SNMP協(xié)議家族的新成員

文/陶晉

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SNMP協(xié)議家族的新成員

文/陶晉

在當前國內(nèi)高校的網(wǎng)絡管理中， SNMP一直是被普遍接受的通用網(wǎng)絡管理協(xié)議標準和工業(yè)標準。但是隨著各高校網(wǎng)絡設備數(shù)量越來越多和復雜，需管理監(jiān)控的數(shù)據(jù)日益增多，使SNMP網(wǎng)絡管理協(xié)議更高效地工作，成為了保障高校網(wǎng)絡安全運維的重要條件。上海財經(jīng)大學網(wǎng)絡中心對此問題做了專門研究，設計出兩種新的SNMP服務，并利用現(xiàn)有的SNMP4J開源庫，在其總體框架上進行擴展，有效地提高了網(wǎng)絡設備的管理效率。

校園網(wǎng)絡設備管理現(xiàn)狀

上海財經(jīng)大學現(xiàn)有網(wǎng)絡設備1000多臺，需管理的設備型號復雜多樣， 尤其是核心層設備上的管理數(shù)據(jù)量非常大，使用傳統(tǒng)的SNMP管理協(xié)議來監(jiān)控和管理效率比較低。對于學校的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)來說，如設備告警和性能等許多業(yè)務數(shù)據(jù)，是通過管理信息庫MIB表來獲取的。由于SNMP標準報文GET，GETNEXT報文的限制，如要獲取相關(guān)的業(yè)務數(shù)據(jù)信息，必須將整個MIB表中告警和性能節(jié)點的數(shù)據(jù)全部獲取下來，然后再進行過濾篩選。當整個MIB表非常龐大時，這種做法耗時較長且會消耗較多的帶寬。

圖1

SNMP新成員構(gòu)思方案

針對以上問題，我們在上海財經(jīng)大學網(wǎng)絡管理系統(tǒng)中設計了新的解決方案，提出兩種新的SNMP服務，getAlm和getPm。

首先在新SNMP服務中需對過濾條件進行設置，封裝在SNMP的GET報文中，有選擇的獲取MIB對象值。新服務沿襲了SNMP協(xié)議內(nèi)容簡單的特點，只需對PDU報文的get-request進行擴充（get-Alm-request和get-Pm-request），response報文結(jié)構(gòu)維持不變，但需要在返回的PDU數(shù)據(jù)包中，增加對新服務的異常狀態(tài)處理。

對于get-Alm-request，默認設置的過濾選項：cardtype板卡類型，severity嚴重級別，alarmtype告警類型，alarmtime告警產(chǎn)生時間。而對于get-Pm-request，默認選項包括：pfmtime性能產(chǎn)生時間 ，pfminterval性能監(jiān)控間隔（包含15分鐘或24小時）， cardtype板卡類型，pfmparameters性能監(jiān)控參數(shù)。上述這些選項可在SNMP管理端進行設置，SNMP的Agent端支持按上述選項過濾輸出結(jié)果。

對SNMP協(xié)議數(shù)據(jù)單元做如下新的定義：

從上表可以看出，在使用ASN.1描述SNMP的Protocol Data Unit（協(xié)議數(shù)據(jù)單元簡稱PDU）定義中，在choice可供選擇的類型中新增了“20”和“21”兩種新類型。

對于這兩種新PDU的定義，在下面的ASN.1中給出了具體描述。

上述PDU設計了最多八個邏輯表達式的條件，現(xiàn)在假設這個過濾條件數(shù)為n，這n個條件將出現(xiàn)在VarBindList變量表中。對于varbindlist的變量名和值，這里的變量名指的是上述cardtype， severity等過濾選項所對應的目標Object Identifiers（簡稱OID）值。而變量值羅列出了這些目標對象可能的取值范圍。在邏輯條件表達式中，需要邏輯運算符來把變量名和值聯(lián)系起來。因此設計了在目標對象名中用固定的整數(shù)值來表示相應的邏輯運算符：0表示“=”，1表示“＜”， 2表示“＞”， 3表示“＜=”，4表示“＞=”， 5表示“！=”。

這樣varbindlist變量表中的名和值鍵值就可以聯(lián)系起來了。下面給出varbindlist的定義。

（出現(xiàn)在response報文中可能返回的異常結(jié)果。）

這里設置的endOfAlmTable和endOfPmTable標簽，是因為考慮到設置的返回記錄數(shù)大于實際數(shù)目時可以提前跳出。varbindlist變量表中的字段包括了兩個條目：過濾條件和請求字段。其中的前x個varbind表示過濾條件，x的值就是number-of-logic字段值，其中每個varbind由變量名和值組成；而其余的varbind表示請求字段，其中的varbind只包含了所取的變量名。

另外兩個PDU中的max-returnrecords字段表示了根據(jù)條件，AGENT端所返回的最大記錄行數(shù)。如果該值設置成了n，則只會返回所有結(jié)果集中的前n條記錄數(shù)據(jù)。如果max-return-records設置成了-1，那么AGENT就會返回所有的記錄結(jié)果。

當AGENT在處理get-Alm-request 和get-Pm-request請求報文的過程中，可能會出現(xiàn)各種異常情況，因此也需要對response報文作相應的修改。

下面給出它的定義。

上述定義中，20-23是針對getAlm和getPm請求報文的響應。numberOfLogicError指的是邏輯條件數(shù)錯誤，由于目前設計的最大條件數(shù)為8，因此取值范圍為1到8。maxReturnRecords應為最大返回的記錄數(shù)，如取值異常，maxReturnRecordsError就會顯示錯誤。myObjectNameWrong指的是由于myObjectName后的數(shù)值取值異常而引起的錯誤。正常情況下，myObjectName后的數(shù)值只能在0到5之間取整數(shù)值。最后的conditionWrong指的是在getAlm和getPm請求中使用了錯誤的過濾條件，所取數(shù)值超過了取值范圍，將會返回conditionWrong狀態(tài)的錯誤。

SNMP新成員具體實現(xiàn)方案

getAlm和getPm報文是用來提升現(xiàn)有SNMP管理性能的，在目前現(xiàn)有的SNMP管理端解決方案中，我們選用了SNMP4J， 在保持原有大框架不變的前提下，做簡要的擴充，以支持這兩種新報文，滿足功能需求。

圖2給出了相關(guān)類圖的簡要設計。主要思想是對SNMP4J中的PDU和VariableBinding類做了擴展，新增了WDMPDU類和WDMVariableBinding類，分別繼承了SNMP4J框架中原有的PDU類和VariableBinding類。

圖2

在原有的PDU類中，包含了各種PDU數(shù)據(jù)包類型和各種異常情況狀態(tài)等屬性，根據(jù)新增的兩種getPDU類型，在WDMPDU類中需增加相應的屬性，即GetWDMAlm 和GetWDMPm，同時也新增了4種異常情況狀態(tài)屬性。在PDU類中包含了一些方法，分別是addOID（），getVariable（），getBERPayloadLength（），decodeBER（），encodeBER（），getTypeString（）等。其中addOID（）給PDU報文增加mib號，getVariable（）獲取對應的mib節(jié)點數(shù)值。getBERPayloadLength（）獲取PDU報文的內(nèi)容長度，是由requestID，errorstatus，errorIndex，還有variableBinding各字段長度值累加組成。其中errorstatus字段在response報文中表示報文錯誤狀態(tài)碼，在getAlm和getPm報文中表示的是邏輯操作符數(shù)目numberOfLogic；errorIndex字段在返回報文中表示錯誤索引值，在getAlm和getPm中表示的是返回記錄數(shù)maxReturnRecords。另外requestID報文標識值長度計算方法也相同，variableBinding長度值是由VariableBinding類來計算。因此WDMPDU類中g(shù)etBERPayloadLength（）和原來的計算方式相同，再加上addOID（）和getVariable（），不需要在子類中重寫相關(guān)方法。PDU類中的encodeBER（）和decodeBER（）分別對即將進入網(wǎng)絡傳輸?shù)腜DU數(shù)據(jù)包的輸出流，和進入主機的PDU數(shù)據(jù)包的輸入流進行編碼和解碼，也需要分別對上述requestID，errorStatus，errorIndex和variableBinding字段進行編碼解碼，還需要對報文的類型是否正確進行判斷，這就需要在WDMPDU子類中對這兩個方法進行重寫，以支持新增加的GetAlm和GetPm報文。PDU類中的getTypeString（）也需要重寫，它根據(jù)PDU報文類型返回對應的報文描述，需要增加新增兩種報文的支持。

在原有的VariableBinding類中，包含了oid和variable屬性，分別表示mib節(jié)點標識和對應的值。WDMVariableBind類由于新增了比較運算符，因此新增了operator屬性。VariableBinding類含有oid和variable 的get和set方法，用來獲取和設置對應的屬性值。它們在子類WDMVariableBind類中同樣存在，因此這里不需要被重寫，直接繼承父類中的方法即可。VariableBinding類中的decodeBER（）和encodeBER（）對進出網(wǎng)絡的PDU數(shù)據(jù)包中的variable變量綁定域的輸入輸出流進行編碼和解碼，原先的方法中只是對oid和variable屬性分別進行編碼和解碼，現(xiàn)在WDMVariableBind類新增了oparator屬性，在編碼和解碼過程中需要增加對operator屬性的編碼解碼操作，因此在WDMVariableBind類中重寫了這兩個方法。最后VariableBind類中的getBERPayloadLength（）方法用于返回PDU報文中variable變量綁定域的內(nèi)容長度，是由oid和variable這兩個屬性內(nèi)容的長度值累加而成?，F(xiàn)在新增了operator屬性，同樣需要在WDMVariableBind類中重寫這一方法，需要將這三個屬性內(nèi)容的長度做累加。

WDMSNMPRequest類提供了常用的GET，GETNEXT，SET等標準SNMP相關(guān)操作，還增加了GETWDMAlm和GETWDMPm方法。該類繼承了標準SNMP4J框架中的SnmpRequest類，SnmpRequest類提供了mib表示符oid號，SNMP版本號，PDU數(shù)據(jù)包類型，允許的超時時間，地址，團體字符串等屬性信息，還包括了獲取和設置oid相關(guān)數(shù)值的方法，創(chuàng)建snmp會話的方法等。例如getPDU（）方法利用父類的createSnmpSession（）方法創(chuàng)建snmp會話，然后進行監(jiān)聽。隨后創(chuàng)建target對象，設置該對象的address，timeout，版本信息等屬性。接著根據(jù)需要，創(chuàng)建PDU數(shù)據(jù)包對象或是新增的WDMPDU數(shù)據(jù)包對象，并設置PDU類型，增加VariableBinding對象或新增的WDMVariableBind對象到PDU數(shù)據(jù)包對象中，如果是GETWDMAlm和GETWDMPm操作，還需調(diào)用WDMPDU類中的setNumberOfLogic（）和setMaxReturnRecords（）對過濾條件數(shù)和最大返回記錄數(shù)進行設置。最后等待AGENT端返回標準的SNMP的Response數(shù)據(jù)包，關(guān)閉snmp會話。WDMSNMPRequest在此基礎上進行了擴展。

下面結(jié)合SNMP4J的框架，給出具體的實現(xiàn)的流程。

實現(xiàn)流程：

如圖3所示，首先實例化一個SNMP對象，調(diào)用該對象的listen（）方法監(jiān)聽消息。構(gòu)造UserTarget對象設置對應屬性。接著構(gòu)造一個PDU或是WDMPDU對象，生成一個包含了MIB庫中ID的OID對象，將此對象添加到PDU或是WDMPDU對象中去，且需設置該報文獲取類型。上述過程完成后，就可以調(diào)用Snmp類中的send（）函數(shù)來發(fā)送消息了。

圖3

消息被發(fā)送之后，便等待響應的到達，到達后返回一個ResponseEvent對象，該類提供了getResponse（）方法，可以取到返回的PDU或WDMPDU對象。

示例代碼：

接著創(chuàng)建wdmpdu對象：

如整型則對應初始化相應的類型 new Integer32（value）。

再將wdmpdu對象賦予對應mib的oid值：wdmpdu.add（new WDMVariableBinding（new OID（oids）， var））；

設置w d m p d u屬性，如w d m p d u . setType（WDMPDU.GetWDMAlm）。

通過snmp.set（wdmpdu，target）. getResponse； 就可得到對應的返回結(jié)果。最后關(guān)閉連接snmp.close（）。

應用效果

經(jīng)實際環(huán)境下的測試，發(fā)現(xiàn)通過增加過濾條件設置，擴充協(xié)議新成員的方案，能夠提高性能表現(xiàn)。與標準的GET報文相比，在獲取大量告警或性能信息的時候，采用getAlm或getPm，從request請求數(shù)，response響應數(shù)，發(fā)送和接收字節(jié)數(shù)以及延時各方面比較了GET 與getAlm或是getPm的差異。

比較獲取告警信息時的差異發(fā)現(xiàn)，需要獲取告警級別是critical，且告警類型是設備告警的所有信息。在本實驗中需要得到的是severity和alarmtype節(jié)點。構(gòu)造過濾條件：（severity=“critical”）AND（alarmtype=“device”），而請求獲取的字段則是告警時間和板卡類型。

比較獲取性能參數(shù)信息時的差異，現(xiàn)在需要獲取性能間隔參數(shù)是15分鐘，且板卡類型是LWX2雙通道任意速率通道轉(zhuǎn)換板的所有信息。在本實驗中需要得到的是pfminterval和cardtype節(jié)點。構(gòu)造的過濾條件：（pfminterval=“15”）AND（cardtype=“LWX2”）。

通過以上實驗發(fā)現(xiàn)，使用getAlm或getPm來獲取告警和性能信息， 特別是在有大量數(shù)據(jù)需要獲取的時候， 能夠減少網(wǎng)絡中傳輸?shù)膶ο笞止?jié)數(shù)，減少延時。

目前，上海財經(jīng)大學網(wǎng)絡中心通過與設備廠商合作，通過對設備進行固件的升級，大多數(shù)設備已經(jīng)支持以上這種新的獲取告警與性能數(shù)據(jù)的方式。網(wǎng)絡管理系統(tǒng)獲取管理數(shù)據(jù)非常高效。

（作者單位為上海財經(jīng)大學教育技術(shù)中心）