基于SNMP 的校園網(wǎng)管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)-設計應用

精品文檔-下載后可編輯基于SNMP的校園網(wǎng)管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)-設計應用摘要：介紹了一個適合于校園網(wǎng)的基于SNMP的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)。以管理者/代理為模型，采用分層次的總體設計方案。在分析比較現(xiàn)有拓撲發(fā)現(xiàn)算法的基礎上，給出一種改進的拓撲發(fā)現(xiàn)算法，融合二叉樹排序策略和三層交換機發(fā)現(xiàn)策略。在實時性能參數(shù)采集分析的基礎上，結合概率論與數(shù)理統(tǒng)計的思想，建立了一元線性回歸模型，對性能參數(shù)進行有效的區(qū)間預測。系統(tǒng)不僅設計了網(wǎng)絡的拓撲結構發(fā)現(xiàn)及顯示、配置管理、性能管理等功能，更針對性地設計了網(wǎng)絡性能預測、流量排序、病毒及非法軟件檢測等功能。

目前市面上有很多商品化網(wǎng)管軟件，如IBM公司的NetView、HP公司的OpenView、SUN公司的SunNetManager等，這些網(wǎng)絡管理軟件盡管功能很強大，但提供的是一個通用的網(wǎng)絡管理平臺，對于具體校園網(wǎng)管理應用，還得進行進一步的規(guī)劃和開發(fā)。因此，迫切需要開發(fā)一個適用于高校校園網(wǎng)的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)對日常的網(wǎng)絡設備和網(wǎng)絡運行情況進行監(jiān)督與維護。

1系統(tǒng)總體設計

本網(wǎng)絡管理系統(tǒng)的總體設計目標就是要構建一個基于SNMP的多代理的統(tǒng)一管理、簡便直觀、兼容不同廠商設備、能夠實現(xiàn)網(wǎng)絡拓撲結構發(fā)現(xiàn)、配置管理、性能管理等功能，并針對校園網(wǎng)上機特點，實現(xiàn)對所有運行主機的管理。具體內(nèi)容如下：

(1)網(wǎng)絡拓撲結構發(fā)現(xiàn)。

找出路由器與路由器、路由器與子網(wǎng)之間的連接關系，并發(fā)現(xiàn)所有子網(wǎng)中活動的IP設備，區(qū)分出路由器、交換機和普通主機。對網(wǎng)絡拓撲發(fā)現(xiàn)結果進行圖形化顯示。

(2)配置管理。

本系統(tǒng)的配置管理主要實現(xiàn)路由器(或三層交換機)的配置管理和主機的配置管理。路由器配置管理具體包括獲取路由器的常規(guī)配置參數(shù)(如設備類型、負責人、支持服務、所在位置等)，獲取路由表信息、地址表信息、地址轉發(fā)表信息、接口表信息以及接口狀態(tài)表信息等。主機配置管理包括查看主機的基本信息、安裝軟件信息、運行軟件信息、存儲器信息、硬件設備信息等主機資源信息。

(3)性能管理。

對代理設備的原始性能數(shù)據(jù)進行實時采集。對采集到的性能數(shù)據(jù)進行分析，計算接口流量、協(xié)議流量等各種性能參數(shù)，為管理員提供參考。

查詢某一時段代理設備的性能參數(shù)，生成性能曲線，以直觀圖的方式顯示性能分析結果。

根據(jù)某一時段代理設備的性能分析結果，對網(wǎng)絡性能進行分析預測，并以直觀圖的形式顯示出來，為網(wǎng)絡管理員采取進一步措施提供依據(jù)。

(4)流量排序。

流量排序分為接口流量排序和主機流量排序。接口流量排序是對網(wǎng)絡中所有發(fā)現(xiàn)的接口進行流量采集并排序，將結果以直觀圖的形式顯示出來，供管理員查看。

主機流量排序對網(wǎng)絡中某一子網(wǎng)內(nèi)所有主機流量進行實時采集并排序，將結果以直觀圖的形式顯示出來，供管理員查看。

(5)病毒及非法軟件檢測。

對網(wǎng)絡中某一子網(wǎng)內(nèi)所有主機進行病毒或非法軟件排查工作，找出該子網(wǎng)內(nèi)所有運行指定軟件名稱的主機，并將結果以直觀圖的形式顯示出來，供管理員查看。

2系統(tǒng)模型結構

本網(wǎng)絡管理系統(tǒng)以SNMP網(wǎng)絡管理協(xié)議的管理者/代理模型為基礎，以HP公司的SNMP++為數(shù)據(jù)采集工具，采用分層的方法，面向系統(tǒng)的不同功能設計而成。

該系統(tǒng)分為三個部分如圖1所示：底層數(shù)據(jù)通信、中間層數(shù)據(jù)處理與上層數(shù)據(jù)表示。底層數(shù)據(jù)通信部分負責實現(xiàn)管理者與被管設備之間的通信，獲取代理設備中MIB庫的有用信息，并把采集到的數(shù)據(jù)送往上層。中間層數(shù)據(jù)處理部分負責對采集到的網(wǎng)絡信息進行處理，將相應的處理結果傳給上層管理應用層進行顯示。上層為數(shù)據(jù)表示層，對網(wǎng)絡的配置管理、性能管理等功能模塊以表格和可視化的圖形界面顯示，簡潔直觀。

圖1系統(tǒng)設計框架的分層編輯結構

3系統(tǒng)關鍵技術分析

3.1網(wǎng)絡拓撲結構發(fā)現(xiàn)算法的研究與分析

基于SNMP協(xié)議的算法實際上是提取MIB中ipRouteTable(路由表)中的對象，類似于圖論中的廣度優(yōu)先遍歷算法實現(xiàn)網(wǎng)絡拓撲的自動搜索。

設計路由發(fā)現(xiàn)算法時主要用到了三條鏈表：待檢路由設備鏈表、拓撲信息鏈表、子網(wǎng)信息鏈表。基于SNMP的拓撲發(fā)現(xiàn)算法通常是使用一個種子路由器，獲取其路由表內(nèi)記錄的所有可達網(wǎng)段，以及到達該網(wǎng)段所經(jīng)由的下一跳路由器的端口IP地址及相關路由信息，然后將繼續(xù)擴展其搜索，一直達到用戶指定的深度為止。同時種子路由器還可以獲取到每個路由設備上所有端口的直連子網(wǎng)及其相應的子網(wǎng)掩碼，根據(jù)這些信息，進而獲取到這些子網(wǎng)中的所有活動主機。如果這些設備支持SNMP，則還可以進一步收集系統(tǒng)和IP地址信息。總之，只要給出一個路由設備任意端口的IP地址作為種子路由器(通常使用本地網(wǎng)關的IP地址作為種子路由器的地址)，即可獲取到指定深度內(nèi)的所有路由設備及活動主機的網(wǎng)絡拓撲結構信息。

(1)默認網(wǎng)關的獲取。

拓撲發(fā)現(xiàn)算法首先是從網(wǎng)絡管理站的默認網(wǎng)關開始，逐步遍歷默認網(wǎng)關的路由表和地址解析表，終發(fā)現(xiàn)整個網(wǎng)絡的拓撲結構。本系統(tǒng)獲取默認網(wǎng)關是采取這樣的方法：首先，訪問拓撲發(fā)現(xiàn)程序所在計算機的SNMPMIB中的ipRouteTable，如果發(fā)現(xiàn)有ipRouteDest值為的記錄，則說明程序所在的計算機設置了默認網(wǎng)關，該記錄的ipRouteNextHop值即為默認網(wǎng)關的地址。檢查默認網(wǎng)關的ipForwarding值，如果為1，則表明該默認網(wǎng)關確實是路由設備，否則不是。

(2)設備類型判斷。

利用SNMP協(xié)議，提取MIB中的sysservices對象實例值，然后根據(jù)返回的值判斷類型。如果目的設備不返回SNMP響應報文或響應超時，則認為設備沒有配置SNMP，類型為一般工作站。

(3)路由器多IP地址問題：

由于路由器可以連接多個子網(wǎng)，具有多個接口，即一個路由器可能含有多個IP地址。為了準確標識具有多個接口的路由器，避免重復，本算法通過訪問路由器的地址表獲得路由器的所有接口，這樣可以根據(jù)當前路由器的IP是否在已經(jīng)遍歷過的路由器接口列表中來判斷。

3.2性能預測模塊的設計

本模塊根據(jù)一元回歸模型的數(shù)學原理，找出網(wǎng)絡流量與時間之間的關系，建立一元線性回歸方程：。

本系統(tǒng)默認預測分析算法的置信度為1-α＝0.95。

在性能參數(shù)采集分析結果的基礎上對性能參數(shù)的變化趨勢進行預測。

圖2是該模塊的性能預測流程圖。

圖2性能預測流程圖。

圖2中，數(shù)據(jù)差分處理主要是有一些變量是逐漸增加的(如某接口的流出字節(jié)數(shù))，而系統(tǒng)關心的是兩次流出字節(jié)數(shù)的差值，數(shù)據(jù)處理就是算出差值。趨勢分析主要是計算出分析期間內(nèi)的一元回歸直線，以便在用戶界面上顯示出來時，網(wǎng)絡管理者很容易看出它的增減趨勢。而狀態(tài)分析主要是將系統(tǒng)關心的一些變量的狀態(tài)分析出來并給網(wǎng)絡管理系統(tǒng)，以便系統(tǒng)根據(jù)變量的當前狀態(tài)及時對其作出調(diào)整。

3.3病毒及非法軟件檢測模塊的設計

本系統(tǒng)中主機感染病毒或運行非法軟件功能的實現(xiàn)是在拓撲發(fā)現(xiàn)結果的基礎上，對管理員指定子網(wǎng)內(nèi)的所有主機進行運行軟件數(shù)據(jù)采集，將各主機中正在運行的軟件名稱和管理員指定的軟件名稱進行對比，終排查出該子網(wǎng)內(nèi)具體有哪些主機運行了指定的軟件，并將排查結果存入相應的數(shù)據(jù)結構中，以直觀圖的形式顯示出來。具體流程圖如圖3所示。

圖3病毒及非法軟件檢測流程圖。

4系統(tǒng)性能測試

4.1流量分析功能測試

本系統(tǒng)對網(wǎng)絡中指定路由器各性能參數(shù)進行實時采集分析，將分析結果以曲線圖的形式顯示出來，如圖4所示。圖4中，細線表示接口入流量速率，粗線表示接口出流量速率。與同類產(chǎn)品(如華為Quideway)比較，發(fā)現(xiàn)該流量實時采集模塊采集分析結果與成熟網(wǎng)管軟件分析結果無實質性差別，能夠及時給網(wǎng)管人員提供有效信息數(shù)據(jù)，該模塊具有正確性和可用性。

4.2流量預測功能測試

在流量采集分析的基礎上運行系統(tǒng)性能預測功能，結果如圖5所示。該部分流量預測模塊是在圖4接口流量采集分析基礎上，利用了一元線性回歸模型和區(qū)間預測算法，計算分析將來某一時刻接口的可能流量范圍和流量發(fā)展趨勢。本系統(tǒng)默認該預測分析算法的置信度為1-α＝0.95，系統(tǒng)流量預測結果與運用數(shù)學工具計算分析結果相吻合，系統(tǒng)具有正確性。

通過本系統(tǒng)在某高校試運行，結果顯示該部分預測分析功能模塊能夠幫助網(wǎng)絡管理員采用數(shù)學分析方法對網(wǎng)絡流量進行及時預測，進而使得網(wǎng)絡管理人員可及時發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡問題并采取進一步措施，取得理想效果，該模塊功能具有實用性和可靠性。

4.3主機運行非法軟件及感染病毒模塊性能測試

運行該部分功能對指定子網(wǎng)內(nèi)所有主機運行應用程序進行排查，系統(tǒng)運行結果如圖6所示。

通過具體的實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該子網(wǎng)內(nèi)所有用戶在該時刻運行主機應用軟件情況與系統(tǒng)運行結果完全吻合，由此可見該系統(tǒng)具有正確性和有效性。本部分功能模塊有助于網(wǎng)絡管理員限制某些對網(wǎng)絡流量產(chǎn)生破壞的非法軟件或病毒運行，將子網(wǎng)內(nèi)運行非法軟件或病毒的所有主機排查出來，網(wǎng)絡管理員可根據(jù)具體情況對這些主機用戶進行警告等處理。

本文深入地分析了SNMP簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議，結合校園網(wǎng)網(wǎng)絡管理需求的特點，設計并實現(xiàn)了一個基于SNMP的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)。在本系統(tǒng)的設計與研究過程中，系統(tǒng)性分析了SNMP協(xié)議的原理、網(wǎng)絡管理的關鍵技術以及拓撲發(fā)現(xiàn)算