图形化校园网络监控系统的设计与实现.pdf

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1、 计算机与现代化 2 0 0 7年第 5期 J l s u A N J l Y U X I A N D MH U A 总第 1 4 1 期 文章编号：1 0 0 6-2 4 7 5(2 0 0 7)0 5-0 0 7 2-0 4 图形化校园网络监控系统的设计与实现 张玮，唐学文，马颖(重庆大学计算机学院，重庆 4 0 0 0 4 4)摘要：主要介绍了一种针对校园网络的图形化网络监控 系统，详细阐述了系统的结构以及关键技术的实现。关键词：网络管理；网络拓扑图；S Q L S e r v e r；V C+中图分类号：rI P 3 9 3 文献标识码：A De s i g n a n d I mp

2、l e me n t a t i o n o f Vi s u a l i z e d Ca mp u s Ne t wo r k M o n i t o r i n g S y s t e m Z HANG We i，T ANG Xu e-w e n，MA Yi n g (C o e g e o f C o m p u t e r S c i e n c e，C h o n g q n g U n i v e r s i t y，C h o n g q n g 4 O O O 4 4，C h i n a)Ab s t r a c t：T h e p a p e r p r e s e n t

3、 s a v i s u a l i z e d c a mp u s n e t w o r k mo n i t o rin g s y s t e mS t r u c t u r e，k e y t e c h n o l o g l e s a n d me t h o d s o f b u i l d i n g t h e s y s t e m a r e d e s c ri b e d a mp l y Ke y w o r d s：n e t w o r k ma n a g e me n t；n e t w o r k t o p o l o g y m a p；S

4、Q L S e r v e r；V C+0 引 言 当今网络已成为社会的一个重要组成部分，网络 的规模越来越大，网络的结构 日趋复杂，局域网的管 理任务也 日 益显得复杂繁重，因此如何能够简单有效 地管理内部网络已成为当前网络管理研究的一个重 要方面。目前商用网络管理软件种类繁多，例如：H P 的 0 p e n V i e w、I B M的 N e tV ie w等等。这些商用软件 功能较为全面，但是价格昂贵，并且针对性不强，操作 较为复杂。本文介绍了一种针对校园网络管理而设计的网 络监控系统，该系统强调以图形化的方式显示当前网 络各节点状态。以直观的方式反映网络故障或潜在的 故障，具备节点

5、控制、监测日志、统计以及多种智能报 警功能，力求减轻网络管理人员的工作量。1 系统结构 通过对校园网络管理的实际需求进行分析，校园 网络监控系统应该能够实时、直观地反映网络各个节 点的当前状态(如：流量信息、连接状态等)，并能够 对状态信息进行记录，便于历史查询及统计分析，同 时具备设备端口远程控制能力，便于在监测到异常情 况时，管理人员可以及时地采取措施预防或防止故障 区域 的进一步扩大。网络监控系统结构如图 I所示。图 1 网络监控系统结构 监控系统共分为四大部分，分别是：网络拓扑图 绘制软件、节点及流量监控平台、信息统计软件和数 据库系统。要实现网络节点图形化监控需要建立当前网络 的拓扑

6、图。绘制拓扑图可以采用 M i c r o s o ft V i s o 等专 门的图形绘制工具，但是采用这类软件绘制拓扑图存 在的一个主要问题是在进行节点与对应的设备关联 定位时很复杂，并且一旦完成后改动不方便，效果很 不理想，另外采用这类软件也存在着购买价格昂贵的 问题。相比之下设计开发一种专门用于该网络监控 系统的拓扑图绘制软件是一个较为理想的途径。监 收稿 日期：2 0 0 6-0 5-3 0 作者简介：J(z 4-)，男，四 川南充人，重庆大学计算机学院硕士研究生，研究方向：计算机应用；唐学文(1 9 5 8 一)，男，重庆人，计算机 网 络中 心副主任，硕士生导师，研究方向：计算机

7、体系结构；马颖(1 9 7 8 )，男，重庆人，硕士研究生，研究方向：计算机体系结构。维普资讯 http:/ 2 0 0 7年第5期 张玮等：图形化校园网络监控 系统的设计与实现 7 3 控系统拓扑图绘制软件结构如图 2所示。图 2 监控系统拓扑图绘 制软件结构 网络监控 系统 的核 心是节 点及流量监控平 台。该平台负责收集节点的状态信息以及指定设备端 口 的流量信息，并能够实时地以直观的方式显示节点状 态和流量数据，根据监测所得数据及时给出报警信息(图示、声音方式，电子邮件方式和电话通知方式)，另外该平台还应具备设备端口的控制能力(开起 关 断)。节点及流量监控平台结构如图3所示。数 据

8、库 节点扫描线程 流量轮询线程 智能报警(邮件电话)设备控制 r ，l网络设各 图 3 节点及 流量监控平 台结构 信息统计分析平台主要完成监控平台收集的信 息数据的统计分析，并给出相应的数据分析报表(包 括曲线)，另外根据需求该平 台还兼具 了一 额外的 功能，即实时显示指定设备端口的流量曲线。数据库系统负责信息数据的存储。由于信息数据量 较大，数据库系统 定专门的数据存储维护策略。2 监控系统各模块关键技术实现原理 本系统开发主要立足于 Wi n d o w s 平台，相关应用 软件均采用 V C+6 0编程实现，数据库平 台选用 S Q L S e r v e r 2 0 0 0。2 1

9、节点状态扫描 本 系统主要采用 I P层的 I C MP协议获得节点 的 状态信息。采用 I C M P 协议有两种方式可供选择，一 是根据 I C M P报文格式 自己编写 I C M P报文，通过 S o c k e t 进行发送和接收，另一种方式是利用 Wi n d o w s 的 P i n g 服务。采用后一种方式由于不需要专门编写 I C M P 报文，因此实现较为容易，本系统就采用 了 这种 方式。Wi n d o w s 的 P i n g服务主要 依赖 I C MP d l l 实现，在 I C M P d u中提供了三个函数，分别是：I c m p C r e a t e

10、F i l e、I c m p C l o s e H a n d l e和 I c m p S e n d E c h o。I c m p S e n d E c h o 负责发送和接收 I C M P报文，在 I c m p S e n d E c h o 调 用成功 的情况下，I c m p S e n d E c h o将返 回往返时延 R r【-I 和 1-I I 。因此通过调用 I C M P d u可以探测到节 点的相关状态。但是 I c m p S e n d E c h o 是工作在同步方 式下的，为了不影响监控平台的其他功能的实现，必 须要使节点状态探测功能工作在异步方式下

11、。本系 统采用多线程的方式实现这一功能。图4节点扫描线程流程示 意 如图4 所示，主线程(界面线程)在启动节点扫描线 程后，通过 T h r e a d s 变量控制节点探测子线程数量，在节 点探测子线程中调用 I C MP d u实现 I C M P报文的发送 与接收，从而在系统整体上实现异步节点探测，并且采 用这种方式可以避免采用单一子线程方式扫描节点时 由于节点数量的变化而引起扫描周期剧烈变化的情况 发生，可以较为精确地控制节点轮询周期。由于对每个 节点启动一节点探测子线程，因此对系统资源需求较 大，通过合理地设置最大子线程数量值(Ix T)可以有效 调节监控平台对系统资源的占用率。2

12、2流量轮询及设备端口控制 目 前网络设备生产商生产的网络设备(如：交换 机、路由器)都支持 S N MP协议，本系统采用 S N MP协 议实现对设备端口的流量查询以及端口控制功能。S N M P网络管理由三个部分组成，即管理信息库 M I B、管理信息结构 S M I 和协议本身。管理信息库采用树形结构组织网络中的被管对 象，每一个被管对象在 M I B中都有一个唯一的对象 标识符(O I D)，例如：“1 3 6 1 2 1 2 2 1 1 0”表示 维普资讯 http:/ 7 4 计算机与现代化 2 0 0 7年第5期 端 口流进 的数据 包字节数，“1 3 6 1 2 1 2 2 1

13、1 6”表示端口流出的数据包字节数。因此要获得或 设置设备属性值必须知道该属性的 O I D，一般可以查 询相关文献资料得到需要的O I D。S N M P 协议定义五种协议数据单元，即S N M P报 文，用于管理进程I和代理进程之间的数据交换。这五 种协议数据单元(S N MP V1)分别是：G e t r e q u e s t、Get n e x t-r e que s t、Ge t-r e s p o n s e、S e t-r e q u e s t和 T r a p o对 于 流量轮询主要用到了 Get r e q u e s t 和 Get re s p o n s e 指 令

14、，在 端 口控 制实 现 上运 用 S e t-r e q u e s t 指令。在 S N MP协议的具体 实现上采用 Wi n d o w s的 Wi n S n m p Ma n a g e r A P I应用 程 序接 口。用 Wi n S n m p Ma n a g e r A P I 实现网络管理的过程必须包括以下几个步骤：(1)初始化。对应的 A P I 函数为S n m p S t a r t U p()；(2)创 建 会 话。对 应 A P I函 数 为 S n m p O r e n()或 S n m p C r e a t e S e s s i o n()；(3)创建

15、协议数据单元。包括创建要访问对象的 O I D，创 建变量绑定 表等，主要 涉及 A P I函数有 S n mp S t r T o O i d()、S n m p C r e a t e V b l()、S n m p S e t V b()和 S n mp C r e a t e P d u()；(4)发送信息。相关函数是 S n m p S e n d Ms g()；(5)接收消息，并读取变量。涉及函数有 S n mp R e c v Ms g ()、S n m p G e t P d u D a t a()、S n mp C o u n t V b l()、S n mp G e t V

16、 b()；(6)释放资源。主要涉及函数有 S n m p F r e e()、S r t m p C l o s e ()、S n m p C l e a n u p()。系统对 S N MP对象的访问采用异步方式进行，实现 异步方式主要利用了 S N M P的 P D U中的请求标识符字 段，如图5所示。在 S N M P的 P D U中存在个请求标识 符字段，该字段 由管理进程设置，代理返回的 G e t R e s p o n s e 报文也必须返回此标识，因此通过判断接收到的 报文的请求标识符就可以区分返回的响应报文。另一 方面 Wi n S n mp n a l a g e r A

17、P I 构架支持异步实现，在创建 会话时通过指定回调函数句柄或指定 S N M P事件发生 响应消息可以实现异步响应，再结合数据包的请求标识 符实现 S N M P流量轮询的异步操作。图 5 S N MP报文格式 2 3 电话报警功能实现 作为智能报警的一个主要方面，电话报警对于监 控平台及时通知网络管理人员系统故障有着重要的 作用。实现电话报警功能主要采用 Wi n d o w s的T A P I 编 程接 口和 Wi n d o w s MC I 接 口。T A P I 是 Wi n d o w s 集成 的电话编程工具，利用 T A P I 提供 的函数可 以较为简 单地建立起线路连接。

18、MC I 是 Wi n d o w s 提供 的多媒 体控制接 口，通过调用 MC I 的相 关函数可 以实现控 制多媒体设备播放或记录相应的多媒体数据文件。电话报警的步骤如下：(1)采用 T A P I 建立起线路连接；(2)调用 MC I 标准函数在对应的设备上播放语音文件；(3)挂机，关闭线路连接。必须指出的是撕采用的M o d e m必须支持语音功能。2 4拓扑图及节点状态显示功能 作为图形化校园网络监控系统，其一个重要特点 就是节点状态的图形显示，以及网络拓扑图的绘制。实现拓扑绘制的关键在于如何有效地组织各种 图标元素，以及怎样将所选 的元素同时显示在一个有 限的区域里。对于文字以及

19、线、矩形等简单对象元素 可 以调用 MF C的 C D C对象直接绘制，但是对于设备 图标元素(例如：交换机图标)则必须采用其他方式。为了使软件在拓扑图的绘制和显示上具有一定 的灵 活性，将设备图标都定义为位图格式并集中放置在规 定的 目录下，系统启动时将扫描该 目录并将设备图标 缩略显示在设备图标区 通过点选、拖动，系统将选定 的设备图标 以内存拷贝方式显示到对应 的区域。如 图 6所示，整个拓扑图 的显示实现原理类 似 D i r e c t X D D R A W的离屏工作方式。设备图标内存拷贝以及 线、框、文字等图元，首先被绘制或拷贝到设备绘制层(内存 D C)上，警报信号指示则单独生

20、成了一个图 层警报信号显示图层(内存 D C)专用于警报信 号显示。最后通过 Wi n d o w s 系统的 B l i t t e r 将设备绘 制图层与警报图层合并后复制到前台屏幕 D C。采用 这种显示方式还有一个 明显 的优点就是有效地避免 了图像闪烁问题。图 6 拓扑 图绘制显示原理示意图 图元数据组织体现在对各种类型图元 的数据和 操作进行封装以及建立图元链表两个方面。为实现 图元数据序列化，基本图元类(G B a s e)以 M F C的 C O b j e c t 为基类，其它图元类派生 自G B a s e 类，G B a s e 封装了图元的基本属性和基本操作，派生图元类

21、通过 重载方式拥有 自己的显示实现方式。拓扑图各 图元 维普资讯 http:/ 2 0 0 7年第5期 张玮等：图形化校园网络监控 系统的设计与实现 7 5 对象在内存 中以链表的方式组织在一起，软件设计创 建了三个链表(图元链表、报警 图元链表和选 中图元 链表)分别作为图元显示、报警图元 以及欲调整图元 的内存记录形式。系统对 图元 的操作(如：修改、显 示、定位等)需要通过扫描对应的链表以获得需要 的 数据。2 5数据统计与数据库管理 节点及流量监控平台源源不断地将采集到的数 据记 录到后台数据库 中，以每两分钟记录一次数据为 例，一个节点在只有一个 I P地址的情况下一天将产 生 7

22、2 0条流量数据和7 2 0条 R，丌 数据，如果节点数增 至 1 0 0，则一天的数据量就将超过 1 4 4 0 0 0 条，因此系 统记录的数据量非常庞大，必须对数据库数据采取一 定的记录维护策略。系统采用分级存储的策略方式 对数据进行压缩。实现原理是：通过建立多个数据表 存储不同粒度(时 间跨度)的数据，利用 S Q L S e r v e r 的作业调度功能定时(如每天的 0 0：0 0时)调用数据 压缩存储过程对每张表进行数据压缩维护。例如：将 粒度最细的表中前三天 的数据按时问段合并后分别 存人粒度较大的表 中，然后删除此表中三天以前的所 有数据，以达到对该表数据压缩 的 目的，同

23、样 其它粒 度的表也依次从细粒度向粗粒度压缩。与数据库中数据存储方式相对应，数据统计软件 在查询数据库时由于需要选择不 同的时间段，因此必 须判断应从 哪一张表 中获取数据。如果采用在统计 软件 中设计数据查询策略的方式，则在数据库存储策 略变化时，统计软件的数据查询策略必须发生相应的 改变，从而带来软件维护的不便。为避免这一隋况发 生，系统在统计软件数据查询的实现上采用调用数据 库存储过程的方式，通过设计数据查询存储过程，查 询策略交由该存储过程来实现。3 结束语 本系统在开发完成后经过调试和试运行，有以下 几方面的特点：(1)拓扑图绘制与修改方便快捷，设备与网络拓扑图之间 关联直接，操作简

24、单；(2)图形化界面，显示简洁；(3)功能实用，维护简单；(4)系统稳定可靠。系统经过长时间的试运行结果表明该系统在一 定程度上满足了校园网络监控的需要，但是从长远发 展来看，该系统必须在功能上进一步扩充以满足 13 趋 复杂的网络结构 的需要和网络管理的需求。参考文献：1 谢希仁计算机网络 M 北京：电子工业 出版社，2 0 0 3 2 Wi l l i a m S t al l i n g s S N MP网络管理 M 北京：中国电力 出版社，2 0 0 1 3 周长发V i s u a l C+N E T多媒体编程 M 北京：电子 工业出版社，2 0 0 2 4 B o b Q u i

25、n n Mi c r o s o f t s I C M P A P I D B O L h t t p：wv v s o c k e t s c o rn ms i c mp h t m，1 9 9 8-0 1-2 8 5 Mi c r o s o f t C o r p o r a t i o n Wi n S N MP Ma n a g e r A P I Z D K MS DN L i b r a r y Vi s u al S t u d i o 6 0，2 0 0 0 和 和和和和 和和 和扣和 和和 和和和和 和和和 和和和 和和和扣 和和和 和和和 和和和 和和扣 和和和 和和

26、 和和和 和(上接第7 1 页)就可访问到，从而显著提高了 L G公司 远程办公室的工作效率。通过广域 网链路优化和加 速技术的实施，使 L G电子每年节省广域网带宽费用 6 0 0万美元，广域网的应用性能提升至 2 0倍 以上，投 资 回报期仅为五个月。4 结束语 对于任何用 WA N连接的公司(特别是跨 国公 司)，任何有低带宽、高延迟、大数据传输的企业，任何 想进行服务器集 中(数据大集中)项 目的企业都适合 采用广域网优化技术来对广域 网络和应用系统 的性 能优化。通过广域网优化技术，不仅可提高广域网链路 的 效率，提高应用系统 的性能，降低用户广域 网链路带 宽需求，减少用户网络运营

27、支出成本，同时，通过广域 网优化技术，用户可以明确广域网链路带宽使用状 况，为以后广域网链路带宽升级和网络扩容提供充分 而准确的依据。参考文献：1 R i v e r b e d C o R i v e r b e d 公司相关技术资料 D B O L h t-t p：w ww R i v e r b e d c o rn，2 0 0 6-0 1-0 1 2 F S C o F 5公司相关技术资料 D B O L h t t p：w w w F 5 c o m 2 0 o 6 1 1 3 J u n i p e r C o J u n i per网络公司相关技术资料 D B O L h t t p：w w w J u n i per c o m，2 0 0 6-0 1-0 1 4 张旭军 WA N加速一一 广域 网优化技术与应用分析 J 网络世界，2 0 0 6(I I)维普资讯 http:/