基于代理的網(wǎng)元管理中間件設(shè)備驅(qū)動(dòng)集

1、馬韡韡,岳紅超,田野北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,北京 (100876E-mail :摘 要: 本文給出了基于代理的網(wǎng)元管理中間件中設(shè)備驅(qū)動(dòng)集部分的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)說明,該 驅(qū)動(dòng)集能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的信息采集和配置。 信息采集包括 IPv4基于 SNMP MIB的 信息采集和對(duì) IPv6或 IPv4的基于 CLI 命令行接口的信息采集, 采集的內(nèi)容按照目的可以分 為拓?fù)湫畔⒉杉?節(jié)點(diǎn)性能采集, Mobile IPv6信息采集;配置是基于 CLI 命令行接口的, 可以進(jìn)行所有可能的配置。通過此驅(qū)動(dòng)集,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)幾乎所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的監(jiān)視和控制。 關(guān)鍵詞: 驅(qū)動(dòng), SNMP , CLI ,數(shù)據(jù)采集,

2、自動(dòng)配置。中圖分類號(hào):TP 3931. 引言隨著網(wǎng)絡(luò)上各種業(yè)務(wù)的不同需求, 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的越來越復(fù)雜, 網(wǎng)絡(luò)也朝著多元化的方向發(fā) 展。 來自不同設(shè)備廠商的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和各種網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)的綜合應(yīng)用, 使得目前網(wǎng)絡(luò)越來越呈現(xiàn) 異質(zhì)異構(gòu)的特性。 為了網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的通用性, 需要屏蔽底層網(wǎng)絡(luò)異質(zhì)異構(gòu)的特性, 基于代 理的網(wǎng)元管理中間件很好的解決了這個(gè)問題, 而這種中間件的核心部分是針對(duì)不同設(shè)備專門 設(shè)計(jì)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)。 如何合理的設(shè)計(jì)網(wǎng)元驅(qū)動(dòng)集, 為異質(zhì)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)管理提供數(shù)據(jù)采集和設(shè)備自 動(dòng)配置功能正是本文研究的內(nèi)容。2. 基于代理的網(wǎng)元中間件結(jié)構(gòu) 圖 1 網(wǎng)元中間件整體結(jié)構(gòu)3. 設(shè)備驅(qū)動(dòng)集功能設(shè)計(jì)基于代理網(wǎng)元設(shè)備驅(qū)

3、動(dòng)是網(wǎng)元管理中間件的一個(gè)組成部分。 它和 Agent 的其他組件一起 為上層系統(tǒng)屏蔽底層設(shè)備的異質(zhì)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的異構(gòu)性。 設(shè)備驅(qū)動(dòng)通過指令適配將上層系統(tǒng)經(jīng) 過 Agent 外部接口接收到的控制邏輯轉(zhuǎn)化為網(wǎng)元設(shè)備可以執(zhí)行的設(shè)備命令執(zhí)行。 同時(shí)設(shè)備驅(qū) 動(dòng)將底層設(shè)備采集到的原始網(wǎng)管數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后以統(tǒng)一的格式通過 Agent 對(duì)外接口提供給 上層系統(tǒng)。從功能集上劃分, 設(shè)備驅(qū)動(dòng)子層可以分為兩大部分:信息采集部分和設(shè)備配置部分, 信 息采集包括拓?fù)鋽?shù)據(jù)采集、性能數(shù)據(jù)采集、移動(dòng)性監(jiān)測(cè) 3個(gè)部分。具體如圖 2所示。 圖 2網(wǎng)元設(shè)備驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)圖3.1網(wǎng)元信息采集功能設(shè)計(jì)根據(jù)應(yīng)用目的不同,可以將信息采集功能分為 3

4、部分。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒉杉窃O(shè)備驅(qū)動(dòng)子層的主要功能之一, 主要目的是為上層網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的 拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)模塊提供必要的網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行拓?fù)湔蠘?gòu)造全網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)服務(wù)。設(shè)備代理 Agent 通過設(shè)備驅(qū)動(dòng)子層提供的拓?fù)湫畔⒉杉考芷谛缘膹木W(wǎng)元設(shè)備上獲取以下數(shù)據(jù):1 路由器基本信息:包括設(shè)備名稱、設(shè)備標(biāo)識(shí);2 路由器所在 AS 域的域號(hào),與邊界路由器相連的遠(yuǎn)端路由器的 AS 號(hào)列表;3 路由器接口的詳細(xì)信息:包括接口索引、接口描述、接口速率、接口物理地址、接 口狀態(tài);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 碼;5 路由器接口數(shù)目信息;6 路由器的鄰居關(guān)系表

5、:對(duì)應(yīng) IPv4中的 ARP 綁定和 IPv6中的 Neighbour 綁定;7 單播路由表:包括目的 IP 地址、目的網(wǎng)絡(luò)掩碼、下一跳路由器接口 IP 、指明下一 跳是否最終目的網(wǎng)絡(luò)、該路由的路由協(xié)議類型、下一跳的 ASID 、出接口;8 組播路由表:包括組播組地址、組播源地址、組播路徑的上游接口、組播路徑的下 游轉(zhuǎn)發(fā)接口、 RP 地址;網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)性能數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)地反映網(wǎng)絡(luò)上各節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)及鏈路帶寬利用情況, 進(jìn)行 網(wǎng)絡(luò)性能監(jiān)測(cè)的目的是為了更好的對(duì)全網(wǎng)進(jìn)行合理的規(guī)劃管理, 如果設(shè)備使用狀況超過預(yù)定 的門限應(yīng)該即時(shí)調(diào)整以避免出現(xiàn)設(shè)備故障影響業(yè)務(wù)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 節(jié)點(diǎn)性能信息的采集包括以 下兩個(gè)方面

6、:1 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng) CPU 利用率;2 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)各接口的鏈路帶寬利用狀況:包括:接口索引、接口描述、接口狀態(tài)、接 口帶寬、接口入方向傳入字節(jié)數(shù)、接口出方向傳送字節(jié)數(shù)、接口入方向丟棄包數(shù)、 接口出方向丟棄包數(shù);通過計(jì)算采集周期內(nèi)接口傳輸字節(jié)數(shù)和包數(shù)的統(tǒng)計(jì)值, 可以得到該接口在采集周期內(nèi)的 帶寬利用情況及丟包情況。具體公式如下:接口 i 帶寬利用率=(接口 i 本次出方向傳送字節(jié)數(shù) -接口 i 上一次出方向傳送字節(jié) 數(shù) /(采集周期×接口帶寬接口 i 出方向丟保率=(接口 i 本次出方向丟棄包數(shù) -接口 i 上一次出方向丟棄包數(shù) /采集周期隨著多種網(wǎng)絡(luò)的逐步融合,大量移動(dòng)設(shè)備的用戶希望

7、在移動(dòng)過程中保持 Internet 接入和 連續(xù)通信,獲得如同固定接入一樣的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。 Mobile IP1技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,如何為移動(dòng) IP 管理提供底層支持也是本文研究的課題之一。3.2 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)配置功能網(wǎng)絡(luò)管理不僅需要及時(shí)有效的采集網(wǎng)絡(luò)信息, 為網(wǎng)管系統(tǒng)提供拓?fù)洹?性能等信息, 將上 層的配置需求傳遞到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上是設(shè)備驅(qū)動(dòng)層的一個(gè)重要功能。 如何通過統(tǒng)一的接口對(duì)不同 廠商的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)相同的控制也是通用的網(wǎng)元驅(qū)動(dòng)需要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)之一。4. 網(wǎng)元信息采集技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息采集采用自動(dòng)輪詢機(jī)制, 每個(gè)網(wǎng)元代理啟動(dòng)一個(gè)數(shù)據(jù)采集線程, 每隔一段時(shí)間 逐個(gè)采集所需數(shù)據(jù),采集不停運(yùn)行,直至代理停止運(yùn)

8、行。每一輪如果有信息更新,觸發(fā)主動(dòng) 發(fā)送進(jìn)程,將更新信息通知上層。流程如圖 3所示: 圖 3網(wǎng)元信息采集流程圖在 IPv4環(huán)境下, 由于關(guān)于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜凸?jié)點(diǎn)性能 MIB 標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)制定得相當(dāng)完善, 而且?guī)缀?所有的設(shè)備均支持 SNMP 2(Simple Network Management Protocol操作,所以設(shè)備驅(qū)動(dòng)器 中對(duì) IPv4網(wǎng)管數(shù)據(jù)的采集依靠 SNMP 的方式。SNMP 協(xié)議的主要關(guān)系實(shí)體由網(wǎng)管站和 SNMP 代理(Agent 組成,網(wǎng)管站即為網(wǎng)絡(luò)管 理系統(tǒng)(NMS ,管理對(duì)象為運(yùn)行 SNMP 代理的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。他們的關(guān)系如圖 4所示: 圖 4SNMP 協(xié)議實(shí)體關(guān)系圖網(wǎng)管站和代理之

9、間的通信通過 UDP 協(xié)議, SNMP 規(guī)定了 5種 SNMP 報(bào)文,用來在管理 站和代理之間傳遞信息。 get-request :從代理進(jìn)程處提取一個(gè)或多個(gè)參數(shù)值; get-next-request :從代理進(jìn)程處提取緊跟當(dāng)前參數(shù)值的下一個(gè)參數(shù)值; set-request :設(shè)置代理進(jìn)程的一個(gè)或多 個(gè)參數(shù)值; get-response :返回的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)值。這個(gè)操作是由代理進(jìn)程發(fā)出的,它是 前面三種操作的響應(yīng)操作。 Trap :代理進(jìn)程主動(dòng)發(fā)出的報(bào)文, 通知管理進(jìn)程有某些事情發(fā)生。 通過 SNMP 的 Get 操作獲取 MIB-II(RFC1213及其擴(kuò)展信息, 可以取得上層系統(tǒng)所需的

10、主要拓?fù)湫畔⒑凸?jié)點(diǎn)性能信息,下面是部分將通過 SNMP Get獲取的數(shù)據(jù)項(xiàng)及對(duì)應(yīng)的 OID 。 表 1 拓?fù)湫畔⒓肮?jié)點(diǎn)性能信息采集對(duì)應(yīng) 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數(shù)據(jù)采集(CLI在 IPv6環(huán)境下進(jìn)行拓?fù)浜凸?jié)點(diǎn)性能數(shù)據(jù)采集的方式與 IPv4環(huán)境下采用的 SNMP 方式不 同,這主要是因?yàn)槟壳盎?SNMP 的 IPv6網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集尚不成熟。現(xiàn)在 Cisco 的中高端路 由器和 Juniper 的大部分路由器均已支持 SNMP 的各種 PDU 在 IPv6的環(huán)境下傳輸

11、,并且也 定義了部分私有的 IPv6 MIB, 這些路由廠商在實(shí)現(xiàn) IPv6 MIB時(shí)主要還是基于 RFC2465的, 而對(duì)于拓?fù)涔芾砭哂嘘P(guān)鍵作用的字段都定義在其中, 但是目前這些字段絕大部分還處于 “ Not Accessible ”狀態(tài)。所以,在這樣的情況下只能采取 CLI 的方式來獲取所需的數(shù)據(jù)。CLI 是命令行接口(Command Line Interface的簡(jiǎn)稱,它是路由器用戶接口(UI 的一 種。 UI 的實(shí)現(xiàn)方法有多種,從界面上來說, UI 有命令行、 Web 瀏覽器和配置工具等。目前 幾乎所有的商用嵌入式網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都提供了命令行用戶接口 CLI ,即通過 Telnet Shel

12、l或超級(jí) 終端等輸入命令的管理接口,與基于 Web 的用戶接口或圖形化界面的配置工具相比, CLI 不需要考慮頁面設(shè)計(jì)或功能分組, 因此更適合軟件開發(fā)。 CLI 對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備具有最高的控制權(quán) 限和全部的操作功能。 一般的設(shè)備廠商都提供了用于對(duì)設(shè)備進(jìn)行配置和測(cè)試的 CLI , 但是由 于 CLI 沒有公共的標(biāo)準(zhǔn),所以不同的廠商提供的 CLI 一般不同,甚至同一廠商的不同類型 的設(shè)備也有不同的 CLI 。主要有兩種通過 CLI 方式來操作設(shè)備的。一是通過在網(wǎng)管終端與設(shè)備之間建立 Telnet 連接來執(zhí)行 CLI 命令; 二是網(wǎng)管終端通過與設(shè)備的 Console 端口直接相連, 以超級(jí)終端登陸 設(shè)備來

13、執(zhí)行 CLI 命令。這兩種方式的前提都是要獲得設(shè)備的用戶名及登陸口令。通常情況下, CLI 方式主要用于進(jìn)行設(shè)備配置和產(chǎn)品開發(fā)時(shí)的早期測(cè)試, 但是在某些情 況下,比如關(guān)于 IPv6 MIB信息制定不完善,無法通過 SNMP 采集到設(shè)備的網(wǎng)管數(shù)據(jù)時(shí),也 可以通過 CLI 方式來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。下面分別列出 Cisco 路由器和 Juniper 路由器采集拓?fù)鋽?shù)據(jù)的相關(guān)命令:表 3 Cisco采集拓?fù)鋽?shù)據(jù)的命令功能 命令獲取路由器所在 AS 的域號(hào) show configuration | include router bgp獲取和邊界路由器相連對(duì)端路由器的 AS 列表 show bgp ipv6

14、neighbors | include remote AS獲取路由器的名稱 show configuration | include hostname獲得路由器的接口 IPv6地址 show ipv6 interface | include subnet | protocol獲取 IPv6路由表 show ipv6 route功能 命令獲取路由器所在 AS 的域號(hào) show configuration protocols bgp | grep local-as 獲取邊界路由器相連對(duì)端路由器的 AS 列表show configuration protocols bgp | grep peer-a

15、s 獲取路由器的名稱 show configuration | grep host-name獲得路由器的接口 IPv6地址 show configuration interfaces;show interfaces | grep Log |except Type(需要綜合兩條命令的輸出信息加以分析處理獲取 IPv6路由表 show route | find inet6.0圖 5為部分拓?fù)湫畔⒉杉治鼋Y(jié)果。圖 5 拓?fù)鋽?shù)據(jù)采集結(jié)果輸出家鄉(xiāng)代理地址:2001:400:2:0:202:4aff:fe3a:6008;5. 網(wǎng)元設(shè)備配置技術(shù)實(shí)現(xiàn)用戶的服務(wù)指令需求是最終要轉(zhuǎn)化成具體的設(shè)備配置命令傳遞到網(wǎng)絡(luò)

16、設(shè)備中去。通過預(yù)先設(shè)置指令類型, 將每一個(gè)類型所代表的具體指令存入配置文件, 通過提供指令 類型和具體指令的映射機(jī)制, 從配置文件中取出所需指令, 交予指令執(zhí)行器逐條執(zhí)行。 同時(shí) 提供參數(shù)替換機(jī)制,為用戶提供靈活參數(shù)配置功能。SNMP 提供了 set-request 命令, 可以對(duì) SNMP 設(shè)備一些參數(shù)進(jìn)行配置, 由于安全方面考 慮,一般網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對(duì) SNMP 配置接口是關(guān)閉的,而且 SNMP 只限于對(duì) MIB 的參數(shù)修改,對(duì) 比較復(fù)雜的配置,例如 QoS DiffServ配置,很復(fù)雜根本不可能實(shí)現(xiàn)的。所以我們采用了 CLI 的方式,通過 telnet 來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置,這種模式可以實(shí)現(xiàn)所

17、有的路由器配置方式。 配置具體流程如圖 7 所示。 圖 7網(wǎng)元設(shè)備配置流程在下邊的例子, 我們?cè)?Cisco 路由器上配置一個(gè) QoS 3為 EF 的視頻業(yè)務(wù), 需要配置訪問控 制列表匹配源、 目的 IPv6地址, 分類器, QoS 策略 (包括平均速率、 峰值速率、 承諾突發(fā)量、 擴(kuò)展突發(fā)量、 DSCP 4值設(shè)置 。圖 7 為 Cisco 路由器配置文件中“業(yè)務(wù)配置(service configuration ”部分。 圖 8 Cisco配置文件業(yè)務(wù)配置部分命令執(zhí)行完畢后,在路由器上的效果截圖如下: 圖 9 Cisco路由器業(yè)務(wù)配置成功6. 結(jié)論在網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中, 網(wǎng)元驅(qū)動(dòng)是最底層的部分,

18、也是最重要的部分。 本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了 了基于代理的網(wǎng)元中間件驅(qū)動(dòng)集。通過 SNMP 和 CLI 兩種方式,實(shí)現(xiàn)了對(duì) IPv4和 IPv6數(shù) 據(jù)采集;通過 CLI 方式,結(jié)合預(yù)先定義好的配置文件,實(shí)現(xiàn)了對(duì)網(wǎng)元設(shè)備的自動(dòng)配置。測(cè) 試結(jié)果驗(yàn)證了其良好的功能,可以根據(jù)需要進(jìn)行對(duì)網(wǎng)元設(shè)備的監(jiān)視與控制。參考文獻(xiàn)1孫力民 闞志剛 鄭建平等著,移動(dòng) IP 技術(shù),電子工業(yè)出版社, 20032David Zeltserman著,瀟湘工作室譯, SNMPv3與網(wǎng)絡(luò)管理,北京:人民郵電出版社, 2000 3王文東 互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量控制和管理 中興通訊技術(shù)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