基于云模式的網絡設備配置管理系統(tǒng)的研究

田愛寶

0 引言

隨著高校信息化的發(fā)展，校園網作為校園信息化基礎部分，為了滿足信息化的需求，網絡規(guī)模越來越大，設備種類和數量越來越多，網絡設備數量數以千計。但是，校園網絡設備數量的增加并沒有帶來網絡管理人員的增加，這就導致了傳統(tǒng)的管理模式無法實現對校園網絡的有效管理，服務質量必然會降低，因此，通過技術手段和管理模式的創(chuàng)新提高管理效率勢在必行。

鑒于網絡管理的困境，研究如何提高網絡設備的管理效率是走出困境比較有效的解決辦法。對傳統(tǒng)管理方法進行分析發(fā)現，網絡設備的管理是基于分布式的，所有設備的配置[1]均需要單獨配置，配置工作量是倍數關系，雖然通過設備廠商的集中管理軟件減輕了日常維護管理的工作量，但設備的新裝和更換仍然依賴逐臺配置，并需要有一定技術水平的管理人員來操作。

1 云模式配置管理的工作原理

基于云[2]模式的設備配置管理系統(tǒng)的思想是將設備的配置集中管理，網絡自動下發(fā)，網絡自動備份。具體思路是設備的配置文件存放在獨立的服務器上，網絡設備在默認配置的情況下加電啟動后自動下載云端服務器上的配置文件，并自動加載到設備的運行配置中。為了保證配置文件的一致性，網絡設備自動配置[3]好定時任務，定時自動將設備的配置文件上傳到云端服務器。網絡設備更換過程中，管理系統(tǒng)只需修改該位置設備信息的MAC[4]地址等簡單信息就能實現新設備獲得原設備的配置文件，無須人工通過串口等方式配置設備。

基于云模式的設備配置管理系統(tǒng)主要由4部分組成，即網絡設備、DHCP[5]服務器、TFTP服務器、管理服務器。

網絡設備可以是路由器、交換機等設備，但需要支持預配置系統(tǒng)，當前以交換機為主。預配置系統(tǒng)支DHCP/BOOTP客戶端和TFTP客戶端功能，支持網絡下載的配置文件應用到運行配置中。

DHCP服務器提供IP地址等參數自動分配功能和配置文件下載地址分發(fā)功能。DHCP服務器的配置信息由管理服務器調用數據庫將設備MAC、管理IP、配置文件名稱等生成。DHCP服務器根據配置信息下發(fā)IP參數和配置文件下載地址，保證網絡設備與配置文件的一一對應。

TFTP服務器存儲所有設備的配置文件，并通過TFTP協議供網絡設備分發(fā)下載和上傳備份。

管理服務器是整個系統(tǒng)的用戶接口，用戶通過管理接口對網絡設備名稱（用于設備位置的識別）、設備MAC地址（管理VLAN虛擬端口的MAC地址）、管理IP地址、配置文件件名稱等進行管理。另外，管理服務器根據網絡設備信息生成DHCP服務器配置文件并推送到DHCP服務器，生成網絡設備配置文件傳送到TFTP指定目錄，實現整套系統(tǒng)的信息維護管理和相關服務的維護管理。

基于云模式的設備配置管理系統(tǒng)的工作流程：

（1）設備默認配置下開機啟動，進入預配置系統(tǒng)，通過默認虛接口請求IP地址等參數；

（2）DHCP服務器收到網絡設備的DHCP請求，根據MAC地址分配指定的IP參數并下發(fā)配置文件下載地址；

（3）網絡設備收到配置文件下載地址后，通過網絡從TFTP服務器下載指定的配置文件；

（4）TFTP服務器根據網絡設備的請求，將配置文件下發(fā)給網絡設備；

（5）網絡設備配置文件下載完成后將其應用到網絡設備運行配置中，網絡設備正常上線運行。

（6）網絡設備根據下發(fā)配置文件中的自動任務，在指定的時間將設備當前的運行配置自動上傳到TFTP服務器，以保持TFTP服務器上的設備配置文件為最新，如圖1所示：

圖1 新部署設備自動配置工作流程

在網絡運行中，網絡設備因損壞需要更換新設備，系統(tǒng)工作流程在上述流程前只需完成：在管理平臺中將原設備的MAC更改成新設備的MAC地址；使用同型號設備替換原設備，如圖2所示：

圖2 設備更換自動配置工作流程

2 系統(tǒng)組建

在校園網絡建設中，一般采用核心交換機、匯聚交換機、接入交換機的網絡拓撲結構，如圖3所示：

圖3 系統(tǒng)部署網絡結構

由于高校網絡規(guī)模比較大，設備數量比較多，管理網絡一般根據匯聚交換機或物理位置劃分多個子網，這樣，同一管理子網內的設備數量在相對合理的范圍內，即減少了網絡廣播數據量，同時接入交換的管理更加有層次感，方便接入交換機的日常維護管理。因此，管理網絡采用核心交換機與匯聚交換機間三層路由模式，匯聚交換機與接入交換機二層轉發(fā)模式，匯聚交換機是下聯所有接入交換機的管理網絡網關設備。

默認配置下，匯聚交換機與所連的接入交換機通過默認VLAN互聯，形成一個大二層網絡，這就給通過基于云模式的配置管理提供了基礎的網絡環(huán)境，通過該網絡環(huán)境分發(fā)網絡設備配置文件。

在基于云模式的網絡配置管理系統(tǒng)中，網絡設備需要能獲取到IP參數并與服務器IP網絡互通，故網絡設備的管理子網的網關設備將下一層的網絡設備的DHCP報文RELAY到DHCP服務器。為了保障系統(tǒng)穩(wěn)定性和網絡連通，整個系統(tǒng)核心部分的服務器一般接入到核心交換機或數據中心網絡。其中，DHCP服務器需要支持DHCP和BOOTP協議，建議采用OpenDHCP服務器；TFTP服務器只需支持TFTP文件傳輸協議，可以使用任何版本的軟件，但必須保證穩(wěn)定；管理服務器是整個系統(tǒng)的最為核心的部分，與DHCP服務器、TFTP服務器進行數據交換，并為用戶提供友好的管理界面。

需要通過云模式獲得配置信息的網絡設備，在初次上線后通過默認VLAN和上行鏈路與匯聚交換機連接，并通過DHCP協議向網絡中廣播DHCPDiscovery報文，匯集交換機收到該報文后relay到DHCP服務器，DHCP服務器根據接入交換機的MAC分發(fā)相應的IP地址和配置文件下載地址，接入交換機根據配置文件下載地址下載配置文件并運行該配置，完成整個交換機的自動配置過程[2]。如果接入交換機存在更換，只需將原交換機的MAC地址更換成新交換機的MAC地址，新交換機將獲取到與原來交換機相同的配置文件。

在自動配置中，接入層交換機設置成每次冷啟動均從網絡上獲取配置文件存在一定的風險，因為接入層交換機已經與用戶終端已經連接，如果用戶終端存在有DHCP服務器功能，將會導致部分接入層交換機獲取IP參數不正確，影響接入層交換機獲得配置文件，故建議自動配置功能僅限于接入層接入交換機的初次配置。

在日常維護中，接入層交換機的配置經常需要修改，可能通過TELNET或SSH登錄修改，也可能通過網管軟件進行配置，最終均會導致交換機的配置文件改變，為了保證交換機的配置文件與遠端TFTP服務器上的配置文件一致，故在交換機上配置定時任務，定時將接入交換機的配置文件進行保存并上傳到TFTP服務器。

3 總結

采用云模式的網絡設備配置系統(tǒng)，結合傳統(tǒng)的TELNET、設備網管系統(tǒng)，能有效地提高設備的管理效率，同時提高了設備的配置信息安全，縮短了網絡故障恢復時間。

[1] 劉宇.關于交換機配置文件實現自動備份的研究[J].電腦與電信,2011(3):59-61.

[2] 汪永生,劉永翔.淺析云終端與無盤工作站的區(qū)別[J].裝備制造技術,2014(3):287-288.

[3] 楊家海,姜寧,安常青 et al.基于形式化描述的交換機網絡自動配置策略的設計與實現[J].清華大學學報(自然科學版),2012,52(8):1041-1048.

[4] 徐恭旭.基于PXE的無盤工作站在校園中的建設應用[J].軟件,2012,33(12):26-27.

[5] 周瑾怡.DHCP服務在路由器與交換機上的配置應用[J].電腦與信息技術,2014,22(1):38-40.