高校網(wǎng)絡(luò)管理運(yùn)維中實(shí)體命名系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

葉　濤,　昝風(fēng)彪

(青海民族大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院， 西寧 810007)

0　引　言

隨信息化建設(shè)的不斷深入，高校網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模不斷擴(kuò)大，設(shè)備的類型、數(shù)量日益增多，管理策略也日趨復(fù)雜。通信鏈路、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等網(wǎng)絡(luò)各元素因缺少科學(xué)規(guī)范命名方式致使網(wǎng)絡(luò)實(shí)體命名混亂，為網(wǎng)絡(luò)管理員快速定位設(shè)備和故障排查增大了難度，給學(xué)校資產(chǎn)管理和設(shè)備日常運(yùn)維帶來諸多不便[1-4]。

網(wǎng)絡(luò)實(shí)體名字是網(wǎng)絡(luò)日常維護(hù)和故障排查的重要信息。網(wǎng)絡(luò)實(shí)體元素規(guī)范、正確命名是確保資產(chǎn)管理工作順利開展的基礎(chǔ)，也是提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維和綜合管控的有效手段。因此設(shè)計(jì)一套命名系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的規(guī)范統(tǒng)一標(biāo)識是高校設(shè)備信息化智能管理的重要工作[5-6]。

1　高校網(wǎng)絡(luò)設(shè)備原有命名方式存在的問題

高校網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施種類繁多，分布廣泛，其監(jiān)管機(jī)構(gòu)權(quán)限各異、直接責(zé)任人隨時更換等管控現(xiàn)狀，導(dǎo)致原有網(wǎng)絡(luò)實(shí)體命名方式存在諸多問題。

(1) 由于對名字在設(shè)備管理中的重要性認(rèn)識不足，高校往往沒有明確指定的具體職能部門負(fù)責(zé)建制網(wǎng)絡(luò)元素全局統(tǒng)一命名標(biāo)準(zhǔn)，確定名字分配權(quán)限。網(wǎng)絡(luò)設(shè)施中每個實(shí)體的命名取決于各建設(shè)單位或歷任網(wǎng)絡(luò)管理員的主觀意識判斷，表述形式各異。如一物多名，“電腦”“計(jì)算機(jī)”“微機(jī)”均指同一機(jī)器[7]。

(2) 名字空間缺少科學(xué)的描述手段，命名規(guī)則包含關(guān)系混亂，不能有效驗(yàn)證每個名字的合法性。如將計(jì)算機(jī)的標(biāo)簽錯誤貼在的交換機(jī)上，用戶也無法及時驗(yàn)證標(biāo)簽的正確性。

(3) 現(xiàn)場設(shè)備的標(biāo)簽名字與網(wǎng)絡(luò)工程建設(shè)的技術(shù)文檔中的標(biāo)識不一致。如綜合布線中鏈路標(biāo)識不清，沒指明對端連接位置，后期維護(hù)異常困難。

(4) 語義解析不準(zhǔn)確，名字不能正確反映設(shè)備相關(guān)屬性，易造成誤解。如進(jìn)口設(shè)備直接借用英文縮寫名稱含義不清。

(5) 命名規(guī)則不靈活，管理手段落后。當(dāng)設(shè)備相關(guān)屬性發(fā)生變化時，無法做到實(shí)時、有效的更新系統(tǒng)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場標(biāo)識。

2　名字空間研究內(nèi)容與現(xiàn)狀

名字(或稱標(biāo)識)是標(biāo)識事物的符號，伴有記錄和傳遞信息的功能。為了對一個系統(tǒng)中的實(shí)體進(jìn)行區(qū)分、訪問和引用，有必要給其中的每個實(shí)體分配一個名字。系統(tǒng)中任一實(shí)體在概念范疇內(nèi)可以被分配的名字集合[8]構(gòu)成該系統(tǒng)的名字空間，概念范疇相關(guān)的約束條件稱為命名規(guī)則，名字符號所含信息的概念和意義稱為語義。隨著信息化智能管理系統(tǒng)的發(fā)展，名字的內(nèi)涵得到進(jìn)一步擴(kuò)展，實(shí)體名字既要便于人們閱讀理解，也要能夠被機(jī)器識別。

名字空間具有 3個重要的屬性[8]:名字特征，名字分配，名字解析。

名字空間特征包括名字有效范圍、名字空間內(nèi)部結(jié)構(gòu)和名字長度。根據(jù)名字的有效范圍，名字空間可分為全局名字空間和局部名字空間，全局名字空間是指系統(tǒng)內(nèi)所有實(shí)體都從一個名字空間中獲取唯一的名字，局部名字空間是指將全局名字空間劃分為不同區(qū)域來對應(yīng)系統(tǒng)的子系統(tǒng)以便實(shí)現(xiàn)分布式命名，各子系統(tǒng)之間關(guān)系對應(yīng)了名字空間內(nèi)部結(jié)構(gòu)；根據(jù)名字空間內(nèi)部結(jié)構(gòu)，名字空間又可以分為扁平名字空間、分級名字空間和組合名字空間[9]；根據(jù)名字長度是否固定，名字空間分為定長名字空間和可變長名字空間。

名字分配是指系統(tǒng)的管理機(jī)構(gòu)為實(shí)體分配名字的方法和權(quán)限，系統(tǒng)中實(shí)體名字可以由一個唯一權(quán)威機(jī)構(gòu)統(tǒng)一分配，也可以由多個機(jī)構(gòu)根據(jù)權(quán)限分級分布式分配；既可根據(jù)名字分配時效進(jìn)行永久性分配或動態(tài)分配，還可根據(jù)實(shí)體和名字之間對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行一對一的唯一性分配或一對多的非唯一性分配。

名字的解析是指把名字空間中的名字符號解析為對應(yīng)的實(shí)體。名字解析可以是全局統(tǒng)一的，也可以是局部相關(guān)的。全局統(tǒng)一的名字解析是指解析操作在一個全局唯一的機(jī)構(gòu)上進(jìn)行，局部相關(guān)的名字解析是從對應(yīng)關(guān)系的局部機(jī)構(gòu)上獲得解析結(jié)果。

研究界圍繞著名字空間開展了大量的研究[10-14]，分析了名字空間屬性特征，提出了一系列的命名規(guī)則，其成果多用于互聯(lián)網(wǎng)域名系統(tǒng)，對高校網(wǎng)絡(luò)設(shè)備名字空間研究少有介紹。由此，本文提出一種基于文法描述、規(guī)則匹配推導(dǎo)的命名系統(tǒng)。

3　文法描述和規(guī)則匹配的命名系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1　設(shè)計(jì)原則

(1) 唯一性和可驗(yàn)證性相結(jié)合。指在同一名字空間中，根據(jù)一個名字提供的信息能夠找到惟一一個對應(yīng)實(shí)體；反之，根據(jù)一個實(shí)體的真實(shí)、完整信息可以編碼出唯一一個對應(yīng)名字，并根據(jù)規(guī)則可驗(yàn)證名字編碼的合法性。

(2) 統(tǒng)一性和相關(guān)性相結(jié)合?？紤]一個系統(tǒng)內(nèi)實(shí)體對應(yīng)管理組織或個人職能權(quán)限差異或關(guān)注信息內(nèi)容的不同，按系統(tǒng)管理組織結(jié)構(gòu)，采用全局名字空間和局部名字空間相結(jié)合，頂層組織建制并使用全局名字空間命名規(guī)則，下層組織權(quán)限范圍內(nèi)使用局部名字空間命名規(guī)則。

(3) 永久性與靈活性相結(jié)合。針對實(shí)體信息固定不變的屬性建立持久性名字空間，針對系統(tǒng)中如實(shí)體內(nèi)容可能會更新、存放位置可能會變化，持有者可能會更換等相關(guān)屬性建立靈活局部名字空間。

(4) 通用性和便捷性相結(jié)合。針對系統(tǒng)內(nèi)任何類型實(shí)體，編碼管理員可以快速使用統(tǒng)一的命名規(guī)則來對其進(jìn)行命名，審核實(shí)體屬性描述的規(guī)范性；用戶無需背熟系統(tǒng)命名規(guī)則就能快速識別實(shí)體名字包含相關(guān)信息，查找關(guān)注的實(shí)體屬性組合。

3.2　文法描述和規(guī)則匹配的命名模型

名字是具有層次結(jié)構(gòu)的符號串，其本質(zhì)是人和機(jī)器能閱讀分析的一種語言。系統(tǒng)的名字空間模型設(shè)計(jì)就是描述名字空間屬性特征，制定命名規(guī)則，以此規(guī)定名字的符號串和層次結(jié)構(gòu)。文法是描述語言現(xiàn)象詞匯間的并列關(guān)系與嵌套關(guān)系的有效工具[15]，上下文無關(guān)文法作為系統(tǒng)名字空間描述工具，具有科學(xué)規(guī)范，精準(zhǔn)易懂等優(yōu)點(diǎn)，便于根據(jù)命名規(guī)則高效構(gòu)造實(shí)體名字并分拆驗(yàn)證其合法性，結(jié)合語義描述能較好地適合人類理解和機(jī)器語法制導(dǎo)翻譯。

基于規(guī)則匹配的名字空間設(shè)計(jì)的基本思想是從代表系統(tǒng)全部實(shí)體屬性標(biāo)識出發(fā)，不斷進(jìn)行規(guī)則配匹替換，最終推導(dǎo)出概念范疇內(nèi)的一個字符串名字，規(guī)則匹配是代表實(shí)體某些屬性的標(biāo)識組合被另外一些屬性標(biāo)識組合替換過程。

定義名字空間G是能夠標(biāo)識命名系統(tǒng)內(nèi)任一實(shí)體的一個四元組G= (N，T，S，P)，其中：

N為系統(tǒng)內(nèi)任一實(shí)體相關(guān)屬性的有限集合；

T為系統(tǒng)內(nèi)構(gòu)成實(shí)體名字所有符號或符號串有限集合，它與N不相交，N∩T=Φ；

S為系統(tǒng)實(shí)體全部屬性的特殊符號，系統(tǒng)內(nèi)任一實(shí)體名字由該符號推導(dǎo)，S∈N；

P為形如A→α的命名規(guī)則的有限集合，其中A∈N，α∈V﹡，V=T∪N，特殊情況下允許如A→ε空產(chǎn)生式存在。

4　文法名字空間在高校網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理中的應(yīng)用實(shí)踐

4.1　網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理結(jié)構(gòu)

我校網(wǎng)絡(luò)相關(guān)設(shè)備數(shù)量累計(jì)上萬臺件，分布于網(wǎng)絡(luò)信息中心、計(jì)算機(jī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)室和其他各院系部門，遍及全校各樓各屋，承載著各類辦公、教學(xué)、科研、實(shí)驗(yàn)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)和諸多公網(wǎng)業(yè)務(wù)，校內(nèi)用戶近1.5萬人。

學(xué)校網(wǎng)絡(luò)設(shè)施管理結(jié)構(gòu)如圖1所示，由校實(shí)驗(yàn)設(shè)備中心負(fù)責(zé)設(shè)備采購，質(zhì)量監(jiān)督，資產(chǎn)登記，設(shè)備分配與歸口，運(yùn)行效率監(jiān)管；院系部門負(fù)責(zé)提出網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，設(shè)備采購申請，組織工程建設(shè)，指派責(zé)任人，監(jiān)管運(yùn)行過程；責(zé)任人負(fù)責(zé)設(shè)備的管理和運(yùn)維，記錄設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、使用效率，提出維修和報廢申請。

圖1青海民族大學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備管理結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)學(xué)校設(shè)備管理組織結(jié)構(gòu)，確立全局名字空間由校實(shí)驗(yàn)設(shè)備中心建設(shè)并編制規(guī)則文件，部份局部名字空間由網(wǎng)絡(luò)建設(shè)單位設(shè)計(jì)或使用設(shè)備生產(chǎn)商產(chǎn)品標(biāo)識。

4.2　基于文法的高校網(wǎng)絡(luò)設(shè)備命名系統(tǒng)

設(shè)高校網(wǎng)絡(luò)設(shè)備全局名字空間G有命名規(guī)則：

(1) 〈設(shè)備實(shí)體標(biāo)識〉→〈通信鏈路標(biāo)識〉|〈網(wǎng)絡(luò)設(shè)備標(biāo)識〉…

(2) 〈通信鏈路標(biāo)識〉→〈起始標(biāo)志#L〉〈鏈路類型〉〈上行端標(biāo)識〉〈下行端標(biāo)識〉

(3) 〈鏈路類型〉→〈光纖O〉|〈雙絞線E〉…

(4) 〈上行端標(biāo)識〉→〈起始標(biāo)志⊕〉〈位置〉〈端口標(biāo)識〉|ε

(5) 〈下行端標(biāo)識〉→〈起始標(biāo)志⊙〉〈位置〉〈端口標(biāo)識〉|〈起始標(biāo)志⊙〉〈計(jì)算機(jī)P〉〈兩位數(shù)字〉|ε

(6) 〈位置〉→〈樓號〉〈樓層號〉〈房間號〉|ε

(7) 〈樓號〉→〈起始標(biāo)志B〉〈兩位數(shù)字〉|ε

(8) 〈樓層號〉→〈起始標(biāo)志F〉〈兩位數(shù)字〉|ε

(9) 〈房間號〉→〈起始標(biāo)志R〉〈兩位數(shù)字〉|ε

(10) 〈端口標(biāo)識〉→〈配線架號〉〈端口號〉|〈信息點(diǎn)〉〈端口號〉

(11) 〈配線架號〉→〈起始標(biāo)志D〉〈兩位數(shù)字〉|ε

(12) 〈端口號〉→〈起始標(biāo)志K〉〈兩位數(shù)字〉|ε

(13) 〈信息點(diǎn)〉→〈起始標(biāo)志T〉〈兩位數(shù)字〉|ε

(14) 〈網(wǎng)絡(luò)設(shè)備標(biāo)識〉→〈起始標(biāo)志#S〉〈設(shè)備類型〉〈廠商編碼〉〈所屬部門〉〈責(zé)任人標(biāo)識〉〈部署位置〉

(15) 〈設(shè)備類型〉→〈計(jì)算機(jī)P〉|〈交換機(jī)S〉|〈路由器R〉……

(16) 〈廠商編碼〉→〈變長名字起始標(biāo)志[〉〈廠商名標(biāo)識〉〈產(chǎn)品型號〉〈變長名字結(jié)束標(biāo)志]〉

(17) 〈所屬部門〉→〈起始標(biāo)志∈〉〈不超過8位部門名稱拼音首字母大寫〉|ε

(18) 〈責(zé)任人標(biāo)識〉→〈起始標(biāo)志@〉〈不超過15位責(zé)任人名字全拼小寫〉|ε

(19) 〈部署位置〉→〈起始標(biāo)志&〉〈位置〉|ε

名字空間G中，全部規(guī)則構(gòu)成分層結(jié)構(gòu)的全局名字空間，每一個規(guī)則可看作一個局部名字空間。如規(guī)則(1)將高校網(wǎng)絡(luò)設(shè)備分為通信鏈路標(biāo)識、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備兩大類型，對應(yīng)兩個局部名字空間，還可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用類型進(jìn)一步擴(kuò)展。規(guī)則(16)中設(shè)備生產(chǎn)廠商編碼是按廠商產(chǎn)品命名規(guī)則設(shè)置為變長局部名字空間，使用變長名字起始標(biāo)志‘[’、變長名字標(biāo)識結(jié)束標(biāo)志‘]’進(jìn)行定界。

4.3　高校網(wǎng)絡(luò)設(shè)備名字空間語義描述

(1) 通信鏈路名字空間語義描述。如表1所示，通信鏈路標(biāo)識是永久性名字空間，由網(wǎng)絡(luò)信息中心建設(shè)和維護(hù)，為便于其他部門應(yīng)用，在綜合布線文檔中定義、引用通信鏈路標(biāo)識時應(yīng)使用完整名字。

如：#LO⊕B06F03R03D02K11⊙B01F02R02D02K24。通過⊕B⊙B判定是樓間鏈路類型。

表1　通信鏈路語義描述表

通信鏈路按綜合布線標(biāo)準(zhǔn)從建筑群子系統(tǒng)到工作間子系統(tǒng)的順序，將鏈路兩端分成上行端、下行端。在現(xiàn)場鏈路一端貼標(biāo)簽時，只需本端粘貼對端端口標(biāo)識，以便現(xiàn)場維護(hù)。

如：上行端貼#LO⊙B01F02R02D02K24，下行端貼#LO⊕B06F03R03D02K11。

(2) 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備名字空間語義描述。如表2所示，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備名字空間采用分層命名結(jié)構(gòu)，它的完整名字包含廠商產(chǎn)品型號是永久性局部名字空間。校實(shí)驗(yàn)設(shè)備中心設(shè)備登記、分配、監(jiān)管過程中使用全局名字是：

#SS[H3C S3600-28-EI]∈JSJXY⊕yetao&B10F02R42

表2　網(wǎng)絡(luò)設(shè)備名字空間語義描述表

在網(wǎng)絡(luò)工程建設(shè)技術(shù)文檔中不關(guān)注設(shè)備所屬部門和責(zé)任人，在定義、引用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備名字時可只使用設(shè)備的永久名部份。如：#SS[H3C S3600-28-EI]。

在重要設(shè)備現(xiàn)場貼標(biāo)簽時，分成4個獨(dú)立標(biāo)簽連貼，當(dāng)所屬部門、責(zé)任人、部署位置發(fā)生變化時便于立即更換相應(yīng)標(biāo)簽。

4.4　名字編碼與合法性驗(yàn)證

假設(shè)新采購H3C網(wǎng)絡(luò)設(shè)備S3600交換機(jī)，分配給計(jì)算機(jī)學(xué)院使用，設(shè)備部署在10號樓2樓42號房間，指派葉濤負(fù)責(zé)管理，給出該設(shè)備的名字編碼。

〈高校網(wǎng)絡(luò)實(shí)體標(biāo)識〉=>〈網(wǎng)絡(luò)設(shè)備標(biāo)識〉規(guī)則(1)替換

=>〈起始標(biāo)志#S〉〈設(shè)備類型〉〈廠商編碼〉〈所屬部門〉〈責(zé)任人標(biāo)識〉〈存放位置〉

使用規(guī)則(14)替換

=>#S〈交換機(jī)S〉〈變長名字起始標(biāo)志[〉〈廠商名標(biāo)識〉〈產(chǎn)品型號〉〈變長名字結(jié)束標(biāo)志]〉〈所屬部門〉〈責(zé)任人標(biāo)識〉〈存放位置〉

規(guī)則(16)替換

=>#SS[H3C S3600-28-EI]〈起始標(biāo)志∈〉〈不超過15位部門名稱拼音首字母大學(xué)〉〈起始標(biāo)志@〉〈不超過15位責(zé)任人名字全拼小寫〉〈起始標(biāo)志&〉〈位置〉

使用廠商編碼及規(guī)則(17)(18)(19)替換

=>#SS[H3C S3600-28-EI]∈JSJXY@yetao&B10F02R42

使用設(shè)備分配部署信息編碼

通過匹配推導(dǎo)完成了名字編碼，同時驗(yàn)證了該名字的合法性。

5　命名系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)踐成效

(1) 名字空間引入文法描述、規(guī)則匹配的科學(xué)手段，便于信息抽取、檢索、機(jī)器翻譯，加強(qiáng)信息化智能管理水平，提高了實(shí)驗(yàn)設(shè)備管理部門資產(chǎn)管理能力。

(2) 名字空間應(yīng)用實(shí)踐過程中明確指定職能部門負(fù)責(zé)學(xué)校網(wǎng)絡(luò)設(shè)施管理名字空間建設(shè)，形成了全局統(tǒng)一命令標(biāo)準(zhǔn)，明確了名字分配機(jī)構(gòu)和權(quán)限，規(guī)范名字分配流程，提升了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理工作的規(guī)范化水平。

(3) 名字中攜帶了設(shè)備責(zé)任人和地址信息，便于第一時間定位網(wǎng)絡(luò)故障，提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維和綜合管控工作效率。

(4) 名字空間采用分層內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，永久分配與動態(tài)分配結(jié)合，增加了系統(tǒng)實(shí)體命名的靈活性、擴(kuò)展性和兼容性。

6　結(jié)　語

本文分析了高校網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理中命名方式存在的問題，自主設(shè)計(jì)了一套基于文法描述、規(guī)則匹配的設(shè)備命名系統(tǒng)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，規(guī)范合理，靈活易于擴(kuò)展，有效解決了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備命名方法導(dǎo)致的各類問題，通過學(xué)校資產(chǎn)管理和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)運(yùn)維證明了所設(shè)命名系統(tǒng)規(guī)范、實(shí)用。網(wǎng)絡(luò)實(shí)體命名系統(tǒng)建設(shè)是一個長期工作，完善名字空間規(guī)則和擴(kuò)展服務(wù)類實(shí)體名字空間是下階段研究的主要內(nèi)容。

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