TOPOLOGY网管软件的系统设计 计算机信息管理毕业设计论文.doc
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1、目 录 摘 要 .1 ABSTRACT .2 前 言 .3 第一章 概述 .4 1.1 开发背景 .4 1.2 关于国内外同类系统的分析 .4 1.3 TOPOLOGY 网管软件的任务与目标.6 1.5 本论文所作的工作 .7 第二章 SNMP、MIB 与 TOPOLOGY 开发环境.8 2.1 SNMP .8 2.2 SNMP 操作和 SNMP 报文传输9 2.3 SNMP V2 和 SNMP V310 2.3.1 SNMP V2 协议.11 2.3.2 SNMP V3 协议.12 2.4 管理信息库 MIB.12 2.5 TOPOLOGY 开发环境14 2.5.1 Visual C+6.0
2、 MFC 应用程序框架.14 2.5.2 WinSNMP .15 第三章 TOPOLOGY 系统总体设计16 3.1 TOPOLOGY 系统总体结构16 3.2 TOPOLOGY 系统各功能模块设计16 3.3 模块之间的协调 18 第四章 TOPOLOGY 网络拓扑发现模块的设计与实现20 4.1 基于 SNMP 的主干网拓扑发现 .20 4.1.1 传统的基于 SNMP 的网络主干拓扑发现方法 .20 4.1.2 改进的基于 SNMP 的网络主干拓扑发现方法 .25 4.1.3 模块运行结果 29 4.2 子网内拓扑发现 29 4.2.1 ARP 表(IpNetToMediaTable 表
3、) .29 4.2.2 子网拓扑的中所要的数据结构 30 4.2.3 如何判断主机的状态 30 4.2.5 模块运行结果 31 第五章TOPOLOGY 网络拓扑图生成/布局模块的设计与实现 32 5.1 TOPOLOGY 网络拓扑图布局模块的设计32 5.2 TOPOLOGY 网络拓扑图生成/布局模块的实现.34 5.2.1 数据结构 34 5.2.2 TOPOLOGY 主干网拓扑图生成/布局模块的实现.35 第六章 总结与展望 37 6.1 课题总结 37 6.2 进一步开发的展望 38 参考文献 40 致 谢 41 1 摘摘 要要 随着网络的高速发展,网络管理变得越来越复杂,网络管理软件的
4、研究与开发伴随 网络的不断发展也越来越受到人们的重视。本文基于SNMP协议、MIB库,详尽阐述 了作者设计的TOPOLOGY网管软件的系统设计,以及它的四大模块网络拓扑发现、 网络拓扑生成与布局、查询MIB、功能模块协调与切换的主要设计思想和实现方法,论 文中着重研究和讨论了对网络拓扑的发现、生成、布局的设计实现算法。在传统主网拓 扑发现算法的基础上,作者提出两种新的补充算法,使得拓扑更加完整,具有一定的创 新性。论文所提出的拓扑布局算法采用环型算法与启发式算法相结合,使得布局更加合 理,也是该网管软件的特色和创新做法。论文在最后还探讨了对系统进行进一步开发的 展望。 关键词:拓扑发现,布局,
5、SNMP,MIB,WinSNMP 2 Abstract With rapid development of network, network management becomes more and more complex. Meanwhile, the research and development of network management software are also paid more and more attention to by people. Based on SNMP and MIB, this thesis has accounted in detail for t
6、he system design of Network Management Software TOPOLOGY developed by this author. The main designing thoughts and implementation schemes of four modules include network topology discovery, topology generation/layout, MIB polling and modules coordination /switching. The thesis has examined and discu
7、ssed with focus on the designing and implementing algorithms of network topology discovery, generation and layout.On the basis of traditional backbone network discovery algorithm, the author gives out two new algorithms for supplement to make the topology more complete, and the new algorithms are cr
8、eative on a certain extent. Topology layout algorithm presented by this thesis combines the elicitation algorithm to the ring algorithm to make the layout more rational and this is also the characteristic and creative way in this network management software. In the end, the prospect of further devel
9、opment to this system is also explored. Keywords: Topology Discovery, Layout, SNMP, MIB, WinSNMP 3 第一章 概 述 1.1 开发背景开发背景 随着网络的高速发展,网络管理变得越来越复杂,网络管理软件的研究与开发伴随 网络的不断发展也越来越受到人们的重视。同时,随着计算机网络的使用越来越广泛, 用户对网络的依赖也越来越大,网络的可靠性成为越来越重要的问题。网络管理是一个 解决方案,它寻求最大限度地利用现有的网络资源,增加网络的可用时间,提高网络设 备的网络性能、服务质量和安全性。因此,研究网络管理具
10、有重要的意义。 目前国内的企业网、园区网系统所使用的网络管理软件大多都是从国外引进的;如 IBM公司的Netview,HP公司的OpenView,Cisco公司的Ciscoworks,3Com公 司的 Transen等。 这些网络平台一般价格昂贵,不具备良好的中文界面,信息资源方 面的管理能力相对较弱,其中一些只能管理本公司的产品(如Cisco Works、Transen 等) ,有些还需要第三方产品的辅助。虽然它们提供了丰富的API,但许多对于开发园区 网络管理系统是不必要的,并且大多数网络管理员不具备二次开发的能力,这就造成资 金和资源的浪费。所以根据我国互联网的实际应用,结合园区网的自身
11、需求,自主设计 与开发一个成本低、效率高的通用型网络管理系统是十分必要的。 1.2 关于国内外同类系统的分析关于国内外同类系统的分析 针对网络管理的需求,许多厂商开发了自己的网络管理产品,其中一些形成了一定 的规模,占有大部分的市场。主要有: (1) Sun NetManager Sun NetManager是不依赖于协议的分布式管理体系结构网络管理系统。它是第 一个重要的开发平台,如果SunNet Manager要被最终用户直接使用,需要第三方厂商 开发出来的应用系统来实现,主要功能有:拓扑结构图、自动管理、链接管理、浏览工 具和API。 Sun NetManager在拓扑管理方面,仅能发现
12、IP网络设备,能判断 SNMP(TCP Socket 161)是否处于 Active 状态以及网络设备是否有多个端口 (router) ,不能发现非IP 设备 。 (2) HP OpenView Network Node Manager(NNM) HP OpenView是第一个出现的网络管理系统,是一个广泛使用、获得大多数认可 的网络管理系统。它主要给第三方网络管理应用程序开发人员提供开发平台,同时也可 4 向用户提供最终的可安装产品,主要功能:自动发现网络拓扑结构、性能与吞吐量的分 析、故障报警和历史数据分析。 OpenView 的网络拓扑自动发现功能很好,启动后能立即自动发现本网段的结点,
13、 网段中的路由器(或网关) 、子网以图标的形式显示在图形上。为了进一步搜索子网,只 需点亮响应的子网图标,并置其为被管。不能在运行时手工加入与本网段非直连的管理 对象 。 (3) IBM Tivoli NetView IBM Tivoli NetView检测TCP/IP 网络、显示网络拓扑结构、相关信息和管理事 件以及SNMP 陷阱、监控网络运行状况并收集性能数据。Tivoli NetView 通过可扩展 性和灵活性满足大型网络管理人员的使用需要,以管理关键任务。它还提供了强大的信 息过滤能力,可通过设置阀值来减少部分冗余报警。 IBM的网络拓扑功能在同类产品中并不突出。 (4) Cisco
14、Works:由Cisco公司开发。它使用Cisco的专门技术CDP(Cisco Discovery Protocol)对本公司的网络产品进行精确的搜索。但CDP只能搜索本公司的 网络产品,对其它厂家的网络产品不具备兼容性, 主要功能: 自动安装管理器、与 NetView的接口、通用命令管理器、设备监控、路径工具和实时图形。 CDP支持对VLAN的拓扑发现,前提是网络设备必须是Cisco的产品。 (5) 国外其它网管软件产品 TRANSCEND由3Com公司开发。该产品的自动拓扑搜索功能简单,只能检测 出当前局域网中的主机,不能确定各个主机的互连情况,不能确定主机的接口类型。 TRANSCEND
15、只能对本公司的网络硬件设备产品进行较为精确的搜索,显示出其网络 设备各个端口的状态,但不能发现其它厂商的网络设备,运行速度很慢,对机器的硬件 配置及内存容量要求较高。 Net Walker由Fujitsu公司开发,是一种较好的网络管理产品。能较好的搜索到当 前网络中运行的网络设备,较精确地确定网络互连情况和网络接口。能够实时地反映网 络当前状态,对有故障的网络设备能较快的检测到并进行报警。但只能运行在UNIX环 境中,不能在Windows环境中运行,运行速度较慢,对网络的搜索需要大量的时间。 PloyCenter On NetView(PNV)由DEC公司开发。它是在HP OpenView和
16、IBM Tivoli NetView的基础上开发而成的,具有一些前两者所没有的特点。PNV提供 了一个通用的网络管理平台,它支持多种网络管理协议,具有分布安全性,提供登录确 认。它能动态发现设备,按其在协议栈中所处的位置进行摆放,建立连接关系。它还实 现了收集并图形化显示当前数据和历史数据和支持关系数据库等功能。 (6) 国内网管软件 5 国内自主开发的网络管理软件较少。上海金桥网络工程中心开发了在Windows PC 平台上使用的网络管理软件GoldView,该软件基于简单网络管理协议 SNMP(Simple Network Management Protocol)实现了对TCP/IP网络的
17、拓扑发现。 然而,由于各种原因,该软件在国内未能推广使用。南京飞博的IP View是一款在 Linux平台下使用Java自主开发的专业网管软件,采用B/S结构。北京游龙科技的 SiteView对服务器进行监测的功能十分强大。IP View和SiteView都具有较强的通用 性,在国内市场上占有率较高。 网络管理也是国内高校网络研究的热点,目前取得了一些阶段性的成果。如清华大 学的 CIMS 网络监控管理系统,北京航空航天大学开发的网络管理系统,东南大学的网 络管理系统 Watcher,以及上海交通大学与日本合作开发的 Walker 中文版网络管理系 统。 1.3 TOPOLOGY 网管软件网管
18、软件的任务与目标的任务与目标 本课题基于SNMP网管协议与通用MIB库,致力于网络拓扑自动发现与生成、为 TOPOLOGY通用管理平台开发出主要的网络管理功能模块,并进行网络主机与设备的 状态检测,实现网络管理系统。要求完成如下主要工作: (1) 网络拓扑发现模块的设计与实现,自动发现目标网络的拓扑结构与其包含的设 备,为 TOPOLOGY 提供准确完整的网络拓扑信息。自动发现网络主干拓扑,确定路 由器与路由器,路由器与子网的连接情况;自动发现子网拓扑,确定子网内网络设备的 状态;确定子网内网络设备的类型;确定子网内网络设备的网络接口;确定子网络接口 的状态。 (2)网络拓扑图生成/布局模块的
19、设计与实现,用于将网络拓扑信息布局到计算机屏 幕上,形成网络拓扑图,将路由器与路由器,路由器与子网以及主机与主机的连接情况 用图形的方式清晰地显示,要求美观、调整方便灵活。 (3) MIB 信息查询模块的设计与实现,完成读取指定网络设备 MIB 库中信息,为 TOPOLOGY 用户提供网络管理信息,实现网络主机与设备的状态检测。 由于TOPOLOGY是一款投入实际使用的网管软件,所以本课题特别强调开发成 果的通用性、鲁棒性和实时性。 通用性:主要针对网络拓扑自动发现,具体表现为两方面的通用性: a、要求能够发现各种类型的设备(如:路由器、三层交换机、主机等) ; b、要求能够发现多个厂商制造的
20、网络设备。 鲁棒性:按照TOPOLOGY系统规划,本课题所承担的研究开发内容在投入使用后 6 要求能够持续运行不中断,系统要求稳定、可靠性好。 实时性:网络管理系统一般要求系统尽快反映网络的现时工作情况,本课题也对实 时性有相当要求。TOPOLOGY要求本课题所开发的模块在投入使用后,将拓扑结构及 发现到的网络故障信息尽快如实反映在屏幕上。 1.5 本论文所作的工作本论文所作的工作 本文以笔者在研发TOPOLIGY网管软件中所做的工作为基础,围绕MFC框架结 构、SNMP协议和MIB库,讨论TOPOLOGY网管软件的研究、设计与实现,详尽 阐述了TOPOLOGY网管软件的系统设计,以及它的四大
21、模块网络拓扑发现、网络 拓扑生成与布局、查询MIB、功能模块协调与切换的主要设计思想和实现方法. TOPOLIGY网管软件由课题组黄逊、徐家燕和吴可旸三人共同完成。其中,笔者 的主要工作为: 1.系统分析、系统设计、界面设计; 2.对网管软件使用和涉及的重要相关MIB库中的项目进行分析、对网管软件与 SNMP Agent交互的过程和进行网管软件开发的具体方法进行了详尽的分析; 3.设计了主干网拓扑生成/布局、子网拓扑生成/布局的算法 4.编写了主干网拓扑生成/布局模块、子网拓扑生成/布局模块协调模块、MIB查询、 功能模块协调与切换、界面设计等方面的代码,进行了系统测试; 网管软件TOPOLO
22、GY遵循公用MIB规范,做到兼顾普遍性、通用性和实用性, 对异构型的多个厂家生产的网络互联设备组成的网络做到了普遍适用。在传统主网拓扑 发现算法的基础上,论文提出两种新的补充算法,使得拓扑更加完整,论文提出的算法 具有一定的创新性。拓扑布局算法采用环型算法与启发式算法相结合,使得布局更加合 理,也是该网管软件的一大特色和创新做法。 TOPOLOGY网管软件由项目组三人共同开发,本论文对笔者所作的工作进行了详 细的阐述,同时对课题组共同开发的TOPOLOGY网管软件的相关的其它重要部分也进 行了必要的讨论。 7 第二章第二章 SNMP、MIB 与与 TOPOLOGY 开发环境开发环境 TOPOL
23、OGY网管系统基于SNMP、MIB,软件开发平台采用了MS Visual C+6.0,并使用了MFC程序开发框架,在本章中对这些技术背景先作简单介绍。 2.1 SNMP 1988年,Internet体系结构委员会(IAB)提出了简单网络管理协议SNMP的第 一个版本SNMP V18,后来又发表了SNMP V2、SNMP V3。SNMP是基于 TCP/IP协议的各种互联网络的管理标准,由于它满足了人们对通用网络管理标准的需 求,而且本身简单明了,实现起来比较容易,占用的系统资源少,所以已成为事实上的 工业标准。 OSI网络管理一般采用管理器(Manager)/代理(Agent)的管理模型。OSI
24、的网 络管理组织模型包括以下几个重要的组成部分: (1)被管对象MO(Managed Object):可以用一定的数据表示方法表示,通过网管 协议进行管理的被管理对象。 (2)管理进程(Manager Process):通常位于控制台(Console)上,它和代理进 程通信,发出管理操作指令,接收来自代理的信息。 (3)代理进程 (Agent Process):通常位于网关、路由器等被管对象中,监视被管对 象的状态,响应管理进程的管理请求、报告被管对象的属性、执行被管对象的操作等。 (4)管理信息库MIB(Management Information Base):MIB一部分位于 Manage
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