支持拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)的IP網(wǎng)絡(luò)管理仿真環(huán)境的設(shè)計與實現(xiàn)

1、支持拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)的IP網(wǎng)絡(luò)管理仿真環(huán)境的設(shè)計與實現(xiàn)1宋坤1,陳穎慧21北京郵電大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與交換技術(shù)國家重點實驗室,北京 (1008762北京宜富泰網(wǎng)絡(luò)測試實驗室有限公司,北京 (100876摘要:本文在研究同類仿真環(huán)境的基礎(chǔ)上,針對目前研究中存在的不足,設(shè)計實現(xiàn)了一個可以仿真多種管理接口、支持拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)、符合規(guī)范要求的網(wǎng)絡(luò)管理仿真環(huán)境。它幫助網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的開發(fā)者和使用者解決了構(gòu)建測試用的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境困難、操作復(fù)雜和成本高的問題。關(guān)鍵詞:網(wǎng)絡(luò)管理接口、拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)管理仿真環(huán)境1.引言隨著IP技術(shù)不斷成熟和用戶業(yè)務(wù)需求不斷增加,對IP網(wǎng)絡(luò)的可管理性和可運營性提出了更高的要求,迫切需要依靠可靠有效的IP網(wǎng)絡(luò)管

2、理系統(tǒng)(以下簡稱網(wǎng)管系統(tǒng)對其進(jìn)行管理。這就產(chǎn)生了以下需求:對于網(wǎng)管系統(tǒng)的開發(fā)者,需要一套用于開發(fā)、調(diào)試的測試環(huán)境;對于網(wǎng)管系統(tǒng)的使用者,需要對網(wǎng)管系統(tǒng)的功能和性能進(jìn)行全面有效地驗證。因此,有必要研究和開發(fā)一套IP網(wǎng)絡(luò)管理仿真環(huán)境以滿足上述需求。目前,用于測試網(wǎng)管系統(tǒng)的仿真環(huán)境是以基于SNMP(Simple Network Management Protocol,簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議的單Agent(代理1-2形式為主,這種類型的仿真環(huán)境只能仿真網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在SNMP協(xié)議層次上對網(wǎng)管系統(tǒng)進(jìn)行測試,無法進(jìn)一步在網(wǎng)絡(luò)層次上對網(wǎng)管系統(tǒng)進(jìn)行測試,無法對除SNMP之外的其他管理接口進(jìn)行測試;少數(shù)宣稱實現(xiàn)仿真網(wǎng)絡(luò)的仿

3、真環(huán)境則存在不支持拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)、未能嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行實現(xiàn)等不足,如AdventNet公司開發(fā)的Network Designer 5.1,它在連接兩臺仿真路由器時生成的仿真數(shù)據(jù)不足以支持拓?fù)浒l(fā)現(xiàn),而且在使用SNMPv2c版本協(xié)議對不存在的實例節(jié)點做Get操作時返回的錯誤類型與規(guī)范要求的不一致。本文針對目前研究中存在的問題,設(shè)計并實現(xiàn)了可以仿真多種管理接口、支持拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)、符合規(guī)范要求的網(wǎng)絡(luò)管理仿真環(huán)境。該網(wǎng)絡(luò)管理仿真環(huán)境可以幫助網(wǎng)管系統(tǒng)的開發(fā)者和使用者解決構(gòu)建測試用的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境困難、操作復(fù)雜和成本高的問題。2.網(wǎng)絡(luò)管理仿真環(huán)境設(shè)計2.1網(wǎng)絡(luò)管理仿真環(huán)境設(shè)計目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)管理仿真環(huán)境作為一個仿真軟件,它不僅可以

4、通過實現(xiàn)仿真網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來仿真實際網(wǎng)絡(luò)中被管設(shè)備的“行為特征”,支持SNMP、TELNET、SYSLOG和NETFLOW多種管理接口,還可以在實現(xiàn)仿真網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的基礎(chǔ)上關(guān)聯(lián)仿真網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,仿真一個小型網(wǎng)絡(luò)。這樣,該網(wǎng)絡(luò)管理仿真環(huán)境既可以用單臺仿真網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在協(xié)議層面上對網(wǎng)管系統(tǒng)的功能進(jìn)行檢測,又可以構(gòu)建一個仿真網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)層面上對網(wǎng)管系統(tǒng)功能進(jìn)行檢測。2.2網(wǎng)絡(luò)管理仿真環(huán)境功能結(jié)構(gòu)為了實現(xiàn)上述目標(biāo),同時考慮到網(wǎng)絡(luò)管理仿真環(huán)境的使用友好性,我們提出了如圖1所示的網(wǎng)絡(luò)管理仿真環(huán)境功能結(jié)構(gòu)。功能結(jié)構(gòu)分為五大部分,分別為仿真接口、仿真設(shè)備、仿真網(wǎng)絡(luò)、日志管理和圖形用戶界面。具體介紹如下:1本課題得到教育部高等學(xué)校

5、博士點專項科研基金(20040013002的資助。 圖1 網(wǎng)絡(luò)管理仿真環(huán)境功能結(jié)構(gòu)(1 仿真接口。該部分依據(jù)協(xié)議規(guī)范,采用網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù),設(shè)計實現(xiàn)基本的仿真功能,包括SNMP仿真、TELNET仿真、SYSLOG仿真、NETFLOW仿真。其中,SNMP仿真用來實現(xiàn)SNMP網(wǎng)絡(luò)管理框架中所提出的管理進(jìn)程/代理進(jìn)程模型中的代理進(jìn)程3,按照RFC1155、RFC1901、RFC2571等系列規(guī)范要求模擬實際被管設(shè)備上的SNMP代理的“行為特征”4-5;TELNET仿真按照RFC854規(guī)范要求實現(xiàn)TELNET仿真服務(wù)器,在指定端口進(jìn)行偵聽,并根據(jù)用戶自定義命令進(jìn)行響應(yīng);SYSLOG仿真按照RFC3164規(guī)

6、范要求根據(jù)用戶自定義內(nèi)容定時或即時對外發(fā)送SYSLOG消息;NETFLOW仿真則按照RFC3954規(guī)范實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)流量仿真。該部分是網(wǎng)絡(luò)管理仿真環(huán)境的基礎(chǔ),用來響應(yīng)外部系統(tǒng)發(fā)來的請求。(2 仿真設(shè)備。該部分將仿真接口所提供的基本仿真功能集成起來構(gòu)成仿真網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。它為各仿真功能提供配置信息和仿真數(shù)據(jù),同時還對各仿真功能及整個仿真設(shè)備進(jìn)行啟?？刂?。該部分包括配置管理、啟?？刂坪头抡鏀?shù)據(jù)生成三個模塊。其中,配置管理按照通用配置信息、SNMP相關(guān)的配置信息、TELNET相關(guān)的配置信息、SYSLOG相關(guān)的配置信息和NETFLOW相關(guān)的配置信息分別保存用戶對仿真設(shè)備所做的設(shè)置;啟停控制用來控制各仿真功能以及整

7、個仿真設(shè)備的啟動和停止;仿真數(shù)據(jù)生成則分為程序自動生成和用戶手動錄入兩種不同方式生成仿真數(shù)據(jù)。(3 仿真網(wǎng)絡(luò)。該部分在實現(xiàn)仿真網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的基礎(chǔ)上,將多臺仿真網(wǎng)絡(luò)設(shè)備關(guān)聯(lián)起來構(gòu)成一個小型網(wǎng)絡(luò)。該部分包括網(wǎng)絡(luò)管理、拓?fù)涔芾砗途W(wǎng)絡(luò)設(shè)備模板管理三個功能模塊。其中, 網(wǎng)絡(luò)管理用于對整個網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行新建、移除、打開、關(guān)閉等管理;拓?fù)涔芾碛脕黻P(guān)聯(lián)仿真網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)建小型網(wǎng)絡(luò)從而支持拓?fù)浒l(fā)現(xiàn);網(wǎng)絡(luò)設(shè)備模板管理用于管理用戶可添加到網(wǎng)絡(luò)中的仿真網(wǎng)絡(luò)設(shè)備類型。(4 日志管理。它貫穿上述各部分,提供記錄日志和查看日志的統(tǒng)一接口,由日志記錄和日志查看兩個模塊組成。(5 圖形用戶界面。該部分以方便用戶使用作為出發(fā)點,為用戶提供圖形

8、化的操作界面。它負(fù)責(zé)將用戶對仿真網(wǎng)絡(luò)或仿真設(shè)備的操作指令傳遞給相應(yīng)部分進(jìn)行處理。2.3網(wǎng)絡(luò)管理仿真環(huán)境軟件結(jié)構(gòu)上述功能結(jié)構(gòu)只是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)管理仿真環(huán)境所要實現(xiàn)的目標(biāo)進(jìn)行了功能設(shè)計和劃分,若要實現(xiàn)目標(biāo),還需各功能模塊相互配合才可以。為此,我們將網(wǎng)絡(luò)管理仿真環(huán)境的軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計成圖2所示的樣子。SNMPTELNETSYSLOGNETFLOW圖2 網(wǎng)絡(luò)管理仿真環(huán)境軟件結(jié)構(gòu)圖形用戶界面負(fù)責(zé)接收用戶操作指令,然后根據(jù)指令調(diào)用仿真網(wǎng)絡(luò)或仿真設(shè)備中的相應(yīng)功能模塊,并將功能模塊處理后的結(jié)果呈現(xiàn)于界面。相應(yīng)地,仿真網(wǎng)絡(luò)和仿真設(shè)備則負(fù)責(zé)實現(xiàn)具體功能以便完成用戶操作。待生成好仿真數(shù)據(jù),且用戶通過啟動指令將相應(yīng)仿真功能模塊

9、或整個仿真設(shè)備啟起來時,仿真功能模塊便可以接收外部請求、根據(jù)請求搜索仿真數(shù)據(jù)、返回合理結(jié)果。下面具體介紹該網(wǎng)絡(luò)管理仿真環(huán)境的主要執(zhí)行流程:首先,圖形用戶界面會接收用戶創(chuàng)建一個新網(wǎng)絡(luò)的指令,并調(diào)用仿真網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)管理模塊來完成創(chuàng)建操作,并在創(chuàng)建成功之后,顯示網(wǎng)絡(luò)設(shè)備模板樹及沒有任何仿真設(shè)備的空網(wǎng)絡(luò)。然后,圖形用戶界面根據(jù)用戶添加仿真網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的指令可通過調(diào)用網(wǎng)絡(luò)管理模塊向空網(wǎng)絡(luò)添加仿真設(shè)備,在添加時網(wǎng)絡(luò)管理模塊又會調(diào)用仿真設(shè)備中的配置管理模塊來保存用戶對仿真設(shè)備及各仿真功能所做的設(shè)置。此時,仿真設(shè)備還無法對外界的請求進(jìn)行響應(yīng),還需要用戶通過圖形界面調(diào)用仿真設(shè)備的仿真數(shù)據(jù)生成模塊和啟?？刂颇K。這樣

10、通過調(diào)用仿真數(shù)據(jù)生成模塊可以以程序自動生成和用戶手動輸入兩種方式來產(chǎn)生仿真數(shù)據(jù),繼而通過調(diào)用啟?？刂颇K就可以使仿真設(shè)備上的仿真功能模塊進(jìn)行工作了。仿真功能模塊會在收到外部請求之后,按照規(guī)范進(jìn)行信息提取、搜索仿真數(shù)據(jù)、返回合理結(jié)果。在有多臺仿真設(shè)備之后,若要構(gòu)建仿真網(wǎng)絡(luò),則需要通過圖形用戶界面調(diào)用仿真網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)涔芾砟K修改相關(guān)仿真設(shè)備的仿真數(shù)據(jù)以表示連接關(guān)系,具體如何修改仿真數(shù)據(jù)會在下節(jié)進(jìn)行詳細(xì)說明,待操作成功后會通過圖形用戶界面在兩臺仿真設(shè)備之間繪制連線。如此進(jìn)行多次連接就可以構(gòu)建出一個小型網(wǎng)絡(luò),從而可以支持拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)。2.4構(gòu)建仿真網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞年P(guān)鍵技術(shù)網(wǎng)絡(luò)管理仿真環(huán)境通過對仿真設(shè)備功能模塊的實

11、現(xiàn)已經(jīng)可以對被管設(shè)備進(jìn)行仿真,而且通過多線程技術(shù)已經(jīng)可以仿真多臺設(shè)備,但是這些仿真網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是孤立的,彼此之間沒有聯(lián)系,無法支持拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)來對網(wǎng)管系統(tǒng)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)功能進(jìn)行檢測。因此,需要將這些孤立的仿真網(wǎng)絡(luò)設(shè)備關(guān)聯(lián)起來從而實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)的仿真以便在網(wǎng)絡(luò)層次上對網(wǎng)管系統(tǒng)進(jìn)行測試。從網(wǎng)絡(luò)管理的角度來看,設(shè)備的關(guān)聯(lián)就是設(shè)備上的MIB實例數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)。因此下面先介紹為支持拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)所涉及的MIB實例數(shù)據(jù),再講解其實現(xiàn)原理。MIB是用來表示被管資源的對象的結(jié)構(gòu)化集合,其本質(zhì)上是一個樹型結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫2。其中為支持拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)所涉及的MIB實例數(shù)據(jù)主要在System組、Interfaces組和IP組中,以下分別進(jìn)行介紹:1Sy

12、stem組。該組提供被管設(shè)備的一般信息。其中簡單變量sysServices用來指示被管設(shè)備能夠提供的層服務(wù),而被管設(shè)備所能提供的層服務(wù)代表了被管設(shè)備的設(shè)備類型,它的值的二進(jìn)制形式從最低位到第7位如果某位為1則表明被管設(shè)備可以提供對應(yīng)層次的服務(wù),譬如第2位為1則表明該被管設(shè)備可以提供第2層服務(wù)。2Interfaces組。該組包含有關(guān)被管設(shè)備的物理接口方面的一般信息,包括配置信息和發(fā)生在每個接口的事件的統(tǒng)計信息,它定義了一個表示網(wǎng)絡(luò)接口數(shù)量的簡單變量ifNumber 和一個接口表ifTable,表中每行對應(yīng)一個接口的系列特征參數(shù),ifIndex是接口表的索引,用來唯一標(biāo)識接口,其取值從1到ifNu

13、mber,ifAdminStatus保存管理者對接口所做的設(shè)置, ifOperStatus則表示當(dāng)前接口的狀態(tài)。3IP組。該組包含與被管設(shè)備上的IP實現(xiàn)和操作相關(guān)的信息,是用來保存被管設(shè)備有關(guān)連接信息的重要地方。其中簡單變量ipForwarding用于標(biāo)識被管設(shè)備是否具有轉(zhuǎn)發(fā)功能;ipAddrTable保存被管設(shè)備的IP地址,包括管理IP和連接IP,每行代表一個IP地址,每個IP地址都只賦予一個物理接口,由ipAdEntIfIndex表示,其值與Interfaces組中的ifTable 的ifIndex的值相匹配;ipRouteTable保存路由信息,該表中的ipRouteNextHop用來保

14、存下一跳地址即與其直接相連的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的一個地址,ipRouteType用來保存路由類型, ipRouteDest用來表示路由目的地;ipNetToMediaTable提供物理地址和IP地址之間的對應(yīng)轉(zhuǎn)換,每一個不使用算法映射技術(shù)的接口都有一個條目。拓?fù)涔芾碇饕康氖菫榱藢崿F(xiàn)仿真網(wǎng)絡(luò)設(shè)備MIB實例數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián),這樣從網(wǎng)絡(luò)管理的角度來看就相當(dāng)于將孤立的仿真網(wǎng)絡(luò)設(shè)備關(guān)聯(lián)起來從而實現(xiàn)了仿真網(wǎng)絡(luò),進(jìn)而就可以對拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)提供支持。而要實現(xiàn)MIB實例數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián),對于不同類型的仿真網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的連接來說設(shè)置略有不同。對于兩臺仿真路由器或仿真路由器和仿真三層交換機(jī)之間的連接來說,需要專門對兩臺仿真網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的ipRou

15、teTable進(jìn)行設(shè)置,該表中每行表示一條路由信息,其中最重要的字段是ipRouteNextHop和ipRouteIfIndex,通過對ipRouteNextHop進(jìn)行設(shè)置用來保存與該仿真網(wǎng)絡(luò)設(shè)備相連的鄰居設(shè)備的連接IP地址,通過對ipRouteIfIndex進(jìn)行設(shè)置則用來保存該仿真網(wǎng)絡(luò)設(shè)備用于此連接的接口索引,而接口索引在ifTable中是與一個IP地址相對應(yīng)的,這樣通過設(shè)置ipRouteTable便記錄下兩臺仿真網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的連接關(guān)系。對于仿真路由器和除路由器和三層交換機(jī)之外的其他仿真網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的連接來說,需要專門對仿真路由器的ipNetToMediaTable進(jìn)行設(shè)置,該表每行記錄仿真

16、路由器與其它仿真網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的連接情況,其中ipNetToMediaIfIndex表示仿真路由器的接口索引, ipNetToMediaNetAddress則表示另外一臺仿真網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)地址,這樣就可以記錄下仿真路由器與既非路由器又非三層交換機(jī)的仿真網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的連接關(guān)系。以上給出了構(gòu)建仿真網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間連接時需要根據(jù)設(shè)備類型區(qū)別設(shè)置的MIB實例數(shù)據(jù),除此之外還應(yīng)對表征仿真網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置特性的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)置。首先,需要對System組中的sysServices進(jìn)行設(shè)置,通過對它進(jìn)行設(shè)置以表明仿真網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的類型;其次,為了數(shù)據(jù)的完整性需要設(shè)置Interfaces組中的ifNumber和ifTable,因為

17、有其他表如ipAddrTable等會與該表進(jìn)行關(guān)聯(lián)以獲取有關(guān)信息;最后就是對IP組下的ipForwarding和ipAddrTable進(jìn)行設(shè)置,設(shè)置ipForwarding用以表明仿真網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是否具轉(zhuǎn)發(fā)能力,而設(shè)置ipAddrTable則可以記錄下該仿真網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的所有IP以及相對應(yīng)接口,從而通過ipRouteTable或ipNetToMediaTable知道是哪兩臺仿真網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間進(jìn)行關(guān)聯(lián),其中在設(shè)置ipAddrTable時必須要有仿真網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的管理IP,否則無法對拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)提供支持。3.網(wǎng)絡(luò)管理仿真環(huán)境實現(xiàn)基于上述功能框架和軟件結(jié)構(gòu)及構(gòu)建仿真網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù),考慮效率問題,我們在開發(fā)網(wǎng)絡(luò)管理仿真

18、環(huán)境時采用C/C+語言進(jìn)行實現(xiàn),使用Visual C+6.0作為開發(fā)工具,采用XML 來保存仿真數(shù)據(jù)和日志。在開發(fā)中,我們利用Windows操作系統(tǒng)的特點8,對每一個基本的仿真功能模塊均封裝成DLL(Dynamic Link Library,動態(tài)鏈接庫形式,通過繼承自CWinThread的類在用戶啟動仿真功能時以創(chuàng)建一個新線程的形式調(diào)用每一個仿真功能的DLL文件,并在調(diào)用時將配置參數(shù)傳給仿真功能模塊,從而可以根據(jù)用戶配置監(jiān)聽外部系統(tǒng)發(fā)來的請求既而做出合理響應(yīng),并在停止仿真功能之后結(jié)束調(diào)用線程。另外,由于Windows操作系統(tǒng)是消息驅(qū)動的,因此在實現(xiàn)中許多地方尤其是圖形用戶界面部分,我們使用了大量消息。借助于消息,不同線程之間可以進(jìn)行通信;借助于