電信IP 網(wǎng)管系統(tǒng)引入云計算的方案研究

陸小銘 ，曹維華 ，蘇志勝 ，許 彤

（1.中國電信股份有限公司廣東研究院 廣州 510630；2.中國電信集團(tuán)公司 北京 100032）

1 引言

電信運營商的運維支撐系統(tǒng)（OSS）在電信網(wǎng)體系架構(gòu)中屬于支撐網(wǎng)范疇，承擔(dān)著網(wǎng)絡(luò)運營支撐、業(yè)務(wù)開通和質(zhì)量監(jiān)控、客戶服務(wù)保障等重要功能，在電信運營商內(nèi)部的地位與作用和網(wǎng)絡(luò)、終端、業(yè)務(wù)平臺一樣，是運營商核心資產(chǎn)的重要部分，在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和業(yè)務(wù)開通開始就被列入統(tǒng)一的規(guī)劃和建設(shè)中。電信IP網(wǎng)管系統(tǒng)（以下簡稱IP網(wǎng)管）是OSS體系的一部分，負(fù)責(zé)IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的管理、維護(hù)和保障。

IP網(wǎng)管是以“集中管理、集中監(jiān)控、集中維護(hù)”為原則進(jìn)行建設(shè)的，在近年的發(fā)展中不斷向面向網(wǎng)絡(luò)、面向業(yè)務(wù)和面向客戶的發(fā)展方向演進(jìn)。目前IP網(wǎng)管支持普通和優(yōu)質(zhì)承載網(wǎng)，支持固定和移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，支持互聯(lián)網(wǎng)和大客戶VPN業(yè)務(wù)。

隨著運營商IP網(wǎng)絡(luò)的不斷擴(kuò)大、業(yè)務(wù)種類的增多以及運營要求的精細(xì)化，IP網(wǎng)管需要處理的數(shù)據(jù)越來越多，IT基礎(chǔ)設(shè)施面臨著負(fù)載不均衡、設(shè)備管理困難、IT設(shè)備被動擴(kuò)容等諸多問題。云計算作為一種有效的優(yōu)化IT基礎(chǔ)設(shè)施的手段，也提上了IP網(wǎng)管的發(fā)展日程。

2 IP網(wǎng)管系統(tǒng)的現(xiàn)狀

IP骨干網(wǎng)網(wǎng)管管理著運營商多張網(wǎng)絡(luò)的骨干部分（如公眾互聯(lián)網(wǎng)、精品承載網(wǎng)、專用承載網(wǎng)等），具體功能一般包括資源配置管理、故障管理、性能管理、流量管理、路由管理、安全管理、業(yè)務(wù)質(zhì)量監(jiān)測、流量監(jiān)測、互聯(lián)網(wǎng)維護(hù)統(tǒng)計分析、VPN業(yè)務(wù)管理、移動互聯(lián)網(wǎng)管理等。

IP骨干網(wǎng)網(wǎng)管結(jié)構(gòu)如圖1所示。IP網(wǎng)管在邏輯結(jié)構(gòu)上采用信息處理的分層原則，可以分為以下3個層面。

·數(shù)據(jù)采集層：負(fù)責(zé)系統(tǒng)與被管網(wǎng)元設(shè)備和網(wǎng)元管理系統(tǒng)之間的通信，通過對各種網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議接口的封裝，提供協(xié)議服務(wù)層的應(yīng)用。通過SNMP、Trap、xflow、Syslog、Telnet、XML、Corba 等網(wǎng)管協(xié)議，采集各種網(wǎng)元設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)端到端的管理信息并對這些信息進(jìn)行一定的數(shù)據(jù)預(yù)處理和加工，然后通過軟件總線傳遞給上層數(shù)據(jù)處理層的應(yīng)用功能模塊，處理的結(jié)果通常存放于網(wǎng)管數(shù)據(jù)庫中，如拓?fù)?、資源、故障、性能、流量數(shù)據(jù)庫等。

·數(shù)據(jù)處理層：從數(shù)據(jù)采集層獲取信息，對各種管理應(yīng)用進(jìn)行封裝處理，各模塊之間也可以通過軟件總線交互信息。數(shù)據(jù)處理層根據(jù)系統(tǒng)功能的分層需求又分為網(wǎng)絡(luò)管理應(yīng)用層、業(yè)務(wù)管理應(yīng)用層、事務(wù)管理應(yīng)用層和客戶管理應(yīng)用層，下層為上層應(yīng)用提供服務(wù)。

·數(shù)據(jù)發(fā)布層：系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)發(fā)布層向使用用戶提供各種網(wǎng)管應(yīng)用。用戶通過瀏覽器或?qū)Ｓ玫目蛻舳藶g覽、查看并執(zhí)行各種網(wǎng)管操作。

IP骨干網(wǎng)網(wǎng)管的部署現(xiàn)狀：數(shù)據(jù)采集層的設(shè)備實現(xiàn)分片區(qū)部署，每個片區(qū)的設(shè)備匯聚到指定的數(shù)據(jù)采集節(jié)點；數(shù)據(jù)處理層和數(shù)據(jù)發(fā)布層的設(shè)備部署在兩個主節(jié)點，主節(jié)點中的設(shè)備實現(xiàn)高可用性保障，兩個主節(jié)點之間采用專用鏈路相連，用于數(shù)據(jù)同步和備份，實現(xiàn)異地容災(zāi)功能；各省設(shè)置省級網(wǎng)管工作站，各省網(wǎng)管人員分權(quán)分域使用網(wǎng)管系統(tǒng)。

3 IP網(wǎng)管面臨的新需求和存在的問題

IP網(wǎng)管的管理功能復(fù)雜，工單流程管理、業(yè)務(wù)開通、維護(hù)、排障等流程都較好地納入了整體架構(gòu)中，但有部分功能以獨立運行的軟件或子系統(tǒng)的方式存在，如IP地址管理、互聯(lián)網(wǎng)質(zhì)量測試、Netflow數(shù)據(jù)采集與分析、統(tǒng)一認(rèn)證管理等。這些獨立運行的軟件和子系統(tǒng)，都是走傳統(tǒng)的IT建設(shè)的流程，獨立占用物理的服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)和存儲等設(shè)備，這種“煙囪式”的設(shè)計和部署必然導(dǎo)致IT基礎(chǔ)設(shè)施整體的利用率偏低。

同時，隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，IP網(wǎng)管還面臨著以下需求和問題。

·網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、鏈路和端口的數(shù)量不斷增長，同時，單臺設(shè)備規(guī)模不斷增大（集群設(shè)備），端口的速率也越來越大（40 Gbit/s、100 Gbit/s），IP 網(wǎng)管要采集和處理的信息越來越多。

·由于精細(xì)化運營的要求，網(wǎng)管對設(shè)備信息的采集密度越來越大，數(shù)據(jù)呈幾何級增長。

圖1 IP骨干網(wǎng)網(wǎng)管結(jié)構(gòu)

·由于安全管理的要求，重要設(shè)備都要求實現(xiàn)冗余備份，IT設(shè)備的數(shù)量逐漸增多。

·IT系統(tǒng)的擴(kuò)容遇到瓶頸，小型機的升級成本高，部分小型機已經(jīng)沒有升級的空間，部分新購設(shè)備與舊設(shè)備面臨著不兼容的情況，如不能實現(xiàn)高可用性。

·Netflow采集和處理的數(shù)據(jù)量快速增長，而流量流向分析設(shè)備的處理能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有跟上。

以上問題在大企業(yè)的IT系統(tǒng)發(fā)展中也同樣存在，而電信IP網(wǎng)管作為一個需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的發(fā)展持續(xù)開發(fā)、永沒有最終版的系統(tǒng)，表現(xiàn)得更為強烈。云計算的出現(xiàn)為這些問題的解決提供了一個值得研究的方向。

4 IP網(wǎng)管引入云計算的必要性和可行性

按照NIST對云計算的定義，云計算模式能以按需方式通過網(wǎng)絡(luò)方便地訪問云系統(tǒng)的可配置計算資源共享池(如網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲、應(yīng)用程序和服務(wù))，同時以最少的管理開銷及與供應(yīng)商的交互迅速配置、提供或釋放資源。

從部署模式上看，云計算有3種模式：公有云、私有云和混合云。其中，私有云比較符合IP網(wǎng)管的需求，IP網(wǎng)管是運營商維護(hù)IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的支撐系統(tǒng)，其管理的數(shù)據(jù)屬于企業(yè)機密，同時，在私有云環(huán)境中，可以按照實際情況動態(tài)增加或減少運行實例，控制應(yīng)用程序使用資源池的指定部分（包括服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)和磁盤），也可以決定允許哪些用戶使用基礎(chǔ)設(shè)施。

4.1 必要性

回顧近10年來網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，從固定到移動互聯(lián)網(wǎng)，從普通互聯(lián)網(wǎng)到大客戶VPN網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)容量以每年50%的速率擴(kuò)張，網(wǎng)管要處理的數(shù)據(jù)不斷增加，要管理的業(yè)務(wù)逐漸增多，還要面臨不同角色的使用人群，如果還按照傳統(tǒng)IT資源的發(fā)展模式，網(wǎng)管系統(tǒng)的IT資源將會慢慢陷入無序發(fā)展和不可控的管理狀態(tài)。設(shè)計人員在進(jìn)行擴(kuò)容設(shè)計時，很難有效地調(diào)配已有的IT資源，只能不斷增加新設(shè)備。同時，為了管理越來越多的IT資源，運營商要不斷地增加相應(yīng)的維護(hù)人員，而不同的維護(hù)人員所管理的內(nèi)容相對獨立，缺乏有效的溝通。

IP網(wǎng)管系統(tǒng)引入云計算的必要性可以歸納為以下幾點。

·云計算的虛擬化和彈性資源調(diào)配：能提高資源利用的有效性，可以在不增加投資的前提下，承載更多業(yè)務(wù)。

·云計算的標(biāo)準(zhǔn)化和自動化資源調(diào)配：快速部署，按需即供，可以在不增加人力投資的前提下，大幅提升效率。

·可靠性：提供冗余容錯能力，可以提升服務(wù)質(zhì)量。

4.2 可行性

IP網(wǎng)管系統(tǒng)部署私有云符合當(dāng)今IT資源池化的趨勢，同時IP網(wǎng)管要處理的信息屬于數(shù)據(jù)密集型任務(wù)，很適合在云計算環(huán)境中運行，具備以下可行性條件。

·從IaaS的角度看，云計算為網(wǎng)管系統(tǒng)提供一個穩(wěn)定、可持續(xù)發(fā)展、性價比高的計算平臺。

·基于x86的PC服務(wù)的資源池擴(kuò)展能力強，擴(kuò)容成本比小型機低。

·并行任務(wù)（如報表查詢）能實現(xiàn)平行處理，系統(tǒng)能容納更多的用戶，提升處理速度。

·云計算所具備的分布式處理能力，為Netflow的分析提供良好的計算平臺。

·從SaaS的角度看，云計算能為網(wǎng)管維護(hù)人員提供虛擬桌面、虛擬應(yīng)用的服務(wù)，能方便發(fā)布網(wǎng)管應(yīng)用，同時易于實現(xiàn)訪問權(quán)限的控制，提升用戶訪問網(wǎng)管系統(tǒng)的安全性。

·虛擬化桌面和虛擬化應(yīng)用能支持多種終端類型，包括平板電腦、手機等終端，能方便地實現(xiàn)移動辦公和移動網(wǎng)管的功能。

5 IP網(wǎng)管引入云計算技術(shù)的方案

IP網(wǎng)管屬于重要的生產(chǎn)網(wǎng)支撐系統(tǒng)，在引入云計算技術(shù)的過程中，為盡量避免對現(xiàn)網(wǎng)的影響，建議按照由小而大、由淺入深的步驟逐漸鋪開，并在一開始就要做好云計算統(tǒng)一管理的設(shè)計規(guī)劃。引入云計算技術(shù)方案的目的可以概括為：建設(shè)跨區(qū)域的私有云平臺，實現(xiàn)集中管理和靈活調(diào)度，網(wǎng)管功能和應(yīng)用逐步有序地進(jìn)行遷移，基于云環(huán)境進(jìn)行應(yīng)用創(chuàng)新。

從云計算的3種服務(wù)模式看，對應(yīng)的網(wǎng)管應(yīng)用分析如圖2所示。

圖2 云計算的服務(wù)模式對應(yīng)的網(wǎng)管應(yīng)用分析

建議IP網(wǎng)管以IaaS和SaaS的服務(wù)模式為切入點。云計算平臺可以為采集層和數(shù)據(jù)處理層（主應(yīng)用功能軟件和Netflow流量流向分析軟件）提供可持續(xù)擴(kuò)展的有冗余保障的計算能力，同時，在數(shù)據(jù)發(fā)布層，虛擬桌面和虛擬應(yīng)用能為網(wǎng)管使用人員提供多種形式的訪問途徑，并能提升網(wǎng)管訪問的安全性，而Netflow流量流向分析軟件可以為網(wǎng)管使用者提供基于不同對象的分析功能，因此也可以視為SaaS的應(yīng)用功能。

5.1 分析評估與虛擬化改造

·分析IP網(wǎng)管內(nèi)服務(wù)器的負(fù)載和軟件運行情況：分析各硬件平臺的運行現(xiàn)狀以及運行軟件的情況；梳理各子系統(tǒng)、模塊之間的關(guān)系以及各軟件邏輯圖；各軟件資源占用情況（包括CPU、磁盤、內(nèi)存、I/O等）調(diào)研；各軟件使用數(shù)據(jù)庫情況以及數(shù)據(jù)總量和增長情況調(diào)研。

·分析現(xiàn)有軟件哪些可以直接遷移到私有云中，哪些需要改造后才能遷移。

5.2 應(yīng)用軟件的改造和移植

目前，主應(yīng)用服務(wù)器（數(shù)據(jù)處理層）軟件融合了所有的資源管理和業(yè)務(wù)管理功能，對業(yè)務(wù)進(jìn)行開通、維護(hù)、保障等全程的支撐。隨著所管理的資源和業(yè)務(wù)的增多，目前數(shù)據(jù)處理層軟件

·分析使用私有云的人員數(shù)量，如需要向多少人提供虛擬桌面或虛擬應(yīng)用，從而決定資源池的大小和應(yīng)用軟件的License問題。

·分析引入私有云技術(shù)是否會對維護(hù)人員的使用習(xí)慣造成影響。

在分析評估的基礎(chǔ)上，建議從實現(xiàn)IT資源虛擬化和管理自動化兩方面進(jìn)行改造。

虛擬化是通過軟件或固件管理程序把物理資源映射為虛擬資源，這些虛擬資源在使用上和物理資源的特性相差很少或沒有差別。通過虛擬化，可以進(jìn)一步簡化IT基礎(chǔ)架構(gòu)、整合IT資源、提高資源利用率，有助于降低IT基礎(chǔ)設(shè)施的能耗。

對虛擬化進(jìn)行統(tǒng)一管理是云計算管理的關(guān)鍵，自動化的目標(biāo)是實現(xiàn)對物理資源和虛擬機資源的自動識別、資源分配流程的自動化、負(fù)載遷移的自動化等，使私有云的管理者可以方便地提供和回收虛擬機資源，同時系統(tǒng)能對資源池負(fù)載進(jìn)行優(yōu)化分配。

互聯(lián)網(wǎng)期刊出版主要分為兩大類，一是傳統(tǒng)期刊的數(shù)字化并在互聯(lián)網(wǎng)上出版；另一類是期刊在線數(shù)據(jù)庫出版。順應(yīng)時代與市場的需求，傳統(tǒng)期刊正在經(jīng)歷數(shù)字化，而隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，光盤、磁盤等形式出版的數(shù)字期刊已逐漸被網(wǎng)絡(luò)出版所替代，大多數(shù)期刊在線數(shù)據(jù)庫已轉(zhuǎn)變?yōu)槠诳瘮?shù)字出版平臺，發(fā)揮平臺集成性優(yōu)勢向消費者提供海量內(nèi)容與定制化服務(wù)，因此大多數(shù)期刊選擇在互聯(lián)網(wǎng)期刊數(shù)據(jù)庫進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)出版，由中國知網(wǎng)出版的《中國學(xué)術(shù)期刊（網(wǎng)絡(luò)版）》就是中國學(xué)術(shù)期刊網(wǎng)絡(luò)出版官方平臺。據(jù)了解目前國內(nèi)傳統(tǒng)期刊選擇的互聯(lián)網(wǎng)出版平臺主要有《中國學(xué)術(shù)期刊(光盤版)》、“中國期刊網(wǎng)”、“萬方數(shù)據(jù)——數(shù)字化期刊群”、《中文科技期刊數(shù)據(jù)庫》等。

在虛擬化軟件的選擇上，建議著重考慮以下幾點功能。

·可虛擬化服務(wù)器兼容能力：虛擬化軟件能在哪些服務(wù)器上安裝。

·高可用性能力：包括物理資源的動態(tài)調(diào)整、宿主機間的HA、虛擬機間的HA、HA成熟度、虛擬機的在線遷移、動態(tài)存儲遷移。

·成本：不同的虛擬化軟件公司按照不同的方式（如CPU數(shù)量或虛擬機數(shù)量）計算License費用，其差別會很大。

針對網(wǎng)管硬件分散部署的現(xiàn)狀，建議采用如圖3所示的部署方式，整個IP網(wǎng)管的IT設(shè)備都納入私有云的體系中進(jìn)行統(tǒng)一管理，中心節(jié)點和每個片區(qū)的服務(wù)器、存儲設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)都是網(wǎng)管云的一部分。每個片區(qū)的采集服務(wù)器和冗余備份服務(wù)器都落在該片區(qū)的物理資源上，不去調(diào)用其他片區(qū)的物理資源。每個片區(qū)的IT資源在提供給數(shù)據(jù)采集層服務(wù)器的同時，還承載網(wǎng)絡(luò)測試代理、Netflow數(shù)據(jù)分析等其他功能。不斷變龐大，不可能從小型機直接遷移到以x86 PC服務(wù)器為主的私有云環(huán)境下。對此，需要對數(shù)據(jù)處理層的軟件系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑?，將適合在云計算環(huán)境運營的功能剝離出來，實現(xiàn)模塊化改造。

數(shù)據(jù)處理層中存在很多并發(fā)處理的任務(wù)，這些任務(wù)的特征是：如果有很多用戶同時調(diào)用這些任務(wù)，網(wǎng)管程序首先會通過負(fù)載均攤分配流程把任務(wù)分給不同的處理進(jìn)程，然后不同的處理流程分別處理上報結(jié)果，這些處理流程在運行過程中并沒有直接的聯(lián)系。并發(fā)處理的任務(wù)是最適合部署在云計算環(huán)境下的，而且具有很好的擴(kuò)展性，可以按照任務(wù)的并發(fā)數(shù)靈活調(diào)整所需要的資源。目前，IP網(wǎng)管中的并發(fā)型任務(wù)有以下種類。

·地址查詢接口。

·資源查詢接口：根據(jù)用戶的查詢條件返回相應(yīng)的內(nèi)容。

·VPN業(yè)務(wù)開通：網(wǎng)管下發(fā)VPN業(yè)務(wù)的開通和變更數(shù)據(jù)，判斷每一步返回的結(jié)果并執(zhí)行相應(yīng)的操作。

·路由追蹤服務(wù)：用戶可實現(xiàn)從POP點到用戶主機的路由跟蹤。測試發(fā)起點支持POP點路由器，也支持分布在省內(nèi)的互聯(lián)網(wǎng)質(zhì)量評測測試代理。

·路由查看服務(wù)：查看某個設(shè)備或某個VPN客戶的路由情況。

軟件的改造和遷移需要重點觀察以下3方面內(nèi)容。

·軟件的運行狀況：軟件運行是否正常，如采集機程序運行在一個利用率相對較高的虛擬機時，是否能滿足要求。

圖3 IP網(wǎng)管私有云拓?fù)?/p>

·自動切換功能：當(dāng)在用的虛擬機發(fā)生故障時，云計算平臺是否能實現(xiàn)自動切換，保證軟件的中斷時間在一個合理的范圍之內(nèi)。

·多用戶的并發(fā)請求能否比較均勻合理地分配到不同的虛擬機上。

5.3 私有云環(huán)境的應(yīng)用擴(kuò)展

通過私有云向網(wǎng)管維護(hù)人員提供虛擬桌面和虛擬應(yīng)用，IP網(wǎng)管系統(tǒng)的使用者包括集團(tuán)層面、省層面、支撐單位以及廠商等多方面，采用虛擬桌面和虛擬應(yīng)用可以帶來以下好處。

·桌面的存儲和執(zhí)行（包括操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序和用戶數(shù)據(jù)）都集中在數(shù)據(jù)中心的虛擬機上，可以解決安全訪問問題。

·數(shù)據(jù)集中存儲：避免機密數(shù)據(jù)泄露，防止病毒木馬等惡意軟件入侵。

·快速集中化部署：快速的patch和應(yīng)用程序安裝，顯著減少采購時間和維護(hù)成本。

·隨時用各種終端訪問：Win/Linux/iPhone、iPad。

·支持多種客戶端系統(tǒng)：Linux、Win、MAC、Ubuntu、CenOS。

·系統(tǒng)/產(chǎn)品自動升級：檢測下載，安裝系統(tǒng)以及補丁。

·集中系統(tǒng)管理和VDI監(jiān)測：集中管理虛擬桌面、用戶、備份恢復(fù)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)置、系統(tǒng)升級。

·問題檢測和修復(fù)系統(tǒng):繼承問題檢測、報警和修復(fù)功能，輔助用戶快速解決問題。

在云計算環(huán)境下，Netflow分析功能是可以預(yù)見的一個典型應(yīng)用。Netflow系統(tǒng)可以采用分布式架構(gòu)，并通過增加采集和計算節(jié)點數(shù)量適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)流量規(guī)模的增長；系統(tǒng)采用x86 PC服務(wù)器降低成本，同時采用網(wǎng)絡(luò)包處理性能優(yōu)化技術(shù)提升單臺采集節(jié)點的處理能力；系統(tǒng)采用Hadoop云計算技術(shù)實際計算負(fù)載的彈性分配，并通過HDFS文件系統(tǒng)提供低成本的flow原始數(shù)據(jù)冗余存儲方案。

6 結(jié)束語

隨著網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的發(fā)展，IP網(wǎng)管也在不斷地更新和發(fā)展，云計算在整合和調(diào)度IT系統(tǒng)資源方面有獨特的優(yōu)勢。同時，IP網(wǎng)管執(zhí)行的大部分屬于數(shù)據(jù)密集型的并發(fā)任務(wù)，特別適合在云計算的環(huán)境中部署，因此IP網(wǎng)管引入云計算技術(shù)具備必要性和可行性。由于運營商較為看重IP網(wǎng)管系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，因此引入云計算時要循序漸進(jìn)，并關(guān)注云計算的保護(hù)切換能力，同時要充分發(fā)揮云計算在分布式處理上的優(yōu)勢，將網(wǎng)管系統(tǒng)中并行處理的軟件模塊逐步移植到云計算平臺上，使網(wǎng)管能力能跟隨云計算平臺的擴(kuò)展不斷增強。

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