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        基于字符特征的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置參數(shù)比對(duì)算法研究

        2012-04-12 00:00:00孫文歌
        現(xiàn)代電子技術(shù) 2012年13期

        摘要:通過(guò)分析網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中配置文件的運(yùn)行機(jī)理和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的啟動(dòng)運(yùn)行過(guò)程,深入研究了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備IOS中文件的分類和不同。結(jié)合網(wǎng)絡(luò)設(shè)備IOS中運(yùn)行文件的屬性,闡述了配置文件的形成機(jī)理。利用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中運(yùn)行文件的屬性,對(duì)配置文件的特征進(jìn)行分析,依據(jù)具體特征,提出了基于“字符特征”的配置參數(shù)比對(duì)算法。

        關(guān)鍵詞:字符特征; 配置文件; 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備; RAM

        中圖分類號(hào):

        TN71134; TP393.08

        文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

        文章編號(hào):1004373X(2012)13

        0162

        04

        收稿日期:20120220

        基金項(xiàng)目:軍隊(duì)內(nèi)部基金項(xiàng)目(裝字2012SY23B0001號(hào))

        0引言

        Internet規(guī)模的快速擴(kuò)大,特別是近十年來(lái),Internet爆炸式增長(zhǎng)使其走進(jìn)了千家萬(wàn)戶,人們的日常生活已經(jīng)離不開(kāi)它,同時(shí)Internet上的節(jié)點(diǎn)不再單純是計(jì)算機(jī),還將包括PDA、移動(dòng)電話、各種各樣的終端甚至包括冰箱、電視等家用電器,這些設(shè)備都需要接入到網(wǎng)絡(luò)中,從20世紀(jì)90年代開(kāi)始,我國(guó)已建成覆蓋全社會(huì)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施,交換機(jī)路由器作為網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備大量應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中,同時(shí)隨著三網(wǎng)融合的發(fā)展,電信網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)和有線電視網(wǎng)三大網(wǎng)絡(luò),高層業(yè)務(wù)應(yīng)用的融合,形成無(wú)縫覆蓋,趨向使用統(tǒng)一的IP協(xié)議,向人類提供多樣化、多媒體化、個(gè)性化服務(wù)。這些服務(wù)的提供離不開(kāi)交換機(jī)路由器配置各種參數(shù),比如QoS、指定源組播、VLAN等,在大型網(wǎng)絡(luò)中,這些骨干網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的參數(shù)動(dòng)輒幾千行,要實(shí)現(xiàn)配置方案與實(shí)際運(yùn)行參數(shù)的比對(duì)分析,用人工不但容易出錯(cuò),而且也要耗費(fèi)大量時(shí)間,因此自動(dòng)實(shí)現(xiàn)交換機(jī)路由器配置參數(shù)的準(zhǔn)確比對(duì),成為三網(wǎng)融合時(shí)代急需解決的課題。

        本文首先分析華為、思科等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置參數(shù)運(yùn)行原理,接著分析了華為思科交換機(jī)的配置參數(shù)特征,根據(jù)參數(shù)特征闡述了配置文件的比對(duì)方法,提出一種“基于字符特征”的比對(duì)算法,最后闡述比對(duì)算法的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

        1網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置參數(shù)運(yùn)行原理

        1.1硬件組成與啟動(dòng)過(guò)程

        網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都有兩個(gè)主要組件:硬件和軟件。華為與Cisco網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都有他們的互聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)(Internetwork Operating System,IOS)。IOS提供了與Microsoft Windows XP或Linux相似的功能:控制和管理其運(yùn)行時(shí)所在的硬件。幾乎所有基于IOS的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都使用相同的硬件和固件組件以在啟動(dòng)過(guò)程中起協(xié)助作用,這些組件包括:ROM(只讀存貯器)、RAM(隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)、閃存、NVRAM(非易失性RAM)、配置寄存器和物理接口。所有這些組件都可影響網(wǎng)絡(luò)設(shè)備如何啟動(dòng)、如何找到操作系統(tǒng)并加載它以及如何找到配置文件并加載它?;旧?,IOS提供用戶和硬件之間的界面,從而使用戶能夠執(zhí)行命令以配置和管理設(shè)備。同時(shí)華為與Cisco網(wǎng)絡(luò)設(shè)備IOS針對(duì)那些為任何規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)提供連通性、可擴(kuò)展性、可靠性和安全性解決方案的協(xié)議和功能。IOS為L(zhǎng)AN和WAN環(huán)境,包括銅線和光纖布線以及無(wú)線支持多種數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議;IOS支持固化和模塊化的機(jī)架平臺(tái),從而使用戶能夠?yàn)樽约旱男枨筚?gòu)買合適的硬件;同時(shí)為確保用戶的關(guān)鍵資源始終可達(dá),提供網(wǎng)絡(luò)冗余;利用IOS,用戶可以依照內(nèi)部安全策略嚴(yán)格地控制對(duì)網(wǎng)絡(luò)和連網(wǎng)設(shè)備的訪問(wèn)。啟動(dòng)過(guò)程如圖1所示。

        1.2訪問(wèn)方式

        實(shí)際上,訪問(wèn)華為與Cisco網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的方式有許多種,包括:控制臺(tái)、輔助端口、Telnet、Web瀏覽器和SNMP管理中心??刂婆_(tái)接口提供到一個(gè)路由器的串行連接訪問(wèn):利用控制臺(tái)進(jìn)入設(shè)備后,可以在基于文本的模式輸入命令。然而,為了從遠(yuǎn)程站點(diǎn)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,首先需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)基本的配置,包括IP尋址信息。因此,要進(jìn)行初始化配置,需要先訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制臺(tái)端口。在可以真正地開(kāi)始配置設(shè)備之前,首先必須將其連接到網(wǎng)絡(luò)中,并且建立到其控制臺(tái)接口的終端連接,具體啟動(dòng)過(guò)程為:進(jìn)行硬件測(cè)試,定位和加載IOS,定位并且執(zhí)行這個(gè)設(shè)備的配置文件。只有執(zhí)行配置文件,才能按用戶需求實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在運(yùn)行中的路由與交換功能,在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中有不同類型、不同種類、不同屬性以及不同格式的文件,下面深入分析華為與Cisco網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在運(yùn)行中的不同文件。

        2網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置文件分析

        2.1網(wǎng)絡(luò)設(shè)備文件屬性分析

        在華為與Cisco網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中,共包含三種類型的文件它們分別是:App文件、配置文件和Web文件。App文件、配置文件和Web文件支持三種屬性:main,backup,none。main標(biāo)示主啟動(dòng)文件。設(shè)備啟動(dòng)時(shí)會(huì)首先采用主啟動(dòng)文件啟動(dòng),F(xiàn)LASH中main屬性的App文件、配置文件和web文件只能各有一個(gè)。標(biāo)識(shí)backup啟動(dòng)文件,設(shè)備如果使用主啟動(dòng)文件啟動(dòng)失敗時(shí),將采用backup文件啟動(dòng),F(xiàn)LASH中backup屬性的App文件、配置文件和wep文件只能各有一個(gè)。標(biāo)識(shí)不具有main和backup屬性的其他文件。App文件的后綴為.bin,配置文件的后綴為.cfg,web文件的后綴為.web。一個(gè)文件可以同時(shí)具有main和backup的屬性。同時(shí)具有main和backup屬性的文件在顯示時(shí)使用(*b)標(biāo)識(shí)。如果用戶新配置文件的屬性為main時(shí),原main屬性文件將丟失main屬性,新文件的屬性變?yōu)閙ain時(shí),為保證FLASH中main屬性的App文件、配置文件和wep文件只能各有一個(gè),backup屬性文件亦是如此,對(duì)文件的操作和對(duì)文件屬性的操作時(shí)分離的。從FLASH中刪除一個(gè)文件,該文件的main屬性不會(huì)被刪除,如果把同名的另一個(gè)合法文件下載到FLASH中后,則新文件將具有main屬性。本文研究的重點(diǎn)是main屬性的配置文件,它存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的FLASH存儲(chǔ)器中,設(shè)備關(guān)閉后,其中的內(nèi)容不會(huì)清除,并且在下次啟動(dòng)后仍然可用。在交換機(jī)啟動(dòng)后ios從FLASH中加載這個(gè)配置并將其放入RAM中。

        2.2網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置文件運(yùn)行原理分析

        網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以保存多個(gè)配置文件。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)優(yōu)先選擇用戶指定的main屬性的配置文件,如果沒(méi)有指定任何啟動(dòng)配置文件,則以空配置啟動(dòng)。配置文件是用來(lái)保存用戶對(duì)設(shè)備所進(jìn)行的配置,記錄用戶的配置信息的文本格式文件。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備啟動(dòng)時(shí)需要一些基本程序和數(shù)據(jù),運(yùn)行中也會(huì)產(chǎn)生一些重要數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)都以文件的方式保存在存儲(chǔ)器中,以便調(diào)用和管理。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通過(guò)文件系統(tǒng)對(duì)這些文件進(jìn)行管理和控制,并為用戶提供了操作和管理文件系統(tǒng)的工具。也為進(jìn)行配置文件算法提供了基礎(chǔ)。

        在文件系統(tǒng)中保存的文件類型主要包括:應(yīng)用程序文件:網(wǎng)絡(luò)設(shè)備操作系統(tǒng)在特定設(shè)備上的特定版本的實(shí)體程序文件稱為應(yīng)用程序文件,也稱為映像(image),這種文件的擴(kuò)展名為.bin;

        配置文件:系統(tǒng)將用戶對(duì)設(shè)備的所有配置以命令的方式保存成文本文件,稱為配置文件,這種文件的擴(kuò)展名為.cfg;

        日志文件:系統(tǒng)在運(yùn)行中產(chǎn)生的文本日志可以存儲(chǔ)在文本格式的日志文件中,稱為日志文件。

        而配置文件是指以文本格式保存設(shè)備配置命令的文件,它是本文研究的重點(diǎn),它記錄用戶的配置信息,通過(guò)配置文件,用戶可以非常方便地了解這些配置信息。同時(shí)也可以對(duì)配置文件的參數(shù)進(jìn)行分析,獲取網(wǎng)絡(luò)設(shè)備所實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸功能。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置參數(shù)發(fā)生改變,引起網(wǎng)絡(luò)連通性與路由正確性出現(xiàn)異常時(shí),可以通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)配置參數(shù)的比對(duì),查找問(wèn)題的根源。

        2.3網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置文件特征分析

        配置文件存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的存儲(chǔ)器上,它優(yōu)先運(yùn)行main屬性的配置文件,如果沒(méi)有main屬性的配置文件,就無(wú)法實(shí)現(xiàn)所配置的功能。只有啟動(dòng)的配置文件才能實(shí)現(xiàn)用戶的需求,因此分析啟動(dòng)的配置文件具體參數(shù),是分析網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運(yùn)行性能的切入點(diǎn),也是本文研究的重點(diǎn)。

        配置文件通過(guò)命令行可以修改,新修改的這些配置暫存于RAM中,設(shè)備一旦重啟或斷電就立即丟失,如果要使當(dāng)前配置在系統(tǒng)下次重啟時(shí)繼續(xù)生效,在重啟設(shè)備前,必須使用save命令將當(dāng)前配置保存到配置文件中。只有save到文件中,才能得到完整的配置參數(shù),才能準(zhǔn)確地分析具體配置。但是如果擦除設(shè)備中的配置文件,設(shè)備下次上電時(shí),系統(tǒng)將采用缺省的配置參數(shù)進(jìn)行初始化,將無(wú)法找到原始配置,網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的功能無(wú)法實(shí)現(xiàn),也將無(wú)法對(duì)設(shè)備參數(shù)進(jìn)行分析。

        網(wǎng)絡(luò)設(shè)備啟動(dòng)時(shí),根據(jù)讀取的配置文件進(jìn)行初始化工作,該配置稱為起始配置(savedconfiguration)。如果設(shè)備中沒(méi)有配置文件,則系統(tǒng)在啟動(dòng)過(guò)程中使用缺省進(jìn)行初始化。與起始配置相對(duì)應(yīng),系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)采用的配置稱為當(dāng)前配置(currentconfiguration)。當(dāng)前配置實(shí)際上是啟動(dòng)時(shí)的起始配置和啟動(dòng)后用戶對(duì)設(shè)備執(zhí)行的增量配置的疊加。用戶對(duì)設(shè)備執(zhí)行當(dāng)前配置存放在設(shè)備的臨時(shí)存儲(chǔ)器RAM中,設(shè)備重啟后會(huì)丟失,所以無(wú)法對(duì)它分析,因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中臨時(shí)存儲(chǔ)的配置參數(shù)還沒(méi)有存儲(chǔ)成為實(shí)際的文件,在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的存儲(chǔ)器中也就無(wú)法查找到擴(kuò)展名為.cfg的這種文件,設(shè)備重啟后在臨時(shí)存儲(chǔ)器中的配置就會(huì)丟失。

        因此要分析配置文件,必須首先要找到正確的配置文件,配置文件為一個(gè)文本文件,其中以文本格式保存了非默認(rèn)的配置命令。配置文件中命令的組織以命令視圖為基本框架,同一命令視圖的命令組織在一起,形成一節(jié),節(jié)與節(jié)之間通常用空行或注釋行隔開(kāi)(以#開(kāi)始的為注釋行,空行或注釋行可以是一行或多行)。整個(gè)文件以return結(jié)束。配置文件的內(nèi)容和格式約定如下:配置文件的內(nèi)容為命令行,且只保存非缺省命令行或指定非缺省參數(shù)的命令行,文件格式,在配置文件中,以視圖為單位來(lái)保存命令行,同一視圖的命令行對(duì)應(yīng)一個(gè)“節(jié)”。節(jié)與節(jié)之間用注釋行“#”隔開(kāi)。配置文件以“return”結(jié)束。配置文件中“節(jié)”的順序依次是:全局配置、接口配置、各種協(xié)議配置和用戶界面配置,配置任務(wù)的邏輯關(guān)系為:配置任務(wù)間沒(méi)有特定的邏輯關(guān)系,用戶可根據(jù)需要進(jìn)行配置。只有從配置文件的這些特征分析,才能抓住配置文件的本質(zhì)屬性。

        3基于“字符特征”的配置比對(duì)算法

        網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上的配置文件保存在存儲(chǔ)器中,可以通過(guò)技術(shù)手段把配置文件保存在容易讀取操作的存儲(chǔ)介質(zhì)上,對(duì)文件進(jìn)行分析比對(duì)。配置文件是文本的形式存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上,因此可以方便打開(kāi)或讀取已有的配置文件,對(duì)于大型網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的配置文件,其路由表、端口地址信息,QoS策略等可能要近萬(wàn)行,對(duì)于無(wú)數(shù)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,逐一核查當(dāng)前配置與方案規(guī)定配置無(wú)疑是一個(gè)復(fù)雜工程,因此必須從配置文件的特征分析研究配置文件的比對(duì)算法。

        3.1華為、思科交換機(jī)配置文件格式分析

        對(duì)比兩個(gè)文件的不同,可以從文件格式入手,常見(jiàn)的文件格式有.rar,.zip,.jpg,rmvb,.doc等,在.rar,.zip,.jpg,rmvb,.doc等這些文件有不同文件存儲(chǔ)格式,比如.rar格式的文件,它有文件頭、壓縮頭、文件卷標(biāo)、文件結(jié)束標(biāo)志等組成,而文件內(nèi)容只是文件大小的一部分,特別是對(duì)于一個(gè)只有幾個(gè)字符內(nèi)容的文件其文件頭、壓縮頭、文件卷標(biāo)幾乎占整個(gè)文件大小90%以上,因此分析此類文件是一個(gè)復(fù)雜的工作,而網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中存儲(chǔ)的文件是文本格式的文件,文本格式的文件是一種純內(nèi)容性文件,它不像.rar,.doc等類型文件有文件頭、文件塊等冗余數(shù)據(jù),根據(jù)這個(gè)性質(zhì)易于對(duì)文本文件中保存的實(shí)際內(nèi)容進(jìn)行分析。

        計(jì)算機(jī)把文件看作是一個(gè)字符(字節(jié))的序列,即由一個(gè)一個(gè)字符(字節(jié))的數(shù)據(jù)順序組成。根據(jù)數(shù)據(jù)的組織形式,可以分為ASCII文件和二進(jìn)制文件,ASCII文件就是文本(text)文件,它的每一個(gè)字節(jié)放一個(gè)ASCII代碼,代表一個(gè)字符。用ASCII形式與字符一一對(duì)應(yīng),一個(gè)字節(jié)代表一個(gè)字符,因而便于對(duì)字符逐個(gè)處理。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的配置文件是以文本格式存在的,因此可以利用“一個(gè)字節(jié)代表一個(gè)字符,便于對(duì)字符逐個(gè)處理”的特點(diǎn),進(jìn)行兩個(gè)文件的分析比對(duì)。

        3.2配置文件的比對(duì)方法

        對(duì)兩個(gè)配置文件進(jìn)行比對(duì)可以分為兩種不同的情況,第一種情況:兩個(gè)文件所占存儲(chǔ)空間不同。例如:對(duì)于一個(gè)12K的配置文件與15K的配置文件,很容易區(qū)分出兩個(gè)文件來(lái),然后再比較配置內(nèi)容的不同。第二種情況:兩個(gè)配置文件所占存儲(chǔ)空間相同。由于目前操作系統(tǒng)常用的分區(qū)格式是FAT32與NTFS,這兩種分區(qū)格式的每個(gè)簇都固定為4 KB。因此對(duì)于在硬盤(pán)上存儲(chǔ)空間相同的兩個(gè)文件,由于簇都固定為4 KB的特點(diǎn),可以分為兩種情況:第一種是兩個(gè)配置文件所占存儲(chǔ)空間相同并且其包含的字節(jié)數(shù)不相同,第二種是兩個(gè)配置文件所占存儲(chǔ)空間相同并且其包含的字節(jié)數(shù)也相同。對(duì)于以上三種情況可以采用不同的比對(duì)方法。第一種情況可以直接判斷兩個(gè)配置文件大小,因?yàn)閮蓚€(gè)配置文件大小不同,則可直接篩選出兩個(gè)文件的不同。對(duì)于第二種情況,首先判斷兩個(gè)配置文件的字節(jié)數(shù)是否相同,如果字節(jié)數(shù)不同,接著判斷文件的命令行數(shù)是否相同,若命令行數(shù)相同,在逐一比較命令行的參數(shù)的不同,若命令行數(shù)不相同,直接比較缺失的命令行;如果字節(jié)數(shù)相同,我們直接比較每條命令參數(shù)的不同。

        以上的兩種情況,可以直接從配置文件的特征入手,判斷運(yùn)行命令的結(jié)束以配置文件中的結(jié)束字符為標(biāo)志。判斷配置文件中的不同命令行,首先依據(jù)配置文件中“節(jié)”的順序,按照:全局配置、接口配置、各種協(xié)議配置和用戶界面配置的特征;接著運(yùn)用配置文件中的不同命令行的組織以命令視圖為基本框架,同一命令視圖的命令組織在一起,形成一節(jié),節(jié)與節(jié)之間通常用空行或注釋行隔開(kāi)的特征;進(jìn)行比對(duì)分析。這就是基于配置文件字符特征的配置參數(shù)比對(duì)算法,下面將介紹算法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

        4基于“字符特征”的配置比對(duì)算法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程

        具體算法實(shí)現(xiàn)過(guò)程為:

        (1) 從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備獲取配置文件;

        (2) 判斷文件所占存儲(chǔ)空間大小,若相同直接執(zhí)行第(3)步,若不同執(zhí)行第(5)步;

        (3) 判斷兩個(gè)文件字符數(shù)是否相同,若相同直接執(zhí)行第(4)步,若不同執(zhí)行第(6)步;

        (4) 判斷兩個(gè)文件命令行數(shù)是否相同;若相同直接執(zhí)行第(7)步,若不同執(zhí)行第(5)步;

        (5) 比對(duì)兩個(gè)文件的字符數(shù);

        (6) 比對(duì)兩個(gè)文件對(duì)應(yīng)命令行字符數(shù);

        (7) 結(jié)束。

        算法實(shí)現(xiàn)流程如圖2所示。

        5結(jié)語(yǔ)

        基于字符特征的配置文件比對(duì)算法,是針對(duì)大型網(wǎng)絡(luò)中的骨干交換機(jī)與路由器復(fù)雜配置命令的比對(duì)方法,對(duì)于只有簡(jiǎn)單配置參數(shù)的小型局域網(wǎng)設(shè)備以及沒(méi)有參數(shù)配置功能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備沒(méi)有實(shí)際意義。同時(shí)該算法的提出也主要是針對(duì)目前國(guó)內(nèi)、國(guó)際廣泛使用的華為、思科網(wǎng)絡(luò)交換路由設(shè)備,對(duì)于其他不符合行業(yè)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,還需具體問(wèn)題具體分析。

        參考文獻(xiàn)

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        作者簡(jiǎn)介:

        孫文歌男,1982年出生,工程師。從事航天遠(yuǎn)洋測(cè)控通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究。

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