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可复用的网络拓扑管理子系统的设计与实现 摘要 随着网络规模的扩大化和复杂化，网络管理系统开发中存在的开 发效率低、可扩展性弱的问题极大地制约了网络管理系统的发展，因 而如何提高网络管理系统的开发效率、增强网络管理系统的扩展能力 成为当前网络管理研究中的一个热点问题。 本文在依据实际业务需求的基础上，深入了解网络拓扑管理功能 需求，分析拓扑管理的内容和流程，提出了一种基于管理对象和视图 机制的网络拓扑管理子系统的设计方案，并利用基于管理对象的设计 方式，实现了对当前网络拓扑管理三层模型的扩展，利用视图机制实 现数据映射，降低了对系统具体需求的依赖性，从而实现了可复用的 网络拓扑管理子系统，并已经成功应用于多个大型项目中，达到了可 复用网络拓扑管理子系统设计的目的。 关键字：复用拓扑管理管理对象数据映射 d e s i ( 了na n di m p l e n 狲t a t i o no f r e u s a b l en e t w o r kt o p o l o g ym _ a n a g e m e n t s u bs y s t e m a b s t r a c t w i t ht h ee x p a n s i o no ft h en e t w o r k ss i z ea n dc o m p l e x i t y , t h e p r o b l e m se x i s ti nt h ed e v e l o p m e n to fn e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e m ，s u c h a sl o we f f i c i e n c y 、w e a ks c a l a b i l i t y ，g r e a t l yr e s t r i c t e dt h ed e v e l o p m e n to f t h en e t w o r k t h u sh o wt o i m p r o v en e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e m s d e v e l o p m e n te f f i c i e n c y , a n de n h a n c et h ec a p a c i t yo fe x p a n s i o nn e t w o r k m a n a g e m e n ts y s t e mh a sb e c o m e ah o ti s s u e i nt h i sp a p e r , b a s e do na c t u a lb u s i n e s sn e e d s ，b a s e do nb e t t e r u n d e r s t a n d i n go ft h et o p o l o g yf u n c t i o no fn e t w o r k , b ya n a l y z i n gt h e c o n t e n ta n d p r o c e s s e s o ft o p o l o g y m a n a g e m e n t ，b yu s i n g t h e m a n a g e m e n t - o b j e c td e s i g np a t t e m ，i m p l e m e n t i n gt h ee x p a n s i o no ft h e c u r r e n tt h r e e t i e rm o d e lo ft h en e t w o r kt o p o l o g ym a n a g e m e n ts y s t e m ， u s i n gt h ev i e wm e c h a n i s mt o r e a l i z e dd a t am a p p i n gw h i c hr e d u c e s d e p e n d e n c eo ft h es p e c i f i cn e e d s t h i st h e s i sp u t sf o r w a r daw a yt od e s i g nt h en e t w o r kt o p o l o g y s u b s y s t e mb a s e do nm a n a g e m e n t o b j e c ta n dv i e wm e c h a n i s m ，a n dg i v e s a ne x a m p l eo ft h ei m p l e m e n to ft o p o l o g ym a n a g e m e n ts u b s y s t e m t h es y s t e m sp u r p o s ei st of u l f i l lt h en o r m a lr e q u i r e m e n to fn e t w o r k t o p o l o g ym a n a g e m e n t ，t om a k et h es y s t e mt ob er e u s a b l e a f t e rt e s ta n d p r a c t i c ei ns e v e r a lp r o je c t s t h i ss y s t e mh a sb e e np r o v e dt ob ee f f e c t i v e k e y w o r d s ：r e u s e ，t o p o l o g ym a n a g e m e n t ，m a n a g e m e n to b j e c t ， d a t am a p p i n g 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： 卜 本人承担一切相关责任。 日期： 三啤：墨1 2 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 留并向国家有关部门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 本人签名： 导师签名： 适用本授权书。 日期： 墅z 墨：12 日期：牛珥一 北京邮电大学硕士研究生毕业论文可复用的网络拓扑管理了系统的设计与实现 第一章概述 1 1 研究背景 伴随着网络业务和应用的丰富，对网络的管理与维护也就变得至关重要。无 论是计算机网还是传输网，网络管理系统已成为网络构建和维护中必不可少的重 要组成部分n 1 。网络管理系统的网络拓扑管理是网络管理系统中最为基础的部 分，网络管理系统中大部分的功能都将通过拓扑图来进行体现，这是网络拓扑管 理在网管系统的重要地位表现。 网络的拓扑是指网络中各个节点在物理上或逻辑上的布局，称为网络的物理 拓扑或逻辑拓扑，相应地包含了网络节点之间物理的或逻辑的关联关系。掌握被 管网络准确的且及时更新的拓扑信息是网管系统实现性能评估、事件综合分析、 故障定位、资源管理等一系列功能的基础船1 。例如，网络中单一故障可能导致相 关的大量设备都产生报警信号而形成报警风暴。这时，对于故障原发节点的准确 定位显然离不开关于网络布局和节点连接关系的信息嘲。精确而完整的网络拓扑 图有助于分析设备和链路失效的影响。只有及早甄别出可能影响大量用户的单点 故障，网络管理员才能在用户的抱怨爆发之前就提高网络的可用性，如增加备用 路径4 | 。 网络拓扑管理子系统是网络管理系统中实现灵活且难度大的子系统。它不仅 要求与网络拓扑搜索子系统间设计接口，以图形符号形象、直观、准确的显示出 网络设备以及其之问的连接关系以及设备属性等信息，还应对网络告警子系统与 网络性能子系统进行实时交互，体现对网络的监视功能1 。 1 2 本文要解决的问题 目前，网络拓扑管理子系统均集成于网络管理系统中，作为网络管理系统中 最重要的管理与呈现的部分，一般的网管系统在开发过程中需要重新开发一套功 能类似的网络拓扑管理子系统。这类子系统一般限制于开发环境与数据库，设计 过程中以功能为导向，不关心系统的开放性与扩展性，可移植性与可复用性都不 强。 实现网络拓扑管理子系统的技术基础比较常用的有两种：调用第三方图像接 口技术与自设计图像接口技术。调用第三方图像接口技术对于系统开发来说实现 周期短，见效快，但是由于接口固定，扩展起来不方便，而自设计图像接口则因 为重新封装图像基本接口，需要耗费额外的开销，开发周期比较慢，不过，由于 北京邮电人学硕f ：研究生毕业论文町复用的网络拓扑管理子系统的设汁0 实现 接口的设计是自身定义的，所以可扩展性比较好。 网络拓扑管理子系统的架构设计一般基于三层模型：数据层、业务层、表现 层。数据层主要负责对基础数据的收集与存取操作，业务层主要针对各种不同业 务数据的事务处理与状态分析等功能，表现层主要负责对数据的内容与分析以图 表的形式来表现。每个层次中都集合了拓扑具体对象，采用这种方法的网络拓扑 管理子系统的结构如图所示： 网络拓扑管理子系统 表现层 拓扑对象a拓扑对象b 1 l rt 业务层 拓扑对象a拓扑对象b 一 t 数据层 拓扑对象a拓扑对象b 图1 - 1 一般的网络拓扑管理子系统的结构 这种结构的设计可以实现网络拓扑管理相关功能，但也存在以下问题： ( 1 ) 对系统具体需求依赖性性强 业务层与数据层的设计都针对具体系统来实现，因此一旦系统需求发生变 化，就需要修改原有功能甚至重新设计。 ( 2 ) 可移植性差 不同网络的拓扑管理功能之间会存在着一定的差异，若依据上述结构，完成 对新的网络的拓扑管理功能，只能重新设计业务层与数据层。 ( 3 ) 系统兼容性差 如果需要在一个已经开发完成的后台模块的基础上集成该网络拓扑管理子 系统，而且不对该子系统作任何的改动，目前来说难度很大。 因此，本文研究的可复用的网络拓扑管理子系统面临的问题主要归结为以下 几点： ( 1 ) 随着应用于不同网络的网络管理系统中，网络拓扑管理子系统的研发应 选择何种技术基础比较合适，是采用第三方图形接口，还是采用自设计图形接 口? 2 北京邮电大学硕士研究生毕业论文可复用的网络拓扑管理了系统的设计与实现 ( 2 ) 如何降低该子系统与具体需求的依赖性，实现子系统的独立性，从而使 系统的可复用性增强，提升网管系统的开发效率。 ( 3 ) 对于不同网络之间的通性，如何在子系统中体现出来，从而使得子系统 可在多种网管系统中的得到应用。 ( 4 ) 不同的项目需求可能会要求开发新的拓扑业务，因此如何实现在现有拓 扑功能的基础上快速研发新的拓扑功能是设计中需要考虑的问题。 ( 5 ) 网络管理系统是由多个子系统组成的，网络拓扑管理子系统只是其中的一 个部分，如何实现该子系统与其他子系统( 例如告警管理子系统、性能管理子系 统等) 无缝对接是子系统成功应用的关键问题。 解决了这些问题和矛盾，也就满足和实现了网络拓扑管理的根本需求和目 标。随着各种网络业务的开展，面临着新的网络规划、拓扑需求，系统研发资源 势必紧张，迫切要求系统能重用通用拓扑管理基本功能，把研发的主要精力放在 新的拓扑业务扩展上面。本文介绍的网络拓扑管理子系统虽然不一定能应用于所 有网络，但能最大程度的为网管系统的研发工作提供一致性的支持，节省了大量 的人力和资源。 1 3 论文期间主要工作 本人在研究生期间主要参与了某企业的综合监控系统和i t 网管系统的拓扑 管理部分的开发工作、某国家部门网管系统的拓扑管理与架构分析的相关工作， 通过对网络拓扑知识的学习，了解了i p 网络与传输网络等多种网络的特点与基 本原理。特别是通过参与i t 网管系统的开发，深入的了解三层交换、二层交换 的概念与实际应用，对通过使用设备支持的m i b 库来获取设备信息来提高网络拓 扑管理工作的效率和成果深有体会，通过参与该系统的开发和试用，看到了网络 拓扑管理系统对网络管理的重要作用。 在完成该论文的过程中，我和同事们从收集i p 网络和传输网络相关的资料 开始，学习其原理和技术，了解其发展的历程、现状和趋势，并咨询客户在网管 过程中的对网络拓扑的基本需求，从而制定出该子系统的初步需求分析。在前期 不断完善需求之后，与用户一起商讨出系统的架构，并逐步细化出详细的功能设 计。在充分的准备工作做好以后，我们开始了系统的开发与测试，并最终完成了 试用。 该子系统目前己基本完成功能模块，大部分功能已经通过测试投入试用，并 应用于多个大型网络管理系统中，将开发周期缩短一半左右，充分体现了可复用 性的高效率。 本文将以正在使用中的某企业i t 网管系统为系统原型，介绍该网络拓扑管 3 北京邮电大学硕+ e 研究生毕业论文可复用的网络拓扑管理了系统的设计与实现 理子系统的设计思路与详细设计过程，通过对子系统的设计描述来体现如何解决 上面提出的问题。 1 4 论文内容及结构综述 本文以某企业的i t 网络系统的拓扑管理子系统为例，通过网络拓扑管理的 相关理论介绍，来展示该子系统的总体设计方案与设计思路，并详细阐述该子系 统的设计与实现。 论文分为血章，第一章概述，简要介绍该项目的研究背景和本论文要解决的 主要问题，以及本人在论文期间做的主要工作。 第二章网络拓扑管理的原理及其发展现状，介绍网络拓扑管理的原理和发展 现状，包括i p 网络和传输网络拓扑管理原理的概述、网络拓扑管理相关的原理 知识和技术介绍、网络拓扑管理的发展现状认识，从而深入理解网络拓扑管理对 网络研究的必要性。 第三章可复用的网络拓扑管理子系统的总体设计，首先分析可复用网络拓扑 管理子系统实现的目标和应当具备的特点，然后针对该目标与特点提出三点设计 思路，包括基于管理对象的设计、管理对象到数据库的映射、网络拓扑管理基本 功能的实现，最后详细说明数据库设计，介绍各视图对应关系与相关技术的设计 与实现。 第四章可复用的网络拓扑管理子系统的详细设计与实现，首先通过对子系统 的软件结构层次设计和功能模块设计进行分析，然后就系统实现过程中的两种关 键技术进行描述，最后针对子系统的三个主要功能模块的实现作详细的阐述。 第五章可复用的网络拓扑管理子系统的应用情况分析，首先描述该子系统的 作用，然后就具体的应用案例进行分析，分别从数据准备、系统集成、业务扩展 三方面进行介绍，最后对该子系统的应用效果进行简单的介绍。 第六章总结与展望，分析该系统目前还存在不足问题，总结了仍有待完成和 改进的地方，对今后该子系统的建设进行展望。 4 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 可复用的网络拓扑管理子系统的设计与实现 第二章网络拓扑管理的原理及其发展现状 2 1 网络拓扑管理的原理与技术 2 1 1 网络拓扑管理概述 随着网络规模的日益庞大和拓扑结构的日益复杂，网络管理系统的地位变得 越来越重要，它已经成为保障整个网络能够正常运行的一个重要组成部分，而网 络拓扑管理是实现一个网络管理系统的基础，在整个网络管理系统中占有非常重 要的地位，也是评价一个网络管理系统性能的一个重要方面。简明精确的网络拓 扑图对于网络管理和网络流量测量、网络行为学研究都是十分重要的【6 1 。例如， 网络故障、流量瓶颈等重要信息能直接显示在网络拓扑上，这样网络管理员对当 前的网络状况就有一个清楚的认识，对哪里发生了故障一目了然。如果网络拓扑 上显示一条链路总处于满负荷传输状态，那么扩大该条链路的容量对提高网络性 能将有很大帮助。此外，网络拓扑对网络仿真也十分重要，要仿真能否在现有网 络上新开放一种应用，必须首先有正确的网络拓扑。 网络拓扑管理可包括网络拓扑信息获取和网络拓扑信息使用两个部分。网络 拓扑信息获取是指通过一定的手段从当前网络中获取被管对象的相关信息或从 已知信息中筛选出需要进行管理的拓扑信息，从而可对拓扑信息进行处理，以用 于对网络的管理。而网络拓扑信息使用是指充分利用已有的拓扑信息，对需要关 注的被管对象进行呈现，通过必要的技术手段对该被管对象进行参数配置、性能 监视、告警监视等，实现对网络的管理，提高网络设备的可靠性，从而提高网络 的稳定性，改善用户感受度。 网络拓扑信息获取和网络拓扑信息使用并不是孤立的，二者之间相互影响， 密不可分，网络拓扑信息获取的准确度影响着信息使用的正确性，拓扑信息使用 可以给予拓扑信息获取部分反馈，用于明确拓扑数据获取的需求。网络拓扑管理 的好坏往往反映出网管系统对当前网络的管理程度，而且它是一项任务量大、过 程繁杂的工作，是需要我们花费大量精力和人力进行研究的。 2 1 2 网络拓扑管理的工作流程 网络拓扑管理有其固定的生命周期。一般来说，首先是数据获取阶段，通过 一定技术手段获取到所需的拓扑数据；然后是数据分析阶段，对获取到的拓扑数 北京邮电大学硕 ：研究生毕业论文可复用的网络拓扑管理了：系统的设计j 实现 据进行综合分析和判断，形成一个涉及到多管理对象信息及关系的存储池；接着 是呈现阶段，根据用户需求呈现相关拓扑信息，并随着需求的变化，可以不断地 调整呈现模式、呈现内容；最后是使用阶段，用户通过固有指令或操作对图形化 的拓扑数据进行控制，配置和监视被关注的被管对象，从而实现网络拓扑管理的 目标。 日常的网络拓扑管理通常包括统计数据和对数据的分析、对网络故障的处 理、对性能指标和告警的检测等。长期的网络拓扑管理包括对网络规模、建设、 收益等发展进行综合预测，为决策部门提供决策依据，对新业务的开发提供必要 的技术支持等。 具体来说，日常网络拓扑管理工作的主要内容为： ( 1 ) 对重大告警进行监视：配合维护人员进行处理，及时发现和解决系统出现的 各类问题； ( 2 ) 分析网络运行状态：通过收集和分析网络性能统计数据，监测网络的运行状 态和运行质量并对其进行合理评估和分析，积极采取措施预防故障产生； ( 3 ) 检测、更新网络设备配置：通过对网络设备的配置信息采集，对合法主机进 行配置更新，对非法主机进行发现与处理，实现对网络内设备的完全管理。 ( 4 ) 优化网络结构：定期对网络关键设备进行数据采集，通过对流量数据与丢包 数据的现状及发展趋势的分析，及时采取措施进行网络结构和网络资源配置 的优化，提高网络资源利用率； 网络拓扑管理是一项复杂而庞大的系统工程，只有采取合理的方法技术和科 学的管理，才能取得良好的效果。 2 1 3 网络拓扑管理的主要方法 针对不同网络的特点，网络拓扑管理关注的重点是：告警的呈现问题、性能 的监视问题、设备配置的更新问题。告警的实时呈现问题是指对设备、网络发生 的故障，应尽快地将这个告警在界面上呈现出来，以便于相关人员对告警故障的 及时处理；性能的监视问题是指对当前设备、链路的性能进行呈现，使用户能对 当前网络有一个全面的了解，甚至可以根据性能指标作为告警依据，有利于对设 备性能相关信息的管理；设备配置的更新问题是指可以通过拓扑界面对指定设备 进行配置性能数据采集、告警数据采集等信息，从而实现数据配置的简单化、方 便化，有利于提高用户的操作准确性。 网络拓扑管理包括的内容有很多，分类方法也不同，针对上一段提出的这些 重点问题，网络拓扑管理需要解决的主要有：告警实时性、性能实时性、配置准 确性等。 其中告警实时性是指在告警发生的同时或者最短时间内，将该告警信息呈现 6 北京邮电大学硕十研究生毕业论文可复用的网络拓扑管理了系统的设计与实现 于界面上，以便于用户直观、明确地了解当前网络、设备是否正常运行，并且在 出现问题的情况下，及时定位问题、解决问题；性能实时性是指如何将设备、链 路性能实时呈现在用户界面，以便于用户对重点关注设备、链路的情况能及时掌 握，并对可能发生的情况进行预测、预处理；配置准确性是指对用户配置信息的 准确程度进行智能化检测，避免因为错误配置信息导致的设备、链路问题，使配 置信息的健壮性、正确性得到保证，从而降低无关错误输入信息的对系统的干扰， 达到用户错误操作而不影响系统的目的。 2 2 网络拓扑管理的发展 2 2 1 网络拓扑管理技术现状 网络拓扑管理涉及的技术领域有拓扑搜索技术、图形呈现优化技术、实时通 信技术、数据存储优化技术等。同时，随着网络容量的不断扩展，网络用户数量 的不断增加，网络设备的多样化，网络拓扑管理工作对工程师的技术要求也相应 地越来越高。 网络拓扑管理技术具体来说包括：基于s n m p 的拓扑搜索技术、图形坐标 自动生成技术、基于消息机制的实时通信技术、基于s e r v e r p u s h 的实时通信技术、 图像呈现优化技术、拓扑存储优化技术等。对这些技术进行深层次的分析和钻研 可以拓展拓扑管理工作的方法和手段，改善网络效果。下面我就将其中的一些技 术进行一下分析和介绍。 ( 1 ) 基于s n m p 的拓扑搜索技术 在网络设备的m i b 库中含有网络连接的信息，基于s n m p 的网络拓扑搜索技 术就是通过采集设备的数据从中提取出关于网络拓扑的信息。路由器的一个端口 可以连接某一个子网，也可以连接其他的路由器。当一个子网的某台机器向别的 子网发送数据时，数据包首先到达本地子网的缺省路由器，缺省路由器检测数据 包中的目的地址，根据其路由表确定该目的地址是否在自己直接相连的子网中， 如果是，则把数据包直接送往目的地，如果不是，则转发给路由表中规定的下一 个路由器，下一个路由器再进行类似处理，直到到达目的地。对于指定深度的网 络，基于s n m p 的拓扑发现算法通常是使用一个种子路由器，获取其路由表内 记录的所有可达网段，以及到达该网段所经历的下一跳路由器的端口地址及相 关路由信息，然后它将继续扩展其搜索，一直达到用户指定的深度为止，同时它 还可以获得每个路由设备的所有端口的直连子网及其相应的子网掩码，根据这 些信息，获取到这些子网中所有活动的其他网络设备【2 1 。 ( 2 ) 图形坐标自动生成技术 在网络拓扑图形显示过程中，合理的给网络实体分配坐标，使它们比较美观 7 北京邮电大学硕一l j 研究生毕业论文可复用的网络拓扑管理子系统的设计j 实现 地分布在屏幕上是一个技术难点【_ 7 1 。通过对网络被管对象的分层化处理，可自动 生成星型、环型的网络拓扑结构图，从而实现拓扑坐标的自动布局，提高拓扑呈 现的美观性与便捷性，达到真正的智能化网络拓扑管理的目的。 ( 3 ) 基于消息机制的实时通信技术 对于客户端n 务器模式的网络管理系统中一般采用消息机制来实现告警、性 能等数据的实时通信。消息机制即利用消息客户端发送消息，利用消息服务器来 接收或转发消息，消息客户端与消息服务器之间可通过端口绑定的方式建立通信 的可靠信道。这种消息传递机制优点在于实时性较好，通信可靠性较高，但是缺 点在于在开发过程中需要对消息客户端、服务器的研发工作，工作量较大。 ( 4 ) 基于s e r v e r p u s h 的实时通信技术 对于浏览器朋艮务器模式的网络通信系统中可采用s e r v e r p u s h 技术来实现实时 通信。s e r v e r p u s h 技术即服务器推技术，利用服务端根据触发事件主动向客户端 浏览器发送消息，比起传统的客户端取模式的优势在于，不用通过轮询的方式来 获取需要实时通信的信息，即提高了通信效率，又降低了服务器的负载，对系统 的性能提升有很大的改观，但是缺点在于该技术的成熟性还不强，并发程度还远 远不能达到大型网管系统的应用。 ( 5 ) 图像呈现优化技术 利用网络分层的思想，对需要的呈现的图像进行分层显示，每次根据用户的 指令分批载入网络拓扑数据，从而减少一次载入时所需的数据量，并根据内存占 用情况分析删除目前用户不使用的拓扑信息，以减少拓扑数据在内存中占有量， 降低由于数据量过大对图像呈现性能的影响。 随着网络的发展，现有的网络拓扑管理技术也不能止步不前，需要不断摸索 新的管理方法和手段来收集更多的数据和信息以开辟新的拓扑管理空间。尽管目 前几乎所有的网络管理系统都专门配备了拓扑管理模块来进行网络拓扑的管理， 但从网络拓扑管理技术的发展趋势来看，利用新技术和新方法来优化网络管理系 统中开发拓扑管理部分的重复性工作是一个必然的趋势，总的来说，今后的网络 拓扑管理技术将向智能化和复用化方向发展，越来越多的精力将从以前的繁琐重 复工作中解脱出来，从而投入到新业务和新功能的研发中。 2 2 2 网络拓扑管理工具现状 目前，网络拓扑管理的工具比较多，针对不同的技术范畴，网络j f 程师采用 不同的工具，基于这些网络拓扑管理优化技术，已有的网络拓扑管理工具主要有 以下三种类型： ( 1 ) 各设备商自带的设备网管软件； ( 2 ) 第三方企业为具体需求定制的网管软件； 北京邮电大学硕：研究生毕业论文可复用的嘲络拓扑管理子系统的设计与实现 ( 3 ) 免费的功能较简单的网管软件。 本文设计的网络拓扑管理子系统均不同于以上三种类型的工具，是对这三类 工具的结合与完善。尽管这些工具给网络管理工程师完成管理工作带来了很大的 方便，但由于它们往往只针对网络拓扑管理过程中的某个特定领域，适用的领域 并不太广，一般受到专业限制比较多。另外，网络管理工程师往往借助于单一类 型的网络数据进行对比和分析，而不是根据所有与网络相关的数据来对当前网络 进行分析判断，这显然有一定的局限性。 因此，设计出一套能综合各网络基本相关功能，可实时反映最新数据，支持 不同分析方式的可复用的网络拓扑管理子系统是能为网络管理过程提供便捷快 速操作、节省人力和资源的极具实际意义的一项工作。 2 3 可复用的网络拓扑管理子系统的建设必要性 在整个网络拓扑管理的生命周期中，难度最大的是拓扑数据分析阶段，工作 量较大的是数据库建设、图形处理和对外接口部分。为了将开发人员从工作量最 大、当难度相对较低的数据获取、图形处理和对外接口部分的工作中解放出来， 一套支持一体化流程处理和能够实现基本网络拓扑管理功能的拓扑管理子系统 是对网络拓扑管理工作的最佳选择，也是我们准备设计并实现的网络拓扑管理子 系统所要达到的效果。 随着网络规模的扩大、用户数量的增长、各类业务的推出，市场和用户对网 络拓扑管理与拓扑业务提出了更高的要求，但目前网络拓扑管理工作中由于系统 拓扑管理模块的固化程度严重、可扩展性不强，已经阻碍了拓扑管理的深入开展， 目前的拓扑管理结构的设计一般基于三层模型：数据层、业务层、表现层，这样 的结构设计虽然可以实现网络拓扑的相关的功能，但由于对具体需求依赖性过 强，也存在以下问题： ( 1 ) 业务层与数据层的设计都是针对具体需求来实现，一旦需求发生变化，就需 要修改原有功能甚至重新设计。 ( 2 ) 不同网络的拓扑管理功能之间会存在着一定的差异，若依据上述结构，要完 成对新的网络的拓扑管理的功能，只能重新设计业务层和数据层。 ( 3 ) 如果需要在一个已经开发完成的后台模块的基础上集成该网络拓扑管理子系 统，而且不对该子系统作任何的改动，目前来说难度很大。 因此，针对上述存在的问题，我们需要优化网络拓扑管理的结构，来降低与 实际需求的耦合度，并提高系统的可扩展性，从而达到网络拓扑管理子系统可复 用的目的。 建设一套可复用的网络拓扑管理子系统，借助于告警管理子系统、性能管理 子系统实现告警数据的管理、性能数据的落实，在此基础上，整合各种后台分析 9 北京邮电大学顾。仁研究生毕业论文可复用的网络拓扑管理了系统的设计与实现 功能，逐步实现智能分析和自动优化，为网络管理提供可靠数据分析、告警处理 支持，是有效解决网络管理工作问题的重要手段。 2 4 本章小结 本章首先就网络拓扑管理的原理与相关技术进行介绍，主要描述了网络拓扑 管理的工作的四个阶段，并具体分析了网络拓扑管理的日常工作内容，然后就网 络拓扑管理的技术现状与管理工具的现状进行调查研究，最后对网络拓扑管理子 系统的建设必要性进行阐述，从而体现系统的建设的价值。 基于管理对象与设计模式的网络拓扑管理子系统的设计将在下一章中具体 介绍。 l o 北京邮电大学硕上研究生毕业论文可复用的网络拓扑管理子系统的设计与实现 第三章可复用的网络拓扑管理子系统的总体设计 3 1 可复用的网络拓扑管理子系统的实现目标 建设可复用的网络拓扑管理子系统的目标是通过界面来呈现各种网络的拓 扑结构，对投入运行的网络采集出的数据进行分析，对需要关注的因素( 例如告 警故障、性能超门限等) 进行体现，并通过参数调整等技术手段，来实现对设备 的配置更新，使网管对当前网络的状态掌握的更加准确，同时利用开发过程的技 术手段来实现通用的网络拓扑管理功能，节省了系统的开发时间，将基本网络拓 扑管理开发所需的精力都投放到特定网络独有业务上，从而提高了系统的开发效 率。 本文介绍的某企业的网络拓扑管理子系统，定位于实现网络拓扑基本管理功 能，开放合适的对外接口，保证与外部子系统良好通信，并保留部分内部封装接 口，以实现可扩展设计，有利于达到该子系统复用的目的。 3 2 可复用的网络拓扑管理子系统的系统特点 本文介绍的网络拓扑管理子系统采用客户端服务器框架结构，支持多级系统 的部署要求。软件设计采用分层结构和模块化设计，结合多种设计模式，实现该 系统的可扩展设计；使用数据库视图技术，降低对系统集成、移植时的数据兼容 性要求，从而提高该子系统的存活周期。 该子系统设计为以j a v a 的s w i n g 插件为基础，同时运用数据库的视图技术来 实现子系统对其他子系统的无缝对接以及和网管系统的集成。在网络拓扑管理子 系统中，通过视图映射的方式将数据从实体数据库中取出，然后利用数据处理的 功能模块来处理数据库数据与管理对象之间的数据映射，再通过业务分析的功能 模块来分析各种数据之间的联系和区别，从而满足拓扑业务的需求，最后利用图 形化界面的方式来呈现数据。 用户界面简洁、友好，操作简单，提示清晰，即使新用户操作也可快速上手， 对网络拓扑管理方面的专业知识要求不多，从而降低了对用户知识的要求。各种 呈现图标，运行参数等可由用户自由配置，提供灵活多样的分析方式，具有灵活 性好、扩展性强的特点，方便系统的维护。 北京邮电大学侦卜研究生毕业论文可复用的嘲络拓扑管理子系统的设计j 实现 3 3 可复用的网络拓扑管理子系统的设计思路 由于不同网络间的差异化结构，网络的拓扑管理也呈多样化的发展趋势。传 统的设计方式不能满足同益发展网管系统的丌发要求，而可复用的网络拓扑管理 子系统的设计形式有利于将更多的精力投放到新的业务与功能的丌发上。 可复用的网络拓扑管理子系统设计的根本原则是在实现网络拓扑管理基本 功能的基础上实现系统复用。因此该子系统的设计思路主要有3 点：基于管理对 象的设计、管理对象到数据库的映射、网络拓扑管理基本功能的实现。 3 3 1 基于管理对象的设计 管理对象是对网络资源的抽象【8 1 ，即对网络拓扑基本元素，包括网络设备、 网络关系、网络类型等资源的归纳和概括。网管系统要管理的各种网络拓扑元素 不管该元素是实际存在的物理资源( 如交换机等) 或是逻辑资源( 如网络等) ，都可 抽象为管理对象，而每个具体管理的元素可以看作是管理对象的一个实例【9 】。管 理对象基类根据网络拓扑元素特性可划分为三大具体管理对象类( 继承自管理对 象类) ：网元类、网络类和关系类。每个具体资源都可继承于三大管理对象类， 管理对象的设计方式如图所示： 图3 1 管理对象的设计方式 从上图可以看出，对管理对象的描述有三个层次，从具体的管理对象实例的 层次( 图中的最底层) 来看，每个网络拓扑元素都是一个个独立的管理条目，因此 这个层次的网络拓扑管理子系统是很难实现的。从具体的管理对象类( 图中的中 间层) 来看，网络拓扑元素是具有特定属性和支持特定操作的具体管理对象类的 实例，这个层次的网络拓扑管理系统可以实现对不同的管理对象进行区分对待， 目前大部分网络拓扑管理子系统都是这样实现的，但是会存在前面描述的问题。 从管理对象基类的层次( 图的最上层) 来看，任何网络拓扑元素在这个层次上看都 1 2 北京邮电大学硕士研究生毕业论文可复用的网络拓扑管理了系统的设计与实现 是一样的，拥有相同的属性，支持相同的操作，在这个层次实现的网络拓扑管理 子系统将不再关心具体网络拓扑元素的特性，因为它所面对的是一个抽象的管理 对象，所以该层次的网络拓扑管理子系统对任何种类的网络拓扑元素可以实现无 差别管理，从而使该系统有着极强的通用性、可扩展性、可移植性，克服了一般 从第二个层次考虑的系统带来的缺点。 3 3 2 管理对象到数据库的映射 建设一个可复用的系统，不仅仅是要提供丰富实用的功能，更要实现系统的 可扩展性与系统兼容性。只有系统可扩展性与兼容性好，才能更好的实现系统的 复用。 网络拓扑管理子系统与数据库的数据耦合度决定着移植与集成效率高低，当 系统与数据库的耦合程度越低，系统移植或集成就越方便，所以构建管理对象到 数据库的映射有利于实现网络拓扑管理子系统的复用。 管理对象到数据库的映射主要采用视图机制，包括操作和映射两部分。操作 是指封装数据库的查询、更新等基本操作，通过调用开放接口，可执行单条与多 条记录的操作，并且在操作过程中采用事务设计，保证数据执行的完整性与正确 性。映射是指将视图中的数据映射到管理对象的具体字段中，将对视图中数据的 操作映射到实体数据库中，管理对象到数据库的映射如图所示： 管理对象 ? 操作 ? 操作 ? 视图层 图3 - 2 管理对象到数据库的映射 从上图可以看出，在管理对象和实体数据库中增加一个视图层，有利于管理 对象与实体数据库的分离，使管理对象的数据设计实现松耦合，但是这种设计方 式有一个难点：对于跨表建立的视图，添加、删除、修改上将无法由数据库自动 实现，需要做额外的工作来完成。 北京邮电人学硕上研究生毕业论文可复用的网络拓扑管理子系统的敬汁j 实现 3 3 3 网络拓扑管理基本功能 通过对网络拓扑管理通性的研究，网络拓扑管理的基本功能根据与业务耦合 程度可分为简单功能与复杂功能。简单功能指与业务耦合度低，可复用性较强的 基本功能，复杂功能是指与业务耦合程度，常常与具体的网络类型、用户需求密 切相关的功能，一般是丌发中的重点也是难点，这一部分往往可复用程度比较低， 但这部分可通过对简单功能的调用、组合来提高丌发效率。 简单功能可通过对图形呈现、图元操作的封装束实现，由于网络管理的基本 功能需求，对于一般的网络拓扑管理都应该存在这些简单功能，具体的类型描述 如下所示： 图元连接基本操作( 选择、移动、放大、缩小) 图元连接定位操作 图元连接显示操作( 显示、隐藏) 图元连接属性显示 图元连接变色操作 复杂功能有根据业务模式可分为现有复杂功能与将来复杂功能两种。现有复 杂功能指基于现有业务模式的基础上，通过对当前各类网络的特性研究，对多种 用户需求、成型产品、固定功能的研究，分析出现有的业务需求，从而实现的复 杂的网络拓扑管理功能；将来复杂功能是基于业务发展模式的基础上，通过对新 技术研究与市场未来需求导向的研究，分析出将来可能需要的网络拓扑管理功 能，从而能使该网络拓扑管理功能处于领先的地位。复杂功能的具体类型描述如 下所示： i p 物理网络三层呈现：路由器、二层交换机、p c 终端 网络划分呈现：每一个网络呈现云图，云图为该网络具体形态入口 传输网络链路呈现：可选择呈现每一条链路具体设备 路由选择链路呈现：可呈现每个设备的路由选择链路 无线通信信道呈现：可呈现无线网络通信信道的拓扑结构 网络拓扑管理的基本功能根据事件交互的模式又可分为内部交互模式、外部 交互模式。内部交互模式是指根据用户指令、用户操作来实现对拓扑数据、管理 对象的交互，这种模式的交互逻辑一般在网络拓扑管理子系统的内部功能模块中 实现；外部交互模式是指通过网络拓扑管理子系统的开发接口，对外部子系统的 交互，例如告警子系统的告警实时呈现，由于实时性要求较高，因此需要利用网 络拓扑管理系统的接口在外部实现调用，从而提高实时性的要求。 内部交互模式的形式一般是用户对系统，这种模式的实现逻辑一般比较简 单，具体的类型描述如下所示： 1 4 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 可复用的网络拓扑管理子系统的设计与实现 用户鼠标操作( 左键、右键、双击) 用户图元操作( 增加、修改、删除) 用户键盘操作( 组合键、功能键、快捷键) 用户连接操作( 增加、修改、删除) 外部交互模式的形式一般是系统对系统，这种模式的实现逻辑较复杂，因而 实现过程一般在系统外部进行，从而避免对系统的独立性、可复用性的影响，具 体的类型描述如下所示： 实时告警交互 实时性能交互 设备配置数据交互 数据采集交互 总之，网络拓扑管理的基本功能是可以从根本上控制其复用程度的，对于可 复用性好，实现简单的功能，应设计成复用模块，从而提高开发效率，对于可复 用性差，实现困难的功能，应在设计过程中，为其的实现奠定好一定的基础，方 便将来的扩展与实现。 3 4 可复用的网络拓扑管理子系统架构设计 网络拓扑管理子系统的架构是整个软件体系实现的基础，良好的架构设计有助 于系统整体的层次化实现【1 0 1 。 网络拓扑管理子系统的架构按照功能可分为数据处理层、业务逻辑层、图形表 现层。三层间均通过抽象的管理对象来实现数据交互和可扩展设计。其中三层间 的数据交互均通过管理对象的基类来实现，这样的设计方式有利用降低各层次之 间耦合度，有利用将来基于管理对象的功能扩展，无论新拓扑业务需要何种新设 备、新资源，均无需修改原有代码，只需添加新功能代码即可。 数据处理层主要负责管理对象获取与交互功能；业务逻辑层主要负责拓扑业 务的处理与管理对象的分析；图形表现层则主要负责利用图树表等合适的形式来 呈现管理对象。原有网络拓扑管理子系统的架构与新型网络拓扑管理子系统的架 构对比如图所示： 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 可复用的网络拓扑管理了系统的设计与实现 - _ - _ - - - - - - i _ - _ - - _ - 现葡稻蝴 l 图3 - 3 原有系统架构与现有系统架构对比 它们之间的对比如下： a ) 原有系统的架构的实现是基于具体对象的，即错误! 未找到引用源。中 的中间层的具体管理对象类。将三层模型中的具体功能均分布与各具体 对象来实现，这样实现比较简单，但会存在前面提到的问题。 b ) 新型系统的架构将三层模型的功能抽象到管理对象基类中，通过管理对 象基类来降低各层之间的耦合度，并增强系统的可扩展性。 3 5 数据库设计 网络拓扑管理子系统的数据库设计主要是指视图层的设计，采用视图层的设 计方式可快速实现网络拓扑管理子系统与其他子系统的集成与对接，并不需要再 建立新的库表文件。管理对象到数据库的数据映射主要基于视图层的设计，利用 视图来将管理对象拓扑数据对应到实际库表中。视图层的设计主要包括网元、网 络、链路三部分的设计，这三部分的e r 图如图所示： 1 6 北京邮电大学硕士研究生毕业论文可复用的网络拓扑管理了系统的设计与实现 o 。no n 图3 - 4 数据库设计一e r 图 其中，数据库中网元、网络、链路实体均可映射到管理对象下的具体实体， 它们之间的关系也可映射到管理对象下的实体。 3 5 1 网元视图设计 网元视图主要对应管理对象类下网元类，由五部分组成：网元信息视图、网 元类型视图、网元信息视图对应触发器、网元状态视图、网元状态类型视图。 网元信息视图体现网元的基本信息，主要包括网元i d 、网元名称、网元类型 i d 、网元x y 坐标、网元描述六个字段，网元类型视图用于记录网元的具体类型， 包括网元类型i d 、网元类型描述，当网元类型扩展时，扩展的记录会体现在该视 图中，这两个视图的主要信息如表3 1 、表3 2 所示： 表3 1 网元信息视图( n o d e ) 字段名描述 n o d e i d n o d e n a m e n o d e t y p e i d n o d e p o s x n o d e p o s y n o d e d e s c r i p t i o n d e l f l a g 网元i d ，网元的唯一标识 网元名称 网元类型id ，用丁二标识网元的具体类型 网元早现时的x 坐标，当此项为空时，表明该网元无需显示 网元呈现时的y 坐标，当此项为空时，表明该网元无需显示 网元描述 网元删除标识，标识该网元从拓扑上删除( 可恢复) 表3 2 网元类型视图( n o d e t y p e ) 1 7 北京邮电大学硕上研究生毕业论文 町复用的刚络拓扑管理子系统的设汁j 实现 字段名描述 n o d e t y p e i d n o d e t y p e i n f o 网元类型i d ，用于标识网元的具体类型 网元类型描述，标识该网元类型i d 代表的具体类型 网元的坐标可以修改，由于视图的定义中，对于多表联合建立的视图是只允 许查询不允许修改，因此需要进行数据映射即创建一个触发器用于将网元坐标信 息的修改映射到实际库表对象上。触发器的设计流程为根据变化的数据找到该数 据对应的实际库表，并执行指定操作，具体代码结构如图所示： 图3 - 5 触发器代码结构 网元状态视图只记录当前网元的非正常状态，包括网元的告警状态与性能状 态，该视图的建立能优化告警查询与性能状态查询。网元状态类型视图用于记录 网元的状态类型，当网元的状态需要扩展时，扩展的记录会在该视图中体现出来。 这两个视图的信息如表3 3 、表3 4 所示： 表3 3 网元状态视图( n o d e s t a t u s ) 字段名描述 n o d e i d n o d e s t a t u si d 网元i d ，网元的唯一标识 网元状态i d ，代表网元的某种状态 表3 4 网元状态类型视图( n o d e s t a t u s t y p e ) 北京邮电大学硕上研究生毕业论文可复用的网络拓扑管理子系统的设计与实现 字段名描述 n o d e s t