網(wǎng)絡(luò)配置數(shù)據(jù)存儲與恢復(fù)的研究與應(yīng)用

蔣玉玲 譚佳慧

摘要：網(wǎng)絡(luò)配置數(shù)據(jù)的存儲與恢復(fù)廣泛應(yīng)用于各網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。本文旨在研究一種可實時安全存儲網(wǎng)絡(luò)配置數(shù)據(jù)的方法。CSS （Configuration Safe Store）通過截獲MIB （Management Information Base）消息，將MIB請求的備份按照下發(fā)的順序存儲進文件中，在設(shè)備發(fā)生故障或者正常重啟之后從文件中回讀配置數(shù)據(jù)并將系統(tǒng)恢復(fù)至文件所存儲的配置。CSS的配置備份和配置回滾等功能保證了配置信息及時地存儲以及精準(zhǔn)的恢復(fù)。css的使用可以極大的減少設(shè)備故障，突然斷電等突發(fā)狀況導(dǎo)致大量配置數(shù)據(jù)丟失的情況，安全性好，執(zhí)行效率高，改善了設(shè)備的使用性能。

關(guān)鍵字：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備;網(wǎng)絡(luò)配置數(shù)據(jù);配置安全存儲;配置恢復(fù)

中圖分類號：TN919.2

文獻標(biāo)識碼：A

1 引言

如今，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模日益擴大，網(wǎng)絡(luò)配置數(shù)據(jù)的數(shù)量成倍增長，如何實現(xiàn)這些配置數(shù)據(jù)的秒存和精準(zhǔn)恢復(fù)變得尤為重要。本文主要研究現(xiàn)有的存儲和配置恢復(fù)的方式以及提出新的可行性方案。

在本次重點研究的數(shù)據(jù)通信[1]主控系統(tǒng)軟件平臺開發(fā)中，開發(fā)人員通過以XML （eXtensibleMarkup Language）[2]寫命令行的方式對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行配置下發(fā)，由XML腳本中定義的GET，SET和TRAP等消息來調(diào)用協(xié)議軟件模塊的相關(guān)回調(diào)函數(shù)，實現(xiàn)對MIB表的訪問和讀寫操作[3]。下發(fā)SAVE命令后配置被寫入文件中進行存儲[4]。在系統(tǒng)重啟時，歷史配置數(shù)據(jù)從配置文件中回讀，重新下發(fā)給網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，從而將系統(tǒng)恢復(fù)至重啟前的狀態(tài)。配置數(shù)據(jù)的寫文件操作通常是在每次下發(fā)配置數(shù)據(jù)之后，手動敲入存儲命令進行保存，或等待一定間隔，由定時器溢出觸發(fā)配置自動保存。若在這段間隔時間內(nèi)出現(xiàn)系統(tǒng)故障導(dǎo)致重啟而未來得及將系統(tǒng)的實時配置數(shù)據(jù)及時存儲，則會導(dǎo)致配置數(shù)據(jù)丟失，給運維人員和用戶帶來極大不便[5]。

2 基于MIB的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)存儲與恢復(fù)的實現(xiàn)

實現(xiàn)針對現(xiàn)有配置數(shù)據(jù)存儲方式存在的上述問題，本文提出一種新的可實時安全存儲網(wǎng)絡(luò)配置數(shù)據(jù)的方法CSS （Configuration Safe Store），當(dāng)以XML寫命令行的方式下發(fā)配置信息時，依照平臺的內(nèi)部規(guī)則，依舊基于XML中定義的命令行消息對協(xié)議軟件模塊的MIB表進行讀寫操作，與此同時，通過CSS實現(xiàn)的軟件hook同步截獲MIB消息到存儲接口，將系統(tǒng)中的配置數(shù)據(jù)存儲進文件中。即下發(fā)一條配置同步存儲一條配置[6]，從而實現(xiàn)配置秒存。CSS能保證在設(shè)備故障或者突然斷電等情況下，原有配置無丟失，并可在設(shè)備上電后按原有配置順序依次進行恢復(fù)，從而使設(shè)備還原至重啟前的狀態(tài)。

與原有配置數(shù)據(jù)存儲和恢復(fù)方式相比較，CSS的可用性，可靠性更高。首先，CSS可以實時存儲配置數(shù)據(jù)，保證設(shè)備在重啟前后的狀態(tài)一致。其次，只要消息格式滿足CSS定義的存儲接口規(guī)范，CSS可以移植到任意平臺和任意設(shè)備。此外，CSS還支持配置回滾，配置版本轉(zhuǎn)換，錯誤處理，問題診斷[7]等功能，可以使用任意時間點的歷史配置數(shù)據(jù)，將系統(tǒng)還原至歷史狀態(tài)，也可以檢測錯誤并記錄生成錯誤日志信息。

（1）基于MIB的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)存儲的實現(xiàn)

CSS與系統(tǒng)中其他組件進行交互的流程如圖l所示。

圖1中管理組件（Administration Component）一般由客戶提供，用于配置和管理整個網(wǎng)絡(luò)。MIBStub主要將外部的MIB操作轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)內(nèi)部消息，經(jīng)由MIB接口傳遞給系統(tǒng)管理器SM （System Man-ager）。SM負責(zé)消息收發(fā)、模塊進程調(diào)度，SM內(nèi)部的MIB管理器負責(zé)將MIB請求路由至正確的目的地。

在部署了CSS的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中，進行配置數(shù)據(jù)快速存儲的流程如圖2所示。

1.配置消息由管理組件發(fā)出，經(jīng)由MIB stub和MIB Handler發(fā)送到系統(tǒng)管理器SM;

2.SM將配置消息路由到正確的協(xié)議模塊實體;

3.協(xié)議模塊實體接收到配置消息后返回響應(yīng)消息，該響應(yīng)通過SM發(fā)送到MIB Handler，MIBHandler轉(zhuǎn)而發(fā)送至MIB STUB[8]，同時將配置命令的響應(yīng)復(fù)制一份發(fā)送給CSS，CSS將該響應(yīng)消息攜帶的，己在設(shè)備上生效的配置數(shù)據(jù)存儲進文件中;這就是CSS的消息截獲功能;

4.CSS向MIB Handler發(fā)送確認消息。

（2）基于MIB的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)恢復(fù)的實現(xiàn)

在設(shè)備啟動時，CSS檢索保存在指定目錄下的配置文件，為每個文件分配唯一的文件索引值，該索引值作為CSS_FILE表的key值。通過對CSS_FILE表發(fā)起一系列GET MIB操作來知曉已經(jīng)被使用的文件索引值并確定新增配置文件可用的索引值，將所有配置文件列表保存。配置文件的擴展名均為.dat，可通過修改定義文件擴展名的宏進行更改。CSS默認加載存儲在css_snapshot.dat中的配置，也可以指定其他的配置文件進行恢復(fù)?；謴?fù)一條配置的流程如圖3所示：

在配置恢復(fù)的過程中，由管理組件發(fā)過來的配置命令被阻塞，SM只處理由CSS觸發(fā)的配置恢復(fù)命令。為了保證所有CSS中保存的配置正常恢復(fù)，在標(biāo)識配置恢復(fù)完成進度的宏被置位之前，MIBStub會阻塞所有來自管理組件的配置請求。

1.CSS收到CSS_START_REPLAY消息，將配置文件中需要恢復(fù)的配置創(chuàng)建為MIB行列表。CSS生成帶有配置數(shù)據(jù)的配置恢復(fù)請求發(fā)送給MIBHandler。

2.MIB Handler生成SET消息作為恢復(fù)請求的回應(yīng)，將配置數(shù)據(jù)經(jīng)過SM下發(fā)給模塊。

3.配置恢復(fù)完成，模塊啟動完畢，模塊發(fā)送配置命令的響應(yīng)由SM發(fā)給MIB Handler，再發(fā)給CSS，通知CSS該條配置己恢復(fù)完畢。

如果在配置恢復(fù)的過程中，產(chǎn)品或者SM檢測到出錯，則向CSS發(fā)送一個包含該錯誤信息的消息，CSS會跳過出錯的地方繼續(xù)進行后續(xù)的配置恢復(fù)。

（3）配置數(shù)據(jù)前后依賴的關(guān)系處理

CSS通過截獲SM轉(zhuǎn)發(fā)的MIB消息來獲取配置數(shù)據(jù)，若針對A表的操作觸發(fā)同一協(xié)議模塊內(nèi)部B表字段值的修改，無需下發(fā)通告消息告知SM，則CSS無法感知。對存在上述情形需要做依賴關(guān)系處理pJ。在CSS的回調(diào)函數(shù)中添加修改B表字段的代碼。在CSS恢復(fù)A表時，通過OID （ObjectIdentifier Desendant）號與family ID查找到A表，檢測到A表的改動會導(dǎo)致B表的修改，則調(diào)用CSS的回調(diào)函數(shù)查找到B表后進行數(shù)據(jù)修改的操作，避免了CSS恢復(fù)的MIB數(shù)據(jù)與原數(shù)據(jù)不一致的情況。

例如刪除BVM_VRF表時，需要找到I3_EI_L3表中所有vpn_name字段與要刪除的BVM_VRF表的vpn_name字段相同的表，將vpn_name和vrf_id置為0。首先，在配置恢復(fù)結(jié)構(gòu)體中加入BVM_VRF表結(jié)構(gòu)以及回調(diào)函數(shù)。系統(tǒng)初始化進行配置恢復(fù)時，調(diào)用該結(jié)構(gòu)體并執(zhí)行相應(yīng)回調(diào)?；卣{(diào)函數(shù)具體實現(xiàn)偽代碼如下：

1.獲取BVM_VRF表row_oid和表數(shù)據(jù)地址

2.vpn_name非I3_EI_L3表關(guān)鍵字，需遍歷查找。

3.初始化13_oid，由13_oid作為關(guān)鍵字對CSS本地存儲的表廣度遍歷查找I3_EI_L3表記錄

4.遍歷I3_EI_L3表記錄，找到與要刪除的BVM_VRF表的vpn_name相同的I3_EI_L3表

5.修改I3_EI_L3表的vpn_name和vrf_id字段

CSS配置恢復(fù)時，在頭文件中定義一個數(shù)組，其中每一個結(jié)構(gòu)體成員對應(yīng)一個產(chǎn)品模塊，結(jié)構(gòu)體中分別為每個協(xié)議模塊的所有MIB[10]表的familyID與OID，用于恢復(fù)時查找MIB。調(diào)整結(jié)構(gòu)體成員的順序可改變模塊配置恢復(fù)的順序，CSS根據(jù)結(jié)構(gòu)體成員的順序?qū)⑺蠱IB表按序恢復(fù)。這樣可避免類似A表的業(yè)務(wù)需要使用B表創(chuàng)建的接口，而B表配置恢復(fù)在A表之后而導(dǎo)致A表業(yè)務(wù)恢復(fù)失敗的情況。

3 實驗過程及結(jié)果分析

在本次研究的數(shù)據(jù)通信主控系統(tǒng)軟件平臺中，以TPM配置數(shù)據(jù)為例進行配置恢復(fù)實驗。分別配置數(shù)條LSP業(yè)務(wù)和PW業(yè)務(wù)并保存。通過執(zhí)行命令set next startup from css FILENAME設(shè)定下次設(shè)備啟動時以CSS方式進行配置恢復(fù)，其中FILE-NAME指定從css配置恢復(fù)的dat文件名，執(zhí)行命令set next startup from zb設(shè)定從原始方式保存的配置文件Zebos.CFG進行配置恢復(fù)。兩種方式的規(guī)格性能測試結(jié)果對比如表1所示。

由表中數(shù)據(jù)可見，CSS方式恢復(fù)配置平均耗時約為原始方式平均耗時的三分之一，但是由于CSS配置存儲時會存儲與下發(fā)命令相關(guān)聯(lián)的完整MIB表數(shù)據(jù)，導(dǎo)致生成的dat文件遠大于Zebos文件，會占用更多的磁盤空間。此外，兩種方式配置恢復(fù)時，CPU利用率均為110%左右，配置恢復(fù)完成后，CPU恢復(fù)正常，內(nèi)存利用率均為20%左右。由上述數(shù)據(jù)可見，CSS在精準(zhǔn)恢復(fù)配置數(shù)據(jù)的同時，大大縮短了恢復(fù)數(shù)據(jù)所用的時間。

4 總結(jié)與展望

介紹了一種可實時存儲網(wǎng)絡(luò)配置數(shù)據(jù)的方法CSS，設(shè)計了該方法的實現(xiàn)方式，并對其重要功能做了較為詳細的描述。目前，網(wǎng)絡(luò)配置數(shù)據(jù)[11]的數(shù)量激增，各大通信設(shè)備制造商都在尋求快速有效實時的保存與恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)配置數(shù)據(jù)的方法。CSS的實時存儲和精準(zhǔn)恢復(fù)的特點可以滿足各大通信制造商的需求。達到理論研究和實際設(shè)計的結(jié)合，也是未來的發(fā)展方向。

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