基于SNMP協(xié)議的簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)控管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1、基于SNMP協(xié)議的簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)控管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要：隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的不斷進(jìn)步，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，網(wǎng)絡(luò)流量形式變得復(fù)雜，內(nèi)容變得龐大，因此網(wǎng)絡(luò)流量統(tǒng)一監(jiān)控與管理是非常必要的。本設(shè)計(jì)介紹了SNMP的基本原理，提出了在Linux下實(shí)現(xiàn)基于SNMP的網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)控系統(tǒng)方案，結(jié)合某網(wǎng)絡(luò)管理中的實(shí)際問(wèn)題，闡述了這一方案的具體實(shí)施，并對(duì)該系統(tǒng)提出了展望。關(guān)鍵詞：流量監(jiān)控；SNMP（簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議）；MIB（管理信息庫(kù)）；WBM（基于Web的網(wǎng)絡(luò)管理）在校園網(wǎng)及其他大型企業(yè)網(wǎng)的復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境中，網(wǎng)絡(luò)面臨的攻擊及威脅主要來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)部，如大量病毒、網(wǎng)內(nèi)主機(jī)的主動(dòng)攻擊及網(wǎng)絡(luò)異常流量的突增都將引起網(wǎng)絡(luò)設(shè)備負(fù)荷過(guò)重

2、，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞，并可能進(jìn)一步導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓。因此，基于全網(wǎng)所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器群組的流量狀況的24h實(shí)時(shí)監(jiān)控和日志及流量分析統(tǒng)計(jì)，將對(duì)于保障復(fù)雜環(huán)境下的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的安全、設(shè)備穩(wěn)定，以及防止服務(wù)器群組被攻擊有極大的意義。目前網(wǎng)絡(luò)管理標(biāo)準(zhǔn)主要有兩大體系：OSI的CMIS（CommonManagementInformationService公共管理信息服務(wù)）/CMIP（CommonManagementInformationProtocol,公共管理信息協(xié)議）和IETF的SNMP（SimpleNetworkManagementProtocol,簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議）。由于CMIP實(shí)現(xiàn)復(fù)雜、結(jié)構(gòu)龐大，占用資

3、源多，目前還沒(méi)有開(kāi)發(fā)出實(shí)際可用的產(chǎn)品。SNMP由于易于實(shí)現(xiàn)和廣泛的TCP/IP應(yīng)用基礎(chǔ)而獲得支持。隨著SNM2Pv2和SNMPv3的相繼出現(xiàn)，改善了SNMP中的安全問(wèn)題，使SNMP得到快速發(fā)展。一、SNMP原理SNMP由IAB（InternetActivitiesBoard）制定，是基于TCP/IP協(xié)議的各種互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的管理標(biāo)準(zhǔn)。由于它本身簡(jiǎn)單明了，實(shí)現(xiàn)較容易，占用系統(tǒng)資源少，所以得到了眾多網(wǎng)絡(luò)廠家的青睞，而成為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)投入使用?，F(xiàn)已被廣泛接受，差不多所有的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，包括交換機(jī)（Switch）、路由器（Router）、集線器（HUB）、不問(wèn)斷電源（UPS）及調(diào)制解調(diào)器（Modem）等網(wǎng)絡(luò)硬件及許

4、多軟件均支持SNMP。幾乎所有的網(wǎng)絡(luò)廠商推出的針對(duì)硬件管理的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)都支持SNMP,如HP公司的Openview、舊M公司的NetView、Cabletron公司的Spectrum都是基于SNMP標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的。它的管理體系結(jié)構(gòu)包括4個(gè)部分：管理站（SNMPmanager管理代理（SNMPagent）、管理彳S息庫(kù)（MIB,managementinformationbase）口網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議。1.1 管理站管理站發(fā)出命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的管理。管理站中有管理應(yīng)用程序，按照SNMP協(xié)議實(shí)現(xiàn)與管理代理的通信，完成對(duì)MIB數(shù)據(jù)的讀取和設(shè)置。1.2 管理代理管理代理是駐留在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的軟件模塊，它的主要

5、作用：(1)獲取本地設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備特性、系統(tǒng)配置等相關(guān)信息，存人MIB庫(kù)；(2)和管理站通過(guò)SNMP協(xié)議通信，使管理站獲取并能設(shè)置MIB庫(kù)中網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的管理信息。1.3 管理信息庫(kù)管理信息庫(kù)是網(wǎng)絡(luò)管理變量的集合，包含有關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的信息，它是存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置、性能、運(yùn)行狀態(tài)等參數(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)。它根據(jù)SNMP協(xié)議定義了一系列數(shù)據(jù)對(duì)象，每個(gè)對(duì)象代表被管設(shè)備某方面的管理信息，如設(shè)備的數(shù)量或者接口狀況等，網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)管理代理軟件來(lái)管理MIB數(shù)據(jù)對(duì)象。1.4 網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議SNMP是TCP/IP協(xié)議組的一部分，SNMP協(xié)議是一系列網(wǎng)絡(luò)管理的文件定義，規(guī)范統(tǒng)一了網(wǎng)絡(luò)管理的標(biāo)準(zhǔn)。SNMPvl由4個(gè)文件組

6、成：RFC1155定義了管理信息結(jié)構(gòu)(SMI),即規(guī)定了管理對(duì)象的語(yǔ)法和語(yǔ)義，主要說(shuō)明了怎樣定義和訪問(wèn)管理對(duì)象；RFC1212說(shuō)明了定義MIB模塊的方法；RFC1213定義了MIB-2管理對(duì)象的核心集合；RFC1157是SNMPvl協(xié)議的規(guī)范文件。網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議可提供以下3個(gè)功能：(1)get:管理站可以通過(guò)獲取SNMP代理的MIB值，了解到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置信息，如交換機(jī)的系統(tǒng)信息等；(2)set:管理站可以通過(guò)設(shè)定SNMP代理的MIB值，修改網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置信息；(3)trap：在一些緊急情況下，如突然關(guān)閉交換機(jī)，交換機(jī)上的某一個(gè)端口的狀態(tài)發(fā)生變化，網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障等，SNMP代理都會(huì)向管理站反饋

7、相應(yīng)的信息。二、流量監(jiān)控系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2.1 分析設(shè)計(jì)2.1.1 網(wǎng)絡(luò)流量分類(lèi)網(wǎng)絡(luò)流量類(lèi)型相當(dāng)復(fù)雜，為了便于監(jiān)控與管理，需要把不同類(lèi)型的流量組合起來(lái)，分為兩大類(lèi)別：源節(jié)點(diǎn)到一個(gè)或多個(gè)目的節(jié)點(diǎn)之間的基于IP層的網(wǎng)絡(luò)端到端的流量，IP層的每一設(shè)備都可以作為源和目的結(jié)點(diǎn)，如路由器、交換機(jī)、服務(wù)器和工作站，這種類(lèi)別流量是從實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中所測(cè)量的流量數(shù)據(jù)，通常可以用來(lái)與網(wǎng)絡(luò)最大負(fù)載能力比較以表現(xiàn)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)鏈路的繁忙狀況；發(fā)生在節(jié)點(diǎn)間的應(yīng)用層業(yè)務(wù)流量，包括Http、P2P、Ftp、EmahPrint、視頻等多種不同的業(yè)務(wù)，每種業(yè)務(wù)都可由其相應(yīng)的屬性參數(shù)來(lái)描述，如對(duì)于Http業(yè)務(wù)，可通過(guò)屬性組：pagera

8、te(pages/hour)pagesize(objects/page),averageobjectsize(bytes7object)來(lái)表示。通過(guò)將上述這些參數(shù)組合后，形成具體流量信息。第一種類(lèi)別流量收集IP層及以下各層的性能參數(shù)，第二種類(lèi)別主要收集應(yīng)用層的性能數(shù)。如果只采集其中任何一種類(lèi)別的流量，都不能得到關(guān)于網(wǎng)絡(luò)整體性能的分析，因此在實(shí)際應(yīng)用中，為了反映網(wǎng)絡(luò)整體性能，需要由各個(gè)層次的性能參數(shù)來(lái)體現(xiàn)，所以，通常在一個(gè)完整的流量模型中，兩種類(lèi)別流量的收集都很重要。2.1.2 網(wǎng)絡(luò)流量測(cè)量方法與選擇對(duì)比于目前常被使用的流量測(cè)量方式，主要有兩種。(1)專(zhuān)門(mén)使用計(jì)算機(jī)在網(wǎng)絡(luò)中偵聽(tīng)，例如俗稱(chēng)為嗅控器

9、”的Sniffer工具，但是此種方式不能保證所有到達(dá)對(duì)象的流量都能監(jiān)聽(tīng)到，以路由器為例，必須保證路由器和偵聽(tīng)計(jì)算機(jī)在同一個(gè)物理網(wǎng)段。直接從網(wǎng)絡(luò)對(duì)象中獲得流量。通過(guò)使用SNMP協(xié)議，利用它提供的基本功能中的GetRe-quest和Get。NextReq遍歷整個(gè)MIB數(shù)據(jù)庫(kù)表得到所需要的信息。免費(fèi)工具軟件METG(MultiRouterTrafficGrapher)就是這樣一個(gè)分析工具，它將監(jiān)控結(jié)果產(chǎn)生為GIF或者PNG格式的圖形文件，而且這些圖形文件可以很方便的植入到標(biāo)準(zhǔn)的HTML頁(yè)面中。校園網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是用戶量大，但是建設(shè)投人相對(duì)比較少，為了能夠獲得自己所需要的細(xì)節(jié)，增強(qiáng)系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性，

10、并且降低成本，廣東某高校選擇了通過(guò)直接讀取MIB對(duì)象的流量信息方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。并且由于SNMP的方案保證了流量測(cè)量系統(tǒng)的通用性和可重用性。在其系統(tǒng)中，使用了SNMP來(lái)采集數(shù)據(jù)。在實(shí)際應(yīng)用中，管理人員可根據(jù)實(shí)際流量合理地設(shè)定采集時(shí)問(wèn)問(wèn)隔，定時(shí)采集相關(guān)信息以便準(zhǔn)確監(jiān)控流量數(shù)據(jù)。2.1.3 具體校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境目前某高校校園網(wǎng)采用以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，主干1000Mbps,到達(dá)桌面100Mbps,為滿足教學(xué)與管理的需要，不僅提供了全院師生的接人Intemet服務(wù)，還基于校園網(wǎng)建立了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、教務(wù)管理、辦公自動(dòng)化、郵件系統(tǒng)、一卡通等應(yīng)用系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的上線，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的高可用性，提出了更高的要求。該校網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓樸如圖1所

11、示：圖1網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D2.2 具體實(shí)現(xiàn)根據(jù)該校實(shí)際需求，監(jiān)控系統(tǒng)的功能模塊可以分為數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)、故障處理模塊、用戶查詢與交互和統(tǒng)計(jì)分析。該監(jiān)控系統(tǒng)的功能模塊如圖2所示。數(shù)據(jù)采集當(dāng)存儲(chǔ)故障處理統(tǒng)計(jì)分折基于W8V的用戶疊詢加護(hù)與統(tǒng)計(jì)分析圖2功能模塊圖在開(kāi)發(fā)流量監(jiān)控管理系統(tǒng)時(shí)，采用LinuxAS4。0作為操作系統(tǒng)平臺(tái)，用JAVA語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)，通過(guò)ucd。snmp軟件包實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備MIB信息的獲取。UCD。SNMP軟件包才5多個(gè)SNMP工具：可擴(kuò)展代理、SNMP庫(kù)、查詢或設(shè)置SNMP代理消息、產(chǎn)生和處理SNMP陷阱的工具、使用SNMP的netstat命令、Tk/Perl管理系統(tǒng)庫(kù)瀏覽器。在ucdsnm

12、p軟件包安裝完成后，在shell下面使用/usr/local/snmp/sbin/snmpd,或直接加在/etc/rc。d/rc。1ocal當(dāng)中，在開(kāi)機(jī)后自動(dòng)啟動(dòng)。判斷校園網(wǎng)的流量狀況，經(jīng)常需要與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，因此需要保存大量數(shù)據(jù)。一般來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)有基于文件和基于數(shù)據(jù)庫(kù)兩種。基于文件系統(tǒng)的方式在小數(shù)據(jù)量的情況下，可以獲得較高的存儲(chǔ)效率和存取數(shù)據(jù)的速度，但不利于數(shù)據(jù)關(guān)系和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的表示，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的完整性控制，因而不利于數(shù)據(jù)規(guī)模大、類(lèi)型混雜的校園網(wǎng)應(yīng)用。因此，我們?cè)谠O(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的 管理和存儲(chǔ)策略時(shí)，選擇的是對(duì)系統(tǒng)性能要求不高的Mysql數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集流程如圖3所示。采集進(jìn)程開(kāi)始I從

13、數(shù)據(jù)表中讀取被測(cè)設(shè)備 及所需測(cè)量的對(duì)應(yīng)接口從IMB中讀取設(shè)備相 關(guān)的接口對(duì)象數(shù)據(jù)將接口對(duì)2數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 到MYSQL數(shù)據(jù)庫(kù)還有其他'、被測(cè)對(duì)象否.?,|（采集進(jìn)程結(jié)束 J圖3數(shù)據(jù)采集流程圖2.2.2故障處理模塊通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與存儲(chǔ)后，將數(shù)據(jù)與規(guī)則庫(kù)中的閾值進(jìn)行比較，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常后提交信息給故障處理模塊。故障處理模塊啟動(dòng)告警功能通過(guò)創(chuàng)建包含響應(yīng)SET請(qǐng)求的SNMP Agent,設(shè)置SET值為start或stop,使得SNMP Agent對(duì)相應(yīng)的服 務(wù)啟動(dòng)或關(guān)閉。2.2.3 Web服務(wù)器提供用戶查詢與交互模塊傳統(tǒng)的基于C/S架構(gòu)的管理模式存在著諸多不足，隨著Web技術(shù)的成熟及廣泛應(yīng)用，作為一

14、種全新的網(wǎng)絡(luò)管理模式，基于Web的網(wǎng)絡(luò)管理WBM(WebBasedManagement),以特有的靈活性、易操作性等特點(diǎn)，被譽(yù)為將改變用戶網(wǎng)絡(luò)管理方式的革命I生網(wǎng)絡(luò)管理解決方案我們?cè)诒鞠到y(tǒng)設(shè)計(jì)中，將網(wǎng)絡(luò)管理信息的數(shù)據(jù)由SNMP從MIB庫(kù)中收集到，經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)應(yīng)用程序的過(guò)濾、分析、加工處理后，存儲(chǔ)于Web服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)中。管理員通過(guò)Web技術(shù)可從瀏覽器本地或遠(yuǎn)程訪問(wèn)流量監(jiān)控系統(tǒng)，WBM技術(shù)與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備管理系統(tǒng)相比，在分布性、用戶界面等方面都有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)。動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)P(yáng)HP的函數(shù)集中提供了使用SNMP協(xié)議的網(wǎng)管函數(shù)的接口：snmpgetquickprint、snmpsei：quickprin

15、tsnmpgetsmrealwalk、snmp-walk等，因此使用PHP來(lái)實(shí)現(xiàn)輪詢操作，通過(guò)PHP提供的網(wǎng)管函數(shù)庫(kù)與數(shù)據(jù)采集模塊的Agent交互獲得流量監(jiān)控的數(shù)據(jù)。使用PHP語(yǔ)言和Ajax技術(shù)創(chuàng)建Web管理頁(yè)面，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的接口，可將用戶的HTTP格式的請(qǐng)求轉(zhuǎn)換成SNMP協(xié)議的格式，或?qū)NMP協(xié)議數(shù)據(jù)單元轉(zhuǎn)換成HTTP格式顯示到用戶的瀏覽器界面。同時(shí)采用ajax("AsynchronousJavaScriptandXMe,即異步JavaScript和XML)窗體技術(shù)。Ajax技術(shù)之中，最核心的技術(shù)就是xMLHttpRequest,它為運(yùn)行于瀏覽器中的JavaScript腳本提供了一

16、種在頁(yè)面之內(nèi)與服務(wù)器通信的手段，這使得頁(yè)面內(nèi)的JavaSeript可以在不刷新頁(yè)面的情況下從服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)，而不是刷新整個(gè)頁(yè)面。三、基于SNMP網(wǎng)管系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)步驟開(kāi)發(fā)環(huán)境準(zhǔn)備：將zhtelecombasis.ja&件力口載到Java開(kāi)發(fā)環(huán)境的ClassPath中。3.1 初始化ObjectSNMPAPI本地初始化：SNMPFactory.init(SNMPFactory.Mode_Local,null);/本地初始化SNMPAPIsnmpapi=SNMPFactory.getSNMPAPI();本地獲取SNMPAPI服務(wù)RMI服務(wù)端初始化：SNMPFactory.init(SNMPFa

17、ctory.Mode_Server_Local,null);/啟用RMI服務(wù)SNMPAPIsnmpapi=SNMPFactory.getSNMPAPI();/服務(wù)端在本地獲取SNMPAPI服務(wù)RMI客戶端初始化：SNMPFactory.init(SNMPFactory.Mode_Client,rmiServerIP);連接至IRMI服務(wù)端。SNMPAPIsnmpapi=SNMPFactory.getSNMPAPI();從RMI服務(wù)端獲取SNMPAPI服務(wù)3.2 加載MIB文件Mib文件需要放在classpath的mibs文件中,如mibs/RFC1213-MIB。SNMPFactory.loa

18、dMib("RFC1213-MIB")在classpath的mibs目錄中加載mib文件。系統(tǒng)默認(rèn)已經(jīng)加載RFC1213-MIB和HOST-RESOURCES-MIB,無(wú)需重復(fù)加載。本地模式和服務(wù)端模式需要加載MIB文件；客戶端不需要加載MIB文件。3.3 定義JavaM象推薦使用GenJavaCodeToo代碼生成工具自動(dòng)生成JavaM象，示例如下：StringpackageName="mon.snmp.mib"StringcodeDirectory="F:/networkmanager/src/src_common/com/zhtelecom/common/snmp/mib/"GenJavaCodeTool.setJavaCodeDirectory(codeDirectory,packageName);生成snmpmibsystem組的代碼GenJavaCodeTool.genJavaCode("MibSystem","21.1");提供Java對(duì)象名和要映射的OID也可以手工生成Java對(duì)象。提示：如果不需要對(duì)MIB組或表下的全部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行操作，可以在Java對(duì)象中定義部分屬性。3.