基于SNMP的網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

阮曉龍

基于SNMP的網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

阮曉龍

針對(duì)局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)設(shè)備監(jiān)控的廣泛需求，研究網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法。采用SNMP和MIB，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)能對(duì)網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器進(jìn)行全面監(jiān)測并提供設(shè)備故障預(yù)警功能的系統(tǒng)軟件。借助MySQL數(shù)據(jù)庫和RRD數(shù)據(jù)庫，方便對(duì)歷史監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行查詢。實(shí)例表明，該軟件能很好地完成網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器狀態(tài)監(jiān)控任務(wù)，具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議；管理信息庫；網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控；網(wǎng)絡(luò)測量；服務(wù)器性能

0 引言

服務(wù)器是當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的核心部分，其可用性和性能是決定運(yùn)行在服務(wù)器上的業(yè)務(wù)能否順利運(yùn)行的重要因素[1]。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)器發(fā)生故障時(shí)，一般只有運(yùn)維人員對(duì)服務(wù)器主機(jī)的硬件、網(wǎng)絡(luò)等進(jìn)行全方位檢查后才能確定故障原因，進(jìn)而完成故障排除。這種被動(dòng)的運(yùn)維方式通常會(huì)浪費(fèi)很多時(shí)間，給用戶帶來較大損失。因此在必要時(shí)進(jìn)行服務(wù)器故障預(yù)警，提醒用戶關(guān)注設(shè)備異常，對(duì)減少服務(wù)器宕機(jī)時(shí)間，保證網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備管理合理化具有非常重要的意義。

目前現(xiàn)有的一些網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，如：Cacti、PRTG等均缺少設(shè)備故障預(yù)警功能；而一些基于云計(jì)算模式的監(jiān)控系統(tǒng)，如：監(jiān)控寶、360監(jiān)控等雖有設(shè)備狀態(tài)劃分和故障預(yù)警功能，但由于其監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)受網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)影響較大，數(shù)據(jù)可參考性不高且安全性也缺乏保障，不適合做局域網(wǎng)設(shè)備監(jiān)控。本文正是針對(duì)局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)設(shè)備監(jiān)控的廣泛需求，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于SNMP的網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，并投入實(shí)際場景應(yīng)用。

1 SNMP協(xié)議簡介

1.1 SNMP協(xié)議

SNMP[2-3]是一種應(yīng)用層協(xié)議，使用TCP/IP協(xié)議族對(duì)互聯(lián)網(wǎng)上的設(shè)備進(jìn)行管理的框架，它提供一組基本的操作，用來監(jiān)控和管理網(wǎng)絡(luò)。SNMP采用輪詢機(jī)制，提供最基本的功能，且只要求不可靠的傳輸層協(xié)議即用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（UDP），受到許多產(chǎn)品的廣泛支持[4]?，F(xiàn)在全球網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠家絕大多數(shù)都支持SNMP協(xié)議，SNMP已成為事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[5]。1.2 SNMP、MIB和SMI

SNMP協(xié)議族由3個(gè)基本部分組成：簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議、管理信息庫、管理信息結(jié)構(gòu)。

（1）簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（SNMP）是為網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)而定義的應(yīng)用協(xié)議，1988年8月首次定義，有v1，v2，v33個(gè)版本，安全性依次提高[6]。

（2）管理信息庫（Management Information Base，簡稱MIB）是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)文檔，它描述了代理能夠?yàn)楣芾砉ぷ髡咎峁┠男┬畔?。它定義了受管設(shè)備必須保存的數(shù)據(jù)項(xiàng)、允許對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行的操作及其含義。

（3）管理信息結(jié)構(gòu)（Structure of Management Information，簡稱SMI）提供了一種統(tǒng)一的格式，用來定義被管理對(duì)象，并規(guī)定了MIB中被管理對(duì)象如何標(biāo)識(shí)；它限定了定義被管理對(duì)象時(shí)可以使用的ASN.1（Abstract Syntax No-tation One，抽象語法符號(hào)）數(shù)據(jù)類型。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是：能實(shí)時(shí)地對(duì)網(wǎng)絡(luò)中服務(wù)器、路由器、交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)終端等多種設(shè)備的設(shè)備狀態(tài)和性能狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，主要監(jiān)控指標(biāo)包括：CPU使用率、系統(tǒng)進(jìn)程數(shù)、物理內(nèi)存使用率、硬盤使用率、網(wǎng)絡(luò)流量等；在必要時(shí)進(jìn)行設(shè)備故障預(yù)警，提醒用戶關(guān)注故障異常。

對(duì)系統(tǒng)目標(biāo)有三個(gè)要求即有效性、廣泛性、實(shí)時(shí)性。有效性指保證系統(tǒng)的應(yīng)用規(guī)模，本次設(shè)計(jì)目標(biāo)是監(jiān)控服務(wù)器設(shè)備200臺(tái)，網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備100臺(tái)，網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備15臺(tái)，網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備15臺(tái)，工作站200臺(tái)。廣泛性指系統(tǒng)能夠監(jiān)測安裝不同操作系統(tǒng)的服務(wù)器與不同品牌、不同型號(hào)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。實(shí)時(shí)性指系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)采集主機(jī)的狀態(tài)參數(shù)，實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)并展示給用戶，方便用戶進(jìn)行設(shè)備管理。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)主要包括業(yè)務(wù)引擎、存儲(chǔ)系統(tǒng)、管理系統(tǒng)、Web監(jiān)控平臺(tái)和數(shù)據(jù)接口五個(gè)部分。

（1）業(yè)務(wù)引擎，按照任務(wù)計(jì)劃通過SNMP協(xié)議主動(dòng)采集受監(jiān)控設(shè)備數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在*.rrd文件中，生成監(jiān)控點(diǎn)統(tǒng)計(jì)分析圖。

（2）存儲(chǔ)系統(tǒng)，由MySQL數(shù)據(jù)庫、rrd數(shù)據(jù)文件組成，為管理系統(tǒng)提供支撐，提供接口需要的數(shù)據(jù)。

（3）管理系統(tǒng)，主要通過Web化的方式對(duì)監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)受監(jiān)控設(shè)備添加、修改、刪除、開啟/關(guān)閉預(yù)警通知、開啟/暫停監(jiān)控設(shè)備操作；實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可監(jiān)控設(shè)備類型管理、用戶賬號(hào)管理、郵件服務(wù)器設(shè)置、監(jiān)控報(bào)告管理、數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)、系統(tǒng)日志審計(jì)、系統(tǒng)升級(jí)。

（4）Web監(jiān)控平臺(tái)，主要通過圖形化報(bào)表和數(shù)據(jù)報(bào)表兩種形式展示受監(jiān)控設(shè)備的狀態(tài)信息。分類展示設(shè)備在最近30分鐘、最近8小時(shí)、最近24小時(shí)、最近1周、最近1月、最近1年的運(yùn)行情況，協(xié)助用戶實(shí)時(shí)掌握設(shè)備的健康情況。

（5）數(shù)據(jù)接口，接收并處理Web監(jiān)控平臺(tái)的數(shù)據(jù)請求，通過處理生成的數(shù)據(jù)返回給Web監(jiān)控平臺(tái)。監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.3 邏輯體系設(shè)計(jì)

系統(tǒng)持續(xù)向受監(jiān)控的設(shè)備發(fā)送SNMP請求，采集相關(guān)的設(shè)備狀態(tài)和性能指標(biāo)數(shù)據(jù)，通過特定的算法進(jìn)行分析計(jì)算，然后將數(shù)據(jù)存入RRD中。當(dāng)Web監(jiān)控平臺(tái)通過ajax請求接口數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)接口程序?qū)⒆x取rrd文件中的數(shù)據(jù)，生成所需要的數(shù)據(jù)，返回給Web監(jiān)控平臺(tái)。Web監(jiān)控平臺(tái)按照一定的數(shù)學(xué)模型圖形化呈現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行和性能狀態(tài)。監(jiān)控系統(tǒng)邏輯體系如圖2所示：

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)邏輯體系

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)

現(xiàn)有的一些網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器監(jiān)控系統(tǒng)多需要部署在Windows Server等環(huán)境的主機(jī)上，而本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的監(jiān)控系統(tǒng)則采用的是：使用Linux內(nèi)核自主編譯的操作系統(tǒng)，與應(yīng)用程序無縫結(jié)合。保證監(jiān)控系統(tǒng)在服務(wù)器上穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)降低部署實(shí)施的技術(shù)難度。

3.2 系統(tǒng)功能內(nèi)容及技術(shù)實(shí)現(xiàn)

基于SNMP的網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)所需要的原始數(shù)據(jù)都是通過主機(jī)的MIB獲取的。系統(tǒng)同時(shí)監(jiān)控多臺(tái)設(shè)備，數(shù)據(jù)采集功能要按照固定頻率對(duì)每臺(tái)設(shè)備的所有監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，這對(duì)程序效率、資源調(diào)度和系統(tǒng)穩(wěn)定性有很高的要求。通過多進(jìn)程的方法，為每一臺(tái)受監(jiān)控設(shè)備的每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)單獨(dú)創(chuàng)建進(jìn)程；讓多個(gè)進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行，通過提高系統(tǒng)資源利用率實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定地?cái)?shù)據(jù)采集。

數(shù)據(jù)采集部分關(guān)鍵代碼如下：

設(shè)備故障預(yù)警功能是通過持續(xù)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)與預(yù)警線閾值比較，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備異常情況并發(fā)出預(yù)警。系統(tǒng)按照一定頻率持續(xù)采集設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)，將該數(shù)據(jù)與設(shè)備在相應(yīng)的預(yù)警線閾值比較，數(shù)據(jù)超越閾值限定的安全范圍時(shí)就判定設(shè)備預(yù)警，然后系統(tǒng)會(huì)跟蹤監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)，最終確定設(shè)備預(yù)警，并按照系統(tǒng)設(shè)置發(fā)送預(yù)警郵件通知。故障預(yù)警設(shè)置流程如圖3所示：

圖3 故障預(yù)警設(shè)置流程

故障預(yù)警部分關(guān)鍵代碼如下：

3.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)與文件存儲(chǔ)相結(jié)合的方式，形成了配置文件、rrd數(shù)據(jù)文件、rrd圖片和數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)并存的局面。對(duì)于內(nèi)容固定，且在系統(tǒng)運(yùn)行中多次調(diào)用的信息，采用系統(tǒng)內(nèi)置的方式存儲(chǔ)在配置文件中。此類信息包括：數(shù)據(jù)庫用戶信息、shell命令、文件或程序路徑、內(nèi)置主題、設(shè)備狀態(tài)表示等。系統(tǒng)持續(xù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)由RRDtool歸檔存儲(chǔ)在rrd文件中。rrd文件中的數(shù)據(jù)可以用RRDtool的相關(guān)方法進(jìn)行讀取調(diào)用。

4 實(shí)例應(yīng)用

這是系統(tǒng)的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例：在河南中醫(yī)學(xué)院網(wǎng)絡(luò)信息中心（教育科研網(wǎng)鄭東新區(qū)節(jié)點(diǎn)單位）與河南中醫(yī)學(xué)院信息技術(shù)學(xué)院教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心（河南省高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心）部署實(shí)施，監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)信息中心與教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心211.69.32.0/24、192.168.157.0/24等網(wǎng)段的網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器設(shè)備。監(jiān)控系統(tǒng)在網(wǎng)內(nèi)運(yùn)行狀況良好，系統(tǒng)的應(yīng)用提高了網(wǎng)絡(luò)故障響應(yīng)速度，提升了服務(wù)與教學(xué)質(zhì)量。系統(tǒng)運(yùn)行界面如圖4所示：

圖4 系統(tǒng)運(yùn)行界面

5 總結(jié)

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套集成度高、成本低廉、簡單易用、方便部署實(shí)施的網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)在內(nèi)網(wǎng)部署應(yīng)用，消除了互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)可靠性的影響和互聯(lián)網(wǎng)攻擊帶來的安全隱患；支持故障預(yù)警，方便運(yùn)維，且在常規(guī)服務(wù)器上就能穩(wěn)定運(yùn)行，在中小型企業(yè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維實(shí)施中具有顯著的優(yōu)越性。

系統(tǒng)使用HTML5技術(shù)，全網(wǎng)站實(shí)現(xiàn)了無flash，解決了瀏覽器裝插件的問題，實(shí)現(xiàn)了手機(jī)、個(gè)人電腦、監(jiān)控屏等多終端的無差異訪問，同時(shí)支持多終端接收運(yùn)行報(bào)告與預(yù)警信息。下一步，該系統(tǒng)計(jì)劃基于現(xiàn)有功能和數(shù)據(jù)接口，開發(fā)手機(jī)客戶端，滿足移動(dòng)辦公和隨時(shí)隨地監(jiān)控的需要。

[6] 李娜,徐國愛.一種基于SNMP的服務(wù)器監(jiān)控系統(tǒng)[C].中國電子學(xué)會(huì)第十五屆信息論學(xué)術(shù)年會(huì)暨第一屆全國網(wǎng)絡(luò)編碼學(xué)術(shù)年會(huì)論文集(上冊),2008:803-806.

[7] Presuhn R. RFC3418, Management information base(MIB) for the simple network management protocol (SNMP) [S].2002.

[8] William S.SNMP網(wǎng)絡(luò)管理[M].胡成松,汪凱,譯.北京:中國電力出版社,2001:87-114.

[9] 肖明斌,黎強(qiáng),梁陽,羅凱文,李勇.基于SNMP的智能變電站交換機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測[J].電力信息與通信技術(shù),2015,11:42-47.

[10] 朱思峰,崔霞.基于SNMP的路由器流量監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù),2005,13:35-39.

[11] Douglas E.Comer.用TCP/IP 進(jìn)行網(wǎng)際互聯(lián),第1卷:原理、協(xié)議與結(jié)構(gòu).(第四版)［M］.北京:電子工業(yè)出版社,2000:388-392.

Design and Implementation of Network and Server Status Monitoring System Based on SNMP

Ruan Xiaolong
(Network Information Center, Henan University of Traditional Chinese Medicine, Zhengzhou 450046, China)

For the requirement of a wide range of LAN and WAN equipment monitoring, the network and server status monitoring system is researched. SNMP and MIB are used to design and implement a network and server monitoring status system which is able to provide hardware alarm function. Meanwhile the system takes advantage of MySQL database and RRD database to facilitate the monitoring of historical data query. Examples show that the system can well complete the network and server status monitoring tasks and it is valuable to be applied and popularized.

SNMP; MIB; Network monitoring; Network measurement; Server performance

TP393.07

A

1007-757X(2016)10-0067-03

2016.02.26）

阮曉龍（1981-），男，河南中醫(yī)學(xué)院，網(wǎng)絡(luò)信息中心，講師，研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)軟件、Web技術(shù)，鄭州，450046