基于snmp的校园网络管理系统设计与实现

基于snmp的校园网络管理系统设计与实现内容摘要：

(6)实现性能数据的图形化和历史数据可查询。 论文的组织和结构 整个论文分为以下几部分： 第一章，绪论，介绍课题的研究背景， 网络管理发展 现状，并对论文的研究工作做了简要的介绍。 第二章，介绍了相关的技术与理论，包括 SNMP 网络管理模型及其在网络运行监控系统中的应用。 介绍了 J2EE 体系结构、 Struts 框架的 开发与 工作流程，总结了 Struts 框架的优缺点。 第三章， 对系统进行了 需求 分析 和 总 体设计， 描述了 系统架构 的设计情况 、功能模块 的 划分 情况 、数据 库的结构 定义情况等 ，最后介绍了开发环境。 第四章，介绍了 系统的详细设计 与实现。 分别对系统实现的核心功能进行了详细的叙述，包括 ： 西南交通大学硕士研究生学位论文 第 5 页 数据持久化的设计与实现； 周期主动监控功能的设计与实现； 设备数据获取的设计与实现； 捕获设备事件的设计与实现； 邮件报警处理的设计与实现； 数据图形化功能的设计与实现； 前端页面与后台服务程序的交互的设计与实现。 第五章，介绍系统的部署和运行测试。 在论文的最后，对整个课题研究工作进行了总结，并 提出了项目需要完善和改进的地方。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第 6 页 第 2 章 相关技术与理论 网络管理简介 网络管理是控制一个复杂的计算机网络，使得它能安全、高效的完成工作任务的过程。 根据网络管理系统的能力，这一过程通常包括数据收集、数据处理，然后提交给管理者，用于在网络操作中使用。 它可能还包括分析数据并提供解决方案，生成对管理网络有用的报告。 网络管理系统不仅仅只是完成常规任务。 作为发现问题的辅助手段，它可以持续监视网络；还可以产生网络信息日志并利用这些日志去研究和分析网络。 ISO（ International Organization for Standardization，国际标准化组织）定义了配置管理、故障管理、性能管理、安全管理和计费管理五大网络管理功能域。 其中故障管理是整个网络管理的核心，配置管理是基础。 [7] 1. 故障管理：故障管理用于检测在网络通信中出现的问题，分析故障原因，并定位、排除故障。 2. 配置管理：配置管理就是对网络的各种配置参数进行确定、设置、修改、保存和统计等操作所组成的集合。 3. 性能管理：性能管理涉及到网络通信信息的收集、加工和处理等一系列活动，其目的是保证在使用最少的网 络资源和具有最小的延迟的前提下，网络能够提供可靠、连续的通信能力，并使网络资源的使用达到最优化的程序。 4. 计费管理：计费管理就是根据资源使用情况进行计费的过程，通过统计用户的信息流量、访问资源等信息来正确计算并收取用户的网络服务费用。 计费数据可帮助了解网络使用情况，为网络升级和资源配置提供依据和参考。 5. 安全管理：安全管理是对网络资源以及重要信息的访问进行约束和控制，以保证网络不被侵害，并保证重要的信息不被未授权的用户访问。 由于网络安全涉及范围广，技术难度高，安全管理已发展成为一个专门的方向。 一个网络管理系统从逻辑上可抽象为以下四部分： [8] （ 1）被管代理； （ 2）网络管理工作站； （ 3）网络管理协议； 西南交通大学硕士研究生学位论文 第 7 页 管理器 代理 M IB请求网管工作站 网络管理协议 被管代理 管理信息库响应 / 通告（ 4）网络管理信息库。 被管对象是经过抽象的网络元素，对应于网络中具体可以操作的数据，如设备内部的工作参数、路由器的路由表、交换机各个端口的流量。 任一可被管理的被管对象上，如服务器、路由器、交换机等，都有一个被管代理，它负责时刻监听和响应来自网络管理器的查询或命令。 任一网络管理域至少都应该有一个网络管理工作站，驻留在网络管理工作站上的网络管理进程负责网络管理的 全部监视和控制工作。 网络管理进程根据网络中各个被管对象的变化来决定对不同的被管对象采取何种操作，如调整工作参数和控制工作状态的打开或关闭。 [9] 一般的，网络管理进程通过与被管理代理的信息交互（发送请求或接收响应）来完成管理工作。 图 21 网络管理一般结构 被管代理和网络管理进程之间的信息交互的动作规则和数据格式等则由网络管理通信协议来规定。 网络管理通信协议与管理信息库一起协调工作简化了网络管理的复杂过程。 因为网络管理信息库中的管理信息描述了所有被管对象及其属性值，使得网络管理的全部工作实际上 就是对这些对象及属性值变量的读取（ Get 用于监视）或设置（ Set 用于控制）。 [10] 简单网络管理协议 SNMP 简单网络管理协议 SNMP 是由互联网工程任务组 IETF（ Inter Engineering Task Force ）定义的一套网络管理协议。 在网络管理协议中，简单网络管理协议由于易于实现和广泛的 TCP/IP 应用基础而被众多的厂商支持。 SNMP 简介 SNMP（ Simple Network Manager Protocol） 简单网络管理协议，它是基于 TCP/IP 的 应用层管理协议，使用 UDP 作为传输层协议，能管理支持代理进程（或委托代理）的网络设备。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第 8 页 被管设备 1 被管设备 2 被管设备 n M I B 库用户界面应用S NM P 管理程序应用 M IBA g en t M IBA g en t M IBA g en t网管工作站 Manager SNMP 协议 被管理系统 SNMP 的核心思想是在每个网络节点上存放一个管理信息库（ MIB） ，由节点上的代理（ Agent）负责维护，管理者（ Manager）通过应用层协议对这些信息库进行管理。 利用 SNMP，一个管理工作站可以远程管理所有支持这种协议的网络设备，包括监视网络状态、修改网络设备配置、接收网络事件警告等。 SNMP 网络管理的体系结构 SNMP 网络管理系统采用客户机 /服务器结构，体系结构中的关键元素包括网管工作站 NMS（ work management station）、分布在网络管理对象（设备）上的代理（ Agent） 、描述被管理对象状态的管理信息库 MIB（ management information base） 以及 NMS 同 Agent 之间通信的 SNMP 协议 [10]，如图 2－ 2所示。 图 22 SNMP 体系结构 网管工作站（ NMS）：一般是一个独立的设备。 网管工作站被作为网络管理员与网络网络管理系统的接口。 工作站上必须装备有管理软件，管理员可以使用的用户接口和从 MIB 取得信息的数据库，同时为了进行 网络管理它应该具备将管理命令发出基站的能力。 代理（ Agent）：一般是一些关键的界可以装备 SNMP 的平台，如主机、网桥、路由器及集线器等，从而使这些平台能够获得网管工作站的管理。 代理对来自西南交通大学硕士研究生学位论文 第 9 页 网管工作站的信息请求和动作请求进行应答，网管工作站就可以从代理中获得关于设备的信息；可以修改、增加或者删除代理中的表项；可以为一个特定的陷阱（ Trap）设置阈值等。 同时，代理也可异步地为网管工作站报告一些重要的意外事件。 管理信息库（ MIB）：管理网络资源的方法是将它们表示为对象。 所谓对象是一个表示被管资源某一方面的数据 变量。 对象的集合被称为管理信息库（ MIB）。 MIB 作为设在代理者处的管理站访问点的集合。 对象被标准化为跨越系统的类。 管理站通过读取 MIB 中对象的值来进行网络监控。 网络管理协议（ SNMP）：管理站和代理者之间通过网络管理协议通信， SNMP通信协议主要包括以下能力： Get：管理站读取代理者处对象的值； Set：管理站设置代理者处对象的值； Trap：代理者向管理站通报重要事件。 SNMP 协议及协议的操作 网络管理系统首先要依赖于 SNMP 协议， SNMP 协议是 SNMP 管理方法的核心部分。 SNMP 协议 是基于 UDP 的，所以不能保证数据传递的可靠性，然而实际上大多数的信息都传递无误，而那些没有传送到的则不能重新传送。 管理站和代理之间是以 SNMP报文的形式来交换信息的，每一个报文包括一个 SNMP版本号，一个 SNMP 共同体名和五种 PDU 中的一种（现在常将整个报文称为一个 PDU）。 SNMP 报文格式如图 23 所示。 [10] 图 23 SNMP 报文格式图 Version 表示 SNMP 协议的版本，确保 SNMP 代理使用相同的协议，每个 SNMP代理都 直接抛弃与自己协议版本不同的数据报。 Community 用于 SNMP 代理对 SNMP 管理站进行认证，是为增加系统的安全性而引入的。 如果网络配置成要求验证时， SNMP 代理将对团体名和管理站的IP 地址进行认证，如果认证失败， SNMP 代理将向管理站发送一个认证失败的Trap 消息。 协议数据单元（ PDU）指明了 SNMP 的消息类型及其相关参数。 Version Community Data（ SNMP PDU） 西南交通大学硕士研究生学位论文 第 10 页 SNMP 有 5 种消息类型： GetRequest， GetResponse， GetNextRequest，SetRequest， Trap。 SNMP 管理站使用 GetRequest 从拥有 SNMP 代理的网络设备中检索信息，SNMP 代理以 GetResponse 消息响应 GetRequest 消息。 可以交换的信息很多，如系统的名字，系统自启动后正常运行的时间，系统中网络接口数等。 [16] 1. GetRequest 原语：由管理进程发出，请求从代理进程处提取一个或多个变量的值； 2. GetNextRequest 原语：由管理进程发出，请求从代理进程处提取一个或多个变量的下一个变量的值； 3. SetRequest 原语：由管理进程发出，请求设置代理进程中一个或多个变量的值； 4. GetResponse 原语：由代理进程发出的，向管理进程返回的一个或多个变量的值，它是前面 3 种操作的响应； 5. Trap 原语：代理进程主动发出的报文，通知管理进程有某事发生。 GetRequest 和 GetNextRequest 结合起来使用可以获得一个表中的对象。 GetRequest 取回一个特定的对象；而使用 GetNextRequest 则是请求表中的下一个对象。 使用 SetRequest 可以对一个设备中的参数进行远程配置。 SetRequest可以设置设备的名字，在管理上关掉一个端口 或清除一个地址解析表中的项。 假设当系统检查每一个接口的状态时它发现其中的一个端口不运行了，通过把设备参数和一个内部表进行比较，系统发现不能正常运转的接口的地址不正确，那么它就可以使用改变接口的地址来尝试使它进入正常运行状态。 SNMP 陷阱是 SNMP 代理发送给工作站的非请求消息，这些消息通知服务器发生了一个特定的事件。 例如 SNMP 陷阱消息可以被用来通知网络管理系统某个线路刚刚失败了，一个设备的磁盘空间已经接近其最大容量或一个用户刚刚登录到一个主机。 SMI 管理信息结构 (SMI， Structure of Management Information)是 SNMP 网络管理框架的重要组成部分之一，它定义了 SNMP 框架所用信息的组织、组成和标识，它还为描述管理信息库（ MIB）对象和描述协议怎样交换信息奠定了基础。 SMI 的一个基本用途就是定义 SNMP 使用的管理对象。 按照 SMI 定义的 SNMP管理对象都具有 3个属性：名字、语法和编码： 西南交通大学硕士研究生学位论文 第 11 页 名字：每一个管理对象都有一个唯一的对象标识符作为其名字。 语法：每一个管理对象的抽象数据结构用抽象语法表示法来定义。 编码：管理对象的实例也用抽象语法表示法编码，发送和接 收的包含管理对象值的协议报文用基本编码规则来定义。 SMI 为 MIB 定义管理对象以及协议使用管理对象提供了模板。 它定义了所用的 子集以及 BER 规则如何在传输和接收 SNMP 信息中使用。 每个 MIB 对象都有一个名称用来标识。 在 SMI 中，这个名称以对象标识符（ Object Identifier）来表示。 对象标识符相互关联，共同构成一个分层树型结构，如图 24所示。 该树是由一个根和与之相连接的许多被标记的节点组成，每一个节点由一个非负整数值和尽可能简明的文字说明所标识，每一个节点可能 也拥有同样被标记的子节点。 在这个分层结构里，一个对象的标识符是由从根出发到对象所在节点的途中所经过的所有节点的数字标识“ .” 号间隔而成。 如 24 图中， Inter 的对象标识符就是。 对象标识符的命名有专门的。