基于P2P的分布式网络故障监测系统的研究--毕业论文.doc
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1、I基于P2P的分布式网络故障监测系统的研究摘 要随着网络技术的快速发展,网络规模不断扩大,网络维护变得日益复杂,传统网络故障监测模型已不能适应当前网络对故障监测的需求。本文将P2P技术与分布式网络故障监测技术相结合,尝试采用一种基于P2P技术的分布式网络故障监测模型,以适应目前大规模、复杂、动态的网络在网络故障监测方面的需求。主要工作包括:首先,本文分析了大规模、异构网络环境对传统故障监测系统带来的问题,针对P2P技术和分布式故障监测系统的实现方法和技术难点展开研究。其次,设计了基于P2P的网络故障监测系统,新系统分为P2P网络平台模块、网络故障监测模块和故障数据存储模块三个模块。采用Sun微
2、系统对等网络标准JXTA实现P2P网络平台模块;在网络故障监测模块的实现上,采用SNMP的Trap告警方式和轮询机制实现故障数据监测模块中的故障数据采集功能,采用基于Java的Drools工具和MIB阈值调整相结合的方法实现对故障数据的过滤功能,采用双任务的工作方式解决监测服务器在接收SNMPTrap报文时UDP缓冲池溢出问题;使用Microsoft SQL Server2000数据库系统设计并实现故障数据存储模块。最后,在仿真环境中对新系统和传统监测系统进行分析和对比,评估了基于P2P的分布式故障监测系统的性能,仿真实验表明在大规模、复杂、动态的网络环境中将P2P技术引入分布式网络故障监测系
3、统可以提高网络故障监测的实时性和准确性。本文的工作,为下一步开发基于P2P的分布式网络故障监测系统打下良好基础。关键字::分布式网络,故障监测, P2P, JXTA Research Of Distributed Network Fault Monitoring System Based On P2pABSTRACTWith the rapid development of network technology,the scale of network is expanding continuously, so the requirements of network fault monitor
4、ing is becoming more and more complex.The traditional network fault monitoring system no longer satisfies current networks requirements for fault monitoring.This paper combined P2P technology with distributed network fault monitoring, try to use distributed network fault monitoring based on P2P,whic
5、h adapt to the requirement of the current large-scale,complex,dynamic network.The main tasks are:Firstly,the problem of traditional network fault monitoring system for large scale and haterogeneous network envirment are analyzed,ltimate principle and difficult points of the P2P technology and distri
6、buted network fault monitoring system are also studied.Secondly,the newwork fault monitoring system based on P2P is designed,and the new system is divided into P2P network platform module、network fault monitoring module and fault data storage module.The P2P network platform module is realized by Sun
7、 Microsystems JXTA standard;In the realization of network fault monitoring module, the function of fault data acquistion in the module is realized by SNMPs trap alarm pattern and rolling mechanism, the filtering function for fault data is realized by the method which combing with Drools tool which b
8、ased on Java and MIB threshold adjustment ;the UDP buffer overflow paoblems is sovled by the working pattern of double tasks when receiving SNMP Trap message; The fault data storage module is designed and implemented with database of Microsoft SQL Server2000. Finally, the new monitoring system and t
9、raditional monitoring system is contrasted in simulation environment.The function of distributed network fault monitoring system based on P2P is ecaluated.Simulation results showed that he accuracy and real-time of the network fault monitoring are enhanced by introducing P2P into monitoring system i
10、n the large-scale,complex V目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1 研究背景11.1.1 网络监测发展现状11.1.2 传统网络故障监测系统的不足11.1.3 基于P2P分布式网络故障监测的优势21.2 国内外研究现状31.2.1 国外研究现状31.2.2 国内研究现状41.3 本文主要工作及意义41.4 论文的结构52 基于P2P的分布式网络故障监测系统关键技术的研究72.1 分布式网络故障监测技术的研究72.1.1 分布式网络故障监测的产生与特点72.1.2 分布式和集中式的比较72.1.3 分布式故障监测的关键问题和难点82.1.4 分布式故障监测的
11、实现方法82.2 P2P技术的研究92.2.1 P2P技术概述92.2.2 P2P技术的特点与主要应用102.2.3 P2P的不足113 基于P2P分布式故障监测系统的设计133.1 系统的提出133.1.1 基本设计思想133.1.2 系统的网络结构143.1.3 系统的体系结构153.1.4 基于P2P的分布式故障监测模型与传统模型的比较163.2 系统的工作模式163.3 P2P平台的设计173.4 故障监测服务器设计183.4.1 网络故障监测模块193.4.2 P2P模块193.4.3 数据库模块213.5 故障数据过滤机制的设计213.6 系统的通信机制233.6.1 故障通信中信
12、息的标识233.6.2 消息格式243.6.3 通信机制254 基于P2P分布式故障监测系统的实现304.1 系统的软硬件平台304.1.1 系统的软硬件要求304.1.2 系统模块结构304.1.3 系统原型实现的技术方案314.2 P2P网络平台的实现314.2.1 模块结构关系的说明314.2.2 P2P网络的实现324.3 故障监测功能的实现434.3.1 故障监测功能模块的工作流程434.3.2 故障监测功能的实现434.3.3 网络拓扑功能的实现464.4 数据模块的实现48致 谢50参 考 文 献5155基于P2P的分布式网络故障监测系统的研究1 绪论1.1 研究背景1.1.1
13、网络监测发展现状随着社会信息化的飞速发展,作为信息传输媒介的网络,已经遍布于我们生活的方方面面。作为国民经济和社会发展基础之一的网络通信,也成为了当前世界发展最为迅速的领域1。随着人们对网络的依赖性越来越大,对网络的稳定性和可获得性要求也越来越高,网络故障监测及其管理的研究也越来越重要。一旦网络出现故障,就必须要快速排除故障,确保网络正常运行,从这个意义上讲,网络故障监测对于网络故障管理的重要性就显得尤为重要了,是网络故障管理的重要手段。在网络技术迅速发展、规模不断扩大的同时,网络的复杂性也在不断增加,网络异构性问题更是逐渐突出,这使得网络故障监测面临着巨大的挑战。人们对网络故障监测提出了新的
14、要求,新的网络故障监测模型要求能在任何地点、任何时候、任何平台下对任何网络进行故障监测,能够解决网络应用方面的可集成性和可扩展性,使网络在具有可伸缩性的同时实现网络故障监测任务的灵活分布。1.1.2 传统网络故障监测系统的不足传统的故障监测分为集中式故障监测和分布式故障监测两种:a 传统集中式故障监测在传统的集中式网络故障监测系统中,监测服务器NMS(Network Monitor Server)是整个网络的故障监测中枢,它通过轮询被监测的网络设备中的故障监测代理程序,从而获得当前网络的状态。随着网络的飞速发展,集中式故障监测系统暴露出了以下3个主要缺陷2:1) 随着网络规模的不断增加,被监测
15、设备类型和数目也越来越复杂繁多,对被监测对象周期性的轮询监听,将导致网络流量特别是监测服务器端的流量增大,占用了较大的带宽,并有可能造成以监测服务器端为端点的链路拥塞。2) 当网络出现故障现象时,需要获取更多的数据做进一步的推理判断,而过大的数据流会进一步恶化网络的性能。3) 被监测设备和NMS的大量信息的交换加重了网络的负荷造成了监测任务的延迟。所以如何减少网络故障监测中所需的通信开销,并保证网络故障监测的有效性及实时性,成为了目前网络故障监测所面临和必须解决的问题之一。网络出现故障后的快速、准确的监测诊断机制,对于恢复网络的正常运行以及提高网络的稳定性具有重要作用,网络故障告警中包含有大量
16、的不确定性信息,同时系统告警信息的不完备以及数据传播的动力特性都加大了故障监测和诊断的难度,需要对告警信息进行规则推理,优化网络故障监测。这充分表明,传统的集中式网络故障监测系统存在着系统灵活性和稳定性差、易产生网络瓶颈和缺乏兼容异构网络等缺点,已经无法适应网络故障监测的需求,人们开始寻求一种更好的网络故障监测方法,既而转向分布式网络故障监测的研究与设计。b 分布式故障监测分布式故障监测系统是一种对等式结构,在这种系统中有多个故障监测服务器,它们各自负责一个域,服务器之间可以相互通信。任何时候,当需要从某个域获得信息时,只需要和相应的子域故障监测服务器进行联系即可获得有效的故障信息3。通过把监
17、测任务分布到不同的子域的故障监测服务器上,分布式故障监测提高了网络监测的及时性、可靠性、抗毁性,同时又降低了集中式故障监测方式所消耗的在通信和计算上的资源消耗 4。目前分布式网络故障监测还有许多理论和实际问题有待解决。当前比较流行的分布式网络监测技术有移动代理、CORBA(Common Object Request Broker Architecture,公共对象请求代理体系结构)等5。移动代理故障监测模型可以减少网络流量、连接请求和提高对远端操作和控制的实时性,但是它需要监测和被监测系统都支持移动代理环境,对系统的配置要求较高;并且对它的控制机制也比较复杂,安全性和可靠性也有待进一步研究6。
18、CORBA中,由于CORBA中的对象是静止的,而且缺乏足够的智能,不利于动态多变的分布式环境,并且CORBA对象不能进行迁移,当我们需要一个CORBA对象服务时候,必须建立连接,这将增加网络流量,在长时间对象交互时更为突出。此外,在分布式网络故障监测模型中,网络会被大量的路由器、交换机以及集线器分割为多个域7。因此,对各个子域的故障监测服务器相关信息采集就会变得比较困难。现有的分布式网络故障监测系统还不能很好地适应目前网络故障监测的需求。针对现有分布式网络故障监测系统的不足,本课题尝试将最近成为网络技术热点的P2P(Peer-to-Peer,点对点)技术和分布式网络故障监测技术相结合,提出了一
19、种基于P2P技术的分布式网络故障监测模型P2PDNM(Peer-to-Peer Distributed Network Monitor Model)模型,通过动态的网络故障监测来解决大容量、异厂家、多平台、被监测设备高度分散以及通信环境下网络异构性的急剧增加等带来的现实问题。1.1.3 基于P2P分布式网络故障监测的优势基于以上的分析,我们提出的基于P2P的分布式网络故障监测系统将整个网络划分为若干个监测域,每个域中有一个到两个监测服务器,负责本域的故障监测。由所有分布在各域的故障监测服务器动态的组成一个P2P故障监测网络,故障监测服务器之间采用P2P消息机制交互本域的故障信息,协同完成对整个
20、网络的故障监测,进而协助工作人员排除故障,恢复网络正常的运行。基于P2P的分布式网络故障监测系统具有如下4个主要优势:a与现有系统的无缝集成基于P2P的分布式故障监测系统不仅支持分散的网络结构,并且也支持传统的集中式结构,它将整个网络依据一定的标准划分为若干个故障监测域,域内采用传统的集中式网络模式,P2P网络由各个监测域中负责故障监测的故障监测服务器组成,这样在最大程度上保留了现有的网络设备,利于故障监测系统的升级,实现了与现有系统的无缝集成8。b灵活的故障监测机制P2P分布式故障监测系统中,故障监测服务器根据分布式故障监测的需要动态的组成P2P网络,每个故障监测服务器都是一个相对独立的实体
21、,既可以只进行本域的故障监测,也可以根据监测需要灵活的调整监测范围(多个域或者整网)及监测策略。c提高了网络故障监测的性能P2P分布式故障监测可以大量地减少网络流量和网络连接时间和次数9。一方面,P2P故障监测服务器能够自主的对本域中许多故障告警进行相应处理,避免了大量数据的网络传输,使需要经过网络的数据流量能被降到很低;另一方面,故障监测服务器可以异步的执行故障监测任务,而不需要和其它故障监测服务器保持长时间的链接,减少了不必要的网络连接时间。d对网络监测系统健壮性和容错的支持采用P2P技术组建的故障监测网络,当网络的拓扑、组织形式等发生变化时,监测网络能随之动态重组10;当网络出现故障时,
22、并由于采用域管理,可以及时的将故障告警告知本域的故障监测服务器,并在距离故障地点最近的地方产生反应,动态重组网络,保证了故障的隔离性,有效防止故障蔓延11。P2P网络的特性使得每个域成为一个独立的单元,提高了分布式系统的自治性和可恢复性。总之,将P2P技术与网络故障监测技术结合具有很好的应用前景。1.2 国内外研究现状1.2.1 国外研究现状 国际上对基于P2P应用的研究已成为热点,其中P2P结构在网络中的应用也越来越受到大家的重视,很多研究机构都在积极进行研究,此外,国外在网络故障监测方面的研究比较成熟,已有一些公司研制开发出综合的网络故障方面的系统,如NAI公司的Sniffer、HP公司的
23、NetMetrix等,这些产品可以对整个网络的关键网段进行集中管理,并提供对网络的故障检测和排除1213。对于基于P2P结构在网络故障监测中的应用,国外很多研究机构也都在进行研究,其中有微软亚洲研究院、德国符兹堡大学、法国的MADYNES研究小组等,其中德国符兹堡大学的DNA(Distributed Network Agent)项目14提出了采用P2P框架实现对网络通信状态的测试和测量,在该框架中提出了一种针对IP网络的全新的、分布式的、自组织的、通用的测试和质量监控框架结构,DNA利用P2P方式组织,可以分布式执行测试功能。但是从整体上来说,目前还没有比较成熟的基于P2P实现的网络故障监测系
24、统。1.2.2 国内研究现状从2002年开始国内大专院校、科研机构和一些公司开始了关于P2P技术在网络管理及网络故障监控方面的研究,如北大网络实验室对P2P网络的管理做过一些理论上的研究,主要着眼点在于如何对P2P网络本身的管理上,应用范围局限在P2P网络中,结构相对简单,不具备通用性15。总体来说,国内在故障监测方面的研究起步的较晚,目前在网络监测方面有厦门雅迅网络开发的GNMA通用网络故障分析系统,它提供了实时监测网络(接口状态、网络流量等)、提取和接收网络数据、网络数据统计(图表)、网络数据协议分析、出错示警、专家系统(分析网络出错原因、解决办法)等功能模块,但是该产品只能对局域网进行故
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