基于簡單網絡管理協議實現性能管理模塊的設計

作者：鄭文俊，李強，馬東堂

目前通信網絡結構越來越復雜，通信網絡使用的設備也越來越復雜，隨著網絡的大型化與復雜化，如何有效地進行網絡管理日益成為人們普遍關注的問題。ISO定義的網絡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是優化網絡性能，提高運行質量。性能管理是測試組成網絡各個單元性能的過程，它包括測試網絡連接和當前網絡段利用率、識別可能發生擁塞域、杜絕高出錯率和檢測網絡傳輸狀態等，幫助用戶解決當前網絡存在的問題。

目前典型的網絡管理標準主要有兩大體系：OSI的CMIS（Common Management Information Service，公共管理信息服務）／CMIP（Common Management In-formation Protocol，公共管理信息協議）和IETF的SNMP（Simple Network Management Protocol，簡單網絡管理協議）。SNMP由于易于實現和廣泛的TCP／IP應用基礎而獲得廠商的支持。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得到更快的發展。

1 SNMP網絡管理模型

SNMP網絡管理模型包括四個關鍵性部件：管理站、管理代理、管理信息庫和網絡管理協議，如圖1所示。

（1）管理站（Manager）是一個獨立的設備或者是一個共享網絡中的一員，為管理者和網絡管理系統提供接口。

（2）管理代理（Agent），一般廠家的網絡產品如路由器、交換機等在出廠時都已配置好相關的SNMP管理代理，對于不支持SNMP協議的設備，可以開發委托代理（proxy agent）來支持SNMP協議。管理代理的功能是響應從網管站發出的讀取請求（Get）和設置請求（Set），并且給網管站發送事件及告警信息（Trap）。

（3）管理信息庫（MIB）存放了該設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識符（OID）。

（4）SNMP網絡管理協議主要具有以下三個功能：取值（Get）使網管站能夠從代理處獲取相關對象的值；設置值（Set）使網管站能夠在代理上設置相關對象的值；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出。

2 性能管理模塊的設計

2．1 性能管理模塊基本結構

根據上述對SNMP網絡管理模型的討論，設計了一種性能管理模塊的基本結構，如圖2所示。該性能管理模塊主要包括性能數據采集、性能分析和數據管理存儲三個部分。其中，數據管理存儲主要是針對數據庫管理的具體技術，這里主要討論性能數據采集和性能分析技術及其實現問題。

2．2 性能數據采集

性能數據的采集方式主要有三種：循環定時模式、實時模式和事件驅動模式。

循環定時模式 預先配置好定時時間間隔，由服務器端進行采集，采集的數據存入數據庫，也可以根據需要同時發往控制臺，用于統計分析的性能參數主要采用該模式進行數據采集。

實時模式 由用戶在控制臺進行操作，用于采集被管設備的當前性能數據，采集的數據馬上送回用戶界面，控制臺程序在判斷其是否超過閾值后，將數據以某種形式實時呈現給用戶，本類數據主要用于監測當前性能，一般不存儲到數據庫，不作為歷史數據進行查詢。事件驅動模式 通過對關鍵事件的預定義，Agent在這些事件發生時，向管理者發送Trap報文。事件驅動對監視狀態變化不很頻繁的對象時用處很大，并且可以在網絡設備發生異常情況時，及時向管理者發出報警信息。

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，從數據庫提取性能歷史數據，進行分析、計算性能指標，再經過統計和整理，以直觀的圖形顯示和表數據來反映性能分析的結果，并生成性能日志，管理員可以設定時間范圍，選擇該時間段內設備的某種屬性信息進行統計，還可以選用各種圖形顯示方式，直觀地查看性能狀態。

實時性能分析 提供實時數據采集、分析和可視化的工具（如MIB瀏覽器），可以對流量、負載、丟包、設備溫度、內存利用率、網絡延遲等網絡設備和線路的性能指標進行實時監控，并可設置數據采集的時間間隔。

3 性能管理模塊的編程實現

在性能管理模塊的開發過程中，可利用SNMP++類庫來實現數據采集模塊的開發，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SNMP協議，利用它的成員函數get（），getnext（），get-bulk（），set（），trap（）可以編程實現對設備和主機性能數據的采集。SNMP++提供跨平臺可移植的API。任何使用SNMP++編寫的網絡管理應用程序，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制，直接設置參數就可以實現超時和重傳功能。同時SNMP++可以運行在各種不同協議之上，它采用面向對象的設計方法，把WinSNMP的API函數封裝成一個個相關的類，大大簡化了SNMP網絡管理軟件開發的復雜性和開發難度。以下給出網絡性能管理的部分關鍵對象（表1）和性能參數的計算公式。大多MIB組都提供性能數據變量。

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

端口當前狀態保持時間=sysUpTime—if-LastChange

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

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

發出的包的總數：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，如：

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

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

下面給出了SNMP++編程的關鍵步驟（標“*”）：

4 結 語

基于目前廣泛應用的SNMP設計了網絡管理系統中的性能管理模塊，采用HP公司提供的SNMP++類庫和編程工具Visual C++進行了具體實現，該工具可以作為復雜通信網絡管理系統設計和實現的參考。隨著網絡技術的進一步發展，開放、異構的復雜網絡管理系統將成為進一步研究的重點。

責任編輯：gt