从代理进程处提取一个或多个参数值; get-next-request :从代理进程处提取紧跟当前参数值的下一个参数值; set-request :设置代理进程的一个或多 个参数值; get-response :返回的一个或多个参数值。这个操作是由代理进程发出的,它是 前面三种操作的响应操作。 Trap :代理进程主动发出的报文, 通知管理进程有某些事情发生。 通过 SNMP 的 Get 操作获取 MIB-II(RFC1213及其扩展信息, 可以取得上层系统所需的

10、主要拓扑信息和节点性能信息,下面是部分将通过 SNMP Get获取的数据项及对应的 OID 。 表 1 拓扑信息及节点性能信息采集对应 MIBOID 描述信息表 2路由器 CPU 利用率 OIDOID 描述信息路由器 CPU 利用率路由器 CPU 利用率路由器 CPU 利用率4.2 IPv6数据采集(CLI在 IPv6环境下进行拓扑和节点性能数据采集的方式与 IPv4环境下采用的 SNMP 方式不 同,这主要是因为目前基于 SNMP 的 IPv6网络数据采集尚不成熟。现在 Cisco 的中高端路 由器和 Juniper 的大部分路由器均已支持 SNMP 的各种 PDU 在 IPv6的环境下传输

11、,并且也 定义了部分私有的 IPv6 MIB, 这些路由厂商在实现 IPv6 MIB时主要还是基于 RFC2465的, 而对于拓扑管理具有关键作用的字段都定义在其中, 但是目前这些字段绝大部分还处于 “ Not Accessible ”状态。所以,在这样的情况下只能采取 CLI 的方式来获取所需的数据。CLI 是命令行接口(Command Line Interface的简称,它是路由器用户接口(UI 的一 种。 UI 的实现方法有多种,从界面上来说, UI 有命令行、 Web 浏览器和配置工具等。目前 几乎所有的商用嵌入式网络设备都提供了命令行用户接口 CLI ,即通过 Telnet Shel

12、l或超级 终端等输入命令的管理接口,与基于 Web 的用户接口或图形化界面的配置工具相比, CLI 不需要考虑页面设计或功能分组, 因此更适合软件开发。 CLI 对网络设备具有最高的控制权 限和全部的操作功能。 一般的设备厂商都提供了用于对设备进行配置和测试的 CLI , 但是由 于 CLI 没有公共的标准,所以不同的厂商提供的 CLI 一般不同,甚至同一厂商的不同类型 的设备也有不同的 CLI 。主要有两种通过 CLI 方式来操作设备的。一是通过在网管终端与设备之间建立 Telnet 连接来执行 CLI 命令; 二是网管终端通过与设备的 Console 端口直接相连, 以超级终端登陆 设备来

13、执行 CLI 命令。这两种方式的前提都是要获得设备的用户名及登陆口令。通常情况下, CLI 方式主要用于进行设备配置和产品开发时的早期测试, 但是在某些情 况下,比如关于 IPv6 MIB信息制定不完善,无法通过 SNMP 采集到设备的网管数据时,也 可以通过 CLI 方式来进行数据采集。下面分别列出 Cisco 路由器和 Juniper 路由器采集拓扑数据的相关命令:表 3 Cisco采集拓扑数据的命令功能 命令获取路由器所在 AS 的域号 show configuration | include router bgp获取和边界路由器相连对端路由器的 AS 列表 show bgp ipv6

14、neighbors | include remote AS获取路由器的名称 show configuration | include hostname获得路由器的接口 IPv6地址 show ipv6 interface | include subnet | protocol获取 IPv6路由表 show ipv6 route功能 命令获取路由器所在 AS 的域号 show configuration protocols bgp | grep local-as 获取边界路由器相连对端路由器的 AS 列表show configuration protocols bgp | grep peer-a

15、s 获取路由器的名称 show configuration | grep host-name获得路由器的接口 IPv6地址 show configuration interfaces;show interfaces | grep Log |except Type(需要综合两条命令的输出信息加以分析处理获取 IPv6路由表 show route | find inet6.0图 5为部分拓扑信息采集分析结果。图 5 拓扑数据采集结果输出家乡代理地址:2001:400:2:0:202:4aff:fe3a:6008;5. 网元设备配置技术实现用户的服务指令需求是最终要转化成具体的设备配置命令传递到网络

16、设备中去。通过预先设置指令类型, 将每一个类型所代表的具体指令存入配置文件, 通过提供指令 类型和具体指令的映射机制, 从配置文件中取出所需指令, 交予指令执行器逐条执行。 同时 提供参数替换机制,为用户提供灵活参数配置功能。SNMP 提供了 set-request 命令, 可以对 SNMP 设备一些参数进行配置, 由于安全方面考 虑,一般网络设备对 SNMP 配置接口是关闭的,而且 SNMP 只限于对 MIB 的参数修改,对 比较复杂的配置,例如 QoS DiffServ配置,很复杂根本不可能实现的。所以我们采用了 CLI 的方式,通过 telnet 来实现网络设备的配置,这种模式可以实现所

17、有的路由器配置方式。 配置具体流程如图 7 所示。 图 7网元设备配置流程在下边的例子, 我们在 Cisco 路由器上配置一个 QoS 3为 EF 的视频业务, 需要配置访问控 制列表匹配源、 目的 IPv6地址, 分类器, QoS 策略 (包括平均速率、 峰值速率、 承诺突发量、 扩展突发量、 DSCP 4值设置 。图 7 为 Cisco 路由器配置文件中“业务配置(service configuration ”部分。 图 8 Cisco配置文件业务配置部分命令执行完毕后,在路由器上的效果截图如下: 图 9 Cisco路由器业务配置成功6. 结论在网络管理系统中, 网元驱动是最底层的部分,

18、也是最重要的部分。 本文设计并实现了 了基于代理的网元中间件驱动集。通过 SNMP 和 CLI 两种方式,实现了对 IPv4和 IPv6数 据采集;通过 CLI 方式,结合预先定义好的配置文件,实现了对网元设备的自动配置。测 试结果验证了其良好的功能,可以根据需要进行对网元设备的监视与控制。参考文献1孙力民 阚志刚 郑建平等著,移动 IP 技术,电子工业出版社, 20032David Zeltserman著,潇湘工作室译, SNMPv3与网络管理,北京:人民邮电出版社, 2000 3王文东 互联网的服务质量控制和管理 中兴通讯技术2003年第 4期4RFC2474:“ Definition o

19、f the Differentiated Service Field(DS Field in the IPv4 and IPv6 Headers”, K.Nichols,1998Device Driver Set for Agent Based Network Element Management MiddlewareMa Weiwei, Yue Hongchao, Tian YeSchool of Computer Science and Technology, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing, (100876AbstractThis paper provides the design and realization of the devices driver set for agent based network element management middleware. The devices driver set makes it is possible to colle