图形化网络设备监控系统的设计与实现

2021-06-03马卓斌金冰鑫尹文婷

能源与环保 2021年5期

马卓斌，金冰鑫，李鑫，辛玫，王璠，尹文婷

(国网固原供电公司，宁夏固原 756000)

电力企业是支持产业发展、推动工业化水平稳步前行的重要企业部门，与企业的经营和居民的日常生活有着密不可分的关系。在我国计算机与互联网技术快速发展的大背景下，电力企业的设备管理与业务经济需要在信息化方面做出更进一步的改进。传统电力企业监控管理系统普遍以文本为主要的展示内容，操作比较复杂并且学习成本较高，新形势下的电力企业需要抓住图形技术快速普及的技术发展机遇，对电力企业长期运营所积累的数据进行图形化处理，建立起一套满足图形化操作需要的监控管理系统，提高电力设备运行数据的使用效率，为企业的规范化经营奠定更加稳固的基础。做好网络设备的管理工作是网络运营与维护最基本的要求，而网络设备中的数据变化情况十分复杂，并且在部分设备流量过载的情况下需要立即改变线路，以避免局部网络瘫痪[1-3]。通过图形化的网络设备监控系统对网络设备进行监控是实时调整设备运行状态的一种有效手段，可以帮助管理者直观地对网络资源发生的变化进行观察[4]。因此，研究设计了一套采用SNMP网管系统标准协议的图形化网络设备监控系统，基于Linux操作系统并通过Web服务器对电气设备运行数据进行图形化转换，进而实现常规文本数据的图形化、可视化。

1 可行性分析

SNMP是现阶段我国国有企业普遍采集的网管系统标准协议，同时也是国内企业级监控平台广泛使用的标准协议，将该协议应用于监控系统中，可以帮助企业管理者对工厂设备进行监视与控制，了解设备当前的使用情况。作为国有企业来说，通过数字通信技术对电气设备进行管理，需要重点加强系统安全方面的防护，Linux操作系统是一款安全可靠的开源程序开发平台，国内电力企业所设计的监控程序方案普遍基于高度定制的Linux操作系统。在系统功能服务方面，本次研究拟采用Apache网站服务程序，该程序与微软IIS信息服务器所提供的功能相类似，区别在于数据库服务器需要企业单独配置并给予维护。PHP是一种嵌入式超文本处理语言，适用于以Web服务器为硬件基础的3层结构监控系统，同时也是用来建立动态网站的优良工具。在服务器方面，本次研究通过轻型MySQL服务器为监控系统提供数据支持，该服务器可在Windows、Linux、Mac OS等各种操作系统上运行，是一种多线程、多用户的数据库服务器，适合用来建立数据库驱动的动态网站。在监控系统的图形化设计方面，本次研究决定采用Round Robin Database Tool绘图引擎，该产品市场化水平较高，开发者数量较多，有助于降低系统图形开发成本，并且该绘图引擎长期应用于Linux平台，在可靠性方面也有着比较充分的保障。

2 系统整体结构设计

研究所设计的图形化网络设备监控系统由3层结构所组成，基本组建形式如图1所示。

图1 图形化网络设备监控系统整体结构Fig.1 Graphical network equipment monitoring system overall structure

在此次研究所设计的图形化网络设备监控系统中，监控管理子系统位于监控对象和Web页面之间，负责从网络设备中采集运行状态数据，并根据工程师预先写好的程序将网络设备运行状态数据转换为以图表为表象的可视化数据。管理者在系统Web界面上完成登录后，即可对监控对象的运行状态进行查看。系统网络部署方案如图2所示。

图2 图形化网络设备监控系统网络部署方案Fig.2 Graphical network equipment monitoring system network deployment plan

3 系统功能设计

(1)设备配置管理模块。设备配置管理模块通过轮询设备的MIB将设备路由表、设备接口数据、设备接口类型、提供第几层服务以及设备名称发送给管理人员，并提供设备添加、设备删除、设备查询等方面的功能。

(2)设备数据采集模块。设备数据采集模块通过轮询设备来采集网络设备当前的运行状况数据，进而获取每一个网络设备的接口状态，比如接口关闭、测试状态、接口异常、线路问题等。同时，也可以获取最近时段内各条链路的数据错误率、接口丢包率、接口利用率以及通信量等相关信息。

(3)数据图像绘制模块。设备数据采集模块在完成数据的采集工作后，数据图像绘制模块会以时间为单位将各设备的负载状况、错误率、丢包率以及通信量等数据以图形化的形式展现出来，进而帮助管理人员实现更加直观的图形化监控。

4 网络部署设计

在此次研究所设计的图形化网络设备监控系统整体结构中，所有的数据均通过服务器进行计算，用户只需要通过Web界面就可以进行相关的操作。服务器端模块主要包括RRD数据库、MySQL数据库以及RDmol、PHP脚本等程序。其中，数据库部分可以通过NFS共享实现RRA数据库的远程调用，借助过MySQL提供的基于TCP/IP的socket链接实现分布，即将应用调用部分和数据存储部分分开，可降低资源消耗，提高系统运行效率。

5 系统功能实现方案

5.1 数据采集方式设计

网络设备监控通常采用SNMP方式采集数据，可用来了解设备流量状况与设备运行状况，MIB中的每一项数据均拥有1个单独的标识ID，管理者只需要根据设备厂商提供的ID制定标准就可以采集数据。这种数据采集方式通常应用于通用的属性与设备，比如设备温度、内存、CPU占用率以及网络设备的流量、端口等[5-8]。

以上设备状况数据主要来自于MIB中的IP组、Interfaces组和System组，比如通过对设备生产商提供的私有MIB进行读取就可以获取内存和CPU占用率情况。MIB的IP组用于描述设备接口配置的IP地址等IP层信息，对于可提供第3层网络协议服务的设备，还可以读取设备所采用的路由表等；Interfaces组可提供设备接口信息，比如接口运行状态、接口性能数据以及接口数量等；System组可提供设备系统信息，比如设备系统正常运行时间、为哪些协议层提供服务以及基本的设备描述等[9-12]。

本次研究以交换机设备的数据采集为例，在采集交换机设备运行状态数据之前，首先要获取某一个端口的流量，因此需要输入以下命令：Snmpget-c public 192.168.0.1 iflnOctets.4 | sed -es/.*ter32。

在以上命令中，sed及之后的字符可以将不需要的信息过滤掉。在SNMP访问字符串和地址无误的情况下，即可获得交换机的端口瞬时流量，比如“13526287”。随着时间的推移，这串数据也会发生相应的变化，因此，可以以时间为横轴，以流量为纵轴，以图形化的方式将一段时间内的交换机端口瞬时流量状况表现出来。Snmpget运行体系如图3所示。

图3 Snmpget运行体系Fig.3 Snmpget operating system

5.2 数据库设计

本次研究通过MySQL来存储所采集到的网络设备数据，为了合理调用脚本，还需要详细设计MySQL的库表结构。从系统功能需要的角度出发，在MySQL数据库中建立了Host表、Log表、Setting表、User表、Poling表、Grahgd_Template表、Host_Template表、Host_Gragh表。

以Host表为例，该表用于记录网络设备信息，如该设备的SNMP以及IP地址等，具体内容见表1—表7。

表1 HostTab.1 Host

表2 DateTab.2 Date

表3 GraghTab.3 Gragh

表4 PollingTab.4 Polling

表5 UserTab.5 User

表6 SettingTab.6 Setting

表7 LogTab.7 Log

5.3 Web界面的设计与实现

在本次研究所设计的图形化网络设备监控系统中，用户与系统之间的信息交互是通过PHP界面实现的，可实现图形查看、系统配置以及设备管理等方面的功能。由于本次研究所设计的系统界面通过Apache发步并使用PHP进行编写，进而表现为一种典型B/S结构。用户只需要通过PC上预置的浏览器通过网页界面就可以登录系统并进行操作，系统登录界面如图4所示。

图4 图形化网络设备监控系统登录界面Fig.4 Graphical network equipment monitoring system login interface

PHP界面负责为操作者提供系统访问接口，用户在进入内页后可选择的操作项目如图5所示。

图5 网站内页功能结构Fig.5 Functional structure of website pages

在设备管理界面设计方面，考虑到设备管理工作的主要目的，在界面设计上要重点体现设备SNMP、设备IP地址等信息，即能够描述设备固定资源的属性。为了对各个管理设备进行定义，设计者应当至少建立以下几项信息，即描述(易懂的名称)、设备名(通常为IP)、设备状态(是否启用)、SNMP选项(连接v3和数据串所用的信息)、图像模板(需要该设备展现的图像模板)、数据模板(需要该设备展现的数据模板)。本次研究所设计的配置设备属性界面如图6所示。

管理者在查看一个设备状态数据图像时，图形化网络设备监控系统会触发以下动作，具体过程如图7所示。

在已经确定设备属性并且设备在数据管理中进行了图像模板关联的情况下，工作人员可以在图像查看界面选择相应的属性与图像模板，进而通过TTDtool进行实时绘图操作。具体形式如图8所示。