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解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院
南瑞集團通信系統(tǒng)分公司
摘 要 針對目前IP網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中管理信息的收集所存在的不足之處，文中設(shè)計了一種基于RMON的網(wǎng)絡(luò)探測器并給出了具體的實現(xiàn)方案；該探測器充分利用一些現(xiàn)有的免費開發(fā)工具包，并可以有效地解決這些問題。
關(guān)鍵詞 網(wǎng)絡(luò)探測器 網(wǎng)絡(luò)管理 遠程監(jiān)視
1 引言
在一個網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中，網(wǎng)管信息的收集是一項最基本的任務(wù)，它是實現(xiàn)各種復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)管理功能的基礎(chǔ)。在本網(wǎng)管系統(tǒng)的基本實現(xiàn)中，是依賴于管理站來采集網(wǎng)絡(luò)中的各種信息，并對采集到的信息進行分析和處理，這種方式基本上能夠滿足多數(shù)網(wǎng)絡(luò)的管理需求，然而，它也存在一些不足之處。
�。�1）所有網(wǎng)管信息的采集全部依賴于中心的管理站，對管理站的處理能力有較高的要求，同時，由于各種原始的網(wǎng)管信息都需要匯集到管理站，就會帶來管理站四周較大的網(wǎng)絡(luò)流量，容易造成網(wǎng)絡(luò)的阻塞；
（2）對于一些帶有防火墻的虛擬網(wǎng)，位于其外部的管理站無法訪問到其內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)，因而也就無法對其進行監(jiān)視與管理；
�。�3）管理站在信息采集的時候，主要是利用SNMP（簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議）和各個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行通信，獲得各設(shè)備的網(wǎng)管信息。然而，這些信息主要是關(guān)于設(shè)備自身的，而關(guān)于整個網(wǎng)絡(luò)的總體信息則比較缺乏。
“網(wǎng)絡(luò)探測器”正是為了有效解決上述問題而提出的。
在本網(wǎng)管系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)探測器是放置在一個局域網(wǎng)內(nèi)部的硬件裝置，它可以按照預(yù)定的配置信息，對該局域網(wǎng)內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)信息進行收集和統(tǒng)計，并對局域網(wǎng)的工作狀況進行監(jiān)視；同時，提供一定的接口，供管理站與之進行通信，獲得它的網(wǎng)管信息，并對它進行配置與管理。
2 網(wǎng)絡(luò)探測器原理
2.1 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的偵聽
在以太網(wǎng)上，任何一個主機發(fā)出的數(shù)據(jù)包都是在共享的以太網(wǎng)傳輸介質(zhì)上進行傳輸?shù)�，每個數(shù)據(jù)包的包頭部分都包含了源地址和目的地址。一般情況下，局域網(wǎng)上各臺主機的網(wǎng)卡負責(zé)檢查每一個數(shù)據(jù)包，如果發(fā)現(xiàn)其目的地址是本機，則接收該數(shù)據(jù)包并向上層傳遞，以進行下一步的處理；如果目的地址不是本機，則忽略它。
在一些特殊的情況下，需要讓一臺主機能夠接收所有的數(shù)據(jù)包，即進行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的“偵聽”，這時，通過對網(wǎng)卡進行設(shè)置，可以讓該主機的網(wǎng)卡工作在“混雜模式”下，則不論數(shù)據(jù)包的目的地址是否是本機，都能夠截獲并傳遞給上層進行處理。
對于截獲的數(shù)據(jù)包，進行進一步的分析處理，就能夠得到數(shù)據(jù)包的一些基本屬性，如包類型、包大小、目的地址、源地址等，這樣，就可以在此基礎(chǔ)上進行分析和統(tǒng)計。
2.2 SNMP——簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議
SNMP是TCP/IP網(wǎng)絡(luò)上的一個重要的網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議，能夠用于監(jiān)控和管理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，SNMP規(guī)范定義了管理站與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間交換管理信息的協(xié)議、管理信息的結(jié)構(gòu)框架、通用的管理信息庫MIB等。
SNMP是網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，本網(wǎng)管系統(tǒng)主要基于SNMP來從各個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備獲得各種網(wǎng)絡(luò)管理信息，并在對它們進行進一步分析處理后，提供各種網(wǎng)絡(luò)管理功能。
在網(wǎng)絡(luò)探測器的實現(xiàn)中，我們將使用SNMP規(guī)范來實現(xiàn)它和管理站的通信，即在網(wǎng)絡(luò)探測器上實現(xiàn)一個具有完整功能的SNMP Agent，通過SNMP來向管理站提供各種網(wǎng)管信息。網(wǎng)絡(luò)探測器支持RMON MIB，主要提供整個局域網(wǎng)有關(guān)的統(tǒng)計信息。
2.3 RMON——遠程監(jiān)視
RMON（Remote Network Monitoring）規(guī)范是SNMP的一個重要增強，它定義了一種遠程監(jiān)視MIB來作為MIB-II的補充，為網(wǎng)絡(luò)管理站提供了至關(guān)重要的網(wǎng)絡(luò)信息。RMON可以把子網(wǎng)當(dāng)作一個整體來監(jiān)視，提供關(guān)于整個子網(wǎng)的一些統(tǒng)計信息。
RMON本質(zhì)上是定義了一套MIB規(guī)范，其作用是定義標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視功能和接口，使基于SNMP的管理站和RMON探測器之間能夠通信。一般說來，RMON提供了一種有效且高效的方法來監(jiān)視子網(wǎng)行為。
RMON規(guī)范主要包括在兩個重要RFC文檔中：RFC 1757定義了RMON1， RFC 2021定義了RMO-
N2。
RMON1主要工作在MAC層，能夠監(jiān)視和它相連的LAN內(nèi)的所有流量，捕獲所有MAC層的幀，從這些幀中讀取MAC層的源地址和目的地址，并進行有關(guān)的各種分析和統(tǒng)計。
RMON2是RMON1的擴充，RMON2工作在MAC層之上，能夠從OSI模型的第3層到第7層對數(shù)據(jù)包進行解析，監(jiān)視協(xié)議流量，例如，探測器能夠基于網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和地址（包括IP）來監(jiān)視流量。
RMON規(guī)范定義的MIB庫結(jié)合在MIB-II中，其子樹標(biāo)識為16。RMON1定義了10個組，RMON2在RMON1的基礎(chǔ)上進行了簡單擴充，添加了9個新的組。
3 系統(tǒng)總體設(shè)計
3.1 基本設(shè)計思想
從本質(zhì)上講，網(wǎng)絡(luò)探測器是一個支持RMON規(guī)范的SNMP Agent，其主要任務(wù)包括：
（1）采集、分析和統(tǒng)計局域網(wǎng)的各種有用信息，按照RMON規(guī)范對這些信息進行組織；
（2）實現(xiàn)SNMP Agent，提供標(biāo)準(zhǔn)的SNMP接口，供管理站從它獲得網(wǎng)絡(luò)管理信息。
網(wǎng)絡(luò)探測器底層的平臺是嵌入式Linux系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)模塊，可以接入以太局域網(wǎng)。具體的平臺要求是：
硬件系統(tǒng)平臺：性能較高，處理速度相對較快，內(nèi)存容量較大，帶有網(wǎng)絡(luò)模塊；
操作系統(tǒng)平臺：支持網(wǎng)絡(luò)功能，能夠接入以太網(wǎng)，提供C++編譯開發(fā)工具。
在本網(wǎng)絡(luò)探測器的實現(xiàn)時，考慮到運行效率、硬件成本、使用方便性等各方面的因素，做了以下限定：
�。�1）針對目前最常見的以太網(wǎng)環(huán)境；
�。�2）有一個接口使其僅能連接到一個子網(wǎng)，這樣可使得系統(tǒng)簡單有效、易于安裝配置；
�。�3）全部MIB對象存放在內(nèi)存中，提高運行效率；
（4）有選擇地實現(xiàn)一些重要的MIB組；RMON是一個功能非常強大的MIB庫，能夠為管理站提供詳細的網(wǎng)絡(luò)管理信息，然而，在一般應(yīng)用中都不大可能對所有的SNMP MIB組加以實現(xiàn)。
3.2 系統(tǒng)基本體系結(jié)構(gòu)
圖2給出了本網(wǎng)絡(luò)探測器的基本體系結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)探測器包括以下一些基本組成模塊：網(wǎng)絡(luò)偵聽、數(shù)據(jù)包分析、分類統(tǒng)計計數(shù)、RMON MIB庫、SNMP處理以及Trap發(fā)送等。
探測器系統(tǒng)中，各個功能模塊的主要功能如下：
網(wǎng)絡(luò)偵聽模塊負責(zé)從網(wǎng)絡(luò)上截獲所有的數(shù)據(jù)包；網(wǎng)絡(luò)探測器連接在特定局域網(wǎng)上，它能夠?qū)υ摼钟蚓W(wǎng)上傳輸?shù)乃袛?shù)據(jù)包進行截獲，然后提交給上層模塊進行分析處理。
數(shù)據(jù)包分析模塊對截獲的數(shù)據(jù)包根據(jù)數(shù)據(jù)包的類型、源地址、目的地址、包大小等基本信息逐個進行分析。
數(shù)據(jù)包分析模塊在對數(shù)據(jù)包進行分析后，根據(jù)數(shù)據(jù)包的特性，調(diào)用特定的分類統(tǒng)計計數(shù)模塊對該包進行統(tǒng)計計數(shù)，分類統(tǒng)計計數(shù)模塊按照MIB庫的規(guī)范要求，將統(tǒng)計結(jié)果更新到有關(guān)的一些MIB對象中。
RMON MIB庫用來保存各種RMON MIB對象（實際上還包括MIB-II的System組和Interface組），這些對象按照RMON MIB規(guī)范進行組織，這里的MIB庫是一個概念上的數(shù)據(jù)庫，實際上各種信息都組織在內(nèi)存中，以提高訪問效率。
SNMP處理模塊負責(zé)實現(xiàn)SNMP訪問接口，接收SNMP請求（包括Get、GetRequest、Set等操作），對它進行分析處理，并按照要求訪問RMON MIB庫，從中取得需要的MIB對象值并返回給請求者（對Get、GetRequest而言），或者設(shè)置有關(guān)的MIB對象值（對Set操作而言）。
Trap發(fā)送模塊負責(zé)在發(fā)生特定事件時，主動發(fā)送Trap信息給預(yù)定的管理站；在分類統(tǒng)計計數(shù)模塊對MIB對象的值進行計數(shù)時，如果發(fā)現(xiàn)特定值超過了預(yù)定的范圍，則啟動Trap發(fā)送模塊，按照預(yù)定策略發(fā)送Trap信息給管理站。
4 實現(xiàn)技術(shù)
4.1 SNMP Agent的實現(xiàn)
目前，已經(jīng)有一些可用的SNMP Agent開發(fā)工具包，它們提供一些基本的框架平臺，實現(xiàn)了Agent的通用功能，在其基礎(chǔ)上，開發(fā)者可以集中精力進行具體邏輯功能的實現(xiàn)，如MIB對象的數(shù)據(jù)采集等。這樣有利于簡化開發(fā)工作，加快開發(fā)進程。常見的SNMP Agent開發(fā)工具包有：Agent++、net-snmp、WinSnmp API（適用于Windows平臺）等。
為了方便探測器Agent的實現(xiàn)，我們選擇了Agent++平臺，它是免費的且源代碼公開。
Agent++是一套用于開發(fā)SNMP Agent的C++庫，它建立在SNMP++的基礎(chǔ)之上。Agent++提供了完整的協(xié)議處理框架，提供了標(biāo)量對象和表對象等MIB對象的基類，通過繼承用戶可以方便地定義MIB對象。Agent++具有以下一些特點：
�。�1）功能強大，能夠?qū)崿F(xiàn)各種復(fù)雜的MIB對象；
（2）簡單易用，開發(fā)人員無需深入了解底層的SNMP處理，僅使用一些簡單的類和接口，即可快速實現(xiàn)帶有各種MIB對象的Agent；
（3）擴展性強，方便定義和實現(xiàn)新的功能；
（4）可移植性好，代碼可以方便地移植到Windows、UNIX、Linux等平臺上；
�。�5）支持SNMPv1和SNMPv2c；
（6）支持多線程處理，在線程中處理SNMP請求，可以進行并發(fā)的處理；
�。�7）支持MIB對象的持久保存，可將MIB對象保存到硬盤上，并可以從硬盤裝載；
（8）具有詳細的日志功能。
4.2 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包偵聽的實現(xiàn)
網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的偵聽也可以使用一些現(xiàn)成的開發(fā)包來實現(xiàn)，winpcap和libpcap是比較著名的開發(fā)包，提供了較強的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包截獲功能，其中，winpcap運行在Windows平臺上，libpcap運行在UNIX和Linux平臺上。
本項目使用libpcap作為數(shù)據(jù)包偵聽部分的開發(fā)包。
libpcap（Packet Capture Library），即數(shù)據(jù)包捕獲函數(shù)庫。在網(wǎng)絡(luò)包抓取中l(wèi)ibpcap是非常常用的一個庫，著名的tcpdump就是用它來實現(xiàn)的。libpcap是一個與實現(xiàn)無關(guān)的訪問操作系統(tǒng)所提供的分組捕獲函數(shù)庫，用于訪問數(shù)據(jù)鏈路層。這個庫為不同的平臺提供了一致的C函數(shù)編程接口，在安裝了 libpcap 的平臺上，以 libpcap 為接口寫的程序、應(yīng)用，能夠自由地跨平臺使用。它支持多種操作系統(tǒng)。
libpcap 結(jié)構(gòu)簡單，使用方便；它提供了20多個API封裝函數(shù)，我們利用這些API函數(shù)即可完成本網(wǎng)絡(luò)探測器所需的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包監(jiān)聽功能。
5 結(jié)束語
針對網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的管理信息收集所存在的一些特殊問題，本文設(shè)計并實現(xiàn)一種網(wǎng)絡(luò)探測器。在一個網(wǎng)絡(luò)管理應(yīng)用系統(tǒng)中，要根據(jù)具體情況決定是否為一些局域網(wǎng)設(shè)置網(wǎng)絡(luò)探測器。所以網(wǎng)絡(luò)探測器是對本網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)基本實現(xiàn)的補充，它可以使得本網(wǎng)管系統(tǒng)功能更加完善。實踐證明本實現(xiàn)方案簡單實用，達到了預(yù)期的目的。
參 考 文 獻
[1] Stallings W，胡成松, 汪凱譯 . SNMP網(wǎng)絡(luò)管理，北京：中國電力出版社，2001
[2] RFC 1213-1991, Management Information Base for Network Management of TCP/IP-based internets: MIB-II
[3] RFC 1757-1995, Remote Network Monitoring Management Information Base
[4] RFC 2021-1997, Remote Network Monitoring Management Information Base II
----《中國數(shù)據(jù)通信》
