基于SNMP協(xié)議和Web服務(wù)器實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測平臺(tái)的應(yīng)用設(shè)計(jì)

引言

當(dāng)今社會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的安全和網(wǎng)絡(luò)性能要求越來越高，與此同時(shí)，電信業(yè)務(wù)的蓬勃發(fā)展、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的日益壯大，對(duì)網(wǎng)絡(luò)特別是電信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)測和管理軟件的需求也就越來越強(qiáng)烈。正是由于這種強(qiáng)烈的需求，越來越多的企業(yè)開始致力于網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測管理軟件的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。

網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測管理在近幾年發(fā)展非常迅速，眾多網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管軟件紛紛浮出水面。總體來說，現(xiàn)階段較流行的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管軟件主要有以下三種實(shí)現(xiàn)方式：基于嵌入式、基于移動(dòng)代理技術(shù)［1，2］和直接基于系統(tǒng)協(xié)議。考慮到本系統(tǒng)面向電信網(wǎng)絡(luò)以及實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜程度，我們采用第三種方式來對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)前，有兩種網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理中占主導(dǎo)地位：一種是開放系統(tǒng)互連組織（OSI）提出的公共管理信息及協(xié)議（CMIS/CMIP）；另一種是Internet工程任務(wù)組（IETF）提出的簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（SNMP）［3，4］。IETF指定的SNMP協(xié)議顯得簡單實(shí)用，容易實(shí)現(xiàn)，因而被迅速地推廣開來，得到了廣泛支持。

SNMP是在TCP/IP協(xié)議棧之上的應(yīng)用層協(xié)議，由三個(gè)部分組成：管理信息結(jié)構(gòu)（SMI）、管理信息庫（MIB）和SNMP協(xié)議［5］。SNI描述了管理信息的標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)，最關(guān)鍵的原則是被管理對(duì)象的定義要用抽象語句定義ASN.1來描述。MIB用來貯存管理信息，可把一個(gè)管理信息庫比作一個(gè)虛擬的信息倉庫。SNMP協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)管理站（manager）和代理（agent）之間的異步請求和響應(yīng)協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)管理信息的數(shù)據(jù)由SNMP從MIB庫中獲取，再經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)應(yīng)用程序的過濾、分析、加工處理后，存儲(chǔ)于Web服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中。

本文介紹的是基于SNMP協(xié)議和Web呈現(xiàn)的對(duì)電信網(wǎng)絡(luò)主要是IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全面監(jiān)測的監(jiān)測平臺(tái)。此監(jiān)測平臺(tái)可用于企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測和管理，也可用于一個(gè)包含多個(gè)局域網(wǎng)絡(luò)組的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)，是一個(gè)全面的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測軟件。

1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1系統(tǒng)的物理部屬

系統(tǒng)中的實(shí)體有：根監(jiān)測器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、Web服務(wù)器，在各個(gè)子網(wǎng)中再采用葉監(jiān)測器的方式從而形成一個(gè)監(jiān)測器樹的分布式監(jiān)測系統(tǒng)。監(jiān)測器分布式地部署在各個(gè)被監(jiān)測的數(shù)據(jù)網(wǎng)內(nèi)。每個(gè)監(jiān)測器負(fù)責(zé)一個(gè)網(wǎng)段（可以使用手工來設(shè)置）。監(jiān)測器探針（以下簡稱探針）將自己負(fù)責(zé)的網(wǎng)段中設(shè)備所有的SNMP信息以輪詢的方式采集下來，并且存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中去。然后使用Web服務(wù)器將客戶端瀏覽器需要的信息讀取出來，傳遞給瀏覽器端。瀏覽器端根據(jù)用戶的各種要求向Web服務(wù)器提出數(shù)據(jù)要求，Web服務(wù)器審核后從數(shù)據(jù)庫中提取需要的信息通過瀏覽器端顯示給用戶。

葉監(jiān)測器部署在各個(gè)規(guī)模適當(dāng)?shù)木钟蚓W(wǎng)內(nèi)，這是出于輪詢性能的考慮。要保證整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的高性能，就必須科學(xué)地規(guī)劃葉監(jiān)測器在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的部署，而在局域網(wǎng)中的部署就是整個(gè)系統(tǒng)的最小單元。本文是基于一個(gè)局域網(wǎng)為背景的測試環(huán)境。

1.2系統(tǒng)三層架構(gòu)

系統(tǒng)采用三層結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)采集層面、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層面、數(shù)據(jù)呈現(xiàn)層面。采用數(shù)據(jù)庫將底層的分布式數(shù)據(jù)采集和呈現(xiàn)層的瀏覽器/服務(wù)器（B/S）架構(gòu)完全隔離，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、穩(wěn)定性、開發(fā)的并行性。SNMP檢測系統(tǒng)的三層架構(gòu)如圖1所示。

圖1 SNMP檢測系統(tǒng)的三層架構(gòu)

其中數(shù)據(jù)采集層包括SNMP信息采集、Trap信息接受、數(shù)據(jù)庫入庫、拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)和守護(hù)進(jìn)程等子模塊；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層包括系統(tǒng)配置表、監(jiān)測信息表、Trap告警表、拓?fù)湫畔⒈?、用戶?quán)限表、統(tǒng)計(jì)信息表、用戶定制表等子模塊；數(shù)據(jù)呈現(xiàn)層包括數(shù)據(jù)庫訪問、設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示、故障告警、性能報(bào)告、用戶定制等子模塊。

1.3系統(tǒng)接口描述

SNMP檢測系統(tǒng)的三層架構(gòu)中接口描述如圖2所示。

圖2系統(tǒng)三層架構(gòu)中接口描述

A接口：a）SNMP監(jiān)測器將所有采集到的準(zhǔn)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)先存在文件中，然后再導(dǎo)到數(shù)據(jù)庫，由定時(shí)器（1分鐘）來觸發(fā)數(shù)據(jù)傳送模塊，周期地將根監(jiān)測器中的數(shù)據(jù)匯集到Oracle數(shù)據(jù)庫中去。b）如果SNMP監(jiān)測器接收到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備所發(fā)來的Trap信息（實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)），系統(tǒng)使用數(shù)據(jù)傳送模塊立即將Trap信息送到對(duì)應(yīng)的緊急故障報(bào)警數(shù)據(jù)庫中去。

B接口：Web服務(wù)器從數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中的讀取數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)了三類數(shù)據(jù)：非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)（最大支持1年）、準(zhǔn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)（1分鐘）、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)（小于5秒）。

C接口：將數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計(jì)分析模塊所要的數(shù)據(jù)取出來。

D接口：位于數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計(jì)分析模塊與WebServer之間，接口為數(shù)據(jù)庫中的各個(gè)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表使用XML封裝；并且要支持準(zhǔn)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)更新；還要實(shí)時(shí)地刷新本在的緊急故障報(bào)警數(shù)據(jù)庫。

E接口：HTTP接口。

2、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

2.1系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境和工具

本課題使用Linux作為操作系統(tǒng)平臺(tái)，使用MagicC++可視化IDE作為開發(fā)工具，使用CVS（Linux平臺(tái)）和VisualSourceSafe（windows平臺(tái)）進(jìn)行代碼和文檔版本控制，使用Oracle進(jìn)行分布式數(shù)據(jù)庫部屬，前臺(tái)的界面呈現(xiàn)部分使用了Apache服務(wù)器以及PHP語言、HTML語言、JavaScript語言等工具。

2.2SNMP數(shù)據(jù)采集層的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

SNMP數(shù)據(jù)采集層主要由五個(gè)模塊所組成，分別是：日志模塊、SNMP采集模塊、Trap消息接收模塊、DEAMON模塊和數(shù)據(jù)庫接口模塊。其中SNMP采集模塊和Trap消息接收模塊是數(shù)據(jù)采集層的核心模塊。

2.2.1SNMP數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

SNMP數(shù)據(jù)采集模塊的主要功能是：從數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)配置表中的設(shè)備監(jiān)測列表中取出一個(gè)被監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)單元的IP地址，根據(jù)配置表中用戶定制監(jiān)測項(xiàng)的MIBID來輪詢網(wǎng)絡(luò)單元的各個(gè)MIB值，并將值存入鏈表中。等全部MIBID查詢結(jié)束后，將所得到的鏈表存入到對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)文件中去，繼續(xù)輪詢下一個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元。全部網(wǎng)絡(luò)單元拓?fù)洳樵兘Y(jié)束后，回到等待狀態(tài)，使用信號(hào)解析子模塊解析信號(hào)，以判斷是結(jié)束還是繼續(xù)查詢，或者是應(yīng)答監(jiān)測模塊的監(jiān)測信號(hào)。

SNMP數(shù)據(jù)采集模塊由6個(gè)子模塊組成，它們分別是系統(tǒng)調(diào)度子模塊、MIBID查詢引擎、文件讀寫接口、鏈表操作接口、信號(hào)解析接口、數(shù)據(jù)庫接口。其中最重要的是MIBID查詢引擎。

MIBID查詢引擎是通過使用修改net-snmp軟件包中的snmpget和snmpwalk來構(gòu)成的，它可以通過文件讀寫接口將MIB子樹ID配置文件讀出來，并且按照ID值使用引擎發(fā)出SNMPGETNEXT請求，等待消息回來。如果不成功，記錄模塊將出錯(cuò)信息存入到日志文件中去，如果成功完成SNMP查詢操作，則鏈表操作接口將數(shù)據(jù)插入到鏈表中。同時(shí)查詢此次設(shè)備輪詢是否已經(jīng)完成，如果完成，使用文件讀寫接口將鏈表存入文件；如果未完成，繼續(xù)查詢。然后，調(diào)用信號(hào)解析接口按照別的進(jìn)程傳遞過來的信號(hào)分類處理。

2.2.2Trap消息接受模塊的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

Trap消息接收模塊的目的是負(fù)責(zé)接收SNMP發(fā)送來的Trap消息，并且將此消息即刻寫入到數(shù)據(jù)庫中去。

Trap接收模塊的流程如下：

1）Trap消息以守護(hù)進(jìn)程的方式運(yùn)行于系統(tǒng)中，監(jiān)測系統(tǒng)的觸發(fā)條件有兩個(gè)：a）來自于所監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)單元的Trap消息。b）來自于DEAMON進(jìn)程的運(yùn)行監(jiān)測信號(hào)。

2）下面就是從這兩個(gè)觸發(fā)條件開始：

如果是a），那么將這條Trap消息傳給消息包裹函數(shù)，打上本監(jiān)測系統(tǒng)的標(biāo)記，然后調(diào)用入庫模塊將包裹后的信息存入到Trap信息表中去。

如果是b），那么調(diào)用監(jiān)測信號(hào)回應(yīng)子模塊回應(yīng)監(jiān)測信號(hào)。

2.3SNMP數(shù)據(jù)呈現(xiàn)層的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

SNMP數(shù)據(jù)呈現(xiàn)層根據(jù)功能可以劃分為五個(gè)主要的模塊，分別為：數(shù)據(jù)庫訪問模塊、設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示模塊、故障實(shí)時(shí)告警模塊、性能報(bào)告模塊和用戶定制模塊。主要利用HTML語言構(gòu)建頁面，PHP語言的訪問數(shù)據(jù)庫及繪圖語句實(shí)現(xiàn)了上述五個(gè)模塊的功能。

2.3.1數(shù)據(jù)庫訪問

數(shù)據(jù)庫訪問模塊分為數(shù)據(jù)庫讀取子模塊和數(shù)據(jù)庫錄入修改子模塊，主要用到了PHP語言對(duì)Oracle數(shù)據(jù)庫的連接及操作的函數(shù)。

2.3.2PHP繪圖語句

性能報(bào)告模塊主要使用PHP語言中的繪圖函數(shù)如Imagecreate（）、Imagecolorallocate（）、Imageline（）、Imagestring（）、Imagerectangle（）、Imagefillrectangle（）、Imagefontheight（）、Imagefontwidth（）。通過這些函數(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備的主要信息的柱狀圖、曲線圖的顯示，使用戶對(duì)設(shè)備的各種信息的變化對(duì)比能有一個(gè)直觀的了解。

3、運(yùn)行結(jié)果及分析

3.1SNMP信息采集模塊運(yùn)行輸出

通過遍歷目的主機(jī)的SNMPMIB樹所獲得的結(jié)果可看到：a）系統(tǒng)的一些信息，包括系統(tǒng)的版本號(hào)、啟動(dòng)時(shí)間、描述、系統(tǒng)名、位置、服務(wù)等信息。b）對(duì)此主機(jī)系統(tǒng)interface的描述。c）每個(gè)接口的詳細(xì)信息，接口的類型，接口的最小傳輸單元。

3.2日志模塊輸出

日志模塊的輸出格式，主要包括日志的描述信息、日志輸出的時(shí)間、日志類型、日志導(dǎo)出程序、主機(jī)標(biāo)識(shí)等信息。

3.3系統(tǒng)界面圖

圖3顯示的是在局域網(wǎng)中進(jìn)行測試的主界面，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的局域網(wǎng)組信息自動(dòng)生成局域網(wǎng)組的樹型菜單，由于在局域網(wǎng)中進(jìn)行測試，所以圖顯示的只有一個(gè)局域網(wǎng)組。右邊顯示的是此局域網(wǎng)組的實(shí)時(shí)設(shè)備狀態(tài)，將鼠標(biāo)放到設(shè)備上，可以看到相應(yīng)設(shè)備信息，點(diǎn)擊設(shè)備，可以進(jìn)入詳細(xì)信息頁面，查看此設(shè)備的詳細(xì)信息。

圖3系統(tǒng)主界面

3.4性能報(bào)告曲線圖

本系統(tǒng)可以根據(jù)用戶的需要，對(duì)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中的各類設(shè)備，包括交換機(jī)、防火墻、路由器、主機(jī)、服務(wù)器等進(jìn)行監(jiān)測，獲取設(shè)備的端口信息、流量信息、故障信息以及各種性能信息。圖4顯示的是測試局域網(wǎng)內(nèi)一個(gè)交換機(jī)從12:00～17:00的平均流量曲線圖。同樣的數(shù)據(jù)還可以用柱狀圖顯示。

圖4交換機(jī)平均流量曲線圖

4、結(jié)束語

本文主要論述了SNMP電信網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)主要架構(gòu)，該系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)了大部分相關(guān)的基本功能，如SNMP信息采集模塊、日志模塊、數(shù)據(jù)庫接口模塊，以及在各模塊中作為切面抽象出的鏈表操作接口、文件操作接口、SNMPTrap模塊中的Trap消息監(jiān)聽接口，以及通過Web服務(wù)器的狀態(tài)信息實(shí)時(shí)顯示、故障實(shí)時(shí)告警，圖形化報(bào)表顯示、用戶定制等功能。該系統(tǒng)在SNMP輪詢效率及呈現(xiàn)美觀性方面還有待于進(jìn)一步提高。

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