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

　　網(wǎng)絡(luò)管理通常包括配置、故障、性能、計(jì)費(fèi)和安全5個(gè)方面的管理功能。網(wǎng)管系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集模塊采集各個(gè)被管設(shè)備中的對象，經(jīng)處理后為各個(gè)網(wǎng)管應(yīng)用程序所用。網(wǎng)絡(luò)管理各個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)，都是建立在對各種管理信息采集的基礎(chǔ)之上，數(shù)據(jù)采集是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理的前提和基礎(chǔ)。面對大量需要采集的管理信息，構(gòu)建一個(gè)穩(wěn)定高效的數(shù)據(jù)采集模塊對于實(shí)施可靠的網(wǎng)絡(luò)管理具有舉足輕重的作用。目前，數(shù)據(jù)采集主要有如下幾種方式：基于簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（SNMP）、基于網(wǎng)絡(luò)探針（Probe）、基于網(wǎng)絡(luò)流（Net-flow）。由于SNMP協(xié)議已成為事實(shí)上的網(wǎng)絡(luò)管理標(biāo)準(zhǔn)，受到眾多網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商的支持，且有標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)接口支持，實(shí)現(xiàn)簡單，因此現(xiàn)在普遍采用SNMP進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)開發(fā)。本文針對基于SNMP數(shù)據(jù)采集方式中存在的效率問題，提出了面向數(shù)據(jù)類型的采集策略，同時(shí)采用多線程技術(shù)實(shí)現(xiàn)對不同被管設(shè)備的訪問，大大提高了數(shù)據(jù)采集的效率，并且減少了冗余數(shù)據(jù)的重復(fù)采集。

　　1 對象訪問方法

　　MIB中的每個(gè)對象都有一個(gè)惟一的對象標(biāo)識符（OID），該標(biāo)識符由所在MIB樹中的位置決定。通過SNMP獲取被管對象的信息，實(shí)際上并不是訪問一個(gè)MIB對象，而是訪問對象的一個(gè)特定實(shí)例。由于對象類型有標(biāo)量對象、表對象（行對象和列對象）之分，因此對于他們實(shí)例的訪問存在差別。

　　1.1 標(biāo)量對象

　　標(biāo)量對象與其實(shí)例是一一對應(yīng)的，即一個(gè)標(biāo)量對象只有一個(gè)對象實(shí)例。為了統(tǒng)一對象實(shí)例的標(biāo)識，同時(shí)區(qū)分對象和對象實(shí)例，SNMP規(guī)定不屬于表的標(biāo)量對象的實(shí)例標(biāo)識符由他的對象標(biāo)識符加上0組成。對于標(biāo)量對象實(shí)例的訪問，可以通過調(diào)用SNMP++類庫（HP公司提供的SNMP開發(fā)包）中的Snmp：：get（）函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。

　　1.2 列對象

　　在MIB定義中，表對象和行對象的訪問狀態(tài)是“無法訪問”。對于列對象來說，他的實(shí)例是一組用列對象標(biāo)識符（ColumnOID）和行索引值（RowIndexValue）聯(lián)合標(biāo)識的實(shí)例。列對象標(biāo)識符，是用來惟一標(biāo)識列對象的OID。行索引值由一個(gè)或多個(gè)列對象對應(yīng)實(shí)例的值組成。

　　列對象的每一個(gè)實(shí)例可以看作是表中指定列對應(yīng)位置的元素。表中元素的位置可以用行坐標(biāo)和列坐標(biāo)表示，相應(yīng)地，列對象的行坐標(biāo)可以用RowIndexValue表示，列坐標(biāo)用ColumnOID表示。同一列元素有相同Colum-nOID，同一行元素有相同RowIndexValue。表中元素可以通過如下公式進(jìn)行標(biāo)識：Oid=ColumnOID+RowIndex-Value。SNMP定義了訪問列對象實(shí)例的方法：順序訪問和隨機(jī)訪問。

　?。?） 順序訪問

　　MIB對象的標(biāo)識符是按字典順序排列的，對于他們的實(shí)例也是按字典順序進(jìn)行排列。利用這種特性，可以通過調(diào)用SNMP++類庫中的Snmp：：get_next（）函數(shù)遍歷獲得一列或一個(gè)表甚至是整個(gè)MIB的結(jié)構(gòu)。這種方法適合在未知被管設(shè)備MIB結(jié)構(gòu)的前提下搜索和訪問對象。

　?。?） 隨機(jī)訪問

　　由于列對象實(shí)例由ColumnOID和RowIndexValue共同標(biāo)識，所以先要根據(jù)被指定為行索引的列對象獲取他（們）的實(shí)例值確定特定實(shí)例的RowIndexValue，在此基礎(chǔ)上聯(lián)合已知ColumnOID組成特定實(shí)例的完整Oid，據(jù)此利用Snmp：：get（）獲取相應(yīng)的值。這里要指出一點(diǎn)，行索引本身也是一個(gè)或多個(gè)列對象，所以先要分別遍歷各個(gè)列對象的所有實(shí)例，然后根據(jù)特定實(shí)例所在列的位置確定出RowIndexValue（由同一位置的列對象實(shí)例值按指定順序組成）。由于同一行元素具有相同RowIndexValue，只需遍歷（利用Snmp：：get_next（）函數(shù)）某一列對象獲取實(shí)例的完整Oid（利用Vb：：get_old（）函數(shù)），根據(jù)（Oid-ColumnOID）即可確定RowIndexOid。可見，隨機(jī)訪問列對象某個(gè)實(shí)例的過程其實(shí)是順序訪問列對象和標(biāo)量對象訪問的結(jié)合。

　　2 數(shù)據(jù)采集策略

　　管理站從被管設(shè)備中采集數(shù)據(jù)有兩種方式：主動訪問被管對象和被動接收告警信息。主動訪問被管對象是指管理進(jìn)程（管理站中）通過SNMP協(xié)議發(fā)起對被管對象的請求，被管設(shè)備中的代理進(jìn)程則響應(yīng)該請求。被動接收告警信息是指管理進(jìn)程監(jiān)聽陷阱端口（通常為UDP162端口），接收來自代理的告警信息。代理進(jìn)程會在預(yù)定義事件發(fā)生時(shí)向管理進(jìn)程發(fā)出Trap報(bào)文。

　　對于主動訪問來說，根據(jù)訪問對象的性質(zhì)，可以分為靜態(tài)信息和動態(tài)信息。對于靜態(tài)信息來說，一經(jīng)配置基本上保持不變，因此沒必要在每一次采集過程中都對他進(jìn)行輪詢操作，只有當(dāng)他發(fā)生變化時(shí)進(jìn)行必要的訪問以保證信息的有效。對于動態(tài)信息來說，他是隨著設(shè)備的運(yùn)行情況做出相應(yīng)的調(diào)整，以實(shí)時(shí)地反映設(shè)備的狀態(tài)或是性能信息。為了能跟蹤設(shè)備性能參數(shù)的變化情況或是及時(shí)反映設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，有必要對被管對象進(jìn)行輪詢操作，但是這里就存在一個(gè)采集頻率的問題。

　　數(shù)據(jù)采集頻率的確定，是一個(gè)與網(wǎng)絡(luò)帶寬權(quán)衡的過程。采集頻率過低，占用網(wǎng)絡(luò)資源相對較少，但是數(shù)據(jù)的更新周期相對較大，不能反映參數(shù)的真實(shí)變化情況；采集頻率過高，數(shù)據(jù)更新自然較快，但是在采集周期內(nèi)所占用的網(wǎng)絡(luò)資源就會很大，增加網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的負(fù)擔(dān)，甚至有可能會影響到正常的網(wǎng)絡(luò)通信。因此在確定數(shù)據(jù)采集的頻率時(shí)，必須根據(jù)實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)帶寬資源進(jìn)行考慮，同時(shí)還要考慮被管設(shè)備中被管對象的數(shù)量。

　　在動態(tài)信息的訪問過程中，還存在另一個(gè)問題。如果按照串行操作，依次訪問所有設(shè)備的被管對象，由于對象數(shù)目眾多，將會占用很長的處理時(shí)間（甚至超出既定的采集周期，這個(gè)問題也是確定采集頻率需要考慮的），導(dǎo)致訪問工作不能正常進(jìn)行。為了保證管理進(jìn)程能夠在采集周期內(nèi)完成對所有被管對象的訪問，這里采用多線程技術(shù)來完成對象的訪問工作。對于同一被管設(shè)備，采用獨(dú)立的子線程進(jìn)行訪問，這樣一來既可以保證在一定周期內(nèi)完成對所有被管對象的訪問，也使得各個(gè)子線程保持相對的獨(dú)立性，互不干擾。

　　在對象訪問過程中，為減少管理進(jìn)程和代理進(jìn)程之間報(bào)文交換的次數(shù)，可以將不同對象綁定到同一個(gè)協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）的變量列表中，或是采用SNMPv2中新增加的GetBulkRequeST-PDU。文獻(xiàn)［5］和［6］中還討論了有效獲取MIB對象的方法。

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

　　針對不同的數(shù)據(jù)采集方式，采用不同線程來完成數(shù)據(jù)采集工作。

　　3.1 告警信息接收線程

　　對于告警信息的被動接收，管理進(jìn)程單獨(dú)開啟一個(gè)線程用來專門監(jiān)聽陷阱端口，接收并處理所有來自網(wǎng)管代理的告警（Trap）消息。在網(wǎng)絡(luò)管理過程中，無論在性能管理、故障管理、還是安全管理等功能域，告警功能都是很重要的。這里主要利用SNMP Trap機(jī)制實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)告警功能。

　　3.2 靜態(tài)信息獲取線程

　　對于靜態(tài)信息的采集，管理進(jìn)程同樣為他單獨(dú)開啟一個(gè)線程來進(jìn)行靜態(tài)信息的收集。由于靜態(tài)信息不隨設(shè)備的運(yùn)行而變化（一般不進(jìn)行手工設(shè)置，靜態(tài)信息保持不變），就沒有必要重復(fù)地訪問這類信息。本線程就是依據(jù)這一點(diǎn)，在對所有靜態(tài)對象訪問一次之后，將采集到的管理信息入庫存儲。應(yīng)用程序?qū)@類數(shù)據(jù)的操作只需訪問本地?cái)?shù)據(jù)庫即可。如此就減少了對非實(shí)時(shí)變化信息的訪問，同時(shí)也減少了冗余信息的存儲。要指出一點(diǎn)，靜態(tài)信息的改變一般是由于手工配置引起的，因此需要跟蹤配置操作對相應(yīng)的信息做出及時(shí)的更新。

　　3.3 動態(tài)信息輪詢線程

　　對于動態(tài)信息的采集，管理進(jìn)程也開啟一個(gè)主線程用來專門負(fù)責(zé)動態(tài)信息的輪詢工作。為了保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，就需要按照一定的時(shí)問間隔定時(shí)訪問被管對象以獲取最新的數(shù)據(jù)。對有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，就能掌握動態(tài)信息的變化趨勢，為故障管理、性能管理、計(jì)費(fèi)管理等網(wǎng)絡(luò)管理功能提供必要的數(shù)據(jù)支持。

　　為了使訪問工作在規(guī)定的時(shí)間間隔內(nèi)完成，避免串行執(zhí)行帶來的長周期問題，采用多個(gè)輪詢子線程各自負(fù)責(zé)屬于自己的管理對象子集。所有輪詢子線程的工作結(jié)束后，這一次的訪問工作便完成，即輪詢主線程進(jìn)入等待，直到下一次輪詢點(diǎn)的到來或是接收到終止輪詢主線程的命令。

　　4 結(jié)語

　　數(shù)據(jù)采集模塊是網(wǎng)管系統(tǒng)對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)有效、可靠管理的前提和基礎(chǔ)。本文首先分析了利用SNMP++開發(fā)包實(shí)現(xiàn)MIB對象訪問的方法。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)不同的數(shù)據(jù)采集對象性質(zhì)，對數(shù)據(jù)采集策略進(jìn)行了探討，提出了面向不同對象類型采用多線程技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的方法。最后，結(jié)合實(shí)際開發(fā)工作，對數(shù)據(jù)采集模塊（特別是其中的動態(tài)信息輪詢線程）做了詳細(xì)的介紹。本文提供了一個(gè)高效、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)采集方案，并已在實(shí)際的網(wǎng)管系統(tǒng)中得到應(yīng)用，取得了較好的效果。