基于APM技術的電信企業(yè)網(wǎng)絡性能管理系統(tǒng)的設計

凌云

摘要：隨著電信企業(yè)業(yè)務規(guī)模的不斷擴大，網(wǎng)元數(shù)量不斷增多，待處理和維護的數(shù)據(jù)量也與日俱增，數(shù)據(jù)類型更呈多樣化發(fā)展，這給企業(yè)信息網(wǎng)絡的管理與維護工作提出了新的要求。傳統(tǒng)的管理模式過于細化，將網(wǎng)絡內(nèi)的所有組件作為管理單元，在大規(guī)模網(wǎng)絡中的運行效率低下，同時也缺乏針對應用性能的統(tǒng)一監(jiān)測，更無法滿足端到端的用戶管理要求，迫切需要改進。APM模式以業(yè)務整體為管理對象，很好地提高了網(wǎng)絡性能管理效率，該文結(jié)合電信企業(yè)業(yè)務實際，對傳統(tǒng)監(jiān)控模式存在的問題進行了細致的分析，以APM技術為核心，設計了一款實用性的網(wǎng)絡性能管理系統(tǒng)，具有一定的推廣應用價值。

關鍵詞：應用性能；端到端；APM

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）25-0027-02

1 引言

APM（Application Performance Management）是近年來衍生的一種新型應用性能管理理念，該技術通過高效的網(wǎng)絡通信大規(guī)模的數(shù)據(jù)分析，將管轄區(qū)域內(nèi)的各類網(wǎng)元設備集中協(xié)調(diào)、統(tǒng)一管理，將原本垂直模式的分散管理工作轉(zhuǎn)變?yōu)榛谀硹l業(yè)務對應的數(shù)據(jù)傳輸鏈整體進行管理，并從多個層面對網(wǎng)絡性能進行評測。APM針對業(yè)務邏輯中可能出現(xiàn)的性能異常情況能夠進行快速的預判與分析，并采取合理的應對措施予以快速排查與處理，盡可能地減少異常與故障情況帶來的負面影響。APM技術的出現(xiàn)，極大地提高了原信息網(wǎng)絡系統(tǒng)中故障點搜索的準確性與快捷性，因此從整體上顯著提高了系統(tǒng)的表現(xiàn)性能。本文將該技術同電信企業(yè)業(yè)務性能管理工作相結(jié)合，設計了一套實用性較高的網(wǎng)絡性能管理系統(tǒng)，顯著地改善了電信企業(yè)對網(wǎng)絡性能的監(jiān)控效率。

2 傳統(tǒng)的監(jiān)控模式存在的問題分析

在傳統(tǒng)的電信網(wǎng)絡性能管理工作中，絕大多數(shù)采取的都是“自下而上”的監(jiān)控模式，即首先針對底層的各個節(jié)點設施（包括各類網(wǎng)絡節(jié)點設備、服務器、存儲設備、中間件和數(shù)據(jù)庫等IT資產(chǎn)）的工作狀態(tài)，或者根據(jù)底層的數(shù)據(jù)流量的變化情況進行監(jiān)控與統(tǒng)計，并將這些可能存在故障的信息結(jié)合上層的工作狀態(tài)（如數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡層、APP層等）進行綜合分析，直至判斷出導致用戶端出現(xiàn)性能異常的根本原因。該模式針對單一化的網(wǎng)絡和小規(guī)模的節(jié)點設施群較為有效，但其缺點是缺乏統(tǒng)一的業(yè)務和IT視圖，只能針對各個設備的運行狀態(tài)進行監(jiān)管，而無法從業(yè)務角度去衡量IT服務質(zhì)量，因此在大規(guī)模數(shù)據(jù)存儲及通信的場合中，無法實現(xiàn)高效的端到端的用戶體驗和應用管理，另一方面，隨著企業(yè)規(guī)模的不斷擴大，目前在電信企業(yè)中，云化分布式X86、SOA架構(gòu)機器繁多，而在這種異構(gòu)性較大的設施群中進行大規(guī)模的數(shù)據(jù)交換與資源調(diào)用，其業(yè)務關系的復雜程度是非常高的，這都給網(wǎng)絡性能管理工作的開展造成了困難。圖1描述了在分布式應用的復雜環(huán)境中可能會出現(xiàn)的各種故障。

觀察圖1可以發(fā)現(xiàn)，在眾多異構(gòu)節(jié)點群中，應用性能瓶頸與故障可能發(fā)生于各個層次中的設施，而對這些故障信息的判斷難度是非常高的，也幾乎不可能根據(jù)用戶端出現(xiàn)的異常類型來準確定位故障發(fā)生的具體位置，出現(xiàn)該問題的原因就是傳統(tǒng)的監(jiān)控與管理模式存在的以下不足之處：

（1）信息采集手段單一，技術缺乏多樣化，無法延展至客戶端的“最后一公里”，尤其是針對客戶端的感知方法功能不足；

（2）云化分布式、SOA架構(gòu)的大規(guī)模運用導致系統(tǒng)業(yè)務復雜性大大提高，目前的監(jiān)控方法缺少對業(yè)務辦理全路徑下各個環(huán)節(jié)的統(tǒng)一管控，故障定位困難；

（3）缺乏高效的IT技術工具，無法為管理人員提供快捷可靠的功能輔助。

因此，采用多樣化的監(jiān)控技術，改變傳統(tǒng)模式下針對各個節(jié)點設施的自下而上的監(jiān)控方法，轉(zhuǎn)為使用針對業(yè)務性能的從端到端的統(tǒng)一的監(jiān)管模式，將會大大提高電信網(wǎng)絡的管理效率，及時排查與解決異常，改善用戶體驗。

3 APM系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

3.1 APM系統(tǒng)監(jiān)控方案的設計

APM系統(tǒng)同傳統(tǒng)的IT管理系統(tǒng)相比，其最大的特點是更加側(cè)重從應用表現(xiàn)方面來對網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)處理服務的性能狀態(tài)進行監(jiān)測與分析，并從全局角度快速判定故障與異常的發(fā)生點。因此，APM首先就將各種應用服務與業(yè)務作為監(jiān)管對象，并采用各種技術對其進行實時監(jiān)測，收集大量的性能數(shù)據(jù)后加以提煉分析，其數(shù)據(jù)采集的方式主要有以下兩種：

（1） 模擬用戶監(jiān)控方式：該方法屬于主動監(jiān)測方法，需要在APM系統(tǒng)中配置一定數(shù)量的測試終端，用以模擬真實用戶向各類服務器發(fā)起服務請求，從而記錄這些服務器的反饋信息以及響應時延，最終得出監(jiān)測對象較為精確的應用運行狀態(tài)和服務質(zhì)量，尤其對于測試范圍廣、測試對象明確的場合，該方法能夠充分地體現(xiàn)其準確性和針對性的優(yōu)勢，但由于該方法的測試過程等同于用戶的直接操作行為，因此其測試精度隨著測試終端數(shù)量的增長而提高，但后者的增多將會不可避免的增大整個網(wǎng)絡的開銷，以及各個服務器的負載，形成負面影響。

（2） 監(jiān)聽型方式：該方法屬于被動監(jiān)測方法，主要通過監(jiān)聽端口鏡像、多路轉(zhuǎn)發(fā)以及鏈路串接等方式收集網(wǎng)絡中傳輸?shù)挠脩魯?shù)據(jù)報、信令數(shù)據(jù)包（OAM） 或者管理信息（SNMP MIB/RMON），同時監(jiān)測通過這些網(wǎng)絡節(jié)點的數(shù)據(jù)流量，從而對該區(qū)域內(nèi)的應用服務性能進行評估。該方法的優(yōu)點在于不會對網(wǎng)絡通信資源和服務器資源造成額外的消耗，但缺點在于僅能獲得局部網(wǎng)絡的信息，評估結(jié)論有一定的片面性，尤其對于大型網(wǎng)絡而言，該方法無論在精確性方面還是在穩(wěn)定性方面都無法達到令人滿意的水平。

本次APM系統(tǒng)的設計方案采取了將以上兩種方法有機結(jié)合的方式，既考慮到了監(jiān)控系統(tǒng)本身對網(wǎng)絡性能造成的影響，又確保了數(shù)據(jù)采集的準確性，保障了網(wǎng)絡和應用服務的正常運行。圖2給出了本系統(tǒng)的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)。

如上圖所示，系統(tǒng)中的測試終端可對任一服務器發(fā)送服務申請，并記錄該服務器的應答狀況，將采集到的信息進行分類匯總后，傳輸至系統(tǒng)中的APM服務器進行后續(xù)的分析計算，并得出對被測對象的性能評估結(jié)果，同時也針對異常數(shù)據(jù)的特征來對本系統(tǒng)內(nèi)的性能瓶頸和故障點進行快速的定位于排查；測試終端的位置可靈活的根據(jù)測試需求配置到最接近待測用戶的區(qū)域，以確保測試結(jié)果最大限度地貼近用戶的真實體驗；各測試終端的開啟測試時間也可由管理員進行靈活調(diào)整，以達到最佳測試效果。監(jiān)聽型方式的采集器可針對某個應用服務在運行過程中發(fā)生的數(shù)據(jù)流進行監(jiān)聽，分析獲取到的應用數(shù)據(jù)包的數(shù)量與狀態(tài)是否處于正常范圍之內(nèi)，從而判斷是否出現(xiàn)了應用性能問題，同時也可通過過濾分析計算出該應用服務的業(yè)務量和使用頻率。這些數(shù)據(jù)匯總后傳輸至APM系統(tǒng)中，通過一系列的優(yōu)化管理措施，可有效地實現(xiàn)負載均衡的效果。此外，APM系統(tǒng)將獲取的各種應用性能數(shù)據(jù)持久化，通過數(shù)據(jù)的不斷累積，向管理員提供更加直觀的數(shù)據(jù)變化趨勢，幫助管理員更好地調(diào)整監(jiān)控策略，不斷改善系統(tǒng)性能。

3.2 APM系統(tǒng)層次框架設計

由于電信企業(yè)應用服務種類眾多，采用的技術也多種多樣，因此本系統(tǒng)在設計過程中，充分強調(diào)了其兼容性能，目前，該系統(tǒng)可有效地對J2EE、.Net、PHP、Python等多種技術或平臺研發(fā)的信息系統(tǒng)進行管理，圖3則以J2EE技術為了進行了說明。

本系統(tǒng)主要包括的組件如下：

（1） Application探針：該部件部署在各個應用服務器中的Java虛擬機上，負責與各種類型的監(jiān)聽設備進行交互，接受末梢節(jié)點反饋回的各種性能參數(shù)并加以分析，其管理與分析的數(shù)據(jù)對象包括J2EE服務器進程的運行狀態(tài)、EJB和Java Bean中的對象與方法狀態(tài)信息等。如圖可見，該組件在完成其任務后，需將分析結(jié)果通過HTTP協(xié)議傳輸至Application管理服務器。

（2） Application管理服務器：該組件首先負責接受從Application探針處傳來的性能數(shù)據(jù)，在對數(shù)據(jù)進行審核確認后，將其分類存儲，并通過數(shù)據(jù)庫進行可靠管理；另一方面，該服務器同樣需要采用各類分析軟件對這些數(shù)據(jù)進行加工，最終形成可視化的圖表呈交用戶；在處理異常方面，該服務器采用快速匹配關聯(lián)的方法，結(jié)合預設的安全指標閾值判斷網(wǎng)絡中的各項業(yè)務是否出現(xiàn)異常，需要時將啟動報警功能，確保系統(tǒng)的安全性。

（3） Application人機交互界面：為了提高系統(tǒng)的可維護性與靈活性，本次設計工作采用了Web技術完成了人機交互操作的各項功能，經(jīng)過實地測試，功能分布合理，界面跳轉(zhuǎn)與管理業(yè)務邏輯相吻合，較為可靠的實現(xiàn)了系統(tǒng)的實用性和便捷性。

4 總結(jié)

本文對目前電信企業(yè)網(wǎng)絡和業(yè)務性能管理工作中存在的問題進行了細致的分析與探討，并提出了采用APM技術構(gòu)建新型網(wǎng)絡及業(yè)務性能管理系統(tǒng)的設計思路，以此為基礎，結(jié)合多種網(wǎng)絡性能監(jiān)測技術，對企業(yè)級網(wǎng)絡運維系統(tǒng)進行了改進和優(yōu)化，實現(xiàn)了端到端的網(wǎng)絡性能監(jiān)控目標。目前在網(wǎng)絡通信和大規(guī)模數(shù)據(jù)處理領域，更多學者提出采用智能算法參與到數(shù)據(jù)分析和判別過程，從而提升網(wǎng)絡性能監(jiān)控質(zhì)量的技術路線。相信隨著更多研究成果的問世，電信企業(yè)網(wǎng)絡性能管理將會更上一個臺階，為用戶提供更優(yōu)質(zhì)的服務。

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