基于簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議實現(xiàn)性能管理模塊的設(shè)計

作者：鄭文俊，李強(qiáng)，馬東堂

目前通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，通信網(wǎng)絡(luò)使用的設(shè)備也越來越復(fù)雜，隨著網(wǎng)絡(luò)的大型化與復(fù)雜化，如何有效地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理日益成為人們普遍關(guān)注的問題。ISO定義的網(wǎng)絡(luò)管理包含五個功能域：配置管理、故障管理、性能管理、安全管理和計費管理，其中性能管理的目標(biāo)是優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能，提高運行質(zhì)量。性能管理是測試組成網(wǎng)絡(luò)各個單元性能的過程，它包括測試網(wǎng)絡(luò)連接和當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)段利用率、識別可能發(fā)生擁塞域、杜絕高出錯率和檢測網(wǎng)絡(luò)傳輸狀態(tài)等，幫助用戶解決當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)存在的問題。

目前典型的網(wǎng)絡(luò)管理標(biāo)準(zhǔn)主要有兩大體系：OSI的CMIS（Common Management Information Service，公共管理信息服務(wù)）／CMIP（Common Management In-formation Protocol，公共管理信息協(xié)議）和IETF的SNMP（Simple Network Management Protocol，簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議）。SNMP由于易于實現(xiàn)和廣泛的TCP／IP應(yīng)用基礎(chǔ)而獲得廠商的支持。而且，由于SNMP不斷完善，SNMP中的安全問題也得到了一定程度的解決，使SNMP得到更快的發(fā)展。

1 SNMP網(wǎng)絡(luò)管理模型

SNMP網(wǎng)絡(luò)管理模型包括四個關(guān)鍵性部件：管理站、管理代理、管理信息庫和網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議，如圖1所示。

（1）管理站（Manager）是一個獨立的設(shè)備或者是一個共享網(wǎng)絡(luò)中的一員，為管理者和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)提供接口。

（2）管理代理（Agent），一般廠家的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品如路由器、交換機(jī)等在出廠時都已配置好相關(guān)的SNMP管理代理，對于不支持SNMP協(xié)議的設(shè)備，可以開發(fā)委托代理（proxy agent）來支持SNMP協(xié)議。管理代理的功能是響應(yīng)從網(wǎng)管站發(fā)出的讀取請求（Get）和設(shè)置請求（Set），并且給網(wǎng)管站發(fā)送事件及告警信息（Trap）。

（3）管理信息庫（MIB）存放了該設(shè)備上被管對象資源的所有信息，每個被管對象有一個惟一對象的對象標(biāo)識符（OID）。

（4）SNMP網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議主要具有以下三個功能：取值（Get）使網(wǎng)管站能夠從代理處獲取相關(guān)對象的值；設(shè)置值（Set）使網(wǎng)管站能夠在代理上設(shè)置相關(guān)對象的值；告警信息（Trap）使代理能夠通知管理站、代理端（Agent）的管理信息庫MIB值的重大變化以及其他重要事件發(fā)出。

2 性能管理模塊的設(shè)計

2．1 性能管理模塊基本結(jié)構(gòu)

根據(jù)上述對SNMP網(wǎng)絡(luò)管理模型的討論，設(shè)計了一種性能管理模塊的基本結(jié)構(gòu)，如圖2所示。該性能管理模塊主要包括性能數(shù)據(jù)采集、性能分析和數(shù)據(jù)管理存儲三個部分。其中，數(shù)據(jù)管理存儲主要是針對數(shù)據(jù)庫管理的具體技術(shù)，這里主要討論性能數(shù)據(jù)采集和性能分析技術(shù)及其實現(xiàn)問題。

2．2 性能數(shù)據(jù)采集

性能數(shù)據(jù)的采集方式主要有三種：循環(huán)定時模式、實時模式和事件驅(qū)動模式。

循環(huán)定時模式 預(yù)先配置好定時時間間隔，由服務(wù)器端進(jìn)行采集，采集的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，也可以根據(jù)需要同時發(fā)往控制臺，用于統(tǒng)計分析的性能參數(shù)主要采用該模式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

實時模式 由用戶在控制臺進(jìn)行操作，用于采集被管設(shè)備的當(dāng)前性能數(shù)據(jù)，采集的數(shù)據(jù)馬上送回用戶界面，控制臺程序在判斷其是否超過閾值后，將數(shù)據(jù)以某種形式實時呈現(xiàn)給用戶，本類數(shù)據(jù)主要用于監(jiān)測當(dāng)前性能，一般不存儲到數(shù)據(jù)庫，不作為歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢。事件驅(qū)動模式 通過對關(guān)鍵事件的預(yù)定義，Agent在這些事件發(fā)生時，向管理者發(fā)送Trap報文。事件驅(qū)動對監(jiān)視狀態(tài)變化不很頻繁的對象時用處很大，并且可以在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)生異常情況時，及時向管理者發(fā)出報警信息。

2．3 性能分析

性能分析一般分為歷史性能分析和實時性能分析。歷史性能分析包括對歷史信息（如：性能日志及性能報告等）的查詢、檢索，從數(shù)據(jù)庫提取性能歷史數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析、計算性能指標(biāo)，再經(jīng)過統(tǒng)計和整理，以直觀的圖形顯示和表數(shù)據(jù)來反映性能分析的結(jié)果，并生成性能日志，管理員可以設(shè)定時間范圍，選擇該時間段內(nèi)設(shè)備的某種屬性信息進(jìn)行統(tǒng)計，還可以選用各種圖形顯示方式，直觀地查看性能狀態(tài)。

實時性能分析 提供實時數(shù)據(jù)采集、分析和可視化的工具（如MIB瀏覽器），可以對流量、負(fù)載、丟包、設(shè)備溫度、內(nèi)存利用率、網(wǎng)絡(luò)延遲等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和線路的性能指標(biāo)進(jìn)行實時監(jiān)控，并可設(shè)置數(shù)據(jù)采集的時間間隔。

3 性能管理模塊的編程實現(xiàn)

在性能管理模塊的開發(fā)過程中，可利用SNMP++類庫來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集模塊的開發(fā)，SNMP++是由HP公司提供的一個開放的軟件包，它能夠較好地實現(xiàn)SNMP協(xié)議，利用它的成員函數(shù)get（），getnext（），get-bulk（），set（），trap（）可以編程實現(xiàn)對設(shè)備和主機(jī)性能數(shù)據(jù)的采集。SNMP++提供跨平臺可移植的API。任何使用SNMP++編寫的網(wǎng)絡(luò)管理應(yīng)用程序，不需要做任何改變就可以移植到其它平臺。SNMP++在Target類中提供了超時和重傳機(jī)制，直接設(shè)置參數(shù)就可以實現(xiàn)超時和重傳功能。同時SNMP++可以運行在各種不同協(xié)議之上，它采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法，把WinSNMP的API函數(shù)封裝成一個個相關(guān)的類，大大簡化了SNMP網(wǎng)絡(luò)管理軟件開發(fā)的復(fù)雜性和開發(fā)難度。以下給出網(wǎng)絡(luò)性能管理的部分關(guān)鍵對象（表1）和性能參數(shù)的計算公式。大多MIB組都提供性能數(shù)據(jù)變量。

端口狀態(tài)ifOperStatus有三種取值，1（up）代表當(dāng)前接口正處于使用狀態(tài)；2（down）代表當(dāng)前接口處于關(guān)閉狀態(tài)；3（test）代表接口正處于測試狀態(tài)。

端口當(dāng)前狀態(tài)保持時間=sysUpTime—if-LastChange

對于一段時間丁內(nèi)，MIB變量值的變化：△（MIB-variable）=MIB-Value（t1）-MIB-Value（t0）

接口收到的包的總數(shù)：TOTAL_INPUT_PACK-ETS=△ifInUcastPkts+△ifInNUcastPkts

發(fā)出的包的總數(shù)：TOTAL_OUTPUT_PACK-ETS=△ifOutUcastPkts+△ifOutNUcastPkts

輸入丟包率=△ifInDiscards／（△ifInUcastPkts+△ifInNUcastPkts）*100％

輸出丟包率=△ifOutDiscards／（△ifInUcastPkts+△ifInNUcastPkts）*100％

輸入差錯率=△ifInErrors／（△ifInUcastPkts+△ifInNUcastPkts）*100％

輸出差錯率=△ifOutErrors／（△ifOutUcastPkts ＋△ifOutNUcastPkts）*100％

接口輸入流量=ifInOctets*8／sysUpTime

接口輸出流量=ifOutOctets*8／sysUpTime

接口利用率=（（△ifInOctes+△ifOUtOetets）*8）／（T*ifSpeed）*100％

同樣可以計算其他參數(shù)，如：

IP吞吐量=（△ipInRecieves+△ipOutRequests+△ipForwDatagrams）／T

UDP吞吐量=（△udpInDatagrams＋△udpNoPorts＋△udpInErrors＋△udpOutDatagrams）/T

下面給出了SNMP++編程的關(guān)鍵步驟（標(biāo)“*”）：

4 結(jié) 語

基于目前廣泛應(yīng)用的SNMP設(shè)計了網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中的性能管理模塊，采用HP公司提供的SNMP++類庫和編程工具Visual C++進(jìn)行了具體實現(xiàn)，該工具可以作為復(fù)雜通信網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)的參考。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，開放、異構(gòu)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)將成為進(jìn)一步研究的重點。

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