一种基于分层的网络管理系统的研究及实现

丰树谦 邓小飞

（焦作大学信息工程学院，河南焦作 454000）

一种基于分层的网络管理系统的研究及实现

丰树谦 邓小飞

（焦作大学信息工程学院，河南焦作 454000）

随着三网融合的不断深入，网络规模增大，网络中设备数量增加。集中式的网络管理系统存在着获得被管设备信息时间过长，信息更新不及时等缺点。为了有效地对网络中的设备进行管理，在分析集中式网络管理系统的基础上，提出一种基于分层思想的网络管理系统，并采用多线程技术进行实现。

三网融合；集中式网络管理；分层；多线程

2015 年，国务院办公厅发布了《关于印发三网融合推广方案的通知》，标志着我国全面开始进入三网融合的推进阶段。随着电信网络、有线电视网络和计算机网络的深度融合，网络规模增大，网络设备数量增多，传统的基于简单网络管理协议［1］（SNMP）的网管系统轮询一次的时间变得更长，难以实时反映出当前网络的实际情况。为了满足融合后网络管理的需要，本文设计的系统具有轮询时间短、工作效率高等特点，基本能够满足三网融合下的网络管理要求。

1 SNMP协议

为了有效地完成对网络的管理，先后出现了OSI体系的CMIS与CMIF以及IETF的SNMP等不同的网络管理协议［2］。由于SNMP协议简单有效，并且能够适应TCP/IP的体系结构，因此有了更好的发展。IETF先后推出了SNMPV1、SNMPV2、SNMPV3 3个版本，每个版本都兼容上一个版本。

基于SNMP协议的网络管理模型中，包括管理站、被管设备和网络管理协议3个主要的构件。其中，被管设备也叫网元，包括网络中的交换机、路由器、防火墙、集线器和网桥等。网元上安装了代理程序，负责收集本设备的相关信息，并将这些信息以MIB的方式进行存储。当管理站需要时，将信息发送给管理站。管理站安装网络管理程序，负责收集网络中的被管设备信息，并将收集到的信息呈现给网络管理员。同时，管理站也负责将管理员的命令传达给各被管设备。管理站是网络管理员管理网络的设备，通过轮询和自陷2种方式从被管设备获得信息。

1.1 轮询

轮询是管理站周期性向被管设备发出请求，要求获得设备的最新信息来建立管理信息库。被管理的设备接

到请求后，将自身设备的最新信息发送给管理站。为了使操作简单，轮询采用无连接的UDP进行消息的传输。当网络规模较小时，整个轮询时间的开销较小。当网络规模较大，轮询的时间开销变长，为了获得最新信息，就需要缩短轮询的周期。但频繁的轮询会增加CPU的开销，降低网络的利用率。

1.2 自陷

自陷允许被管设备在轮询时间未到的情况下，将自己的信息发送给管理设备。当被管设备发现的某些情况达到了规定的门限值，被管设备产生一个类似中断操作，不等轮询请求到来，就将这些信息（trap）发送给被管设备。

自陷和轮询这两种方式形成互补，在一定程度上满足网络管理的需要。由于轮询需要管理站产生和发送大量的报文，而自陷消耗一些系统资源，当网络规模较大时，这种消耗将会急剧增大。

2 基于分层的网络管理系统

2.1 算法的基本思想

该算法的基本思想是对于较大网络，采用分区域的方式来进行信息的收集和管理。每个区域设置一个分管理站，既完成本区域内所有信息的收集，同时向网络管理员操作的管理站提供信息。各个分管理站周期性地向该区域中的被管设备进行轮询，获得最新信息，构建本区域的MIB信息库。当总管理站进行轮询时，不需向网络中的每个被管设备进行轮询，仅向各个分管理站进行轮询即可。

2.2 基于分层的网络管理系统的实现

2.2.1 划分区域。划分区域时，本文根据需要管理的网络部分完成功能的不同、各部分网络在整个网络拓扑结构中所处的层次或者网络设备所处的地理位置来划分不同区域。

2.2.2 选择各区域的分管理站。由于区域中有一个设备既作为本区域信息的收集者，同时向高层的管理设备提供信息，既是客户端又是服务器。根据接入层、汇聚层、核心层的划分方式，选择核心层中1台性能良好的路由器来作为分管理站。

2.2.3 自陷和轮询的工作过程

2.2.3.1 自陷的工作过程。当分区域中的被管设备的某些情况达到了预先设定的门限值时，将产生一个trap，该trap以UDP的方式发送给分管理站。分管理站运行一个TrapThread的线程，该线程负责监听162端口，并维护一个接收分区域中被管设备的trap信息的列表。当被管设备的trap信息到分管理站后，TrapThread线程将接收到的trap消息放置到该列表。一旦列表不为空，分管理站将产生trap并将列表中的trap发送给上级管理站，并同时根据trap消息更新本地MIB数据库。

2.2.3.2 轮询的工作过程。轮询的工作过程是管理站获得被管设备信息的主要过程，管理站需要周期性地发起轮询。轮询的信息有些是比较稳定的，不需要频繁地进行轮询，可采用较长的轮询周期。有些信息是动态变化的，实时性要求较强，需要较短的轮询周期。因此，本文创建了2个线程StaticThread和DynamicThread，分别来完成静态信息和动态信息的轮询和维护。

分区域的轮询过程实现如下：①各个分区域的设备管理器建立一个数据库，用来存放该区域的所有被管设备的MIB信息；②分区域的设备管理器采用TrapThread、Static⁃Thread、DynamicThread 3个线程，分别处理被管设备以自陷的方式发送过来的信息，以及管理站以轮询方式收集到的静态、动态信息，并更新数据库，使得信息反映的是当前设备的最新情况；③当分区域中有新增或移除设备时，分区域管理站运行了一个DeviceThread的线程，该线程针对网络层的设备根据路由信息表采用广度优先算法来进行维护，针对数据链路层的设备，采用地址转发表来进行维护，由于地址转发表有规模限制，不能保存所有连接设备的MAC地址，因此，该线程还能够根据IP地址和子网掩码确定该数据链路层设备所使用IP地址的范围，并通过Ping命令的方式探寻新增设备或者移除设备，完成后Device⁃Thread线程根据探寻结果，以trap方式更新分管理站和管理站的MIB信息库；④当管理员需要获得整个网络的最新信息时，通过管理器向分区域的管理器发出轮询信息，分管理器将自己本地所保存最新的数据库信息以SNMP数据报的形式发送给管理器；⑤当管理员需对被管设备进行设置时，只需通知分管理站更改本地保存的MIB数据库信息，并将这种改动传递给被管设备，同时更新自己的MIB信息。

由于采用分层的设计思想，各个分区域获得被管理设备的MIB信息是并行的，同时由于每个区域管理的设备较少，采用轮询时花费的时间也较短，获得的信息也较为及时，使得管理站能够实时了解各个网络设备的最新状态。

3 结语

本文详细分析了SNMP的工作过程，指出随着三网融合的深化，传统的网路管理方式将难以有效地完成网络的管理。借鉴分层的思想，设计完成了分区域的网络管理系统。该管理系统将需要管理的网络分成不同的区域，各区域有自己的分区域管理站来进行维护、管理。当管理员需要获得网络信息时，通过管理站向个分管理站进行轮询，这大大节省了轮询时间，提高了管理效率。

［1］王焕然，徐明伟.SNMP网络管理综述［J］.小型微型计算机系统，2004（3）：359-365.

［2］任鸿雁.基于SNMP的SDH网络管理系统的设计及其实现探讨［J］.计算机光盘软件与应用，2014（22）：133，135.

Research and Implementation of a Hierarchical Network Management System

Feng ShuqianDeng Xiaofei
（Department of Information Engineering，Jiaozuo University，Jiaozuo Henan 454000）

With three networks convergence unceasingly thoroughly,the scale of the network and the number of devic⁃es increases.The centralized network management system has the shortcomings,such as obtaining the information of the equipment is too long,the information update is not timely and so on.In order to effectively carry out the manage⁃ment of network equipment,this paper proposed a network management system based on hierarchical thinking,and implemented it with multithreading.

three networks convergence；centralized network management；hierarchical；multithread

TP393

A

1003-5168（2016）10-0057-02

2016-09-23

河南省软科学研究计划项目（152400410351）。

丰树谦（1965-），男，硕士，副教授，研究方向：软件开发、数据库技术、网络技术。