基于SNMP的通信网络性能管理模块设计与实现

0 引 言
    目前通信网络结构越来越复杂，通信网络使用的设备也越来越复杂，随着网络的大型化与复杂化，如何有效地进行网络管理日益成为人们普遍关注的问题。ISO定义的网络管理包含五个功能域：配置管理、故障管理、性能管理、安全管理和计费管理，其中性能管理的目标是优化网络性能，提高运行质量。性能管理是测试组成网络各个单元性能的过程，它包括测试网络连接和当前网络段利用率、识别可能发生拥塞域、杜绝高出错率和检测网络传输状态等，帮助用户解决当前网络存在的问题。
    目前典型的网络管理标准主要有两大体系：OSI的CMIS(Common Management Information Service，公共管理信息服务)／CMIP(Common Management In-formation Protocol，公共管理信息协议)和IETF的SNMP(Simple Network Management Protocol，简单网络管理协议)。SNMP由于易于实现和广泛的TCP／IP应用基础而获得厂商的支持。而且，由于SNMP不断完善，SNMP中的安全问题也得到了一定程度的解决，使SNMP得到更快的发展。

1 SNMP网络管理模型
    SNMP网络管理模型包括四个关键性部件：管理站、管理代理、管理信息库和网络管理协议，如图1所示。

    (1)管理站(Manager)是一个独立的设备或者是一个共享网络中的一员，为管理者和网络管理系统提供接口。
    (2)管理代理(Agent)，一般厂家的网络产品如路由器、交换机等在出厂时都已配置好相关的SNMP管理代理，对于不支持SNMP协议的设备，可以开发委托代理(proxy agent)来支持SNMP协议。管理代理的功能是响应从网管站发出的读取请求(Get)和设置请求(Set)，并且给网管站发送事件及告警信息(Trap)。
    (3)管理信息库(MIB)存放了该设备上被管对象资源的所有信息，每个被管对象有一个惟一对象的对象标识符(OID)。
    (4)SNMP网络管理协议主要具有以下三个功能：取值(Get)使网管站能够从代理处获取相关对象的值；设置值(Set)使网管站能够在代理上设置相关对象的值；告警信息(Trap)使代理能够通知管理站、代理端(Agent)的管理信息库MIB值的重大变化以及其他重要事件发出。

2 性能管理模块的设计
2．1 性能管理模块基本结构
    根据上述对SNMP网络管理模型的讨论，设计了一种性能管理模块的基本结构，如图2所示。该性能管理模块主要包括性能数据采集、性能分析和数据管理存储三个部分。其中，数据管理存储主要是针对数据库管理的具体技术，这里主要讨论性能数据采集和性能分析技术及其实现问题。

2．2 性能数据采集
    性能数据的采集方式主要有三种：循环定时模式、实时模式和事件驱动模式。
    循环定时模式 预先配置好定时时间间隔，由服务器端进行采集，采集的数据存入数据库，也可以根据需要同时发往控制台，用于统计分析的性能参数主要采用该模式进行数据采集。
    实时模式 由用户在控制台进行操作，用于采集被管设备的当前性能数据，采集的数据马上送回用户界面，控制台程序在判断其是否超过阈值后，将数据以某种形式实时呈现给用户，本类数据主要用于监测当前性能，一般不存储到数据库，不作为历史数据进行查询。事件驱动模式 通过对关键事件的预定义，Agent在这些事件发生时，向管理者发送Trap报文。事件驱动对监视状态变化不很频繁的对象时用处很大，并且可以在网络设备发生异常情况时，及时向管理者发出报警信息。
2．3 性能分析
    性能分析一般分为历史性能分析和实时性能分析。历史性能分析包括对历史信息(如：性能日志及性能报告等)的查询、检索，从数据库提取性能历史数据，进行分析、计算性能指标，再经过统计和整理，以直观的图形显示和表数据来反映性能分析的结果，并生成性能日志，管理员可以设定时间范围，选择该时间段内设备的某种属性信息进行统计，还可以选用各种图形显示方式，直观地查看性能状态。
    实时性能分析 提供实时数据采集、分析和可视化的工具(如MIB浏览器)，可以对流量、负载、丢包、设备温度、内存利用率、网络延迟等网络设备和线路的性能指标进行实时监控，并可设置数据采集的时间间隔。

3 性能管理模块的编程实现
    在性能管理模块的开发过程中，可利用SNMP++类库来实现数据采集模块的开发，SNMP++是由HP公司提供的一个开放的软件包，它能够较好地实现SNMP协议，利用它的成员函数get()，getnext()，get-bulk()，set()，trap()可以编程实现对设备和主机性能数据的采集。SNMP++提供跨平台可移植的API。任何使用SNMP++编写的网络管理应用程序，不需要做任何改变就可以移植到其它平台。SNMP++在Target类中提供了超时和重传机制，直接设置参数就可以实现超时和重传功能。同时SNMP++可以运行在各种不同协议之上，它采用面向对象的设计方法，把WinSNMP的API函数封装成一个个相关的类，大大简化了SNMP网络管理软件开发的复杂性和开发难度。以下给出网络性能管理的部分关键对象(表1)和性能参数的计算公式。大多MIB组都提供性能数据变量。
    端口状态ifOperStatus有三种取值，1(up)代表当前接口正处于使用状态；2(down)代表当前接口处于关闭状态；3(test)代表接口正处于测试状态。

    端口当前状态保持时间=sysUpTime—if-LastChange
    对于一段时间丁内，MIB变量值的变化：△(MIB-variable)=MIB-Value(t1)-MIB-Value(t0)
    接口收到的包的总数：TOTAL_INPUT_PACK-ETS=△ifInUcastPkts+△ifInNUcastPkts
    发出的包的总数：TOTAL_OUTPUT_PACK-ETS=△ifOutUcastPkts+△ifOutNUcastPkts
    输入丢包率=△ifInDiscards／(△ifInUcastPkts+△ifInNUcastPkts)*100％
    输出丢包率=△ifOutDiscards／(△ifInUcastPkts+△ifInNUcastPkts)*100％
    输入差错率=△ifInErrors／(△ifInUcastPkts+△ifInNUcastPkts)*100％
    输出差错率=△ifOutErrors／(△ifOutUcastPkts ＋△ifOutNUcastPkts)*100％
    接口输入流量=ifInOctets*8／sysUpTime
    接口输出流量=ifOutOctets*8／sysUpTime
    接口利用率=((△ifInOctes+△ifOUtOetets)*8)／(T*ifSpeed)*100％
    同样可以计算其他参数，如：
    IP吞吐量=(△ipInRecieves+△ipOutRequests+△ipForwDatagrams)／T
    UDP吞吐量=(△udpInDatagrams＋△udpNoPorts＋△udpInErrors＋△udpOutDatagrams)/T
    下面给出了SNMP++编程的关键步骤(标“*”)：

4 结 语
    基于目前广泛应用的SNMP设计了网络管理系统中的性能管理模块，采用HP公司提供的SNMP++类库和编程工具Visual C++进行了具体实现，该工具可以作为复杂通信网络管理系统设计和实现的参考。随着网络技术的进一步发展，开放、异构的复杂网络管理系统将成为进一步研究的重点。