摘要：隨著因特網(wǎng)的快速發(fā)展，僅憑人力很難做到對(duì)網(wǎng)絡(luò)的高效管理，一個(gè)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)需要高效自動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)管理機(jī)制.通過SNMP協(xié)議，設(shè)計(jì)了一種有效方法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)性能的實(shí)時(shí)測(cè)量，可以用來(lái)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備CPU利用率.可用內(nèi)存和網(wǎng)絡(luò)帶寬信息，并利用Visual C++集成開發(fā)環(huán)境和SNMP++開發(fā)包對(duì)該方法的有效性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析.實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該方法能夠以較低的網(wǎng)絡(luò)開銷實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)控.

　　1.引言

　　近年來(lái)，隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和規(guī)模的不斷增加，網(wǎng)絡(luò)管理工作越來(lái)越繁重.由于缺乏必要的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控手段，有時(shí)甚至無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障的發(fā)生.而網(wǎng)絡(luò)管理的目標(biāo)是限度的保證網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的穩(wěn)定性，提高網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的利用率.網(wǎng)絡(luò)性能.服務(wù)質(zhì)量和安全性.因此，先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)管理手段對(duì)于保持良好的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)顯得尤為重要.目前多數(shù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都支持SNMP（Simple Network ManagementProtocol,簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議），所以可以通過SNMP協(xié)議，對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，及時(shí)了解網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的性能及帶寬使用情況，以便實(shí)時(shí)了解網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài).

　　2.SNMP

　　SNMP的前身是簡(jiǎn)單網(wǎng)關(guān)監(jiān)控協(xié)議（SGMP），用來(lái)對(duì)通信線路進(jìn)行管理.隨后， 人們對(duì)SGMP進(jìn)行了很大的修改，特別是加入了符合Internet定義的SMI和MIB,改進(jìn)后的協(xié)議就是著名的SNMP.基于TCP/IP的SNMP網(wǎng)絡(luò)管理框架是工業(yè)上的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，由3個(gè)主要部分組成，分別是管理信息結(jié)構(gòu)SMI（Structure ofManagement Information）.管理信息庫(kù)MIB和管理協(xié)議SNMP.SMI定義了SNMP框架所用信息的組織和標(biāo)識(shí)，為MIB定義管理對(duì)象及使用管理對(duì)象提供模板；MIB定義了可以通過SNMP進(jìn)行訪問的管理對(duì)象的集合；SNMP協(xié)議是應(yīng)用層協(xié)議，定義了網(wǎng)絡(luò)管理者如何對(duì)代理進(jìn)程的MIB對(duì)象進(jìn)行讀寫操作.SNMP中的MIB是一種樹狀數(shù)據(jù)庫(kù)，MIB管理的對(duì)象，就是樹的端節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有位置和名字.IETF規(guī)定管理信息庫(kù)對(duì)象識(shí)別符（O I D,O b j e c tIdentifier）指定，其命名規(guī)則就是父節(jié)點(diǎn)的名字作為子節(jié)點(diǎn)名字的前綴.

　　根據(jù)OSI網(wǎng)絡(luò)協(xié)議參考模型，SNMP屬于應(yīng)用層協(xié)議，在運(yùn)輸層使用UDP協(xié)議進(jìn)行封裝.

　　由于UDP只提供無(wú)連接的服務(wù)，因此SNMP不需要在代理和管理器之間保持聯(lián)接.SNMP實(shí)體發(fā)送消息后不需等待應(yīng)答，仍然可以繼續(xù)發(fā)送其他消息.SNMP并不要求消息傳輸?shù)目煽啃?，消息可能被下層的傳輸服?wù)丟失，因此可靠性的實(shí)現(xiàn)應(yīng)由SNMP發(fā)送實(shí)體根據(jù)消息的重要性自行決定.

　　3.SNMP++開發(fā)包

　　3.1 SNMP++開發(fā)包簡(jiǎn)介

　　SNMP++是一套C++類的集合，為網(wǎng)絡(luò)管理應(yīng)用的開發(fā)者提供了SNMP服務(wù).SNMP++并非是現(xiàn)有的SNMP引擎的擴(kuò)充或者封裝，它通過提供強(qiáng)大靈活的功能，降低管理和執(zhí)行的復(fù)雜性，把面向?qū)ο蟮膬?yōu)點(diǎn)帶到了網(wǎng)絡(luò)編程中.SNMP++開發(fā)包源代碼公開，提供，具有如下特點(diǎn)：

　　（1）內(nèi)存管理方面.在創(chuàng)建或銷毀一個(gè)對(duì)象時(shí)，SNMP++類負(fù)責(zé)該對(duì)象使用資源的申請(qǐng)和釋放.SNMP++的對(duì)象可以靜態(tài)或動(dòng)態(tài)創(chuàng)建，程序員不用擔(dān)心由于使用SNMP++對(duì)象而引起資源或內(nèi)存泄漏問題.

　　（2）可移植性強(qiáng).除了SNMP類的實(shí)現(xiàn)隨操作系統(tǒng)不同有所區(qū)別，SNMP++中所有的類都是由可移植性極強(qiáng)的C++代碼編寫的，因此使用SNMP++軟件包編寫的網(wǎng)絡(luò)管理程序具有很好的可移植性.

　?。?）提供超時(shí)和重傳機(jī)制.SNMP++在Target類中提供了超時(shí)和重傳服務(wù)，程序員只需要設(shè)置參數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)超時(shí)和重傳功能，而不必去費(fèi)力編寫超時(shí)和重傳功能的代碼.對(duì)于不同的Target,可以很容易地實(shí)現(xiàn)不同的超時(shí)和重傳機(jī)制.

　?。?）阻塞模式與非阻塞模式的網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求.

　　SNMP++提供了兩種模式的網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求：阻塞與非阻塞模式.阻塞模式是一個(gè)請(qǐng)求發(fā)出后，程序等候回應(yīng)包的到來(lái)，直到超時(shí).非阻塞模式則是在請(qǐng)求發(fā)出后，控制返回繼續(xù)執(zhí)行，等回應(yīng)包到來(lái)后，再去做處理.非阻塞模式的實(shí)現(xiàn)要復(fù)雜一些，但較為靈活.

　?。?）支持Trap的發(fā)送和接收.使用SNMP++,可以很方便地實(shí)現(xiàn)Trap的發(fā)送與接收功能，并且可以調(diào)整Trap發(fā)送與接收時(shí)所使用的UDP端口.

　　3.2 SNMP++軟件包的相關(guān)類

　　SNMP++使用C++語(yǔ)言編寫，充分利用了面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)，SNMP編程涉及的所有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，全部被封裝在相應(yīng)的類中.所有的底層操作細(xì)節(jié)，對(duì)使用者來(lái)說是完全透明的，使用者只需要設(shè)置好相應(yīng)的參數(shù)，調(diào)用對(duì)象的方法，就可以完成各種SNMP操作.

　　SNMP++包括了大約70個(gè)類，大致可分為：

　　數(shù)據(jù)類型類，主要封裝了SMI中定義的ASN.1,數(shù)據(jù)類型以及SNMP中定義的數(shù)據(jù)類型；變量綁定類，封裝了SNMP消息中的變量綁定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；PDU類，封裝了SNMP消息中的PDU部分；Target類，封裝了構(gòu)成一個(gè)SNMP消息所需要的全部信息；SNMP類，主要用來(lái)完成建立網(wǎng)絡(luò)連接.發(fā)送消息.接收Trap等操作；另外還有用于支持上述類功能的支持類以及SNMPv3消息加密.用戶類等.

　　4.一種實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)的輪詢及改進(jìn)方法

　　4.1 實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)的輪詢方法

　　在SNMP中，有很多MIB對(duì)象提供了大量的網(wǎng)絡(luò)信息.可以通過SNMP輪詢（polling）的方式，從主機(jī)或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中來(lái)定期獲取MIB信息并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，從而獲知網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性能狀態(tài).然而受網(wǎng)絡(luò)規(guī)模.代理數(shù)量.管理終端的處理速度.網(wǎng)絡(luò)阻塞狀況等因素的影響，輪詢的頻率較難確定.為簡(jiǎn)化問題，假定網(wǎng)絡(luò)管理工作站（NMS）只處理一個(gè)代理（即只有當(dāng)一個(gè)代理處理完，其他代理才可以工作）.

　　輪詢周期Td必須滿足條件T chN d ≥ Δ@ ,其中Δ 是NMS從代理成功獲得響應(yīng)消息的需求時(shí)間，N是代理的總數(shù)量.

　　另外還需要考慮網(wǎng)絡(luò)流量的影響，此時(shí)輪訓(xùn)周期可表示為：

　　其中Si是每次輪詢的網(wǎng)絡(luò)流量，而W是分配的網(wǎng)絡(luò)帶寬.

　　要達(dá)到實(shí)時(shí)的監(jiān)控代理的管理信息，NMS選擇的輪詢周期應(yīng)符合奈奎斯特條件：

　　所以輪詢周期的上下限為：

　　這種SNMP輪詢可擴(kuò)展性較差，因?yàn)楫?dāng)設(shè)備數(shù)量或數(shù)據(jù)量很大.會(huì)導(dǎo)致較大延遲且占用大量帶寬資源，容易導(dǎo)致通信擁塞，實(shí)時(shí)性較差.

　　4.2 輪詢方法的改進(jìn)

　　在改進(jìn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控方法中，每個(gè)代理以自身的周期發(fā)送管理信息，無(wú)需NMS的參與.

　　該方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中沒有請(qǐng)求的周期性輪詢.首先，NMS發(fā)送默認(rèn)的周期變量，代理則發(fā)送相關(guān)周期變量值，并提取每個(gè)數(shù)據(jù)類型的頻率部分.每個(gè)代理根據(jù)管理信息中的時(shí)間變化來(lái)計(jì)算自己的監(jiān)控周期AMP（Agent Monitoring Periods）.如果代理要改變周期，可以發(fā)送包含AMP的消息給NMS,NMS收到AMP后并進(jìn)行調(diào)整，該周期表示為MMP（Manager Monitoring Periods）.NMS將MMP值通知給相關(guān)的代理，然后代理根據(jù)MMP發(fā)送信息.當(dāng)一個(gè)代理發(fā)送管理信息時(shí)，如果使用的周期不同于收到的MMP,將向NMS新的AMP,NMS繼續(xù)從代理處接收新的AMP,并為每一個(gè)代理重新計(jì)算合適的MMP.如果一個(gè)新計(jì)算的MMP和先前的MMP不同，此時(shí)NMS會(huì)將該MMP通知給相關(guān)代理.該方法也要對(duì)相應(yīng)的協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）做出修改.不管是SNMP的PDU還是NMS的PDU,前面部分都是固定的，只是后面的變量部分加入相應(yīng)的AMP和MMP即可.

　　在傳送過程中，如果新的AMP不需要發(fā)送，則相應(yīng)值域設(shè)置為0.

　　5.實(shí)驗(yàn)分析

　　實(shí)驗(yàn)環(huán)境為8臺(tái)PC機(jī)使用一臺(tái)交換機(jī)組成的小型局域網(wǎng).圖1顯示了使用一般輪詢和改進(jìn)輪詢的方法時(shí)，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)TCP報(bào)文接收率的比較.從圖中可以看出，改進(jìn)的輪詢方法可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的協(xié)議開銷減少24.7%.

　　在用Visual C++ 6.0結(jié)合SNMP++軟件開發(fā)包實(shí)現(xiàn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控程序中，通過輸入該交換機(jī)設(shè)備的IP地址.SNMP通信字符串.設(shè)備類型和采樣時(shí)間間隔，就可以進(jìn)行掃描探測(cè).通過管理信息，可以獲得任意兩個(gè)相互通信的主機(jī)的帶寬情況，程序打開一個(gè)未使用端口，等待網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控程序連接，得到相關(guān)數(shù)據(jù).比如一個(gè)代理和一個(gè)主機(jī)之間測(cè)試的帶寬情況以及帶寬歷史記錄等，以便對(duì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行探測(cè)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)監(jiān)控.

　　6.結(jié)束語(yǔ)

　　本文基于目前應(yīng)用較廣泛的網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議SNMP,對(duì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了研究，并設(shè)計(jì)了具有較小協(xié)議開銷的輪詢方法.

　　程序采用HP公司提供的SNMP++類庫(kù)和編程工具Visual C++ 6.0進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，并在簡(jiǎn)單局域網(wǎng)環(huán)境下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，證明該方法能夠在較低的網(wǎng)絡(luò)開銷下，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的實(shí)時(shí)監(jiān)控.