基于SNMP的校园网性能监测系统的设计与实现

2009 年 5 月 第 14 卷 第 3 期

西 安 邮 电 学 院 学 报 JOU RNA L OF XI AN U NI VERSIT Y O F POST AN D T ELECOM M U N ICAT IO NS

M ay 2009 Vol 14 N o 3

基于 SNM P 的校园网性能监测系统的设计与实现
孙晋成 , 马
( 1. 西安邮电学院 计算机系, 陕西 西安 1

力 , 殷春霞

2

2 710121)

710121; 2. 西安邮电学院 信息中心, 陕西 西安

摘要 : 随着校园网络规模的不断扩大, 网元设备的种类和 数量不 断增加, 用户 对网络 性能需 求的不 断加大, 这给 网 络性能监测和管理带来了许多困难。为了提高网络性能 管理的 效率, 很有必 要对各 网元进 行集中 管理, 即在一 个 统一的系统平 台上对各种设备进行管理。文 中将 SN M P 的思想、 VA 的多 线程技 术融入 到性能 监测系统 中, 通 JA 过对性能数据的采集、 存储及分析, 设计并开发了一套适于校园网应用的性能监 测原型系 统。实际应用 证明, 该 系 统不仅可以通过对性能数据的实时监测及历史数据分析使网络整体性能更趋于合 理, 大大 提高校园 网络运行的 效 率, 而且还具有良好的扩展性和灵活性。 关键词: SNM P ; 校园网; 实时; 多线程 中图分类号: T P393. 06 文献标识码 : A 文章编号: 1007- 3264( 2009) 03- 0087- 05

信息化发展到今天, 校园网的网络架构已日臻 完善和成熟, 然而, 新的问题也接踵而来。校园网作 为网络技术在校园上的一个重要应用, 在他成长初 期无需过多的管理, 随着网络应用( 视频流、 电话 IP 和多播等) 的普及和网络技术的发展, 校园网的规模 越来越大, 导致网络经常出现过度拥挤的情况, 校园 网的网络管理变得越来越重要。如何对校园网中的 网络设备进行有效监测和管理, 已经成为高校校园 网网络管理者的一个重要课题。目前在校园网的实 际应用和管理中, 服务器厂商各异、 网元设备繁多, 网络管理有一定难度。加之校园网用户对网络性能 的需求较高, 设计一套适于校园网应用的网络性能 监测管理系统尤为必要。其中网络管理协议是实现 网络监测和管理功能的必不可少的部分, 如今最重 要的网络管理协议是基于 OSI 的公共管理 信息协 议( CM IP ) 和 基于 T CP/ IP 的简 单网 络 管理 协 议 ( SNM P) , 网络管理协议( SNM P) 由于其简单性, 协 议容易更新, 并且可以方便地扩展功能以满足用户 未来的管理需求, 而被众多厂商支持, 再加之功能特 征的不断改进, 促进了它的广泛应用, 现在几乎所有
收稿日期: 2008- 12- 12

的网络设备都支持 SNMP 。为了克服上述校园网中 的存在的问题, 本文在研究 SNMP 协议基础上, 结 合我校校园网的管理实际, 设计并实现了一个针对 校园网应用的网络性能监测管理原型系统。该系统 采用了 JAVA 语言进行编写, 通过定时采集、 监测和 分析网络性能参数, 使得网络整体性能更趋于合理, 实现了对各种网元设备的统一管理, 提高了校园网 络运行的效率。

1

简单网络管理协议( SN M P)
简单网络管理协议( SNMP ) [ 12]

是 T CP / IP 协

议簇的一个 应用 层协议, 主 要包括 管理 信息 结构 ( SM I) , 管理信息库( M IB) 以及 SNMP 协议。 1. 1 管理信息库( M IB) 管理信息库( MIB) [ 4] 库就是指所有代理进程包 含的、 并且能够被管理进程进行查询和设置的信息 的抽象集合。实际上它是一个虚拟数据库, 规定了 网络代理必须包括的管理信息和这些信息的格式、 内容、 含义。简单网络管理就是通过对 M IB 各种变

作者简介: 孙晋成( 1979- ) , 男 , 山东临沂人, 西安邮电学院计算机系硕士研究生。 马 力( 1961- ) , 男 , 陕西铜川人, 西安邮电学院信息中心教授, 硕士生导师。 殷春霞( 1979- ) , 女 , 陕西西安人, 西安邮电学院信息中心讲师。

88

西















2009 年 5 月

量的访问、 统计和分析来对网络进行管理的。管理

信息库以树形结构来表示, 如图 1 所示:

图1

M IB 树形结构图

1. 2

管理信息结构( SM I)

( 2) 简单数据类型 ( 3) 应用数据类型 1. 3 SNMP 的协议操作 SNMP 协议[ 3] 定义了五种通信原语以实现协议的 Get、 Getnext、 、 等操作。其含义如表 1 所示。 Set Trap
表1 五种通信原语 说 请求某一 M IB 变量的值 请求目标变量的下一 变量的值 接收到请求的应答 设置某一变量 检测到事件发生时的 非请求信息 明 发起者 管理者 管理者 被管对象 管理者 被管对象 接受者 被管对象 被管对象 管理者 被管对象 管理者

管理信息结构 ( SM I) 定义了 SNM P 框架 所用 信息的标志和组成, 同时为描述 MIB 对象和协议如 何交换信息奠定了基础, 它主要包括三种数据类型: ( 1) 简单结构类型
SNM P 通信原语 get - request get - next- r equest get - response set - r equest trap

get - request 、 - request 和 get - response 提 set 供了基本的读写操作及对其的响应, get - next - re quest 提供了在不清楚表格变量的后缀的情况下, 对 表格进行遍 历, t rap 允许 系统出 错时由 管理 agent 发送报错信息。

2. 2 系统总体架构 通过对网络管理、 SNM P 协议的研究, 设计和构 建了基于 C/ S 架构的 三层网络性能监测系统结构 模型( 如图 2 所示) , 分别为数据采集层、 数据处理层 和数据显示层, 在不同的层次上实现了不同的功能。 各层功能设计如下: 2. 2. 1 数据采集层

2
2. 1

校园网网络性能监测系统的设计
设计目标 本系统 的目标是监测网元设备( 路由器、 交换

数据采集层主要包括数据采集模块和性能数据 库模块。数据采集模块的功能是完成性能数据的实 时采集, 并将采集的数据存入性能数据库, 其数据采 集具体流程如图 3 所示。数据采集模块是性能监测 系统的第一个环节, 是数据分析和显示的基础, 数据 采集的准确性、 实时性是影响校园网络的关键因素。 为了加快采集的反应速度和更好的利用系统资源, 此数据采集程序采用了多线程机制对性能数据进行 采集, 多线程采集各种性能数据, 允许一个程序同时

机、 主机) 以获得网络性能参数, 通过监测和分析网 络性能参数, 不仅能够直观地反映整个校园主干网 络的动态变化和负载状况, 而且还可以通过对历史 数据的统计和分析确定利用率趋势, 预先发现网络 运行瓶颈, 从而避免网络饱和带来的低性能, 更好的 保障整个校园网的顺畅。

第3期

孙 晋成等: 基于 SNM P 的校园网性能监测系统的设计与实现

89

充分的资源处理报文, 应增大缓冲区, 短期的高丢包 率说明网络出现了拥塞。 2. 2. 3 数据显示层 数据显示层主要包括数据显示模块和阈值设定 及告警模块。性能数据显示是将采集到的性能信息 以用户需要的方式表现出来, 以供用户监测网络的 性能, 制定网络管理的策略。性能监测与管理过程 中的另一个重要内容是设置使用率阈值。可以对影 响网络性能的各项设置网络阈值, 一旦阈值被设定, 当网络性能达到一个特定的出错率或使用率时, 性 能管理工具就会向管理者汇报。 ( 1) 数据显示模块包括实时显示子模块和历史 数据显示子模块。实时显示子模块显示方式为: 利 用即点即现 方式和 按条 件查 询方 式将接 口组、 IP 组、 CP 组、 T UDP 组等组的性能指标实时显示出来。 即点即现方式就是将鼠标放到网络拓扑图的某条链 路上就能动态显示该链路的多项性能指标; 按条件 查询方式就是用户通过输入 IP 地址、 端口号、 选择 指标( 例如端口利用率) 、 图形( 折线图、 点状图和柱 状图) 就可以查询所有与性能相关的实时数据, 包括 接口发送的字节数、 接口接收到的字节数、 接口利用 率、 输入/ 输出丢包率、 吞吐率等等。历史数据显 IP 示子模块显示方式为: 利用按历史条件查询方式将 接口组、 组、 CP 组、 IP T UDP 组等组的性能指标以 折线图或饼形图的形式显示出来。按历史条件查询 方式就是输入设备 IP 地址, 选择年份、 月份、 小 天、 时、 分钟、 端口号及性能指标就可以查询任何一年、 任何一个月、 任何一天、 任何一小时、 任何一分钟的 任何与性能指标有关的性能图形。 ( 2) 阈值设定及告警模块: 由于影响性能管理的 性能指标很多像出错率、 链路利用率、 吞吐率等等, 因此我们有必要对这些性能指标进行阈值设置以方 便网络性能出现问题时可以及时向管理员告警。但
图3 数据采集流程图

图2

网络性能监测系统体系结构图

有效地执行多个任务, 既增强了程序的功能, 又提高 了程序的性能, 有了多线程的支持, 对数据采集就可 以并发进行, 此程序每隔两分钟对数据进行一次采 集、 存储。性能数据库模块主要用于将数据采集到 的性能数据存入相应的数据库中, 以供统计分析和 显示模块等使用。因为网络流量大, 且变化较快对 数据库 的稳定 性和速 度要 求较 高, 因 此本 文选 用 SQL SERVER 数据库来存储原始流量信息。

是决定把阈值设置为多少是件很困难的事情, 但通 常情况下, 可以通过试验找到一个合理的数值。阈 值使管理者能够在问题影响网络性能之前就找出并 解决它。将使用率数据的图形表和使用率阈值二者 结合在一起, 就是一种实现性能监测与管理的强有 力的工具。该模块具体的处理流程如下: 设置所需对象的阈值 从性能数据库中读取对象值的记录, 并通过数 据统计分析计算出相应的性能指标值。 比较计算所得的值是否超过阈值, 如果超过, 调用告警模块进行报警。如果没有, 经过一定时间

2. 2. 2 数据处理层 数据处理层主要包括数据分析模块, 它主要用 于采集接口组、 组、 CP 组、 DP 组等组的数据, IP T U 并结合相关公式就可以计算出我们所需要的实时和 历史数据性能指标值比如: 接口利用率、 丢包率、 错 误率、 转发率等等。利用率反映了信道利用程度, 利 用率高说明信道资源得以充分的利用, 而过高的利 用率预示着信道可能成为潜在的网络瓶颈, 有必要 进行升级。接口的输入输出丢包率反映了被丢弃报 文所占总报文的百分比, 长期的高丢包率说明没有

90 间隔再重复取数计算。 2. 3 系统的类结构设计

西















2009 年 5 月

. public f loat getT hroughput Rat io( ) { } / / IP 吞吐 率 public float g et IpInputRat io ( ) { } / / IP 数据报输 入速率 public float get IpNoRout ingRatio( ) { } / / 无路由 率 public float get IpReorg anizeFailRat io ( ) { } / / 重 组失败率

由于本系统设计到很多类并且文章篇幅有限, 因此在此仅介绍交换机端口类 结构和交换机 类结 构。交换机端口类数据结构: public class Sw it ch Int erface{ private double if InOctets; / / 接口收到的字节数 private double ifOut Oct et s; / / 接口发送 的字节 数 . . . public f loat get UsingRat io( ) { } / / 链路利用率 public float getInput DiscardRat io ( ) { } / / 输入丢 包率 public f loat getOutputDiscardRatio ( ) { } / / 输 出 丢包率 } 交换机类数据结构: public class Sw it ch { private String ip address; / / 交换机 IP 地址 private int intf ace num ; / / 交换机端口号 private Vector Interface Vec; / / 交换机接口集 合 private double ipInReceives; / / 接 收的全 部 IP 数据报个数 . .

3

校园网网络性能监测系统的实现

3. 1 系统运行环境 本系统以学院核心层和汇聚层交换机设备为监 测设 备, 编 程 语 言采 用 JAVA 语言, 数 据 库采 用 SQLSERVER 数据库, 开发工具采用 Jbuilder2006。 本系统采用标准的 SNMP 协议和纯 JAVA 语言, 这 样有利于保证系统的通用性和平台无关性。 3. 2 性能显示[ 5] 系统的性能显示就是将采集到的性能数据以用 户需要的方式表现出来, 以供用户监测网络的性能, 制定性能管理的策略。性能显示可以是实时的或历 史的, 通过 校园网性能监测实时显示 图( 如图 4 所 示) , 我们可以看出链路流量、 链路利用率情况以及 整个主干网络拓扑的动态信息, 以便网络管理员能 更好的调控网络流量, 使网络整体流量趋于合理, 从 而提高网络的整体性能。

图 4 校园网主干网实 时性能监测图

第3期

孙 晋成等: 基于 SNM P 的校园网性能监测系统的设计与实现

91

绘出网络历史数据的曲线或直方图对分析网络 发展趋势是非常有用的, 历史数据显示可以帮助管 理员进行网络的趋势分析, 及时发现潜在的问题, 使 问题在产生有害之前就予以解决。下面我们仅以历 史 IP 吞吐率为例来观察和预测网络拥塞情况, 通过 核心交换机 2008- 3- 18 下午 15 时至 16 时之间的 历史 IP 吞吐率折线图显示图( 如图 5 所示) , 我们能 够客观地分析和预测网络性能, 从而采取相应的措 施来提高网络服务质量。

4

总结
本系统采用 JAVA 语言编写, 通用性好, 可扩展

性强, 能有效的在该系统所设计的接口上进一步进 行业务开发, 使用简捷、 直观、 方便, 并在校园网上进 行了试运行, 实现了实时监控校园网络设备和链路 并利用历史性能数据分析和预测网络趋势等基本功 能。但是如何应用人工智能、 神经网络相关理论来 增强网络性能管理中的主动性、 智能性, 使网络可以 自动及时地调整自身状态, 减少人工参与, 这些都是 我们亟待解决的问题。
参 [ 1] 考 文 献

[ 美 ] M ani Subramanian. 网 络管 理[ M ] . 北京: 清 华 大 学出版社, 2003. 杨家 海, 任 宪坤. 网 络 管理 原理 与 实现 技 术[ M ] . 北 京: 清华大学出版社, 2000. [ 美] David Zeltserman. SNM P V3 与网 络 管 理[ M ] . 北 京: 人民邮电出版社, 2000. K . M cCloghrie. M anagement I nformation Base for Net w ork M anagement of T CP/ IP - based inter nets [ DB/ OL] . M I B- ! . R FC 1213.

图5

交换机 I P 吞吐率折线图 [ 2] [ 3] [ 4]

以上就是基于 SNM P 的校园网性能监 测系统 的基本功能, 由于篇幅有限在此仅列出部分功能, 该 系统应用于校园网校园网的管理中, 对维护校园网 的网络服务质量和实时监测网络运行情况起到了良 好的作用, 确保了校园网不会出现过度拥挤的情况, 保障了网络的可用性, 为广大师生提供了良好的网 络运行平台。

[ 5]

殷春霞. 基于智 能的网 络性 能管 理系统 [ M ] . 西 安: 西 北大学出版社, 2003.

Design and implementation of campus network performance monitoring system based on SNMP
SUN Jin- cheng , MA L i , YIN Chun- xia
1 2 2

( 1. Department of Compute Science, Xi an U niversity of Post and T elecommunicat ions, Xi an 710121, China; 2. Information Center , Xi an U niversit y of Post and T elecommunications, Xi an 710121, China)

Abstract: Wit h t he expansion of campus net work, there are more and more various netw ork elements, users have high demand for netw ork performance, w hich brings many diff icult ies f or the management and monitoring of campus net work. T o improve the eff iciency of net w ork performance management, it s necessary to build a uni f orm netw ork system w hich can cent ralize all net work element s. In this paper, SNMP prot ocol, JAVA s mult ithreading t echnology are int roduced int o performance monitoring system. A set of performance monit oring sys t em suitable for campus netw ork is designed and developed by collecting, storing and analyzing performance dat a. Pract ical application shows t hat the system can not only make overall perf orm ance more reasonable and improve the eff iciency of operat ion of the campus netw ork greatly t hroug h real- t ime monitoring of performace dat a and historical dat a analysis, but also has t he good expansibilit y and f lexibilit y. Key words: SNMP ; the campus net work; real- t ime; mult i- t hreading


相关文档

基于SNMP的校园网络性能管理系统的设计与实现
基于SNMP的校园网管理系统的设计与实现
基于SNMP的校园网拓扑发现系统的设计与实现
基于SNMP的网络性能监测系统设计
基于SNMP的网络性能监测系统的设计
基于SNMP校园网网络管理系统设计与实现
基于SNMP的校园网网管系统研究与实现
校园网性能监控系统的设计与实现
电脑版