局域網(wǎng)狀態(tài)自動監(jiān)測及告警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：人工監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)費(fèi)時(shí)費(fèi)力效率低下。為及時(shí)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障，減輕值班人員工作強(qiáng)度，提高自動化監(jiān)測能力，基于java語言，利用InetSocketAddress類的相關(guān)方法，配合數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)了對網(wǎng)絡(luò)中的重要信息節(jié)點(diǎn)如交換機(jī)、服務(wù)器等硬件設(shè)備，以及重要的業(yè)務(wù)平臺和服務(wù)運(yùn)行狀態(tài)的自動監(jiān)測，并在監(jiān)測到故障時(shí)能自動發(fā)送告警短信通知相關(guān)人員。

關(guān)鍵詞：java;網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)：自動監(jiān)測;自動告警

中圖分類號：TP311.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）05-0035-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

1 概述

隨著氣象業(yè)務(wù)現(xiàn)代化的深入發(fā)展，氣象信息化集成度越來越高，對實(shí)效性的要求也更加嚴(yán)格。氣象數(shù)據(jù)和報(bào)文傳輸?shù)葮I(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性也相應(yīng)的提出了更高的要求，這意味著信息網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維人員必須要能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并能在第一時(shí)間處理問題。故障發(fā)現(xiàn)的越及時(shí)，處理故障的余地越大。在以往單純依靠人工巡檢來監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)費(fèi)時(shí)費(fèi)力且效率低下，還使得業(yè)務(wù)值班人員壓力非常之大，疲于應(yīng)付。目前的網(wǎng)管軟件在應(yīng)用上其功能點(diǎn)主要側(cè)重于網(wǎng)絡(luò)維護(hù)功能方面，如網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D顯示、線路流量統(tǒng)計(jì)、ip地址統(tǒng)計(jì)等。而在網(wǎng)絡(luò)通斷狀態(tài)的檢測，F(xiàn)TP、ns、Tomcat等網(wǎng)絡(luò)服務(wù)運(yùn)行監(jiān)測、告警短信號碼定制等方面不能靈活的按照網(wǎng)絡(luò)管理者的意愿進(jìn)行靈活定制?；谏鲜鲈?，開發(fā)一套自動的、可定制化的監(jiān)測和告警系統(tǒng)（以下簡稱監(jiān)測系統(tǒng)），用以實(shí)現(xiàn)對重要的信息網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、服務(wù)器以及重要的業(yè)務(wù)平臺服務(wù)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測勢在必行。

目前主流的短信發(fā)送技術(shù)主要有兩種：使用自購設(shè)備“短信貓（GMS Modem）”實(shí)現(xiàn)短信發(fā)送;利用通信運(yùn)營商（如中國聯(lián)通）提供的webservice接口實(shí)現(xiàn)短信發(fā)送。監(jiān)測系統(tǒng)采用的短信告警技術(shù)也正是這兩種方式?！岸绦咆垺钡膬?yōu)點(diǎn)在于短信發(fā)送端位于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，短信發(fā)送操作在內(nèi)網(wǎng)完成，減少傳輸間網(wǎng)絡(luò)損耗。webservice方式的優(yōu)點(diǎn)在于發(fā)送快速，編輯好模板之后，可快速實(shí)現(xiàn)大量的短信發(fā)送。兩種方式互為備份，一種方式發(fā)送失敗后可以轉(zhuǎn)至另一種方式繼續(xù)發(fā)送短信，確保告警短信正常及時(shí)送達(dá)至管理員手機(jī)上。監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)完成后，可以實(shí)現(xiàn)對重要信息節(jié)點(diǎn)和服務(wù)器以及重要業(yè)務(wù)平臺、服務(wù)的狀態(tài)監(jiān)測和告警，不僅能提高信息運(yùn)維部門的反應(yīng)速度，也能極大地減輕值班員的勞動強(qiáng)度。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 功能設(shè)計(jì)

監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行流程圖如圖1所示。

監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行的具體步驟是：首先初始化配置數(shù)據(jù)，例如，將要被監(jiān)測的設(shè)備ip地址及端口號、與設(shè)備相關(guān)聯(lián)的管理員電話號碼等數(shù)據(jù)。配置數(shù)據(jù)初始化出現(xiàn)異常時(shí)，例如從數(shù)據(jù)庫讀 取配置數(shù)據(jù)失敗，則將錯(cuò)誤信息通過短信發(fā)送給管理員進(jìn)行處理，并將檢查結(jié)果寫入日志備查。配置數(shù)據(jù)初始化成功后，根據(jù)配置數(shù)據(jù)選擇待監(jiān)測ip的檢查方法。如設(shè)備配置數(shù)據(jù)中端口號為0，則表示只對該設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性進(jìn)行監(jiān)測。若端口號不為0，表示需要監(jiān)測該端口號上的服務(wù)是否正常運(yùn)行。最后如果判斷ip或者端口不可達(dá)，則將觸發(fā)告警，由短信告警模塊發(fā)送告警信息給相關(guān)管理員處理。無論本次監(jiān)測有無問題，最后的監(jiān)測結(jié)果都將寫人數(shù)據(jù)庫作為運(yùn)行日志備查。

2.2 元數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)

監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)初始化的工作是讀取待監(jiān)測的ip列表，端口列表以及與ip相關(guān)聯(lián)的管理員的電話號碼。這些相關(guān)數(shù)據(jù)被稱作監(jiān)測系統(tǒng)的元數(shù)據(jù)，其在數(shù)據(jù)庫中持久化保存，方便監(jiān)測系統(tǒng)獲取，以及修改配置數(shù)據(jù)，對監(jiān)測對象進(jìn)行調(diào)整。 元數(shù)據(jù)主要分為兩類，分別以表的形式存放于數(shù)據(jù)庫中，表分別是“被監(jiān)測設(shè)備配置表”以及“管理員電話號碼配置表”。其中“被監(jiān)測設(shè)備配置表”中存儲的是被監(jiān)測的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的狀態(tài)配置信息。詳情見表1“被監(jiān)測設(shè)備配置表”。

其中，IpAddress表示被監(jiān)測設(shè)備的ip地址，OpenPort表示該設(shè)備開放出可被監(jiān)測的端口，0”表示無端口開放，需要用ping的方式來確定該ip地址是否可達(dá)，從而判定此ip是否存活。其他數(shù)字表示此ip上開放有相應(yīng)的服務(wù)，需要監(jiān)測該端口是否在正常，以判斷該設(shè)備及服務(wù)是否正常。IsValid表示該設(shè)備否要被監(jiān)控，存入值“0”或者“l(fā)”。0代表此ip不需要再監(jiān)測。Administrator表示該設(shè)備被檢出問題后要通知的部門所屬。若該設(shè)備有多個(gè)部門管轄，可配置多個(gè)部門，用“，”隔開即可。

“管理員信息配置表”內(nèi)存儲的是待監(jiān)測設(shè)備的管理員配置，詳情見表2管理員信息配置表。

其中，“AlarmCategory”列中存儲的信息表示配置表中本條記錄歸屬的業(yè)務(wù)種類。例如“network”表示監(jiān)測系統(tǒng)的元數(shù)據(jù)配置信息?！癆dministrator”列用于標(biāo)識接收短信告警的相關(guān)部門，與表1中“Administator”列相對應(yīng)?！癙honeNo”列顧名思義，就是用來接收告警短信的號碼?？紤]到一個(gè)部門可能要多個(gè)管理員需要接收告警短信，例如“青島”，需要有兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)管理員同時(shí)接收告警短信，則可以在此列配置多個(gè)電話號碼，用英文逗號“·”隔開即可。

2.3 數(shù)據(jù)庫表設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫用來存儲監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行所需要的配置數(shù)據(jù)和監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行日志。元數(shù)據(jù)確定完畢后，在數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建兩個(gè)數(shù)據(jù)表來存儲元數(shù)據(jù)。以“被監(jiān)測設(shè)備配置表”為例，建表語句如下：

create table ipconfig（

id VARCHAR（32） primary key not null comment‘主鍵，in-sertdatetime DATE default current_timestamp comment‘記錄插入時(shí)間，

ipAddress VARCHAR（15） not null comment‘被監(jiān)測IP地址，

openPort INTEGER not null default o comment‘端口號，默認(rèn)0，

isValid CHAR（1） default 'O， comment‘是否有效，默認(rèn)無效，1代表有效，

editBy VARCHAR（IO） default 'admin， comment‘操作人員，

admin VARCHAR（150） not null comment‘故障時(shí)通知所屬單位）

表創(chuàng)建完畢并初始化數(shù)據(jù)后，監(jiān)測系統(tǒng)即可從表中讀取配置數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。若需要對監(jiān)測ip地址、端口等數(shù)據(jù)進(jìn)行變更，只需對元數(shù)據(jù)配置表進(jìn)行增刪改操作即可，監(jiān)測系統(tǒng)在每一次運(yùn)行時(shí)均可根據(jù)讀取新的配置數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測。

2.4 代碼實(shí)現(xiàn)

2.4.1 監(jiān)測功能代碼實(shí)現(xiàn)

Java是一門面向?qū)ο蟮恼Z言。類是屬性和操作屬性的方法的集合，屬性和操作屬性的方法一起描述對象的狀態(tài)和行為。在監(jiān)測系統(tǒng)中，待監(jiān)測的設(shè)備、服務(wù)即可看作一個(gè)類，用IpData-Conf來表示。該類具有ip地址、開放端口號、是否有效、管理員等屬性，同時(shí)也具有各個(gè)屬性的getter方法，如表3所示：

在完成數(shù)據(jù)庫表創(chuàng)建并填人初始化數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)即可開始對進(jìn)行監(jiān)測。系統(tǒng)運(yùn)行流程如圖1所示，其偽代碼如下所示：

List ipDataConfs= loadProperties0;

if （ipDataConfs.size0==0）{

alertModule0;

return;1

ipDataConfs.forEach（ipDataConfo{

if（ipDataConf.getOpenPort0==0）{

boolean checkResult= checkNetWorkBylp0;

if （！checkResult）{

alertModule0;

）

】else{

boolean checkResult= checkNetorkByPort0;

if（！ checkResult）{ alertModule0;】

¨）

loadProperties0函數(shù)完成監(jiān)測系統(tǒng)初始化的功能，其初始化的是ipDataConf類，并將該類存儲在一個(gè)List結(jié)構(gòu)中，若初始化配置數(shù)據(jù)后返回的List大小為0，表示初始化配置數(shù)據(jù)失敗，將直接觸發(fā)告警模塊并退出本次監(jiān)測操作。 若初始化配置數(shù)據(jù)成功，則開始用循環(huán)遍歷該對象，輪流取出IpDataConf類，通過getOpenPort0方法獲取該ip對應(yīng)配置的端口，若獲取到的端口值為0，表示該ip僅僅用checkNetwork-Bylp0監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性即可。若不為0，表示該ip上開放有服務(wù)需要監(jiān)測，則使用checkNetworkByPort0方法來進(jìn)行監(jiān)測。

在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性監(jiān)測時(shí)，checkNetWorkBylp0函數(shù)用In-etSocketAddress類以及該類的isReachable0方法，InetSocketAd-dress類是SocketAddress（抽象）類的子類，其實(shí)現(xiàn)了ip套接字地址（ip地址+端口號）。具體代碼如下：

InetSocketAddress socketAddress=

new InetSocketAddress（ipDataConf.getlp0，0）;

return （socketAddress.getAddress0 1= null）

&& socketAddress.getAddressO.isReachable0;

監(jiān)測系統(tǒng)先根據(jù)ip地址來創(chuàng)建InetSocketAddress對象socketAddress，然后對socketAddress. getAddress0進(jìn)行非空判斷，并使用isReachable0方法判斷其網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性。

在進(jìn)行端口監(jiān)測時(shí)，checkNetworkService0方法采用的是socket對象的isConnect0方法：

Socket socket= net Socket0;

InetAddress inetAddress= new

InetAddress（ipD ataConf.getIpO.ipD ataConf.getOpenPort O）;

socket.isConnect（remoteAddress，connectTimeOut）;

return socket.isConnected0;

創(chuàng)建socket對象，再根據(jù)ip和端口創(chuàng)建一個(gè)InetSocketAd-dress對象，并使用socket的connect0方法去連接，如果連接失敗則觸發(fā)短信告警模塊，告警該ip上運(yùn)行的服務(wù)（即開放的端口）失效，需要立即通知管理員檢查。

2.4.2 自動短信告警模塊設(shè)計(jì)

考慮到存在這種情況：當(dāng)檢測到設(shè)備或者服務(wù)發(fā)生故障時(shí)，如某地部署的路由器出現(xiàn)問題，需要同時(shí)發(fā)送告警短信給該設(shè)備所屬地網(wǎng)絡(luò)管理員，以及上級網(wǎng)絡(luò)管理部門的網(wǎng)管員。而還存在一種情況是兩地的網(wǎng)管員都不止一個(gè)人需要接收告警短信。因此，就需要在表1待監(jiān)測ip及端口配置表中設(shè)置字段來存儲故障時(shí)需要通知的單位或者網(wǎng)管員代碼。然后在表2電話號碼配置表中設(shè)置字段來配置相應(yīng)管理員代碼的告警短信接收電話號碼，電話號碼可以不止一個(gè)，中間用英文逗號隔開即可。告警短信發(fā)送模塊可以識別并按照設(shè)定號碼分別發(fā)送告警短信。模塊的最終目的是要創(chuàng)建HashMap結(jié)構(gòu)的鏈表，其中存儲的都是要發(fā)給對應(yīng)Ke y 的所有告警信息。storePhoneMsg存儲的是接收告警短信的電話號碼及對應(yīng)的告警內(nèi)容列表。相關(guān)代碼如下：

HashMap0;

for （String mobile：mobileList）{

if （storePhoneMsg.get（mobile）==null）（

List f'irstCreated= new ArrayList<>0;

firstCreated.add（msg）;

storePhoneMsg.put（mobile， firstCreated）;

） else{

List alreadyExist= storePhoneMsg.get（mobile）;

alreadyExist.add（msg）;

storePhoneMsg.put（phoneNo， alreadyExist）;"）

此段代碼的邏輯是：循環(huán)遍歷告警短信要通知的電話號碼列表，并檢查storePhoneMsg中是否已經(jīng)包含該電話號碼。若不包含，表示該電話號碼是第一次添加到storePhoneMsg中，創(chuàng)建List并添加到storePhoneMsg中;若包含，則表示該電話號碼已經(jīng)有告警短信信息存儲在storePhoneMsg中，那就需要取出該電話號碼對應(yīng)的List并將新的告警短信添加進(jìn)去，最后將該List放回storePhoneMsg中。如此循環(huán)添加完畢后，在用嵌套循環(huán)遍歷出所有告警短信并發(fā)送出去。代碼如下：

storePhoneMsg.forEach《mobile，msgList）→{

for（String alertMsg： msgList）{

sendAlertMsg（mobile，alertMsg）;

}}）。

3 結(jié)論

本文利用基于Java的InetSocketAddress類中的相關(guān)方法，結(jié)合數(shù)據(jù)庫存儲，實(shí)現(xiàn)了可自主定義的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)測和故障自動發(fā)現(xiàn)告警系統(tǒng)，得出以下主要結(jié)論：

（1） Java語言有豐富的類庫和方法，可較好地實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)編程。

（2）自定義的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)可以較好地實(shí)現(xiàn)本地定制，可靈活的根據(jù)實(shí)際情況對監(jiān)測對象和告警對象進(jìn)行調(diào)整。

（3）監(jiān)測系統(tǒng)總體運(yùn)行平穩(wěn)良好，有故障能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并告警，較好地實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初衷。但偶爾會出現(xiàn)極少數(shù)的錯(cuò)誤告警，可能是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)波動引起，需要根據(jù)實(shí)際情況再進(jìn)行檢查，調(diào)整監(jiān)測參數(shù)。

（4）考慮在不侵入原有業(yè)務(wù)代碼的情況下，引入Redis，提高監(jiān)測系統(tǒng)初始化數(shù)據(jù)的速度，盡量減少與數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)交互，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。

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【通聯(lián)編輯：梁書】

收稿日期：2019-11-09

基金項(xiàng)目：青島市氣象局青年科研專項(xiàng)

作者簡介：王宜明（1981-），男，山東青島人，工程師，碩士，主要研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)挖掘校驗(yàn)以及服務(wù)運(yùn)維。