1 基于SNMP的網絡管理

網絡設備的復雜化、異構化使得網絡管理不可或缺,。目前存在：公共管理信息服務/公共管理信息協(xié)議（CMIS/CMIP）,、局域網個人管理協(xié)議 （LMMP）、簡單網絡管理協(xié)議（SNMP）等幾種標準的網絡管理協(xié)議,。簡單網絡管理協(xié)議（SNMP,，Simple Network Management Protocol）以下簡稱SNMP，由于其簡單與實用性,，已經成為TCP/IP網絡事實上的管理標準?，F(xiàn)在所提的SNMP已經不僅僅是指一種管理協(xié)議， 而是一種網絡管理體系結構,。

SNMP遵循標準的Client/Server結構,，它的管理模型包括四個主要元素，即管理者（Manager）,代理（Agent）,管理信息庫 （MIB,，Management Information Base）以及管理協(xié)議SNMP,。SNMP網絡管理模型如圖1所示。



圖1 SNMP網絡管理模型

Manager是實施網絡管理的處理實體,，它定期查詢Agent收集到的相關信息,實現(xiàn)對網絡中各種資源的監(jiān)測;并負責發(fā)出網絡管理操作的各種指令,，完成各種網絡管理功能。在模型中起到Client的作用,。

Agent定期收集和維護本地管理信息,，響應Manager的命令或操作請求。另外,，Agent也可以將自身系統(tǒng)中的發(fā)生的事件主動通知給Manager,?？梢姡珹gent在模型中擔任Server的角色,。

MIB是被管對象的抽象集合,，它規(guī)定了被管理設備須保存的數(shù)據(jù)項目和數(shù)據(jù)類型，以及每個數(shù)據(jù)項目所允許的操作等,。Manager可通過SNMP協(xié)議對MIB進行操作,，實現(xiàn)對被管理設備的監(jiān)視和控制。

SNMP協(xié)議提供了Manager和Agent之間交換管理信息的方法,，信息按照SNMP消息的形式進行信息交換,。SNMP每一個消息包括一個代表 SNMP版本的版本號，一個用于消息認證的共同體名,，以及5種中的一種協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）,， 5種PDU對應如下5種SNMP協(xié)議報文的操作。
GetRequest：Manager用來從Agent取得相關變量的值;
GetNextRequest：Manager用來從Agent取得相關變量的下一個變量的值;
SetRequest：Manager用來設置Agent上的相關變量的值;
GetResponse：Agent對Manager發(fā)送的應答信息;
Trap：Agent在滿足一定的觸發(fā)條件時,，向Manager報告異常事件,。

Manager通常在工作站或高性能PC實現(xiàn)，提供人機接口,。Agent一般嵌入在被管理設備內部提供標準SNMP接口,。隨著微處理器技術、存儲器技術,，以及嵌入式操作系統(tǒng)的飛速發(fā)展,，使得在交換機上嵌入Agent方便可行。

在筆者為總參通信部（十五項目）開發(fā)的三層加固以太網交換機（以下簡稱以太網交換機）網管系統(tǒng)中,，實現(xiàn)了嵌入式 Agent,。下面結合該系統(tǒng),，說明嵌入式Agent的設計與實現(xiàn),。

2 嵌入式 Agent系統(tǒng)結構模型

加固以太網交換機對外提供80個10/100M以太網接口、10個千兆光纖接口,、2個SDSL RJ11接口,。該交換機系統(tǒng)的交換結構采用交叉開關型，這樣交換機硬件主要由交叉開關,、交換芯片,、CPU模塊及SDSL模塊四個部分組成，如圖2所示,。交 叉開關采用Marvell公司的GT48304,、三層10/100M以太網交換芯片和三層千兆交換芯片分別采用Marvell公司的GT48510和 GT48520、 CPU采用Motorola公司的MPC8260,，配置512M RAM,、SDSL模塊芯片組采用GlobeSpan公司的OrionTM芯片組,。

加固以太網交換機采用了美國WindRiver公司的VxWorks實時操作系統(tǒng)，SNMP Agent的開發(fā)采用了該公司與VxWorks高度集成的WindNet開發(fā)工具,。SNMP Agent 位于系統(tǒng)的CPU模塊上,，實現(xiàn)交換模塊和SDSL模塊的統(tǒng)一管理，并通過系統(tǒng)以太網接口連接外部網管工作站Manager,。



圖2 交換機硬件系統(tǒng)結構及Agent系統(tǒng)結構模型

3 定義和擴充MIB

IETF 在RFC1155 規(guī)定了SNMP MIB 能夠使用的數(shù)據(jù)類型及如何描述和命名MIB中的管理對象類,。SNMP MIB是圍繞管理對象進行組織的，每個對象從本質上講是代表被管設備某一特性的變量,，RFC1155 規(guī)定SNMP MIB用ASN.1來命名所有的管理對象,。ASN.1定義了一個樹狀的名字空間，每一對象的名字都反映了該對象在這一樹中的位置,，對應于樹中的一個葉子對 象,。

IETF在RFC 1213 定義了標準MIB-II。利用MIB-II,，網絡管理設備可以方便地獲知被管理設備的進出,、口流量，但不容易得到整個局域網的流量,，也無法對日常通信量進 行歷史分析,。RMON MIB的出現(xiàn)解決了該問題，IETF在RFC 1271 定義了RMON MIB ,。RMON MIB由一組統(tǒng)計數(shù)據(jù),、分析數(shù)據(jù)和診斷數(shù)據(jù)構成。在不改變SNMP協(xié)議的條件下,，擴充了管理信息庫MIB-II,，增強了網絡管理的功能。根據(jù)加固交換機的 實際監(jiān)視情況,，我們有選擇地實現(xiàn)了RMON MIB中如下幾個組：

（1） 統(tǒng)計組（statistics）: 維護Agent監(jiān)視的每一子網的基本使用和錯誤統(tǒng)計,。
（2） 歷史組（history）: 記錄從統(tǒng)計組可得到的信息的周期性統(tǒng)計樣本。
（3） 警報組（alarm）: 允許網管工作站人員為RMON Agent記錄的任何計數(shù)或整數(shù)設置采樣間隔和報警閾值,。
（4） 主機組（host）: 包含關于連接到子網上的主機的各種流量的計數(shù),。
（5） 事件組（event）: 一個關于由RMON Agent產生的所有事件的表。

對于加固以太網交換機MIB的構建除了盡量支持標準的MIB-II,、RMON MIB外,，根據(jù)交換機軟硬件所能提供的網絡管理能力，還創(chuàng)建了私有的MIB庫,。私有MIB庫由以下幾個組構成：

（1） 系統(tǒng)信息組（SysInfo）: 系統(tǒng)信息組主要描述交換機全局的只讀寄存器信息,。
（2） 系統(tǒng)配置組（Config）: 系統(tǒng)配置組主要描述交換機全局可讀寫的寄存器信息。
（3） 模塊組（Module）: 描述每個交換模塊的相關寄存器信息,。
（4） 端口組（Port）: 描述每個交換端口的相關寄存器信息,。
（5） 虛擬局域網組（VLAN）: 虛擬局域網組描述有關虛擬局域網的設置信息,。

以下以系統(tǒng)信息組（SysInfo），來說明MIB庫的構建情況,。系統(tǒng)信息組（SysInfo）,，主要包含以下對象：

1） InfoBoardRevision：交換機主背板修訂版本。
2） InfoPeakBufferUsed：交換機中緩存的大小,。
3） InfoAddrCapacity：最多支持的MAC地址,。
4） InfoSelfTestFailed：系統(tǒng)自檢信息。
5） InfoLedNumber：交換機LED 指示燈數(shù)量,。
6） InfoVisualIndicatorMode：LED指示燈顯示模式,。

將確定的管理對象用ASN.1進行描述與組織，形成MIB,。由于MIB文件是用ASN.1編寫的ASCII文本文件,，需要“翻譯”成C/C++的數(shù)據(jù)結構 才能用程序實現(xiàn)。本文采用了WindNet SNMP提供的MIB Complier工具,，將用ASN.1描述的MIB文件編譯為C語言格式源代碼,。

4 嵌入式 Agent軟件的設計與實現(xiàn)

4.1嵌入式 Agent的軟件結構

嵌入式Agent軟件一般包括以下5個模塊,如圖3所示。



圖3 嵌入式Agent軟件結構

（1） 初始化模塊

初始化模塊主要負責傳輸接口初始化,、配置數(shù)據(jù)存取,、以及MIB的初始化。VxWorks操作系統(tǒng)啟動成功后,，Agent軟件開始運行,并啟動初始化模塊,， 初始化模塊首先初始化MIB虛擬樹，以供處理時查詢;其次初始化UDP接口,，打開應用層與傳輸層的接口;最后讀取配置文件的數(shù)據(jù),，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)設置代理 進程和MIB的初始化變量。

（2） Socket通信模塊

通信功能是Agent的重要功能之一.它實現(xiàn)SNMP Agent與SNMP Manager之間的兩個方向的通信,。SNMP Manager和SNMP Agent之間通過SNMP簡單網絡管理協(xié)議來實現(xiàn)通信,，即SNMP over TCP/IP。為了確保SNMP協(xié)議的簡單性,，一般選用UDP作為其傳輸層協(xié)議,，每個SNMP報文必須能夠在單個UDP數(shù)據(jù)報中傳送。網絡管理站通過協(xié)議 交換SNMP報文來實現(xiàn)通信,。除Trap-PDU使用端口162外，其它SNMP報文使用端口161進行通信,。

（3） Trap處理模塊

當Agent檢測到某個特定的事件,便調用Trap處理模塊構造一個Trap報文,。Trap處理模塊對內部格式的Trap報文信息進行ASN.1格式編 碼。通過套接字接口將SNMP Trap報文交給Socket通信處理模塊然后發(fā)送給網絡管理站,。一般來說,，交換機啟動后,，會向管理站發(fā)送一個系統(tǒng)啟動的Trap報文，通知網絡管理站代 理已經啟動,。

（4） PDU處理模塊

初始化模塊初始化MIB庫后,，啟動PDU處理模塊，以備接收SNMP報文和構造SNMP響應報文,。PDU處理模塊按以下順序處理SNMP報文,。

1） 語法分析并轉換成內部格式

因為ASN.1格式允許使用變長字段，因此SNMP報文的字段不可能直接映射到代理進程代碼的固定內部數(shù)據(jù)結構中,。對SNMP報文進行語法分析,，并將其轉換成一個可用的內部數(shù)據(jù)結構，代理進程代碼可以對該數(shù)據(jù)結構進行處理,。

2） 鑒別和授權

根據(jù)SNMP報文的共同體字段對其進行身份認證,，若認證失敗則將報文丟棄，認證通過交給MIB管理例程模塊進行處理,。

3） 構建響應報文

在命令執(zhí)行完以后,，根據(jù)命令的執(zhí)行情況構建響應報文，并將其轉化為ASN.1格式,，交給Socket通信模塊傳輸?shù)骄W絡管理站,。

（5） MIB管理例程模塊

該模塊利用某些查找算法查找各MIB對象并實現(xiàn)對各組MIB對象的Get和Set操作。在以太網交換機Agent軟件設計過程中我們根據(jù)各個MIB變量的 實際情況,，將MIB庫中的對象分為兩種,，實時性對象與非實時性對象。對于實時性對象,，每次當查詢到該對象,，便通過調用字符設備驅動程序讀取或設置交換機硬 件上的相關信息;對于非實時性對象，在內存中保持一個靜態(tài)變量值,，該靜態(tài)值在代理進程初始化時進行賦初值,。若只讀取該對象值則不需要讀取硬件信息，只返回 此靜態(tài)變量值就夠了,。若設置該對象,，即對它進行寫操作，必須通過調用字符設備驅動程序設置硬件上的相關信息,，同時相應的改變該靜態(tài)變量值,，以備以后讀取時 所用。

4.2 SNMP Agent軟件開發(fā)及測試流程

在VxWorks實時系統(tǒng)下利用Tornado 綜合開發(fā)工具和WindNet網管開發(fā)工具進行交換機SNMP Agent的開發(fā)和測試,，可以分以下幾個步驟進行,。

（1） 為預先定義好的MIB對象編寫管理操作例程;
（2） 編譯生成Agent目標代碼，啟動目標機;
（3） 根據(jù)目標機具體芯片（MPC8260）配置宿主機環(huán)境;
（4） 配置目標服務器,利用CrossWind圖形化調試工具進行應用程序調試;
（5） 調試通過后，利用HP公司的SNMP++ Browser網絡管理軟件對交換機SNMP Agent進行測試,，通過它對MIB變量進行查詢,、遍歷、設置等操作,。

5 結束語

由于SNMP的簡單性與實用性,，已經成為TCP/IP網絡事實上的管理標準。目前越來越多的網絡產品直接提供了SNMP接口,。筆者結合三層加固以太網交換 機網絡管理系統(tǒng),，在VxWorks 嵌入式操作系統(tǒng)平臺上，利用WindNet SNMP軟件包實現(xiàn)了完整的SNMP Agent,。它支持MIB-II,、私有MIB、RMON MIB,，為網絡管理站提供了交換機內部豐富的原始管理數(shù)據(jù),，該交換機現(xiàn)己提交總參通信部進行軍隊試用。本加固以太網交換機嵌入式Agent的開發(fā)和測試方 法對于開發(fā)路由器,、DSL Modem等其它網絡產品SNMP Agent同樣具有參考價值,。