基于SNMP 的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

曾 艷 錢 浩 楊海濤

(防災(zāi)科技學(xué)院 信息工程學(xué)院,河北 三河065201)

1 概述

21 世紀(jì)信息技術(shù)發(fā)展迅速,局域網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)越來越多,網(wǎng)絡(luò)也越來越復(fù)雜,所使用到的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備也越來越多樣。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理和檢測手段效率低下,故障定位模糊,對于多廠商設(shè)備的監(jiān)測支持不夠,極大的耽誤處理故障和錯誤的時間。隨著越來越多的廠商支持SNMP 協(xié)議,那么基于SNMP 來實現(xiàn)的統(tǒng)一管理監(jiān)測手段得以蓬勃發(fā)展,利用SNMP 協(xié)議可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備資源、鏈路狀態(tài)、數(shù)據(jù)流量以及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的管理。SNMP 協(xié)議的支持極大地幫助了運(yùn)維人員發(fā)現(xiàn)和處理故障,對于預(yù)防故障也有一定的幫助作用。

為了兼顧多數(shù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,并且給網(wǎng)管人員提供一定的輔助能力,本文利用現(xiàn)在流行的開發(fā)框架結(jié)合SNMP 等相關(guān)技術(shù)設(shè)計并實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測與管理系統(tǒng)。

2 相關(guān)技術(shù)

2.1 SNMP 簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議

SNMP 即簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議,基于IP 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議,是為了方便用戶管理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備而設(shè)立的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議[1]。路由器、交換機(jī)、服務(wù)器、打印設(shè)備、工作站,以及調(diào)制解調(diào)器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備均支持該協(xié)議。SNMP 管理MIB 信息庫來存儲設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù),供管理端獲取以達(dá)到監(jiān)控設(shè)備的目的。SNMP 廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)關(guān)系系統(tǒng)中以顯示網(wǎng)絡(luò)的連接情況和配置情況。

2.2 MIB 信息庫

MIB 信息庫是SNMP 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的一部分,該部分主要規(guī)范地定義了被管理設(shè)備的一系列能夠被管理端訪問的信息數(shù)據(jù),這些信息數(shù)據(jù)在將來被訪問時會按照一定的格式返回給管理端程序,管理端程序利用這些信息進(jìn)而實現(xiàn)設(shè)備監(jiān)測與管理。被管理的對象可以是任何一個網(wǎng)絡(luò)資源,只要該資源實現(xiàn)了SNMP 協(xié)議規(guī)范,并且符合MIB 庫存儲的數(shù)據(jù)格式。被管理對象的集合被稱為MIB。它定義了包括對象的名稱、對象的訪問權(quán)限以及對象的數(shù)據(jù)類型等被管理對象的一系列屬性,每個SNMP 設(shè)備(Agent)都有自己的MIB。從這個意義上,它也可以看作是NMS(網(wǎng)管系統(tǒng))和Agent 之間的溝通橋梁[2]。

IETF 采用OID 這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來表示MIB 信息庫中的數(shù)據(jù)。MIB 的結(jié)構(gòu)類似一棵倒立的樹,樹對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)保存著設(shè)備對應(yīng)的信息,管理端就是通過這些OID 來獲取設(shè)備的各種信息。

2.3 Springboot

Springboot 是一個全新的開源的輕量級web 框架[3],是由Pivotal 團(tuán)隊在2013 年開始研發(fā),不僅繼承了Spring 框架原有的優(yōu)秀特性,而且還通過簡化配置來進(jìn)一步優(yōu)化Spring 應(yīng)用的整個搭建和開發(fā)過程。另外Springboot 通過集成大量的框架使得依賴包的版本沖突,以及引用的不穩(wěn)定性等問題得到了很好的解決。

2.4 Vue

Vue.js 是一套構(gòu)建用戶界面的漸進(jìn)式框架。與其它重量級框架不同的是,Vue 采用自底向上增量開發(fā)的設(shè)計。Vue 的核心庫只關(guān)注視圖層,并且非常容易學(xué)習(xí),也非常容易與其它庫或已有項目整合。另一方面,Vue 完全有能力驅(qū)動采用單文件組件和Vue 生態(tài)系統(tǒng)支持的庫開發(fā)的復(fù)雜單頁應(yīng)用。

3 局域網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)的主界面

如圖1 所示,網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)主界面從左到右依次為全網(wǎng)信息統(tǒng)計、故障發(fā)生次數(shù)、設(shè)備統(tǒng)計、監(jiān)測點(diǎn)統(tǒng)計、本地時間、服務(wù)器CPU 使用率和服務(wù)器內(nèi)存使用率七大部分。主頁面可以隨時監(jiān)測到網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備狀態(tài)、當(dāng)前故障情況和本系統(tǒng)運(yùn)行服務(wù)器的狀態(tài)。

圖1 系統(tǒng)主界面

3.2 設(shè)備管理模塊的設(shè)計與實現(xiàn)

設(shè)備管理功能主要的任務(wù)在于對局域網(wǎng)的所有可見設(shè)備進(jìn)行信息添加、修改和備注,對設(shè)備的端口進(jìn)行查看、開啟和關(guān)閉、添加描述信息,如圖2 所示。在對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行添加時,提供了Excel 導(dǎo)入設(shè)備列表,系統(tǒng)自動在網(wǎng)絡(luò)中搜索列表中的設(shè)備,發(fā)現(xiàn)并且能夠成功進(jìn)行監(jiān)測,則將該設(shè)備添加到設(shè)備庫中,為后續(xù)其他功能的開發(fā)建立基礎(chǔ)。

圖2 設(shè)備管理圖

設(shè)備管理采用的是樹形表格展示,將對應(yīng)的設(shè)備類型劃分為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器設(shè)備、其它設(shè)備以及未知設(shè)備。設(shè)備管理是其它模塊實現(xiàn)的基礎(chǔ)部分,為了獲取到足夠的信息,以及能夠及時的對設(shè)備進(jìn)行信息捕獲,需要采用多線程的方式針對多個批量設(shè)備進(jìn)行輪詢數(shù)據(jù)捕獲,這種多線程主動捕獲數(shù)據(jù)的方式性能更好,能夠及時的獲取設(shè)備數(shù)據(jù),避免了長時間間隔導(dǎo)致滯后問題。同時為了更進(jìn)一步的提高信息捕獲效率,SNMP Trap是必不可少的一環(huán),Trap 報文能夠讓網(wǎng)絡(luò)設(shè)備主動的向管理端發(fā)送自己的變更信息,這些數(shù)據(jù)對故障的診斷和定位有著不可低估的意義。

設(shè)備管理中基礎(chǔ)信息的收集包括CPU 使用率、內(nèi)存使用率、接口描述、接口流量大小以及接口狀態(tài),如圖3 所示。

圖3 CPU 和內(nèi)存統(tǒng)計圖

3.3 故障管理模塊的設(shè)計和實現(xiàn)

3.3.1 故障管理功能

故障管理模塊的設(shè)計方式如下:在設(shè)備信息數(shù)據(jù)采集過程中,會對每個設(shè)備進(jìn)行故障閾值的設(shè)置,針對CPU 使用率、內(nèi)存使用率以及鏈路流量設(shè)置多個預(yù)設(shè)值,該預(yù)設(shè)值通過用戶自定義設(shè)置,系統(tǒng)默認(rèn)使用率超過85%為設(shè)備危險,超過95%為設(shè)備故障,此時認(rèn)為設(shè)備壓力超載。那么,需要管理員及時查看故障原因,這種方式的故障管理實現(xiàn)方式為主動監(jiān)控。另外,針對時效性,需要加上網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的Trap接收并且分析。Trap 報文是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備主動向管理端發(fā)送的報文,該報文內(nèi)容可由管理員在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上進(jìn)行命令配置,不同設(shè)備的Trap報文封裝的內(nèi)容有所不同,因此為了方便管理員查看,系統(tǒng)需要記錄Trap 報文中類型字段,以此來判斷設(shè)備發(fā)生了何種變動或者故障。該故障收集方式稱為被動監(jiān)控。通過兩種監(jiān)控方式,系統(tǒng)會在不同的時間段接收數(shù)據(jù),并且將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后存入數(shù)據(jù)庫,然后從數(shù)據(jù)庫中將數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化展示。整個故障模塊架構(gòu)圖如圖4所示。

圖4 故障模塊架構(gòu)圖

兩種監(jiān)控方式通過設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行輪詢監(jiān)測,監(jiān)測信息點(diǎn)包括SNMP 連通性、PING 連通性、接口狀態(tài)、CPU 使用率以及內(nèi)存使用率,故障視圖頁面如圖5 所示。

圖5 故障視圖界面

對于故障按照未處理、正在處理以及已忽略三種情況進(jìn)行分類,另外,可以對每種故障進(jìn)行詳情查看,針對故障條目可以添加額外的備注信息,以供網(wǎng)絡(luò)管理人員進(jìn)行查看。

3.3.2 故障統(tǒng)計功能

故障的統(tǒng)計也是非常重要的一種標(biāo)準(zhǔn),統(tǒng)計各種故障類型的頻率,以及出現(xiàn)在哪些設(shè)備上的統(tǒng)計,能夠為管理員提供故障分析和統(tǒng)計信息,讓故障出現(xiàn)的源頭得以體現(xiàn),故障統(tǒng)計界面如圖6 所示。

圖6 故障統(tǒng)計圖

統(tǒng)計方式分為監(jiān)測點(diǎn)出現(xiàn)次數(shù)統(tǒng)計、TOPN 故障次數(shù)統(tǒng)計以及特定設(shè)備故障類型統(tǒng)計。監(jiān)測點(diǎn)出現(xiàn)的頻率能夠反映設(shè)備的哪些方面容易出現(xiàn)故障,從而有利于網(wǎng)管人員更加留意這些地方,而按照特定IP 設(shè)備統(tǒng)計故障,有利于分析某臺設(shè)備的故障情況。

3.4 流量監(jiān)測模塊

流量監(jiān)測功能的設(shè)計與實現(xiàn):

流量監(jiān)測的實現(xiàn)需要借助于各個設(shè)備的端口進(jìn)出流量的統(tǒng)計,在端口相關(guān)的MIB 中有相關(guān)的參數(shù)記錄。只要掌握計算方法,就能夠通過端口的參數(shù)值,得出流量情況。

常用的性能公式:

通過上述的公式和算法,對監(jiān)控設(shè)備的端口數(shù)據(jù)加以處理即可得出想要的流量統(tǒng)計信息。設(shè)備端口的流量監(jiān)測和統(tǒng)計對于網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測、流量預(yù)測是非常重要的指標(biāo)和參數(shù)。經(jīng)過算法計算后,可以將數(shù)據(jù)可視化展示出來,供網(wǎng)絡(luò)管理人員查看和分析,有利于當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的檢測,能夠從宏觀層面來監(jiān)測設(shè)備情況,從而做到“動靜結(jié)合”的效果,所謂的“動”是指流動的流量數(shù)據(jù),每時每刻無不在變化,通過統(tǒng)計不同時間段的各個設(shè)備端口的流量情況,可以針對于該設(shè)備進(jìn)行較為詳細(xì)的健康狀態(tài)的檢查,流量統(tǒng)計界面如圖7 所示。

圖7 流量統(tǒng)計圖

所謂“靜”是對于設(shè)備管理模塊來說,方便網(wǎng)絡(luò)管理員對設(shè)備進(jìn)行總覽、查看以及統(tǒng)計數(shù)量,這種非實時性的信息,提供了一種便捷的管理手段,將“動”和“靜”相結(jié)合,整個局域網(wǎng)的設(shè)備監(jiān)測就有了更為強(qiáng)大的功能。

結(jié)束語

隨著互聯(lián)網(wǎng)和計算機(jī)相關(guān)技術(shù)的飛速發(fā)展,用戶對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的使用逐漸增多的同時,也對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的考驗越來越嚴(yán)格,對網(wǎng)絡(luò)越來越依賴,給網(wǎng)絡(luò)維護(hù)帶來了各種挑戰(zhàn),對于網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)的要求也逐步提高。SNMP 作為一個廣為使用的網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議,為網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)帶來巨大的便利。