基于SNMP网络监控系统的自适应步长设计

楼桦

(常州信息职业技术学院计算机学院/软件学院 江苏常州 213164)

基于SNMP网络监控系统的自适应步长设计

楼桦

(常州信息职业技术学院计算机学院/软件学院 江苏常州 213164)

基于SNMP(简单网络管理协议)设计的网络监控系统在设计时经常要设定采集流量参数的步长。分析了步长取值过大和过小对监控系统的消极影响，并对监控系统中的步长取值提出了相应的策略。应用该策略后，监控系统在获取流量参数时既控制了不合理定义步长带来的消极影响，又使系统具备了对所在监控环境的自适应能力。

简单网络管理协议;步长;自适应

0 引言

目前，随着云计算基础设施的大量构建和应用，虚拟化服务的响应时间、吞吐量等核心运行参数愈发得到网络管理人员的关注和重视［1］。基于SNMP协议［2］的网络监控系统，获取流量参数的OID类型为COUNTER32，这个变量类型的取值就是对范围在0～232-1的流量字节数进行计数，达到最大值后跳变为零，其跳变的周期并不是一个时间的函数，见图1。

由于网络流量的突发性和不可预测性。以及COUNTER32类型的这个跳变特点，导致了设计网络监控系统时步长定义的复杂性，引出了监控系统流量参数步长的取值问题。

图1COUNTER32跳变图

1 不合理步长设定带来的问题

1.1 过小步长带来的问题分析

采用C/S架构的网络监控系统SolarWinds.Engineers.Edition将流量采集步长设为11秒，因为Windows2000家族的操作系统对SNMP数据每十秒刷新一次，所以设定为11秒可以保证所有的刷新数据都被记录并计算。但对于支持历史查询的服务器监控系统来说，每小时对一个网络接口采集出入流量SNMP参数的存储条数达到了(3 600x2)/11＞650条。当对多个网络设备进行监控时，单位时间内采集的大量参数记录使数据量激增，导致前端执行查询效率低下。即使在流量参数存储数据库之前采用先统计后存储策略，仍然存在统计算法执行效率低、网络带宽占用大的弱点，直接影响整个监控系统的稳定性。

1.2 过大步长带来的问题分析

采用B/S架构的流量监测系统，如广泛使用的MRTG(The Multi Router Traffic Grapher多路由流量记录器)，通过对网络设备接口每五分钟采集一次SNMP参数进行统计并显示。流量参数采用COUNTER32变量类型，经过计算，这种默认的五分钟步长对所监控设备的出入流量是有上限的。式(1)计算了五分钟的采集步长所支持的设备接口最大上行(或下行)流量:

接口实际带宽如果高于这个流量最大值时，在一个五分钟步长内COUNTER32变量类型将进行跳变，取出的值将错过数个COUNTER32周期，造成的直接后果就是流量计算结果不正确，监控系统数据的可靠性受到极大影响。

综上所述，在设计网络监控系统的过程中，采集流量参数的步长取值过大或过小都会对系统稳定性和结果可靠性产生负面影响。必须设计相应的策略来获得系统运行环境在一个COUNTER32跳变周期内的合理步长，也就是所监控接口出现最大流量值下的步长。根据这个值来判定步长取值的合理性。

2 自适应步长的设计

2.1 自适应步长实现的设计

本文设计的策略是使网络监控系统采集流量步长的取值具备所在监控环境的自适应步长能力。既保证监控系统的使用者可以手工定义步长，又通过相应的算法避免自定义步长可能会给监控系统带来的消极影响。

策略设计如下:在监控系统投入运行前定义一个采集流量参数小步长(如20秒)，20秒小步长支持的设备流量上限:

这个上限值已经完全可以满足千兆设备端口的流量监控需要。

监控系统通过对正常工作日的监控环境进行连续采集，对COUNTER32跳变周期内的步长比较计算，在这个时段并没有数据库的存取操作。本文把这个比较计算的采集时段称为“学习阶段”。在这个“学习阶段”采集模块采用最简单的比较法始终保留最小步长，该阶段主要是得到所在监控环境的最小步长。“学习阶段”结束后，求出的监控环境最小跳变步长与手工定义的步长进行比较，如果大于手工定义的步长则采用手工定义的步长，如果小于手工定义的步长则采用计算出的最小步长。考虑到流量异常、设备扩容等复杂因素，在进行比较步长之前应当对计算出的最小步长乘以一个环境冗余系数X(X≤1，视具体的监控环境来定义大小)，然后再与手工定义的步长进行比较。在步长确定以后，监控系统开始以选择的步长对所监控网络设备进行流量参数采集，并将采集参数值送往数据库存储。

2.2 自适应步长的UML活动图［3］表示

实现自适应步长的策略用UML活动图见图2:

3 自适应步长策略在监控系统中的实现

采用自适应步长策略的网络监控系统对三台比较有代表性的测试服务器网络接口进行三十天出流量步长自学习。“学习阶段”为2011年2月10日到2011年3月10日，共29天。

IP地址为202.196.64.122的测试服务器为FTP服务器(采用双网卡负载均衡)。IP地址为202.196.64.4的服务器为WEB服务器。IP地址为61.52.127.251的服务器为一台公网做企业路由的服务器(双网卡)。

由系统运行结果图3可以看到FTP服务器网络接口出流量的最小跳变步长为600秒，在达到最小步长时的网络接口流量(232×8)/1 024/1 024/ 600=54.61 Mbps.

图2 自适应步长的UML活动图表现

图3 三台服务器三十天自学习步长结果系统截图(图中纵坐标数据单位为秒)

图4是采用自适应步长策略的采集模块在学习过程结束后自动选择步长值，对 FTP服务器202.196.64.122(双网卡负载均衡)2011年3月12日进行出流量参数采集的小时均流量统计结果样图。环境冗余系数为33%，采集步长为200秒，图中数字单位为Mbps。

图4 双网卡单日小时均流量统计系统截图(图中纵坐标数据单位为Mbps)

4 结束语

本文设计了一种可以适应所在网络环境的监控系统流量采集步长取值策略，并使用Delphi 7.0作为前台网络监控流量参数显示平台，VC++6.0作为网络监控参数采集平台实现了该策略的测试和调试。通过运行和测试，监控系统取得了预期的设计目标，按照相应的部署策略［4］进行监控部署后增强了整个监控系统的灵活性和可靠性。

［1］ “虚拟化与云计算”小组.虚拟化与云计算［M］.北京:电子工业出版社，2009:74-75.

［2］ DOUGLASE.COMER.Internetworking With TCP/IP Vol 1［M］.3版.北京:清华大学出版社，2002:447-452.

［3］ 迈尔斯，汉密尔顿.UML 2.0学习指南［M］.北京:清华大学出版社，2007:46-54.

［4］ 楼桦.不同监控环境下服务器监控系统部署策略设计［J］.郑州轻工业学院学报:自然科学版，2005(20): 76-78.

Design of Self-adaptive Pace for Net Monitor System Based on SNMP

LOU Hua
(School of Computer and Software，Changzhou College of Information Technology，Changzhou 213164，China)

How to configure pace of collecting network flow parameter is important when designing network monitor system based on SNMP.This paper analyses negative effect on network monitor system brought by improper pace configuration，and proposes the countermeasures for configuring pace of network monitor system.By applying the proposed countermeasures，the network monitor system can avoid the negative effect caused by improper pace configuring and has the ability of self adapting for monitoring environment.

SNMP;pace;self adapting

TP 393.07

A

1672-2434(2011)03-0026-03

2011-03-14

江苏省现代教育技术研究2010年度立项课题(2010-R-16078);2010年度常州科教城(高职教育园区)院校科研基金项目(K2010205)

楼 桦(1976-)，男，讲师，从事研究方向:计算机网络、软件架构