浅谈计算机网络的计算机网络协议

浅谈计算机网络的计算机网络协议

随着世界信息数字化和信息数字化进程的加快，网络的概念不仅仅是空间。由于空间信息存储的连续性、相对安全性，以及网络不受地面环境的限制，卫星网络一直在发挥着越来越重要的作用。无论是商业网络还是军事网络，它都已成为一个伟大的领域和一体化国家。由不同轨道上多种类型的卫星系统,按照空间资源的最大有效利用原则,互通互连,有机构成的卫星网络,与陆、海、空基共同形成的天地一体化的网络系统,将真正实现全球范围的通信和资源共享。而对于这样一个包含卫星网络的、大规模、复杂的异构网,有效的网络管理具有极其重要的意义。但现存的简单网络管理协议(SNMP)是针对Internet制定的,通用管理信息协议(CMIP)管理协议是针对开放系统互联体系结构(OSI)制定的,它们都不能满足卫星网络管理的需要,因此必须提出一种新型的综合网络管理协议。1cmip协议的可扩展性和灵活性简单地说,网络管理就是控制一个复杂的计算机和通信网络使得它具有最高的效率和可靠地工作。目前就网络管理协议而言,主要存在两种,一种是由Internet工程任务组(IETF)提出的SNMP,另一种是国际标准化组织(ISO)提出的CMIP,它们分别适用于传输控制协议(TCP/IP)网络和电信网络,两者都是基于C/S模式的。SNMP由于其简单性和易实现性,更广泛地被应用,成为事实上的标准。但SNMP是基于轮询机制的,周期性的轮询使网络上会传输大量的无用信息,加重网络负荷,同样也给管理站带来瓶颈效应,不具有可扩展性和灵活性,不能适用于大规模网络管理;而且它的被管对象只是些简单标量的数据项,导致了管理信息库(MIB)成为一种静态库;虽然SNMP无连接的通信提供了某种程度的健壮性,即管理者和代理的操作都不依赖于对方,从而当远程代理失败时,管理者依然能继续工作,当代理恢复后,将发送一个Trap消息通知状态的改变,这对关键事件的任务处理,又产生了负面影响,通信双方不能保证某些重要操作,例如一些设置操作(SET),能够到达对方。CMIP提供的是一种面向对象的设计方法,它的管理对象具有封装、继承和多态性,能产生事件和执行动作,其管理信息树是一个动态代理数据库,从而提供了被管信息存取的灵活性和有效性。目前CMIP在电信网络中应用很多,但是由于历史和客观的原因,它对电信网的管理是独立于电信网之外的,它通过一些接口,如Q3接口等对电信网进行管理。另外,CMIP提供面向连接的服务,而卫星网络动态运行(尤其是低轨卫星的运行速度较快)的特点,决定星间链路需要不断切换,这样随时保持端到端的连接代价太大,而且将有可能加重网络的拥塞程度,变成执行管理操作的障碍;CMIP是基于事件驱动的、代理进程具有较丰富的处理能力,从而减轻网络和管理者的负担,但相同的代理配置占用大量资源,协议开销量大,只适用于大型网络的高处理能力的设备,考虑与SNMP的兼容,效果不是很好。未来网络的发展趋势将是天地一体,分布自治、灵活扩展、协同合作和智能高效的,因此协议应具有扩展性、简单高效性以及与现有网络管理协议的兼容性。但现有的两种方式都不是针对未来网络的特点设计的,因此,在借鉴现有协议的基础上,提出了一种新的称为多元网络管理协议(MNMP)来实现天地一体化的网络管理。多元涵盖了网络的异构性、多样性,同时兼容现有的SNMP和CMIP.2mnmp原型设计2.1仿真平台的构建三种最广为人知的网络管理体系结构是集中式、分层式和分布式。每种类型都具有在一定环境下工作良好的特定功能。根据天地一体化网络的设想,MNMP协议拟建立一种在空间基于对等分布与规则层次相结合,在地面与地基规则层次相统一的天地一体化的管理体系结构,支持互通互连。从逻辑上,该体系由地面总控制中心NMS、地面分中心Sub-NMS、空间分布式管理结点SNMS、星座管理结点c-SNMS和小任务卫星sAgent等构成,仿真平台如图2.1所示。该体系综合了三种结构的特征和优点,具有可扩展性,并且在多样化的环境下提供了较好的功能和适应性。为了减少占用星间链路的带宽资源,MNMP的网络管理模型拟采用“瘦”管理站、“胖”代理模型,即在网络管理服务的设计上,将卫星网络必须的统计信息直接在代理上完成统计处理,返回最终结果。此外,模型为了解决轮询产生的管理范围受限的问题,引入了中间管理站的概念,管理模型包括一级管理站(NMS)、中间级管理站(mid-NMS)和管理代理(Agent),管理站和代理之间通过轮询和通知相结合的方式进行通信,轮询由最高级管理者控制之下的一定数目的中间级管理站进行,如图2.2所示。在卫星网的网络管理中,NMS设置在总控制中心,任务星(星座)或其他被管设备(组)设置成Agent,其他管理中间节点设置mid-NMS,管理站通过MNMP管理代理来实现对被管对象的管理,其中在中间级管理站和管理代理上需要设置MNMP管理代理,用于实现上下级管理指令解析、对资源的访问控制、信息处理、关键事件报告等,并且可以兼容SNMP和CMIP,即进行SNMP或CMIP指令的转化。2.2mnp管理对象定义规范管理站和代理之间要相互通信,它们之间就要相互了解,即要有共享的管理知识—管理信息。管理信息描述管理对象的状态和行为,信息结构是信息模型的基础,它为所有被管理对象定义了统一的存储结构。在MNMP中,信息结构采用类似CMIP的面向对象的结构,每个管理对象包括属性(attribute)、动作(action)和通知,在类的定义中,通过对象允许的操作可以改变对象属性的值,把卫星网网络管理需要统计取得的数据(汇总、最大、最小、比率等等)全部体现为action,管理端通过action操作被管对象属性及复杂的处理过程,既实现了良好的封装性又改善了通信的传输量;通知被定义为当有关对象的特定事件发生时,对象可以发送通知,说明事件的细节,并指明接受通知的实体。MNMP同时兼顾SNMP的简单性,简化CMIP协议定义中复杂的包含关系,采取直接定位到设备的连接方式,不用依赖对象关系进行搜索,命名机制采用类名加序列号的实例化方式,简单明了,使信息结构即具有面向对象的特性,又具有操作简单的特点。信息模型中采用ASN.1的语义描述语言,描述卫星信息网网络管理系统应管理的所有对象(MO),如链路状态信息、接口信息、系统信息等。MNMP管理对象定义规范(DMMO)提供了用于形式化描述MO及其相互关系的语法机制——模板。它们分别是:管理对象类模板、参数模板、变量模板、变量组模板、动作模板和通知模板。考虑到CMIP对象定义的模糊和复杂性,DMMO是在对GDMO简化的基础上得来的,去掉了package、behaviour、namebinding.管理对象类模板的定义举例如下:〈class-label〉MANAGEDOBJECTCLASSEXTENDS〈class-label〉[,〈class-label〉]*;//超类IMPORTS〈class-label〉[,〈class-label〉]*;//导入其他类ATTRIBUTESIndex,Number[,〈attribute-label〉propertylist]*;//指明索引OPTIONAL;ATTRIBUTEGROUPS〈group-label〉[〈attribute-label〉]*[,〈group-label〉[〈attribute-label〉]*]*OPTIONAL;ACTION〈action-label〉[〈parameter-label〉]*[,〈action-label〉[〈parameter-label〉]*]*;OPTIONAL;NOTIFICATIONS〈notification-label〉[〈parameter-label〉]*[,〈notification-label〉[〈parameter-label〉]*]*OPTIONAL;DESCRIPTIONdelimited-string;IDENTIFIER{}propertylist-〉[DEFAULTVALUEvalue-specifier][INITIALVALUEvalue-specifier]2.3控制好用户体验指标的方法传输方式是信息模型中的重要组成部分,它定义了管理信息以何种方式传输,通过分析SNMP和CMIP的管理协议,MNMP定义的6种操作服务原语:MOPERATE操作管理对象,包括对象实例的创建和删除,完成特定的动作;无应答\简单应答\详细应答。MINFORM管理信息通告,是由下级管理者或代理向上级管理者发送的通知;无应答\简单应答。MQUERY查询服务,主要是获取一个或多个对象的属性值以及统计结果;简单应答\详细应答。MAGAIN以某一次成功的操作为参考,进行下一次操作,某些参数可以改变;无应答\简单应答\详细应答。MMODIFY修改对象实例,包括修改属性值或设置其为默认值;无应答\简单应答\详细应答。MCANCEL取消一个还未完成的操作;无应答\简单应答。以节约星间链路传输资源为出发点,设计了MAGAIN原语:当一个服务连接建立以后,服务方根据请求方的操作协议数据单元(PDU)提供服务,并将此次连接下的操作连同参数记录在临时文件里;当请求方通过MAGAINPDU要求提供服务时,服务方根据PDU中的visitID参数在临时文件里找到一个操作记录作为参照,并且只更换请求方指定的参数,提供类似的服务,从而减少了一些相似操作参数的重传,减少了对带宽要求和管理者的操作复杂性。例如:当某一个查询请求操作,由于所希望的属性值不能按照指定的原子同步方式取得时,只能返回错误信息,此时请求方可以通过MAGAIN操作只给出executeRule、和visitID参数,而不必重传对象、属性等其他大部分参数,服务方收到该PDU后,用新同步参数替换visitID指定的前一次操作PDU中的同步参数,从而按照新同步方式(比如改为了最大努力同步)去执行查询服务。传输结构定义了传输时的信息的组成方式与结构,根据分析SNMP和CMIP协议,传输结构将结合两者的结构特点,同时综合卫星网络的网络动态特性定义结构。以查询PDU为例,说明传输结构的定义:该PDU对应MNMP的对象查询服务MQuery.当有多个对象要被访问时,MMOS参数组提供选择机制来选取想要访问的被管对象;baseObject是对象选择的起点;当只有一个对象要访问时,baseObject就表示那个对象;attribute是请求方想要获得属性信息的属性标识,可以是单个属性也可以是多个属性,缺省时选择对象的所有属性;additionalService参数指出请求方希望被请求方对所取信息的特殊处理,如求平均数、求最大(最小)值、求和等针对卫星网的特定服务,缺省时为无特殊服务;effectiveTime指定一个查询请求操作的有效期,即该请求必须在规定的时间内完成,否则视为操作失败,返回超时错误信息,不指定该参数则永久有效。对象查询服务为有应答服务,当操作成功时,用详细应答返回有用信息;当操作失败时返回简单应答告知请求方操作结果。对比CMIP查询原语,取消了“scope、searchStyle”等选择被管对象的参数,因为选定范围和过滤参数使用起来过于复杂,极大地降低了系统执行效率,所以,将多对象选择通过对象绑定来实现。原语的执行提供3种同步执行规则:原子同步、最大努力同步、分子同步(单个属性最大努力同步,属性组原子同步)。为了使两个MNMP用户能够进行管理操作,首先必须在两者之间建立应用联系,而这就涉及到MNMP的连接机制,其根本作用是建立和终止应用联系。MNMP建立应用联系时需要完成身份认证;协商协议环境;协商服务方式;连接确认。另外,在通信模型MNMP服务机制的定义中,针对卫星网络星间链路连接的频繁切换,维护端到端的连接开销太大的特点,设定了两种服务方式:当服务需要经过大量计算才能返回相应结果时,暂时断开低层连接,以释放保持连接所需要的资源,当不需要计算直接读取数据或计算时间很短时,则保持连接,服务过程如下:(1)请求方发连接请求;(2)服务方验证用户身份,设定服务模式;(3)服务方发连接应答,并且提供唯一的连接标志,连接建立;(4)