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北京邮电大学硕士研究生毕业论文 i p 网实时性能管理系统的设计i 实现 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所 知除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢 意。 申请学位论文与资料若有不实之处， 本人签名： 速旌 本人承担一切相关责任。 日期： 2 竺! ： ：j ! 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校 攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并向国家有关部i 、1 或 机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅：学校可以公布学位论文的全部 或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位 论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：证擅 日期：2 型生l ：j ! 导师签名：j i 。盟盗 日期：上丝垒。i 。盐 2 北京f j 电大学硕士研究生毕业论文p 网实时性能管理系统的破计。j 实脱 lp 网实时性能管理系统的设计与实现 摘要 随着互联网络的迅速发展，网络环境日益复杂，对其运行效率进 行监控和性能分析也就越来越重要。同时，针对目前国内运营商对i p 网管的需求，不仅需要一套覆盖全网的配置管理、故障告警管理、 业务管理、安全管理和性能管理的综合网络管理系统，还需要一系列 在网络发生故障时，能够实时观察整个网络状况的网络监测工具。正 是基于这样一个背景下，我们提出了本文所介绍的实时性能管理系统 的设计方案。 通过该系统，我们可以实时的监测网络运行状况并获得大量的网 络实时性能数据。这样，网络管理人员可以在对性能数据进行分析的 基础上，通过配置管理等对网络进行调整、实现优化，从而达到改善 网络总体性能水平的目的。 本文首先简要说明了礤网管的应用背景、发展现状以及当前比 较典型的网络管理体系结构：s n m p 管理体系结构和t m n 管理体系 结构。而s n m p 网络管理框架，作为目前最广泛应用的t c p i p 网络 管理标准，主要包含三个部分：管理信息结构、管理信息库和s n m d 协议。 接着本文简单介绍了集成在工具集平台下的i p 实时性能管理系 统的结构和功能，并详细说明了路由监测仿真工具和网络服务时延测 量分析工具的实现方案。 路由监测仿真工具用来实现路由发现功能。它由基于i c m p u d p 的本地采集模块和基于c i s e os a a 的远端采集模块两个部分组成，实 现了包括封装解析i p 、i c m p 、u d p 协议数据包、通过s n m p 配置 s a a 、采集s a a 数据以及路由数据统计存储等功能。而网络服务时 延测量分析工具在借鉴l i p 的o p e n v i e w 中测量服务时延的基础上， 实现了测量当前比较流行的网络应用层服务如s m t p 等服务响应时 延以及一定的时延指标分析功能。 在介绍了上述集成工具集平台的性能管理系统后，针对其缺乏灵 活性，提出了可配置的性能管理系统的设计方案。通过给出层次化和 模块化的可管理的统一平台系统，实现对特定采集指标采集和呈现方 北京邮电大学硕士研究生毕业论文i p 网实时性能管理系统的设计与实现 式的统一配置和管理。 在文章结束时，提出了下一步工作的重点。希望能够利用合理的 分析模型，在已有性能数据的基础上，对网络可能运行状况进行预测， 以便帮助管理人员更好的对网络进行长久的规划。 关键词 s n m p 实时性能管理路由发现s a a 应用层服务时延s m t p 北京邮电大学硕士研究生毕业论文f p 网实时性能管理系统的设计与实现 t h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o no fi pn e t w o r k r e a l t i m 匝p e r f o rman c em a n a g e m e n ts y s t e m a b s t r a c t w i t ht h e r a p i dd e v e l o p m e n t o fi n t e m e tn e t w o r k ，n e t w o r k e n v i r o n m e n th a sb e c o m ec o m p l e xi n c r e a s i n g l y ，s oi tw i l lb em o r ea n d r r l o r c i m p o n a , n t t om o n i t o ra n da n a l y z en e t w o r kp e r f o r m a n c e 。a tt h e s a m e t i m e ，a i m i n g a tt h ed e m a n do f i s pi no u r c o u n t r y ，w en e e d n o to n l y a n i n t e g r a t e d n e t w o r k m a n a g e m e n ts y s t e mc o v e t i n gc o n f i g u r a t i o n m a n a g e m e n t ，f a u l t a l a r mm a n a g e m e n t ，a c c o u n t i n gm a n a g e m e n t ，s e c u r i t y m a n a g e m e n t a n d p e r f o r m a n c em a n a g e m e n t ，b u t a l s oas e r i e so f r e a l t i m e t o o l sw h i c hc a l lm o n i t o rn e t w o r kw h e nt h e r em a yb es o m ef a u l t s 。i ti sj u s t b e c a u s eo ft h i s b a c k g r o u n dt h a t w ep r o p o s et h e d e s i g n o fr e a l t i m e p e r t b r m a n c em a n a g e m e n ts y s t e m i nt h i sa r t i c l e 。 t h r o u g h t h i ss y s t e m ，w ec a nm o n i t o rr e a l - t i m es t a t eo fn e t w o r ka n d g e tag r e a td e a lo fp e r f o r m a n c ed a t a 。t h e n n e t w o r km a n a g e rc a r ta d j u s t a n d o p t i m i z e t h en e t w o r k t h r o u g hc o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n tb y a n a l y z i n gt h ep e r f o r m a n c ed a t a t oa c h i e v et h e g o a l t o i m p r o v et o t a l p e r f o r m a n c e 。 a tf i r s t ，t h ea r t i c l ei n t r o d u c e sa p p l i c a t i o nb a c k g r o u n da n da c t u a l s t a t eo fi pn e t w o r km a n a g e m e n ta n dt w or e p r e s e n t a t i v ea r c h i t e c t u r e ： t h ef r a m eo f 硼nn e t w o r k m a n a g e m e n t a n dt h ef l a m eo fs n m pn e t w o r k m a n a g e m e n t 。a st h e n e t w o r km a n a g e m e n ts t a n d a r du s e dw i d e l yi n t c p dn e t w o r k ，t h ef r a m eo fs n m pn e t w o r k m a n a g e m e n t i sc o m p o s e d o fs t r u c t u r eo fm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n ( s v i i ) ，m a n a g e m e n to f i n f o r m a t i o nb a s e ( m i b ) a n ds i m p l en e t w o r km a n a g e m e n tp r o t o c o l ( s n m p ) 。 田1 e f o l l o w i n gp a r t o ft h ea r t i c l ed e s c r i b e sc n ea r c h i t e c m r ea n d f u n c t i o no fi pr e a l t i m ep e r f o r m a n c em a n a g e m e n ts y s t e mo nt h e 北京邮电大学硕士研究生毕业论文i p 同实时性能管理系统的设计与实现 p l a t f o r mo fa g g r e g a t et o o l s 。t h em a i np a r to f t h ea r t i c l ei l l u m i n a t e st h e r e a ! i z 盟t i o no ft h et o o l so fl a c er o u t ed e , e c v 4 一，k l l t 4 。d i n t c 订1 c ts e n 矗c e s t i m e d e l a y 。 t h et o o lo ft r a c er o u t ed e t e c t i o ni st o g e t ar o u t eb e t w e e nt w o d e v i c e s ，w h i c hi sc o m p o s e do ft w of u n c t i o nm o d u l e s ，o n ei sb a s e do n 竹c 飘佃 巾p p r o t o c o la n dt h eo t h e ru s e sc i s c os a a 。t h e f i r s tm o d u l e s h o w s d e t a i l e d l yh o w t oe n c a p s u l a t ea n d p a r s et h ed a t au n i to f i p ，i c m p a n du d p 。t h es e c o n dm o d u l es u m m a r i z et h ec o n t e n to fs a a f i r s t l y ，a n d t h e n g i v e t h er e a l i z a t i o no fh o wt o c o n f i g u r e s a aa n dc o l l e c t p e r f o r m a n c e d a t a b ys a a t h r o u g h s n m p p r o t o c o l 。w i t h r e f e r e n c e t oh p o p e n v i e w ，t h et o o l o fi n t e m e ts e r v i c e s t i m e d e l a y i s d e s i g n e dt o m e a s u r er e s t i o n s et i m eo fi n t e m e ts e r v i c e sw h i c ha lep o p u l a rn o wi n n e t w o r k ，s u c ha ss m t p 。 b a s e do nt h ea b o v e - m e n t i o n e di n t r o d u c t i o n ，b e c a u s et h ei pr e a l t i m e p e r f o r m a n c em a n a g e m e n ts y s t e m l a c k so f f l e x i b i l i t y ，w ep r o p o s ean e u s y s t e md e s i g n ，w h i c h c a d _ b ec o n f i g u r e d 。t h r o u g h m a n a g i n g a p l a t f o r m s y s t e mw h i c h i s l a y e r e da n dm o d u l a r i z e d ，w ec a na c c o m p l i s hu n i f o r m c o n f i g n r a t i o n a n d m a n a g e m e n tw h i l e t h e w a yt o c o l l e c ta n d d i s p l a y p e r f o r m a n c e d a t ai sn o tt h es a m e 。 i nt h ee n do ft h ea r t i c l e ，w ep r o p o s et h ee m p h a s i so ff o l l o w i n g w o r k 。w eh o p et ou s ear e a s o n a b l em o d e lt oa n a l y z ep e r f o r m a n c ed a t a a n df o r e c a s tt h el i k e l ys t a t eo fn e t w o r k r u n n i n gt oh e l pn e t w o r km a n a g e r t om a k ea l o n gl a y o u ta l u o u t n e t w o r km o r ee f 矗t j t e n u y 。 s n m pr e a l t i m ep e r f o r m a n c em a f i a g e m e n tt r a c er o u t es a a a p p l i c a t i o nl a y e r s e r v i c et i m e d e l a ys m t p 6 北京邮电大学硕士研究生毕业论文i p 网实时性能管理系统的破计。j 实观 第一章i p 网络管理技术概述 1 1i p 网络管理的应用背景( 4 】 随着计算机的大量使用，计算机用户间互相传递文件，共享数据的要求变的 越来越迫切。计算机用户需要在计算机之间建立数据相互传递的通路，同时还需 要定义网络之间的传递规则。在这种需求的推动下，计算机网络l a n 和w a n ， 以及计算机网络传递规则m 应运而生了。 i p ( i n t e m e tp r o t o c 0 1 ) 是为了满足计算机网络互连需要的一种异构网互连通信 协议，是在开放系统互连模型的第三层网络层实现互连，目的是无缝连接不同硬 件结构的网络，使网络技术和低层的软硬件技术能够相应独立并行发展。m 网 络是面向无连接的分组传送网。 t c p d 是7 0 年代作为网间互联协议提出来的，在将近二十年的时间内，m 技术却一直没引起外部世界的重视，甚至r r u t ( 其前身c c i t t ) 在很长一个时 期内也没有接纳这个标准。直到9 0 年代初w e b 的出现从根本上改变了这种状态， i p 网获得了急速的发展。 随着m 网络的迅速发展，网络规模不断扩大，网络复杂性不断增加，异构 性也越来越高。一个网络往往由若干个大大小小的子网组成，集成了多种网络系 统平台，并且包括了不同厂家、公司的网络设备和通信设备等。同时，网络中还 有许多网络软件提供的各种服务。而d 作为计算机互联的核心传输技术，它具 有简单、开放的协议特点，但对系统的可靠性和安全性缺乏保障。同时网络 设备的可维护性较差，随着用户对网络业务和网络性能要求的提高，无论是电信 运营商还是企业，随着业务的不断开展，保证m 网络自身的网络质量，保证业 务正常开展越来越成为其重要的关注点。因而必须对网络进行全面的综合管 理，包括系统管理、设备管理和网络性能管理和相应的业务管理。 1 2 口网络管理的国际标准 m 网管系统的国际标准主要体现在网络管理架构和网络管理接口两个层面。 1 2 1 网络管理接口 作为网管标准化工作的核心，网管接口标准化主要体现在接口通信协议和接 口信息模型。 对于接口通信| 办议，蜀前，己普遍接受的是基于q 3 接e l 的c m i p 、基于 9 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 i p 网实时性能管理系 点的设计与实现 c o r b a 接口的i i o p 以及基于玳t e r n e t s n m p 框架结构散- s n m p 。 公共管理信息服务和协议( c m i s ，c m 珏- ) 是c s i 网络管理标准。是个功能庞 大的网络管理工具。但在实际网管应用中，尽管o s i 网络管理标准已经成熟， 1 1 r u t 也把c m i s c m i p 作为其t m nq 3 口的管理协议，但其实现中遇到的问题 和实现的复杂程度使得它只是在传统电信领域得到一定的实现和应用。 对象请求代理间协议( i i o p ，j m e m e ti n t e r - o r bp r o t o c 0 1 ) 的引入，用以在 c o r b a 体系中实现不同厂商的o r b 真正意义上的互通。c o r b a ( c o m m o n o b j e c t r e q u e s t b r o k e r a r c h i t e c t u r e ，公共对象请求代理体系结构) 是由o m g 提出 的应用软件体系结构和对象技术规范，其核心是一套标准的语言、接口和协议， 同硬件设备和软件系统的互联，增强网络间软件的互操作性，解决传统分布式计 算模式中的不足等问题。在c o r b a 体系中引入o r b 后，客户只要遵循服务对 象的对外接口标准向服务对象提出业务请求，由o r b 在分布式对象间建立客户 服务对象关系。o r b 的互操作性体现在分布于网络中的多个对象借助i n t e r a c t o r b 间协议( i i o p ) 和通用o r b 间协议( g i o p ) ，达到不同厂商0 r b 之间操 作的一致性。 简单网络管理协议( s n m p ) 是目前最广泛应用的t c p 口网络管理标准。 s n m p 原本只是作为t c p i p 网络管理的临时解决办法，待o s i 框架广泛应用以 后就向o s i 管理办法过渡。但从现实情况来看，由于其简单、实用，目前已被 业界广泛接受，跟t c p ，p 一样成了事实上的计算机网络管理国际性标准。现在 市场上只要是支持网络管理的计算机网络设备几乎都支持s n m p 。 1 2 2 网络管理桨构 当前最典型的网络管理体系结构主要有i n t e r n e t s n m p 管理体系结构 和t m n 管理体系结构。 i n t e r n e t s n m p 管理体系结构在计算机网的网络管理领域取得了巨大 成功，并将在未来相当长一段时间内存在。在传统的电信网和p 网融合趋势日 益明显的今天，在t m n 管理体系结构基础上，如何解决信息网的综合管理问题 是网络管理体系结构标准化研究的主要内容。目前实际的方案实际上是以t m n 作为基础的网管架构，s n m p 作为具体的网络接口协议存在。 但是由于绝大多数计算机网络设备厂商的产品以及支持网络的操作系统都 内置s n m p 协议，所以，s n m p 网络管理框架已成为计算机网络管理的基础和 核心。 北京邮电大学硕士研究生毕业论文i p 网实时性能管理系统的设计与实现 1 2 2 1s n m p 管理体系结构 s l 7 l 1 2 2 1 1s n m p 网络管理模型 图l 一1 所示的网络管理参考模型主要包含两个部分：网络管理站和被管的 网络实体。被管设备和管理相关的软件称为代理进程。每个被管设备都用对象来 表示，m i b 就是这些对象的集合。管理进程和代理进程之间通过s n m p 协议来 通信，采用管理者一代理的方式管理网络。代理负责接收由管理者发出的管理请 求信息，并与实际设备交互，并向管理者返回应答消息，从而完成管理功能。 网络管理站 网络协议 被管网络实体 釜毳l i 燃 互联网络 图1 1s n m p 网络管理参考模型 1 2 2 1 2s n m p 网络管理框架 s n m p 管理框架实际上可以分为三个部分： 管理信息结构( s t r u c t u r eo f m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n ，s m i ) ：用来指定一个 没备维护的管理信息的规则集： 管理信息库( m a n a g e m e n t o f i n f o r m a t i o nb a s e ，m i b ) ：被管设备所维护的全 部被管理对象的结构集合，被管理对象按照层次式树形结构组织； s n m p 协议：包括s n m p 操作、s n m p 消息的格式以及如何在管理站和代理 被管设备之间交换消息； 1 2 2 1 工1 管理信息结构 管理信息结构( s m i ) 可用于m i b 中的数据类型并说明对象在m i b 内部怎 样表示和命名。s m i 的基本原理是在m i b 内部鼓威简单性和可扩展性，所以m m 只能存储简单的数据类型：标量和标量的二位数组。s m i 还提供了一个标准的方 法来表示管理信息，在s m i 规定中，每个被管对象必须有一个名字、一个语法 和一套编码规则。 名字专门用于标识波管理对象，用一串有序的整数标识，以“”分隔， 竖哥 北京衄电大学硕士研究生毕业论文i p 网实时性能管理系统的设计与实现 该串整数序列通过遍历所有已知的s n m p 对象构成的全局树获得： 语法是用a s n 1 语法对象类结构的形式化定义； 编码规则描述了如何对被管理对象相关的信息进行编码，以用于管理站 和代理之间的网络传输： 1 2 2 1 2 2 管理信息库 在s n m p 环境下，所有被管理对象都是按层次式树形结构来排列的，树端 结点对象就是实际被管理对象。每个对象都代表了一些资源、活动或其他要管理 的相关信息。而m i b 就是所有代理进程包含的，并能够被管理进程进行查询和 设置的这些对象的信息。图1 2 表示的就是标准的m i b 组织体系， l 耐t t 椭j - m ：o )如i - t t o 一。e 址t l q 槲 i _ 娴 r l n - f - t e 。t ( 1 ) ：= 一 l l1 ：_ 1 3 矗1： ： il ： - l i - 1d硝l，1m121m ? f l ： ! 形歹刁沁、 1 i l i l l i 。商赫蛐一 图1 2m 毋树型结构 1 2 2 1 2 3s n m p 协议 s n m - p 被设计成应用程序级协议，并作为t c p i p 协议组的一部分，既定于 在u d p 上操作。网络管理站通过s n m p 协议交换对每个代理进程的m i b 中的 管理对象进行读( g e t ) 、写( s e t ) 操作。同时，s n m p 协议还定义了t r a p 机 制使代理进程能够根据某些预定阀值主动发送告警报文。图1 3 给出了s n m p 的协议操作方式。 北京邮电大学硕士研究生毕业论文i p 嘲实时性能管理系统的驶计i j 实小 s n k l p 管理工作站s n m p 代理者 囤1 3s n 肿协议操作方式 根据管理站和代理的交互情况，s n m p 中定义了五种协议数据单元( p d u ) ： g e t r e q u e s t 、g e t n e x t r e q u e s t 、s e t r e q u e s t 、r e s o p o n s e 和t r a p ，其中管理站 通过g e t r e q u e s t 、c 把t n e x t r e q u e s t p d u 来向代理发出读取m i b 对象实例的命令， 通过s e t r e q u e s t p d u 来向代理发出设置或修改m i b 对象实例的命令，代理通 过r e q u e s tp d u 给与应答，当到达某些预定的边界条件时，代理会通过t r a p p d u 来向管理站发出告警。 北京邮电大学硕士研究生毕业论文i p 网实时性能管理系统的设计与实现 1 2 2 2t l v l n 管理体系结构 t l v l n ( t e l e c o m m u n i c a t i o i i s m a n a g e m e m n e t w o r k ) 的核心思想是一种网管网 的概念，它将管理网提供的管理业务与电信网提供的电信业务分开，相对于被管 理的电信网来说属于一种带外管理。t m n 通过对网管接口的引入，将业务网和 管理网分开，在保持接口相对稳定的同时，尽量屏蔽电信网络技术和网络管理技 术的发展对彼此的影响。 在t m n 管理框架内，网管标准化研究的核心问题是网管接口问题。r r u t 在m 3 0 2 0 建议中给出了电信管理网接口规范标准化研究应该遵循的方法论，据 此，可以从三个方面定义网络管理接口，它们分别是管理业务定义指南( g d m s ) 、 管理功能定义指南( g d 砌f ) 和管理对象定义指南( g d m o ) 。 而随着基于c o r b a ( 公共对象请求代理体系结构) 平台管理应用的出现， 越来越要求信息模型在不同管理框架下实现互通，如传统的基于q 3 的信息模型 可以在基于c o r b a 的平台中应用。目前j i d m 工作组提出的静态和动态 g d m o i d l 映射作为一种方案在一定程度上可以解决信息模型的互通，但是在 模型翻译过程中存在不可避免的语义丢失。而u t 在1 9 9 9 年3 月提出的r a d ( r e q u i r e m e n t s ，a n a l y s i s ，a n dd e s i g n ) 方法，通过将建模过程分为需求、分析和 设计三个阶段，使得模型在需求和分析阶段的结果与具体管理框架无关，而只在 设计阶段才与特定管理框架相关联，从而使得信息模型与管理框架无关，实现了 信息模型间的互通。 目前，基于t o m ( t e l e c o mo p e r a t i o n sm a p ) 模型的电信网管方案，正在成为 今后网管系统发展的一个热点，t o m 是t m f ( t e l e c o m m a n a g e m e n t f o r u m ) 提出 的s m a r tt m n 结构中的一个关键组成部分它将t m t q 中原来定义的比较通用 和抽象的功能和业务模型更加具体化，更具有可操作性，同时也为今后网管系统 向企业信息支撑系统提出具体的指导性意见。 1 3i p 网络管理的功能领域 国际标准化组织一直致力于网络管理的标准化，定义了配置管理 ( c o n f i 。g u r a t i o nm a 】m g e m e n t ) 、故障，告警管理旺a u l t a l a m - jm a n a g e m e n t ) 、业务管理 ( a c c o u n t i n gm a n a g c r n 吼t ) 、安全管理( s e c u r i t ym a n a g e m e n t ) 和性能管理 ( p e r f o r m a n c em a n a g e m e n t ) ：f 大管理功能领域。 通过这五大网络管理功能，p 网管系统就能够实时调整网络状态、充分提 高每个被管对象的利用率，使网络不发生故障或拥塞、网络中的各种资源得到更 加高效的利用，在保证网络的可用时间和设备的利用率、网络性能、服务质量的 4 北京邮电大学硕士研究生毕业论文i p 网实时性能管理系统的设计l i 实现 同时，实现网络正常、高效地运行。 在实际应用中，i p 网管系统主要通过把网络设备、网络业务作为管理对象， 通过实时监测与网络业务相关的设备和应用、收集网络的业务数据，来实时监测 网络服务的可用性和网络业务的服务质量。通过足够的监控手段，对网络运行事 件作出快速反应，提供故障隔离措施，并依赖有效的操作控制手段，尽快解决故 障，从而保证网络的正常运行。 1 3 1 配置蕾理 配置管理主要负责全面动态地管理全网所有网元设备的配置数据、设备故 障、状态检查和安装功能，能够以图形、文字等形式分层显示配置相关的各类信 息，并且具有编辑、分类统计和打印输出这些数据的功能。 1 3 2 破陬告警管理 故障管理是检测和确定网络环境中异常操作所需要的一组设施。故障管理设 施通过检测异常事件来发现故障，记录故障情况，将所有网络设备的故障相互联 系起来，根据故障现象采取相应跟踪、恢复、处理措施。 1 3 3 业务管理 业务管理可以明确反映网络的实时质量状况，为网络规划提供信息，并能提 供有区别的服务，针对用户需求，提供基于q o s 的服务级别协议( s l a ) 、计费等 功能。 1 3 。4 安全譬理 安全管理对全网起保证作用，通过提供一个安全政策，确保只有授权的合法 用户才可以访问受限的网络资源。 1 3 5 性能蕾理 性能管理主要负责全网性能监视、性能控制和性能分析，完成链路性能测试 以及各类性能信息的收集、统计、存储，同时还负责性能信息数据库的维护，性 能管理阐值的设置与阈值越过报告，产生按需的性能报告，系统基于性能报告和 统计分析，通过运行管理功能和配置管理功能对网络进行调整，以达到改善网络 总体性筵水平的目的 性能管理功能包括数据信息采集、性能信息的统计和存储、性能管理阈值处 北京邮电大学硕士研究生毕业论文i p 网实时性能管理系统的设计与实现 理和性能报告生产等部分。 1 4i p 网络管理的发展现状 从i e t f 提出s n m p 作为计算机网管标准以后，世界上各大著名计算机及网 络设备公司相继推出了自己的基于s n m p 协议的网络管理产品，如：l i p 公司的 o p e n v i e w 、c a 公司的u n i c e n t e r t n g 、m m 公司的i h o l i 、s u n s o f l 公司的s u m n e t m a n a g e r 、c a b l e t r o n 公司的s p e c t r l l l l l 、b a y n e t w o r k s 公司的o p t i v i t y 、c i s c o 公司 的c i s c ow o r k s 、3 c o m 公司的t r a n s c e n d 等。 而我国自引入i n t e r a c t 技术以来，计算机网络建设的速度发展很快，必中国 电信为首的电信运营商早就开始了网管建设。中国电信的c h i m n e t 骨干网网管 中心由网络信息中心( n i c ) 和网络操作中心( n o c ) 组成。网管中心负责对 c h i n a n e t 骨干网节点进行网络控制、网络故障管理、网络性能监测、网络设备 管理、网络安全管理和对c b ；n a n 】嚣网络盐务量进行统；。c h i n a n e t 景干两网 络管理系统采用了国际上广为流行的、基于s n m p 协议的网管产品h po p e n v i e w 作为其基本的管理平台，在此平台上集成了性能优越的配置管理软件 c i s c o w o r k s 。 在中国电信的口电话骨干网网管中心调查中了解到，通常网管人员还是通 过使用免费的m r t g 等网络性能测试小工具来完成最基本的网管功能。比如说， 虽然h po p e n v i e w 可以自动发现网络节点，产生网络拓扑图，并对各种网络事 件进行处理，但是相对于网管维护人员来说，最关心的仍是整个网络的性能健康 状况，包括网络的通断情况、时延、丢包率、带宽、流量、拥塞等q o s 指标的 变化。 中国移动在2 0 0 0 年1 0 月建成以po v e rd w d m s d h 技术为核心的全国性 中国移动互联网c m n e t ，是全国口电话和g p r s 的承载网络，成为第3 代话 音、数据、多媒体传输网。中国移动相继开通了v o l p 业务、s m s 业务、w a p 业务、n a s 等业务，一直是靠h po p e n v i e w 、c i s c o w o r k s 2 0 0 0 和n e t c o o l 工具 做简单维护，缺少实用的综合网管系统以及网络的实时性能监测工具供他们了解 网络状况。因此，中国移动迫切需要有与其p 网络和业务系统配套的i p 网管系 统。 中国联通建设了全球最大的邛电话网，分布地域广泛，其二次拨号也采用 了美国c i s e o 公司的a s 5 3 0 0 实现语音网关功能，依靠h p o p e n v i e w 作为通常的 拓扑发现与配置管理功能，用c i s c o 的专业网管c i s c o w o r k s 管理c i s c o 自身的路 由器、网关等设备，用c i c 系统实现告警管理，同样面临缺少实时的网络监测 工具的支持。 北京邮电大学硕士研究生毕业论文i p 网实时性能管理系统的设计l j 实现 针对以上情况分析，当前国内i p 网络管理的基本方法是：选择一家基于 s n m p 协议的网络管理产品，如在各大型企业得到普遍应用的h p 公司的 o p e n v i e w ，再配合网络设备厂商自己的网络管理产品，如c i s c o 的c i s c o w o r k s ， 3 c o m 的t r a n s c e n d n e t w o r k s u p e r v i s o r ，华为的i m a n a g e r 等。但是都缺少一个全 面的综合的集中的网管系统实现f c a p s ( f a u r 、c o n f i g u r a t i o n 、a c c o u n t i n g ， p e r f o r m a n c e 和s e c u r i t y ) 功能，缺少在设备发生故障时，能够实时观察整个网络 状况的网管维护工具。 基于当前中国移动、中国联通、中国网通对婵网管的需求，我们需要规划 一套覆盖全网配置管理、故障告警管理、业务管理、安全管理和性能管理的综 合网管系统，同时，研究真正能监控、维护、分析网络的软件系统。以管理i p 设备为基础，不仅提供维护口设备正常运转的告警手段，还要从网络级保证i p 网络性能优化、提高m 网络的运维效率：同时要支持各种网络性能数据、新型 i p 业务的札总分析，为排除故障、调整网络资源和规划网络容量提供依据，提 供监测v o 口网络语音质量评测工具，以保证支持电信级的坤业务等。 纵观我们规划的这样一套综合网管系统，它所需的每个功能都侧重于某一方 面的网络管理。但它们并不是各自独立的，在一定条件下这五个功能可以相互转 化。但是在现如今，随着网络覆盖范围的增加、复杂程度的提高以及网络业务的 多样性，如何向用户提供高质量的网络服务、保证网络的高效运行成为网络管理 的重中之重。网络的服务质量和网络的运行效率是相互制约的。较高的服务质量 必然会消耗较多的网络资源，从而影晌网络的整体性能。同时，追求高的网络运 行效率又会对网络质量产生影响。所以，必须权衡两者之间的关系采取合适的策 略来实现网络的高效性。在这样的背景下，网络性能越来越成为人们关注的焦点。 在实际的网络运行中，不可避免地会出现这样或那样的性能问题。如果缺乏 有效的性能测量辅助的管理方式，网络管理者将把大量时间花费在应付出现问题 上，而没有信息和时间进行网络性能改善和提高。针对这一问题，有必要建立一 个性能管理系统，充分利用网络性能测量技术，在大量的测量数据基础上，对网 络的总体运行状态作一个恰当的评价。正是基于这一情况，我们提出了实时性能 管理系统的设计方案。 另外，针对当前的网络性能管理，当前高端网络设备的市场占有率的最高者 c i s c o 公司对于网络性能管理有如下的特别建议： 利用精确缜密的s n m p 轮询策略来获得骨干网核心路由器的关键统计数 据，包括对接口错误、c p u 利用率、内存使用量必要的实时监控； 利用r m o n 的功能进行底层细节的采集，包括应用跟踪、接口错误分析 和截裴故障分析用数据包等。可以通过k i v i o n 强大的报警、事件机制来 7 北京邮电大学硕士研究生毕业论文i p 网实时性能管理系统的设计与实现 设置门限值来报告网络的变化； 利用n c t f l o w 进行话务“流”分析或者说流量统计。“话务流”可以定义 为p 地址、协议类型和a m o n o m o l l ss y s t 锄( a s ) 号码。它可提供高度精 确的分析，包括话务流的时长、信息包的尺寸等； 北京邮电大学硕士研究生毕业论文l p 网实时性能管理系统的世汁i j 实现 第二章实时性能管理系统的设计 性能管理主要针对网络性能进行管理，通过对网络性能的监测，保证网络能 够平稳、有效、安全地运行。并通过对网络设备数据的采集和分析，给网络管理 人员提供充足、完整的网络运行数据，使得网络管理人员能够根据网络状况制定 适合的运行策略，使网络在最高效的状态下运行。 在性能管理的实现中，性能数据采集是性能管理的基础。性能管理系统必须 能够按照给定的性能指标按一定的采集频率采集相关的性能数据。在此基础上， 对性能数据进行统计分析处理从而实现性能综合评价和管理。 而本文主要就性能数据采集进行详述，进一步的性能分析以及相关的s l a 评测不是本文论述的重点。 2 1 性能指标度量 9 】【1 0 】 性能管理的主要目标就是衡量网络提供的服务质量，对网络性能进行测评。 所以，管理一个通信网络的首要条件就是度量网络性能的能力，也就是要选择合 适的指标来衡量网络的性能。通过性能指标来反应网络的运行状况，判断网络运 行是否正常。 在测量i n t e m e t 网络性能时，如果没有统一的度量标准，那么测量结果将难 以理解并且无法在不同的实现方法之间进行比较。1 9 9 5 年以来i e t fi p p m ( i p p e r f o r m a n c em e t r i c s ，i p 性能度量标准) 工作组开展了关于i n t e r n e t 数据传送业 务的质量、性能和可靠性方面的度量标准化工作。目前i p p m 已经设计出一个 i n t e m e t 性能测量的通用框架，为路径的连通性、延时、分组丢失率等性能指标 制定了度量标准，以便使i n t e m e t 用户和i s p 准确地理解n t e m e t 上端到端路径 的性能和可用性。 t c p i p 架构中，数据网络分为物理传输层、网络层、传输层以及应用层多 个层次。每一个层次都会影响网络性能，但是不同的层次对网络性能的总体的影 响程度不同。就目前通信发展来说，网络层之上各层的性能对网络总体性能 影响更大。因而，在实际测量中，我们关心的多为网络层之上的传输性能。 而对于i s p 提供的骨干网一般采用网络层测量，以评估其提供的网络链路或 路由器、服务器等网络节点的性能。因为，对于网络层来说，其承担的任务是提 供面向非连接的数据包服务。非连接的服务使得口层的数据遵循尽力传送的原 则。尽力传送原则和数据包服务这两个特点是网络层发生拥塞的根本原因：当网 络层的数据包数量上升到一定程度以后，罱络层不会对数据自动进行调整和优 1 9 北京邮电大学硕士研究生毕业论文l p 同实时性能管理系境的设计与实现 化，从而导致网络性能的迅速下降。在拥塞发生时，网络将丢弃不能被处理的数 据包，数据包韵丢弃导致重发，就会进一步加剧网络拥塞最后可能导致网络的 瘫痪。 就网络层而言，影响其性能的主要是带宽、路由器、路由协议。一般带宽的 利用率一旦超过7 0 ，带宽性能就会急剧下降。路由器的性能主要包括：处理能 力、内存等。带宽和路由器的性能形式主要是丢包和延时。路由协议的性能表现 为网络路由器的收敛时间、带宽占用和可靠性等等。 因而，网络层的性能指标主要包括带宽、时延、路由、丢失率、连通性等； 根据上述的性能指标类型以及在c m n - e t 省网网管系统中规定的承载网设备链 路管理和业务管理的性能指标，我们给出了针对当前设计的性