网络管理系统的设计与实现

张晓宇 严星 李繁

摘要：伴随高校校园网络基础设施建设规模的逐步扩大，网络设备的数量、产品种类以及网络结构的复杂程度不断增加。如何实现异构网络设备的有效统一管理，已经成为高校校园网络管理任务的当务之急。研究、分析目前学校网络的基本现状和结构特点，总结归纳网络管理、故障排查及性能分析等方面遭遇的瓶颈问题，遵循MVC模式系统设计原则，设计开发符合学校现实业务需求和组织结构合理的网络管理系统。

关键词：故障排查；性能分析；MVC模式；网络管理系统

中图分类号：TP393文献标志码：A文章编号：1008-1739（2018）02-65-3

Design and Implementation of Network Management System

ZHANG Xiaoyu， YAN Xing， LI Fan

（Xinjiang University of Finance and Economics， Urumqi Xinjiang 830012， China）

0引言

隨着IT信息技术的快速发展以及校园网络建设的日益成熟，校园网络也被赋予了更多的功能要求，被划分成若干个逻辑功能区域，不仅需要满足正常的互联网及数字校园应用等通信需求，还需要承担校园一卡通、监控安防、IP网络广播及网络售电等任务，其中涉及的网络产品数量众多，产品类型纷繁复杂，初步统计新疆财经大学目前已拥有约300台网络交换机，近100台服务器。面对如此大的网络规模，高效、快速地应对网络故障，处理和做好网络安全管控工作，是学校当前校园网络建设工作的当务之急。

1需求分析

搭建统一的管理平台能够满足网络管理的基本功能需求，包括提供直观的学校网络拓扑结构、设备的运行状态、网络带宽利用率、数据包延时、网络丢包率、故障告警及网络的安全管理。基于完整的Java语言环境开发，能够实现系统平台顺利地迁移。系统的基础框架、组件以及软件功能建立松散耦合关系，确保软件的快速定制开发，而且避免影响系统的基础组件以及架构。系统的基础平台开发遵循SNMP、SSH和Telnet协议规范[1]，从而保证设备的兼容广泛。良好的扩展机制即使遇见特殊设备或者没有遵循公共管理协议的设备，系统依然支持设备的统一管理。

2总体架构设计

按照MVC模式设计网络管理系统的整体组织结构，能够清晰地反映和划分系统的业务逻辑结构。①客户端表示层完成客户的功能请求，显示响应的数据，具体设计的功能主要包括网络拓扑管理、故障管理、性能管理、统计分析、系统管理以及功能扩展[2]；②业务层能够执行数据的逻辑业务处理，主要包括拓扑发现、性能采集、故障监测和任务调度；③数据层执行原始数据的操作，系统结构图如图1所示。

3功能模块设计

3.1拓扑管理

拓扑管理模块执行学校网络包括的所有网络设备的拓扑数据采集、更新以及维护功能，拓扑结构视图的建立能够清晰、直观反映学校的网络现状。拓扑管理模块包含的功能单元主要涉及物理拓扑的自动发现、手工干预发现、设备的拓扑位置调整、网络设备拓扑定位及网络设备的添加和删除[3]。

拓扑发现模块的设计过程如下：

①查询默认路由设备，通过网络管理系统的SNMP MIBII查询ipRouteTable的ipRouteDest是否存在等于0.0.0.0的记录。如果存在，说明系统存在默认网关，查询ipRouteNextHop获取网关地址，查询默认网关的ipForwarding是否等于1，如果等于1，说明默认网关设备属于路由设备。

②借助默认路由设备发现存在的网络列表，利用ICMP协议的Ping方式遍历存在网络之中的所有活动设备[4]。验证共同体，如果共同体验证通过，通过SNMP协议获取监管设备的MIB存放的设备基本信息，判断设备类型，例如属于交换机、路由器或者服务器等其他设备，根据设备类型获取设备的详细信息。

③根据设备的ndp协议、接口索引ifIndex、端口对照表及自学习表发现设备之间的连接关系，具体定位设备的连接端口。

3.2故障管理

故障管理主要包括故障发现、故障处理以及故障查询等功能模块。

故障发现模块的设计过程是借助开源软件SNMP4J获取网络设备故障信息，SNMP4J的接口类ComandResponder负责监听网络设备的Agent单元发送的Trap数据，ComandResponder调用方法processPdu（）接收Trap报文，同时对接收的数据进行解析处理[5]。处理过程主要包括注册ComandResponder的监听对象listener，使用getPduHandle（）方法解析及处理PDU包含的内容等。

具体执行步骤为ComandResponder类调用listen（）方法启动监听线程，线程主要负责监听接收Trap信息的162端口，当监听获取到Trap告警数据后，调用listener.processPdu（CommandResponderEvent event）方法根据预先设定的告警规则对告警数据执行业务逻辑处理，然后保存数据，同时使用Java的Web组件Portlet及时显示告警内容，故障发现流程图如图2所示。

3.3性能管理

性能管理提供网络单元运行状态、效率的监测及评估功能，按照实现功能划分，包括性能数据的采集、数据分析以及数据显示。

3.3.1性能数据采集

采集的性能数据主要包括网络带宽利用率、数据包延时及网络丢包率等，采集方式包括NMS轮询监控设备以及代理设备发送陷阱报文方式[6]，数据采集的轮询方式可以借助SNMP4J提供的接口功能模块完成，实现步骤如下：

①开始构造PDU的发送目标，选择支持SNMPv1协议，所以创建Community Target对象代表通信的代理设备，设置SNMP的版本、重复传送的时间以及等待的延时；

②设置PDU的传输协议，选择TCP协议或者UDP协议，也可以使用Transport Mapping接口的对象表示传输协议；

③使用Transport Mapping中的listen（）方法，启动监听进程，接收返回的响应消息；

④创建SNMP对象，发送请求PDU，使用add（）方法设置需要查询的OID；

⑤使用ResponseEvent对象获取SNMP请求的响应PDU；

⑥解析响应PDU获取MIB信息。

使用SNMP4J接口功能模块实现数据采集的核心代码，如下：

3.3.2性能數据显示

性能数据采集流程如图3所示。

性能数据的显示和统计图形是使用Java图形开发工具中的JFreeChart生成的，而且生成的图形可以直接发送浏览器显示[7]，主要步骤包括：

①生成性能显示和统计图形的数据来源包括网元的MIB提供的性能参数的现实数据或者网络管理系统数据库存储的性能参数的历史数据，现实数据经过统计分析以后可以显示网元的实时监控参数性能，历史数据经过统计分析处理后可以预测网元的参数性能[8]。

②创建性能显示图形的数据集对象DataSet，利用getDataSet（）方法获取数据源并将其值赋予DataSet。

③使用JFreeChart的createBarChart3D（）方法生成性能展示图形。

4结束语

系统采用B/S结构设计，能够显著提高系统的维护效率，减少维护工作负担。开发技术选择JSP+Servlet+JavaBean组合，技术框架使用Hibernate，目的是可以保证系统部署方便，满足网络管理的安全要求。系统的开发过程借助SNMP4J模块提供的API，减少程序的编辑工作，提高系统的开发效率。考虑减轻系统的开发和维护的负担，明确划分系统的逻辑组织单元的功能，系统的整体架构设计坚持MVC原则。

经过测试表明，系统的功能已经基本满足单位的网络管理需求，但是依然存在需要改进和完善的部分：①网络拓扑发现的方法对比目前国际成熟的SNMP管理软件存在差距，因为拓扑发现模块借助SNMP4J提供的接口模块开发，缺少更加丰富的发现手段，影响网络拓扑结构生成的时间；②网络的性能管理过分依赖NMS的Agent方式以及ICMP协议的Ping方式，容易消耗网络资源，尤其是ICMP方式，如果连续、持久地发送目标单元ICMP报文，可能引起“ICMP风暴”，导致整体网络瘫痪；③系统的性能显示可以使用更加丰富的展示方法，能够更加直观地反映网络性能状况。

参考文献

[1]周振江.基于SNMP的网络管理系统设计与实现[D].南京：南京航空航天大学，2005.

[2]王玮.基于SNMP网络管理系统的设计与实现[D].北京：北京邮电大学，2011.

[3]冯松军.基于Web的网络管理模型及实现技术研究[D].昆明：昆明理工大学，2013.

[4]史宏.基于ASP_NET的现代数字化校园管理系统的研究[J].电子技术与软件工程，2015（11）：75-76.

[5]刘颖.基于SNMP的校园网络管理系统设计与实现[D].成都：西南交通大学，2010.

[6]杨宝学.主动式网络管理系统设计与实现[D].成都：电子科技大学，2012.

[7]权卓.基于SNMP的分布式网络管理系统的设计与实现[D].西安：西安电子科技大学，2010.

[8]王未.基于SSH框架的网络管理系统的设计与实现[D].厦门：厦门大学，2013.