基于SNMP網(wǎng)絡(luò)拓撲動態(tài)呈現(xiàn)技術(shù)的設(shè)計與實現(xiàn)

江華 賴昕 白維學(xué)

摘 要：在無線組網(wǎng)應(yīng)用場景中，提出一種基于SNMP的網(wǎng)絡(luò)拓撲動態(tài)呈現(xiàn)技術(shù)的設(shè)計與實現(xiàn)方法。該方法能夠快速發(fā)現(xiàn)不同平臺無線組網(wǎng)應(yīng)用后的網(wǎng)絡(luò)拓撲動態(tài)變化，并以圖形化的方式實時顯示網(wǎng)絡(luò)拓撲動態(tài)變化，能夠及時采集到組網(wǎng)節(jié)點拓撲發(fā)現(xiàn)時間及子網(wǎng)收斂時間。通過構(gòu)建MIB庫實際獲取到的節(jié)點隨遇入網(wǎng)時間、初始建網(wǎng)時間、節(jié)點退網(wǎng)時間等信息，網(wǎng)絡(luò)管理人員可有效評估無線組網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)所達到的相應(yīng)指標要求。該設(shè)計思路簡單、直觀，易于實現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：SNMP;MIB;網(wǎng)絡(luò)拓撲;動態(tài)呈現(xiàn);圖形化;無線組網(wǎng)

中圖分類號：TP311文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2019）04-00-03

0 引 言

在無線通信環(huán)境中，不同無線組網(wǎng)應(yīng)用平臺的節(jié)點數(shù)量不盡相同，加之信道條件的優(yōu)劣、環(huán)境噪聲不穩(wěn)定、干擾特性時變等因素，易造成網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系不停變換，如節(jié)點入網(wǎng)、遲入網(wǎng)或退網(wǎng)等。不同應(yīng)用平臺無線組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)可能變換頻繁，不同網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間的鏈路連通性具有不確定性，因此網(wǎng)絡(luò)管理員迫切需要掌握當前網(wǎng)絡(luò)運行狀況，以便評估當前網(wǎng)絡(luò)拓撲的可用性、可靠性與抗毀性。例如，當網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)發(fā)生變化后，由于節(jié)點不具備適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化的能力，導(dǎo)致其不能迅速做出對策并適時調(diào)整調(diào)度關(guān)系。通過網(wǎng)絡(luò)拓撲動態(tài)呈現(xiàn)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)管理員可在網(wǎng)絡(luò)管理應(yīng)用終端軟件界面直觀地了解當前網(wǎng)絡(luò)運行狀況并及時分析、調(diào)整網(wǎng)絡(luò)狀況，確保網(wǎng)絡(luò)持續(xù)通暢及快速適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓撲變化的能力。

本文提出一種基于SNMP的網(wǎng)絡(luò)拓撲動態(tài)呈現(xiàn)技術(shù)的設(shè)計思路與實現(xiàn)方法，能夠快速識別無線組網(wǎng)環(huán)境中網(wǎng)絡(luò)拓撲的動態(tài)變化，并實時刷新界面呈現(xiàn)。最終在終端軟件界面呈現(xiàn)一張全網(wǎng)絡(luò)“拓撲圖”，并在網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時實時更新、維護這張“拓撲圖”。

1 SNMP簡介

簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（Simple Network Management Protocol，SNMP）是目前最流行、應(yīng)用最廣泛的網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議，是管理進程與代理進程之間的一種簡單請求-應(yīng)答協(xié)議[1]，

屬于TCP/IP應(yīng)用層協(xié)議，采用的傳輸層服務(wù)是面向無連接的用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP。其基本思想是所有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備維護一個管理信息庫（Management Information Base，MIB），保存其所有運行進程的相關(guān)信息，并對管理工作站的操作進行響應(yīng)[2]。目前，大多數(shù)廠商的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品如交換機、路由器等都支持SNMP協(xié)議。SNMP協(xié)議基本模型如圖1所示。

SNMP包括查詢、查詢下一個參數(shù)、設(shè)置、響應(yīng)、Trap報文等5種操作。前4種操作是簡單的請求-應(yīng)答方式，即管理進程發(fā)出請求，代理進程應(yīng)答響應(yīng)。管理進程發(fā)送的UDP包使用的端口號為161，代理進程發(fā)出的Trap包使用的UDP端口號為162。SNMP的5種操作如圖2所示。SNMP報文的詳細格式如圖3所示。

2 MIB簡介

MIB是管理對象的虛擬數(shù)據(jù)庫，其中包括被SNMP代理管理的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備變量，且定義了所有代理進程所包含的、能夠被管理進程查詢與設(shè)置的變量[1]。MIB是樹形結(jié)構(gòu)，構(gòu)件了層次化的命名結(jié)構(gòu)，所有數(shù)據(jù)構(gòu)成樹的葉節(jié)點，所有MIB對象都用一個唯一的對象標識符（Object Identifier，OID）命名與標識，MIB對象在樹狀結(jié)構(gòu)中的位置決定了標識符的內(nèi)容。對象標識符是一種數(shù)據(jù)類型，表示一個整數(shù)序列，以點（.）分隔，有數(shù)字與名字兩種形式。例如，某個MIB庫的葉子節(jié)點數(shù)據(jù)可表示為：

3 網(wǎng)絡(luò)拓撲動態(tài)呈現(xiàn)的設(shè)計思路

網(wǎng)絡(luò)拓撲是一種表達網(wǎng)絡(luò)邏輯連接關(guān)系與物理連接關(guān)系的方法[3]，其呈現(xiàn)方式通常分為平面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與樹形分級結(jié)構(gòu)設(shè)計模式。目前，在不同無線組網(wǎng)通信平臺的軍事應(yīng)用環(huán)境中，小規(guī)模的組網(wǎng)方式適合采用平面式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)直觀、實用，實現(xiàn)方式簡單。對于規(guī)模較大的網(wǎng)絡(luò)，常采用分簇分級方式，同時簇的劃分可按軍隊編制或以地理位置進行[4]。本文根據(jù)實際通信平臺組網(wǎng)方式的不同、頻率資源的分配差異，以及參與通信的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，采用平面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計，以分布式無中心化方式動態(tài)呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓撲，充分展現(xiàn)靈活組網(wǎng)的特點及互聯(lián)互通的鄰居節(jié)點信息，滿足靈活多變的無線應(yīng)用環(huán)境，能夠動態(tài)呈現(xiàn)各種應(yīng)用場景下的拓撲結(jié)構(gòu)變化，有利于評估組網(wǎng)內(nèi)各節(jié)點對各種指揮信息、路由、業(yè)務(wù)、管理等信息的處理方式。同時，考量網(wǎng)絡(luò)的可靠性與抗毀性，在較強干擾與攻擊的條件下，保證網(wǎng)絡(luò)的可用性，結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)點對等、網(wǎng)絡(luò)相對健壯[4]。在不同的無線組網(wǎng)平臺，任意兩個節(jié)點在加入某個通信網(wǎng)絡(luò)時，兩者之間會存在一條單向或雙向鏈路。網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點都具有唯一的ID號，每個節(jié)點都維護著一張其一跳鄰節(jié)點表（鄰節(jié)點表為距離本節(jié)點只有一跳的所有鄰節(jié)點的列表[5]），并且該節(jié)點發(fā)送的信息可在有限時間內(nèi)成功地被其所有鄰節(jié)點接收[5]。平面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計模式示例如圖5所示。

本文考慮兩種拓撲更新方式：一種是管理終端軟件輪詢各設(shè)備代理端軟件的節(jié)點信息，當網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點數(shù)較多時，該方式執(zhí)行一次輪詢操作的網(wǎng)絡(luò)開銷很大，故在使用時不能過于頻繁操作;第二種是設(shè)備代理端軟件自身周期性地維護自己節(jié)點范圍內(nèi)的鄰節(jié)點表，當鄰節(jié)點信息發(fā)生變化時主動上報Trap管理終端軟件，并更新相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓撲節(jié)點信息，該方式降低了網(wǎng)絡(luò)開銷，并已通過實現(xiàn)驗證該方法可行。

通過SNMP協(xié)議，管理終端軟件能夠采集到設(shè)備代理端軟件上報的參與組網(wǎng)的節(jié)點拓撲發(fā)現(xiàn)時間及子網(wǎng)收斂時間，并實時獲取相應(yīng)的拓撲變化信息。通過構(gòu)建MIB庫實際獲取到的節(jié)點隨遇入網(wǎng)時間、初始建網(wǎng)時間、節(jié)點退網(wǎng)時間等，網(wǎng)絡(luò)管理人員可有效評估無線組網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)所達到的相應(yīng)指標要求。在終端軟件界面能夠快速呈現(xiàn)一張全網(wǎng)絡(luò)“拓撲圖”，并結(jié)合設(shè)備上報信息，在網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時實時更新、維護這張“拓撲圖”。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)邏輯關(guān)系變化示意如圖6所示。

4 網(wǎng)絡(luò)拓撲動態(tài)呈現(xiàn)的實現(xiàn)方法

本文采用的開發(fā)工具為Microsoft Visual C++ 6.0 ，開發(fā)語言為C/C++，支持Windows XP（32位）、Windows 7（64位）操作系統(tǒng)的軟件運行環(huán)境。利用SNMP協(xié)議將獲取到的信息轉(zhuǎn)換成圖形顯示在網(wǎng)絡(luò)管理平臺上，完成網(wǎng)絡(luò)拓撲圖構(gòu)建。為了直觀展現(xiàn)節(jié)點隨遇入網(wǎng)、退網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)狀況，在呈現(xiàn)終端軟件界面，采用相應(yīng)的圖形繪制技術(shù)不斷實時刷新軟件界面[6]。管理端實現(xiàn)應(yīng)用終端軟件時，采用一個二維數(shù)組存儲設(shè)備代理端上報的拓撲信息，記錄網(wǎng)絡(luò)鄰居連通情況，生成鄰居矩陣，并根據(jù)源鄰居節(jié)點ID號按行排序，最終將各通信節(jié)點布局在一個圓形平臺，通過圖形繪制技術(shù)展現(xiàn)各節(jié)點間的拓撲連接關(guān)系[7]。

管理端應(yīng)用終端軟件的設(shè)計模塊組成如圖7所示。各模塊主要功能描述如下：

（1）界面呈現(xiàn)：實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓撲動態(tài)呈現(xiàn)、實時刷新功能。

（2）管理協(xié)議數(shù)據(jù)處理模塊：按照網(wǎng)絡(luò)管理接口協(xié)議，獲取相應(yīng)內(nèi)容保存或封裝。

（3）配置、查詢處理：Set，Get及Response消息處理。

（4）Trap處理：Trap主報消息處理。

（5）管理端-代理端SNMP接口協(xié)議解析/封裝：SNMP標準接口協(xié)議的解析/封裝。

5 結(jié) 語

本文提供了一種基于SNMP的網(wǎng)絡(luò)拓撲動態(tài)呈現(xiàn)技術(shù)的設(shè)計思路和實現(xiàn)方法。通過項目實際測試與功能驗證，該方式能夠滿足當前項目指標要求。但采用平面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計拓撲動態(tài)呈現(xiàn)的缺點是網(wǎng)絡(luò)規(guī)模受限，網(wǎng)絡(luò)管理控制開銷大，可擴展性差[3]。因此，當前不同組網(wǎng)平臺采用不同波形實現(xiàn)差異化組網(wǎng)，面臨的問題是當節(jié)點數(shù)眾多且移動性較強時，網(wǎng)絡(luò)拓撲保持性較差，拓撲結(jié)構(gòu)變化較快，界面刷新速度不能實時高效。在后續(xù)項目實踐過程中，網(wǎng)絡(luò)拓撲動態(tài)呈現(xiàn)效果與圖形繪制技術(shù)有待進一步優(yōu)化與改進，以完善網(wǎng)絡(luò)拓撲動態(tài)呈現(xiàn)技術(shù)的設(shè)計模式與實現(xiàn)方式。

參 考 文 獻

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