基于代理的網元管理中間件設備驅動集

1、馬韡韡,岳紅超,田野北京郵電大學計算機科學與技術學院,北京 (100876E-mail :摘 要: 本文給出了基于代理的網元管理中間件中設備驅動集部分的設計與實現說明,該 驅動集能夠實現對各種網絡設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 IPv6或 IPv4的基于 CLI 命令行接口的信息采集, 采集的內容按照目的可以分 為拓撲信息采集,節(jié)點性能采集, Mobile IPv6信息采集;配置是基于 CLI 命令行接口的, 可以進行所有可能的配置。通過此驅動集,可以實現對幾乎所有網絡設備的監(jiān)視和控制。 關鍵詞: 驅動, SNMP , CLI ,數據采集,

2、自動配置。中圖分類號:TP 3931. 引言隨著網絡上各種業(yè)務的不同需求, 網絡技術的越來越復雜, 網絡也朝著多元化的方向發(fā) 展。 來自不同設備廠商的網絡設備和各種網絡新技術的綜合應用, 使得目前網絡越來越呈現 異質異構的特性。 為了網絡管理系統(tǒng)的通用性, 需要屏蔽底層網絡異質異構的特性, 基于代 理的網元管理中間件很好的解決了這個問題, 而這種中間件的核心部分是針對不同設備專門 設計的設備驅動。 如何合理的設計網元驅動集, 為異質異構網絡管理提供數據采集和設備自 動配置功能正是本文研究的內容。2. 基于代理的網元中間件結構 圖 1 網元中間件整體結構3. 設備驅動集功能設計基于代理網元設備驅

3、動是網元管理中間件的一個組成部分。 它和 Agent 的其他組件一起 為上層系統(tǒng)屏蔽底層設備的異質和網絡結構的異構性。 設備驅動通過指令適配將上層系統(tǒng)經 過 Agent 外部接口接收到的控制邏輯轉化為網元設備可以執(zhí)行的設備命令執(zhí)行。 同時設備驅 動將底層設備采集到的原始網管數據經過處理后以統(tǒng)一的格式通過 Agent 對外接口提供給 上層系統(tǒng)。從功能集上劃分, 設備驅動子層可以分為兩大部分:信息采集部分和設備配置部分, 信 息采集包括拓撲數據采集、性能數據采集、移動性監(jiān)測 3個部分。具體如圖 2所示。 圖 2網元設備驅動結構圖3.1網元信息采集功能設計根據應用目的不同,可以將信息采集功能分為 3

4、部分。網絡拓撲信息采集是設備驅動子層的主要功能之一, 主要目的是為上層網絡管理系統(tǒng)的 拓撲發(fā)現模塊提供必要的網絡實時數據進行拓撲整合構造全網的拓撲結構服務。設備代理 Agent 通過設備驅動子層提供的拓撲信息采集部件周期性的從網元設備上獲取以下數據:1 路由器基本信息:包括設備名稱、設備標識;2 路由器所在 AS 域的域號,與邊界路由器相連的遠端路由器的 AS 號列表;3 路由器接口的詳細信息: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 路由器接口數目信息;6 路由器的鄰居關系表

5、:對應 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、目的網絡掩碼、下一跳路由器接口 IP 、指明下一 跳是否最終目的網絡、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 游轉發(fā)接口、 RP 地址;網絡節(jié)點性能數據能夠實時地反映網絡上各節(jié)點的運行狀態(tài)及鏈路帶寬利用情況, 進行 網絡性能監(jiān)測的目的是為了更好的對全網進行合理的規(guī)劃管理, 如果設備使用狀況超過預定 的門限應該即時調整以避免出現設備故障影響業(yè)務的正常運轉。 節(jié)點性能信息的采集包括以 下兩個方面

6、:1 網絡節(jié)點的系統(tǒng) CPU 利用率;2 網絡節(jié)點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、接口出方向傳送字節(jié)數、接口入方向丟棄包數、 接口出方向丟棄包數;通過計算采集周期內接口傳輸字節(jié)數和包數的統(tǒng)計值, 可以得到該接口在采集周期內的 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 -接口 i 上一次出方向傳送字節(jié) 數 /(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 -接口 i 上一次出方向丟棄包數 /采集周期隨著多種網絡的逐步融合,大量移動設備的用戶希望

7、在移動過程中保持 Internet 接入和 連續(xù)通信,獲得如同固定接入一樣的網絡服務質量。 Mobile IP1技術應運而生,如何為移動 IP 管理提供底層支持也是本文研究的課題之一。3.2 網絡設備驅動配置功能網絡管理不僅需要及時有效的采集網絡信息, 為網管系統(tǒng)提供拓撲、 性能等信息, 將上 層的配置需求傳遞到網絡設備上是設備驅動層的一個重要功能。 如何通過統(tǒng)一的接口對不同 廠商的網絡設備實現相同的控制也是通用的網元驅動需要實現的目標之一。4. 網元信息采集技術實現網絡信息采集采用自動輪詢機制, 每個網元代理啟動一個數據采集線程, 每隔一段時間 逐個采集所需數據,采集不停運行,直至代理停止運

8、行。每一輪如果有信息更新,觸發(fā)主動 發(fā)送進程,將更新信息通知上層。流程如圖 3所示: 圖 3網元信息采集流程圖在 IPv4環(huán)境下, 由于關于網絡拓撲和節(jié)點性能 MIB 標準已經制定得相當完善, 而且?guī)缀?所有的設備均支持 SNMP 2(Simple Network Management Protocol操作,所以設備驅動器 中對 IPv4網管數據的采集依靠 SNMP 的方式。SNMP 協(xié)議的主要關系實體由網管站和 SNMP 代理(Agent 組成,網管站即為網絡管 理系統(tǒng)(NMS ,管理對象為運行 SNMP 代理的網絡設備。他們的關系如圖 4所示: 圖 4SNMP 協(xié)議實體關系圖網管站和代理之

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

10、主要拓撲信息和節(jié)點性能信息,下面是部分將通過 SNMP Get獲取的數據項及對應的 OID 。 表 1 拓撲信息及節(jié)點性能信息采集對應 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數據采集(CLI在 IPv6環(huán)境下進行拓撲和節(jié)點性能數據采集的方式與 IPv4環(huán)境下采用的 SNMP 方式不 同,這主要是因為目前基于 SNMP 的 IPv6網絡數據采集尚不成熟?，F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, 這些路由廠商在實現 IPv6 MIB時主要還是基于 RFC2465的, 而對于拓撲管理具有關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據。CLI 是命令行接口(Command Line Interface的簡稱,它是路由器用戶接口(UI 的一 種。 UI 的實現方法有多種,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絡設備都提供了命令行用戶接口 CLI ,即通過 Telnet Shel

12、l或超級 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 不需要考慮頁面設計或功能分組, 因此更適合軟件開發(fā)。 CLI 對網絡設備具有最高的控制權 限和全部的操作功能。 一般的設備廠商都提供了用于對設備進行配置和測試的 CLI , 但是由 于 CLI 沒有公共的標準,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 的設備也有不同的 CLI 。主要有兩種通過 CLI 方式來操作設備的。一是通過在網管終端與設備之間建立 Telnet 連接來執(zhí)行 CLI 命令; 二是網管終端通過與設備的 Console 端口直接相連, 以超級終端登陸 設備來

13、執(zhí)行 CLI 命令。這兩種方式的前提都是要獲得設備的用戶名及登陸口令。通常情況下, CLI 方式主要用于進行設備配置和產品開發(fā)時的早期測試, 但是在某些情 況下,比如關于 IPv6 MIB信息制定不完善,無法通過 SNMP 采集到設備的網管數據時,也 可以通過 CLI 方式來進行數據采集。下面分別列出 Cisco 路由器和 Juniper 路由器采集拓撲數據的相關命令:表 3 Cisco采集拓撲數據的命令功能 命令獲取路由器所在 AS 的域號 show configuration | include router bgp獲取和邊界路由器相連對端路由器的 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 show configuration protocols bgp | grep local-as 獲取邊界路由器相連對端路由器的 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為部分拓撲信息采集分析結果。圖 5 拓撲數據采集結果輸出家鄉(xiāng)代理地址:2001:400:2:0:202:4aff:fe3a:6008;5. 網元設備配置技術實現用戶的服務指令需求是最終要轉化成具體的設備配置命令傳遞到網絡

16、設備中去。通過預先設置指令類型, 將每一個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 提供參數替換機制,為用戶提供靈活參數配置功能。SNMP 提供了 set-request 命令, 可以對 SNMP 設備一些參數進行配置, 由于安全方面考 慮,一般網絡設備對 SNMP 配置接口是關閉的,而且 SNMP 只限于對 MIB 的參數修改,對 比較復雜的配置,例如 QoS DiffServ配置,很復雜根本不可能實現的。所以我們采用了 CLI 的方式,通過 telnet 來實現網絡設備的配置,這種模式可以實現所

17、有的路由器配置方式。 配置具體流程如圖 7 所示。 圖 7網元設備配置流程在下邊的例子, 我們在 Cisco 路由器上配置一個 QoS 3為 EF 的視頻業(yè)務, 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、 擴展突發(fā)量、 DSCP 4值設置 。圖 7 為 Cisco 路由器配置文件中“業(yè)務配置(service configuration ”部分。 圖 8 Cisco配置文件業(yè)務配置部分命令執(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)務配置成功6. 結論在網絡管理系統(tǒng)中, 網元驅動是最底層的部分,

18、也是最重要的部分。 本文設計并實現了 了基于代理的網元中間件驅動集。通過 SNMP 和 CLI 兩種方式,實現了對 IPv4和 IPv6數 據采集;通過 CLI 方式,結合預先定義好的配置文件,實現了對網元設備的自動配置。測 試結果驗證了其良好的功能,可以根據需要進行對網元設備的監(jiān)視與控制。參考文獻1孫力民 闞志剛 鄭建平等著,移動 IP 技術,電子工業(yè)出版社, 20032David Zeltserman著,瀟湘工作室譯, SNMPv3與網絡管理,北京:人民郵電出版社, 2000 3王文東 互聯(lián)網的服務質量控制和管理 中興通訊技術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