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1. 网络管理简述
网络管理（Network Management）定义：监测、控制和记录电信网络资源的性能和使用情况，以使网络有效运行，为用户提供一定质量水平的电信业务。
网络管理包括对硬件、软件和人力的使用、综合与协调，以便对网络资源进行监视、测试、配置、分析、评价和控制，从而以合理的价格满足网络的一些需求，如实时运行性能、服务质量等。网络管理常简称为网管。网络管理具有故障管理、计费管理和配置管理等功能。
网络管理的内容为：对网络运行的状态、性能进行监视和测量，并采取必要的方法，对网络的业务流量和运行状态进行合理的控制与调节，提高网络的性能，保证服务的质量。
网络管理应当能够实现网络功能的全部这一基本要求；并且对于各种故障有抵御能力和自愈能力，具备一定的可靠性，同时应当可以适应业务的多样性、管理设备的兼容性，并不只针对单一网络系统、通信设备软件等进行管理；能够为网络的物理安全和信息安全的保障，保证安全性；最后，任何一项技术在实际应用时都应当考虑其经济性，所以网路管理同样应该可以实现设备和线路的共享，并不断降低建设和维护成本。网络管理包括公共管理信息网络管理模型(CMIP/CMIS)和简单网络管理模型(SNMP)。
2. 实现网络管理的关键问题
网络是由许多复杂的、交互的硬件和软件实体组成的，包括构成网络的物理部件的链路、交换机、路由器、主机及其他设备。但是网络还是多少会出现点状况：网络部件出现故障、网络资源过度使用、网络部件完全崩溃等。这时就需要网络管理来保持网络的启动和运行，来对这些问题做出反应，最好避免它们的出现。要实现网络管理首先应当清楚管理的对象是什么？要监视什么？能够管理哪些资源？怎么表示所需要的信息？使用何种格式？通过何种机制如何进行操作？要实现哪些功能、达到何种目的？如何实现他们？
网络管理很大一部分是对网络中资源的管理。网络中的资源就是指网络中的硬件、软件以及所提供的服务等。而一个网络管理系统必须在系统中将它们表示出来，才能对其进行管理。如何表示资源，这是第一个问题。
网络管理系统对网络的管理主要靠系统中网络管理信息的传递来实现。网络管理信息应如何表示，这是网络管理面临的第二个问题。
网络管理信息在管理站、被管代理、网管信息库之间的传递、交换是网络管理系统对网络的管理不可或缺的部分。实现传递的机制如何制定，是网络管理面临的第三个问题。
网络管理建立的目的是要实现特定的管理功能，如何确定网络管理的功能范围将网络管理的机制最合理化全面化，满足网络发展对网络管理的要求，这是网络管理面临的第四个问题。
3. 问题解决
3.1 发展史
早期的通讯网络为电话网，网络的管理依靠人工管理，接线员掌握用户的资料（姓名，电话号码）、线路的状态和质量。如果能够接通被叫用户，就建立连接。如果不能够接通，就要准确地告知主叫方，不能够接通的原因，以及网络的状况，并且提出解决和恢复的方案。
1968年，由美国国防部资助，国防部高级研讨计划署（英文缩写为ARPA）具体实施，将美国的几个大学及研究中心的计算机主机连接起来，建立一个实验性的网络ARPAnet。最初，ARPAnet只连接了4台计算机，分别位于美国犹他大学、加州大学圣巴巴拉分校、加州大学洛杉矾分校和斯坦福国际研究学院。 因此那时的ARPAnet只是一个广域网。整个70年代，ARPAnet上连接了约200台计算机。ARPAnet的成功逐渐引起人们的重视。1980年由美国国家科学基金会（NSF）和ARPA共同资助，在ARPAnet的基础上组建了由150余所大学计算机学院构成的计算机科学网。此时网络仍旧处于简单计算机数量少的阶段，网络规模小，复杂性不高。对网络运行的状态、性能进行监视和测量，对网络的业务流量和运行状态进行合理的控制与调节，提高网络的性能，保证服务的质量等功能是实现仍不复杂。
1984年，NSF在这个网的基础上扩建为NEFnet。由于NEFnet的巨大推动作用，Internet有了较大的发展。到了80年代末，连接在Internet的计算机数量发展到了8万台左右。计算机网络逐渐变得复杂，由于各厂家生产的设备使用不同的收集数据方法导致相同的设备数据收集方法确不同，给网络管理者是管理工作带来很大不便，制定行业标准迫在眉睫。
国际标准化组织ISO从1979年开始主要针对OSI（开放系统互连）七层协议的传输环境设计了CMIS、CMIP协议，将网络管理标准化。
3.2 网络管理体系
网络管理体系主要涉及到网络管理系统的组成部件和结构、以及各部件之间的关系，网络管理应当包含的功能以及这些功能如何划分。现代计算机网络管理系统是由多个被管代理Agent、至少一个或多个管理工作站Manager、一种通用的管理协议(CMIP、SNMP)、一个或多个管理信息库(MIB)组成。如图1所示。其中
被管代理：驻留在被管理的网络设备上，配合网络管理的处理实体。
管理站：驻留在网络管理的服务器上，实施网络管理功能的实体。
管理协议：负责实现被管代理与管理站之间网络通信的协议（CMIP、SNMP）
MIB：存储网络管理信息，由多个被管对象及其属性组成，提供有关网络设备的信息。
图 １网络管理系统工作原理图
Manager 负责接收用户的命令，并通过管理协议向被管代理转发，同时接收被管代理的通告，向用户显示或报告。Agent负责接收来自管理进程的命令，并发起响应事件。网管协议用于封装和交换Manager和Agent之间的命令和响应信息。管理信息库由多个被管对象及其属性组成，能够提供有关网络设备的信息，被网络管理站和被管代理共享。
3.3 网络管理对象
要实现对网络运行的状态、性能进行监视和测量，并采取必要的方法，必须能够访问与计算机相关的软硬件，所以可以确定管理对象为：
硬件资源：1）计算机设备（包括打印机、处理器、存储设备以及其它计算机外围设备）2）网络互联设备（网桥、路由器、网关等）
软件资源：操作系统软件、通信软件、应用软件
3.4 网络管理信息
在网络管理系统中建立有信息模型，信息模型需在逻辑上有统一的描述方案，能够以一种标准化的描述语言来表示基于信息模型的信息，而不依赖与任何一个被管对象实体。应当包含被管对象的标号、被管对象的行为特性、被管对象的组织特性、被管对象与其他对象的关系、被管对象的命名与编址等。从而总结出以下三种管理信息：
1）静态信息：系统和网络的配置信息路由器的端口数和编号，CPU的类型
2）动态信息：网络和设备运行和工作的状态网络中传送的分组数，网络连接的状态。3）统计信息：从动态信息统计出来的信息。每分钟发送的分组数 传输失败的概率。
基于以上三种信息MIB中建立有三种信息库，分别为静态数据库、动态数据库、统计数据库，支撑这三个数据库的基础为配置数据库与传感器数据库。其中配置数据库存储着设备和网络的基本配置信息，传感器数据库存储着传感器的设置信息。传感器是一组软件，用于实时地读取被管设备的参数。动态数据库存储着由传感器收集的各种网络元素和网络事件的实时数据，其由产生相关事件的网络元素存储，也可以由管理站收存储。统计数据库中的管理信息由动态数据库的信息计算出来的，一般由网络的管理站和存储。静态信息由网络元素直接产生，由驻留在网络元素中的代理（委托代理）进程收集存储。
3.5 通信机制
管理站与被管代理之间有两种通信机制：
1. 轮询
是一种请求—响应式的交互方式。管理站向代理发出请求，询问（管理站）所需要的信息值，代理响应管理站，从管理信息库中取得相应的信息，返回给管理站。
2. 事件报告
代理根据管理站的要求，向管理站主动发送状态报告。当代理检测到某些报告，向管理站发送。
3.6 网络管理功能的实现
根据ISO所制定的协议，网络管理包括五大基本功能：
1）性能管理：监测网络的各种性能数据，进行阈值检查和分析。
2）故障管理：故障的发现、报告、诊断和处理
3）计费管理：记录网络资源使用的情况，确定网络业务和资源的使用费用。
4）配置管理：对网络进行初始化，并且根据网络管理的机制，对于网络参数进行重新设置，来控制网络运行的状态。
5）安全管理：控制网络资源访问权限，使网络中的服务、数据和系统免受侵害和破坏。
各个功能的实现如下：
性能管理首先要获得网络性能相关参数，评价网络性能的参数有可靠性、响应时间（网络系统的响应时间由系统各个部分的处理延迟时间组成）、误码率（数据在传输过程中出错的百分比）、吞吐量（网络系统在一段时间内处理数据的数量）、利用率（网络资源使用的百分比）等。性能管理的实现在于收集性能参数，采集被管理资源的运行参数存储在数据库中， 根据相应的性能分析模型，分析性能参数，确定网络系统的性能，从而预测网络性能的长期趋势提供性能报告,是对收集的各种属性值统计计算的结果。其参数信息的采集通讯方式可为轮询或事件报告，存储有两种选择，一种是将参数都存储在网络管理站中，一种是将其存储在个网络设备的日志中。
2. 故障管理
网络管理中可以通过故障类型、故障级别、故障时间定义一个故障。通过管理站的轮询，代理的事件报告来进行故障的检测和报警；之后对设备和通信线路进行测试，找出故障的原因和位置，完成故障的定位与检测，最后根据网络系统性能的趋势，预先判断出故障可能发生的时间、原因和位置，积极主动地对网络系统进行控制，避免故障的发生，实现故障管理。故障管理的过程中产生的信息是依靠对事件记录的分析，定义网络故障并生成的故障卡片，包括记录排除故障的步骤和与故障相关的值班员日志，从而构造排错行动记录，将事件-故障-日志构成逻辑上相互关联的整体，反映故障产生、变化、消除的整个过程的各个方面。使故障管理得以较好的进行。通过上述流程达到保证网络系统能够提供连续可靠的服务的目的。
3.计费管理
计费根据连接的详细记录及费率（与业务类型、连接的源点和目的点、时间段有关）来确定费用。所需要的数据可以使用SNMP协议，通过SNMP协议从路由器上采集计费数据，并将原始数据存储在主机硬盘上，该采集方法的优点在于SNMP协议可以保护路由器操作口令；对于拨号上网用户、电子邮件用户、代理服务用户，由于其全部详细请求被储存在日志文件中，因此可以通过ftp命令来获取日志文件来采集数据，从而获得用户上网的详细信息。采集数据后进行预处理，去掉无用的信息，形成比较规范的格式，以便数据存储、分析、显示时使用。之后计费系统根据获取的记录数据，分类统计出每个用户的信息流量及相应费用，加上用户信息写入数据库；最后，系统自动分析数据并定期统计报表，将网络资源的使用情况以及用户的费用情况进行汇总分析，将经过处理后的数据反映给网络管理员和一般用户，使网络管理员和一般用户可对自己需要的数据进行查询。通过上述流程达到检测和控制网络资源的使用情况的目的。
4.配置管理
配置管理时，首先在上述三种管理的基础上自动获取配置信息（包括网络管理协议标准的MIB中定义的配置信息（包括SNMP；和CMIP协议）、不在网络管理协议标准中有定义，但是对设备运行比较重要的配置信息、用于管理的一些辅助信息），根据获得的配置信息进行自动配置、自动备份保存，最后配置进行路由器端口配置和路由信息配置一致性检查；当用户每进行一次配置操作都将其记录。具体过程分为两部分，初始化配置与工作配置；配置管理系统结构分为3层：网络管理层、设备管理层和被管设备层，分别对应整个网络、本企业网络、单个设备的配置管理。
5.安全管理
安全管理需完成安全漏洞的发现，对安全策略进行改进设计，根据管理记录产生安全事件报告、维护安全业务等。由一下机制来实现网络管理本身的安全：管理员身份认证；管理信息的存储于传输都进行加密；网络管理用户分组管理，对用户的操作由访问控制检查以保证用户不越权使用网络管理系统；记录所有用户的所有操作，写入日志，对系统日志进行分析。
4. 网络管理的贡献
网络管理拥有公共管理信息网络管理模型(CMIP/CMIS)和简单网络管理模型(SNMP)，分别广泛应用于网络模型ISO/OSI网络模型和TCP/IP网络模型。随着网络规模的不断扩大，网络管理也变得越来越复杂。而网络在各企业、机构的广泛应用将网络管理摆在一个更加重要的作用。网络管理实现对网络运行的状态、性能进行监视和测量，并采取必要的方法，对网络的业务流量和运行状态进行合理的控制与调节，提高网络的性能，保证服务的质量，使网络一直工作于一个较优的状态，维持着网络的秩序，并且保障了网络的安全性，同时将网络经济化，以此更加推动了网络的发展。SNMP及CMIP网络模型的推出使网络管理与经典的网络模型相匹配，使网络管理趋于标准化，不同企业之间的网络管理可以使用同样的协议进行。
以上内容总结来源于大工的网络管理课程，参考了部分课件内容、部分参考文献内容以及百度百科内容。
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参考文献
[1] 彭鑫,李仁发,付彬,李文,刘志鹏. 基于路径时延模型的车联网数据分发方案[J], 电子学报, 2017,9(9):2195-2202.
[2] Ibrahim Rashdan, Fabian de Ponte M¨uller and Stephan Sand. Analysis of Communication Requirements for CACC in Stop-and-Go Behavior for Energy Efficient Driving.[R]. 978-1-5090-1701-0/16/$31.00 ©2016 IEEE
[3] Krauß, Stefan. Microscopic modeling of traffic flow: Investigation of
collision free vehicle dynamics. Diss. Universitat zu Koln., 1998. |
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发表于 2022-12-30 18:50:40