一種基于分層的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)的研究及實現(xiàn)

豐樹謙 鄧小飛

（焦作大學信息工程學院，河南焦作 454000）

一種基于分層的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)的研究及實現(xiàn)

豐樹謙 鄧小飛

（焦作大學信息工程學院，河南焦作 454000）

隨著三網(wǎng)融合的不斷深入，網(wǎng)絡規(guī)模增大，網(wǎng)絡中設備數(shù)量增加。集中式的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)存在著獲得被管設備信息時間過長，信息更新不及時等缺點。為了有效地對網(wǎng)絡中的設備進行管理，在分析集中式網(wǎng)絡管理系統(tǒng)的基礎上，提出一種基于分層思想的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)，并采用多線程技術進行實現(xiàn)。

三網(wǎng)融合；集中式網(wǎng)絡管理；分層；多線程

2015 年，國務院辦公廳發(fā)布了《關于印發(fā)三網(wǎng)融合推廣方案的通知》，標志著我國全面開始進入三網(wǎng)融合的推進階段。隨著電信網(wǎng)絡、有線電視網(wǎng)絡和計算機網(wǎng)絡的深度融合，網(wǎng)絡規(guī)模增大，網(wǎng)絡設備數(shù)量增多，傳統(tǒng)的基于簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議［1］（SNMP）的網(wǎng)管系統(tǒng)輪詢一次的時間變得更長，難以實時反映出當前網(wǎng)絡的實際情況。為了滿足融合后網(wǎng)絡管理的需要，本文設計的系統(tǒng)具有輪詢時間短、工作效率高等特點，基本能夠滿足三網(wǎng)融合下的網(wǎng)絡管理要求。

1 SNMP協(xié)議

為了有效地完成對網(wǎng)絡的管理，先后出現(xiàn)了OSI體系的CMIS與CMIF以及IETF的SNMP等不同的網(wǎng)絡管理協(xié)議［2］。由于SNMP協(xié)議簡單有效，并且能夠適應TCP/IP的體系結構，因此有了更好的發(fā)展。IETF先后推出了SNMPV1、SNMPV2、SNMPV3 3個版本，每個版本都兼容上一個版本。

基于SNMP協(xié)議的網(wǎng)絡管理模型中，包括管理站、被管設備和網(wǎng)絡管理協(xié)議3個主要的構件。其中，被管設備也叫網(wǎng)元，包括網(wǎng)絡中的交換機、路由器、防火墻、集線器和網(wǎng)橋等。網(wǎng)元上安裝了代理程序，負責收集本設備的相關信息，并將這些信息以MIB的方式進行存儲。當管理站需要時，將信息發(fā)送給管理站。管理站安裝網(wǎng)絡管理程序，負責收集網(wǎng)絡中的被管設備信息，并將收集到的信息呈現(xiàn)給網(wǎng)絡管理員。同時，管理站也負責將管理員的命令傳達給各被管設備。管理站是網(wǎng)絡管理員管理網(wǎng)絡的設備，通過輪詢和自陷2種方式從被管設備獲得信息。

1.1 輪詢

輪詢是管理站周期性向被管設備發(fā)出請求，要求獲得設備的最新信息來建立管理信息庫。被管理的設備接

到請求后，將自身設備的最新信息發(fā)送給管理站。為了使操作簡單，輪詢采用無連接的UDP進行消息的傳輸。當網(wǎng)絡規(guī)模較小時，整個輪詢時間的開銷較小。當網(wǎng)絡規(guī)模較大，輪詢的時間開銷變長，為了獲得最新信息，就需要縮短輪詢的周期。但頻繁的輪詢會增加CPU的開銷，降低網(wǎng)絡的利用率。

1.2 自陷

自陷允許被管設備在輪詢時間未到的情況下，將自己的信息發(fā)送給管理設備。當被管設備發(fā)現(xiàn)的某些情況達到了規(guī)定的門限值，被管設備產生一個類似中斷操作，不等輪詢請求到來，就將這些信息（trap）發(fā)送給被管設備。

自陷和輪詢這兩種方式形成互補，在一定程度上滿足網(wǎng)絡管理的需要。由于輪詢需要管理站產生和發(fā)送大量的報文，而自陷消耗一些系統(tǒng)資源，當網(wǎng)絡規(guī)模較大時，這種消耗將會急劇增大。

2 基于分層的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)

2.1 算法的基本思想

該算法的基本思想是對于較大網(wǎng)絡，采用分區(qū)域的方式來進行信息的收集和管理。每個區(qū)域設置一個分管理站，既完成本區(qū)域內所有信息的收集，同時向網(wǎng)絡管理員操作的管理站提供信息。各個分管理站周期性地向該區(qū)域中的被管設備進行輪詢，獲得最新信息，構建本區(qū)域的MIB信息庫。當總管理站進行輪詢時，不需向網(wǎng)絡中的每個被管設備進行輪詢，僅向各個分管理站進行輪詢即可。

2.2 基于分層的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)的實現(xiàn)

2.2.1 劃分區(qū)域。劃分區(qū)域時，本文根據(jù)需要管理的網(wǎng)絡部分完成功能的不同、各部分網(wǎng)絡在整個網(wǎng)絡拓撲結構中所處的層次或者網(wǎng)絡設備所處的地理位置來劃分不同區(qū)域。

2.2.2 選擇各區(qū)域的分管理站。由于區(qū)域中有一個設備既作為本區(qū)域信息的收集者，同時向高層的管理設備提供信息，既是客戶端又是服務器。根據(jù)接入層、匯聚層、核心層的劃分方式，選擇核心層中1臺性能良好的路由器來作為分管理站。

2.2.3 自陷和輪詢的工作過程

2.2.3.1 自陷的工作過程。當分區(qū)域中的被管設備的某些情況達到了預先設定的門限值時，將產生一個trap，該trap以UDP的方式發(fā)送給分管理站。分管理站運行一個TrapThread的線程，該線程負責監(jiān)聽162端口，并維護一個接收分區(qū)域中被管設備的trap信息的列表。當被管設備的trap信息到分管理站后，TrapThread線程將接收到的trap消息放置到該列表。一旦列表不為空，分管理站將產生trap并將列表中的trap發(fā)送給上級管理站，并同時根據(jù)trap消息更新本地MIB數(shù)據(jù)庫。

2.2.3.2 輪詢的工作過程。輪詢的工作過程是管理站獲得被管設備信息的主要過程，管理站需要周期性地發(fā)起輪詢。輪詢的信息有些是比較穩(wěn)定的，不需要頻繁地進行輪詢，可采用較長的輪詢周期。有些信息是動態(tài)變化的，實時性要求較強，需要較短的輪詢周期。因此，本文創(chuàng)建了2個線程StaticThread和DynamicThread，分別來完成靜態(tài)信息和動態(tài)信息的輪詢和維護。

分區(qū)域的輪詢過程實現(xiàn)如下：①各個分區(qū)域的設備管理器建立一個數(shù)據(jù)庫，用來存放該區(qū)域的所有被管設備的MIB信息；②分區(qū)域的設備管理器采用TrapThread、Static?Thread、DynamicThread 3個線程，分別處理被管設備以自陷的方式發(fā)送過來的信息，以及管理站以輪詢方式收集到的靜態(tài)、動態(tài)信息，并更新數(shù)據(jù)庫，使得信息反映的是當前設備的最新情況；③當分區(qū)域中有新增或移除設備時，分區(qū)域管理站運行了一個DeviceThread的線程，該線程針對網(wǎng)絡層的設備根據(jù)路由信息表采用廣度優(yōu)先算法來進行維護，針對數(shù)據(jù)鏈路層的設備，采用地址轉發(fā)表來進行維護，由于地址轉發(fā)表有規(guī)模限制，不能保存所有連接設備的MAC地址，因此，該線程還能夠根據(jù)IP地址和子網(wǎng)掩碼確定該數(shù)據(jù)鏈路層設備所使用IP地址的范圍，并通過Ping命令的方式探尋新增設備或者移除設備，完成后Device?Thread線程根據(jù)探尋結果，以trap方式更新分管理站和管理站的MIB信息庫；④當管理員需要獲得整個網(wǎng)絡的最新信息時，通過管理器向分區(qū)域的管理器發(fā)出輪詢信息，分管理器將自己本地所保存最新的數(shù)據(jù)庫信息以SNMP數(shù)據(jù)報的形式發(fā)送給管理器；⑤當管理員需對被管設備進行設置時，只需通知分管理站更改本地保存的MIB數(shù)據(jù)庫信息，并將這種改動傳遞給被管設備，同時更新自己的MIB信息。

由于采用分層的設計思想，各個分區(qū)域獲得被管理設備的MIB信息是并行的，同時由于每個區(qū)域管理的設備較少，采用輪詢時花費的時間也較短，獲得的信息也較為及時，使得管理站能夠實時了解各個網(wǎng)絡設備的最新狀態(tài)。

3 結語

本文詳細分析了SNMP的工作過程，指出隨著三網(wǎng)融合的深化，傳統(tǒng)的網(wǎng)路管理方式將難以有效地完成網(wǎng)絡的管理。借鑒分層的思想，設計完成了分區(qū)域的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)。該管理系統(tǒng)將需要管理的網(wǎng)絡分成不同的區(qū)域，各區(qū)域有自己的分區(qū)域管理站來進行維護、管理。當管理員需要獲得網(wǎng)絡信息時，通過管理站向個分管理站進行輪詢，這大大節(jié)省了輪詢時間，提高了管理效率。

［1］王煥然，徐明偉.SNMP網(wǎng)絡管理綜述［J］.小型微型計算機系統(tǒng)，2004（3）：359-365.

［2］任鴻雁.基于SNMP的SDH網(wǎng)絡管理系統(tǒng)的設計及其實現(xiàn)探討［J］.計算機光盤軟件與應用，2014（22）：133，135.

Research and Implementation of a Hierarchical Network Management System

Feng ShuqianDeng Xiaofei
（Department of Information Engineering，Jiaozuo University，Jiaozuo Henan 454000）

With three networks convergence unceasingly thoroughly,the scale of the network and the number of devic?es increases.The centralized network management system has the shortcomings,such as obtaining the information of the equipment is too long,the information update is not timely and so on.In order to effectively carry out the manage?ment of network equipment,this paper proposed a network management system based on hierarchical thinking,and implemented it with multithreading.

three networks convergence；centralized network management；hierarchical；multithread

TP393

A

1003-5168（2016）10-0057-02

2016-09-23

河南省軟科學研究計劃項目（152400410351）。

豐樹謙（1965-），男，碩士，副教授，研究方向：軟件開發(fā)、數(shù)據(jù)庫技術、網(wǎng)絡技術。