侯天雄　馬迅飛　張進鐸　張俊　趙葉平

摘 要： 描述了一種網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)過程，闡述了系統(tǒng)的功能、設(shè)計原理、系統(tǒng)架構(gòu)及功能模塊，給出了具體實現(xiàn)技術(shù)和方法。采用MySQL數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和PHP編程語言，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵功能。該系統(tǒng)實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的綜合監(jiān)控，并通過可視化界面與用戶友好交互。

關(guān)鍵詞： 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)； 實時監(jiān)控； 數(shù)據(jù)庫； PHP； 可視化

中圖分類號：TP393 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2016）01-25-04

Design and implementation of network monitoring system

Hou Tianxiong， Ma Xunfei， Zhang Jinduo， Zhang Jun， Zhao Yeping

（BGP， CNPC， Zhuozhou， Hebei 072750， China）

Abstract： This paper describes the design and implementation of a network monitoring system， the function of the system， design principles， system architecture and functional modules， and shows the specific techniques and methods of implementation. This system adopts MySQL database system and PHP programming language to implement the key functions. The system is a comprehensive monitoring network system which achieves a friendly interaction with the user through a visual interface.

Key words： network technology； real-time monitoring； database； PHP； visualization

0 引言

在信息化時代的大背景下，網(wǎng)絡(luò)深入到了人們生活、學習、工作和娛樂等各個領(lǐng)域。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展給人類帶來了前所未有的方便，與此同時，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷壯大，一個突出的、急需解決的問題也隨之產(chǎn)生，那就是網(wǎng)絡(luò)運行的監(jiān)管。

目前，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)分為兩類：一類是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商研發(fā)的與設(shè)備配套的軟件，這類軟件兼容性較差，只能與配套的硬件設(shè)備同時使用，不適用于多種不同廠商的設(shè)備混合使用的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，而且這種軟件價格偏高；另一類網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控軟件是第三方通用軟件，這種軟件操作復雜，要求用戶有較高的專業(yè)技術(shù)水平，而且，這類軟件一般都是針對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行分層監(jiān)管，不能很好的兼顧用戶的日常工作，因此，很難將一款第三方軟件應用到實際工作中去。

針對目前網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控軟件的現(xiàn)狀和缺陷，我們設(shè)計開發(fā)了一套網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，通過可視化界面展示監(jiān)控內(nèi)容，并能與用戶實現(xiàn)友好交互。

1 SNMP協(xié)議

1.1 SNMP簡介

簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（SNMP：Simple Network ManagementProtocol）[1-3]是由互聯(lián)網(wǎng)工程任務組（IETF：Internet Engineering Task Force）定義的一套網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議。該協(xié)議基于簡單網(wǎng)關(guān)監(jiān)視協(xié)議（SGMP：Simple Gateway Monitor Protocol），是管理進程和代理進程之間的通信協(xié)議。它由一組網(wǎng)絡(luò)管理的標準組成，包含一個應用層協(xié)議、數(shù)據(jù)庫模型和一組資源對象。該協(xié)議能夠支持網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，用以監(jiān)測連接到網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備是否有任何狀況發(fā)生。

SNMP管理的網(wǎng)絡(luò)主要由三部分組成：被管理的設(shè)備、SNMP代理和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)（NMS）。網(wǎng)絡(luò)中被管理的每個設(shè)備都存在一個管理信息庫（MIB），用于收集并儲存管理信息。通過SNMP協(xié)議，NMS能獲取這些信息。被管理設(shè)備，又稱為網(wǎng)絡(luò)單元或者網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，可以是支持SNMP協(xié)議的路由器、交換機、服務器或者主機等。

SNMP代理是被管理設(shè)備上的一個網(wǎng)絡(luò)管理軟件模塊，擁有本地設(shè)備的相關(guān)管理信息，并用于將他們轉(zhuǎn)換成與SNMP兼容的格式，傳遞給NMS。NMS運行應用程序來實現(xiàn)監(jiān)控被管理設(shè)備的功能。另外，NMS還為網(wǎng)絡(luò)管理提供大量的處理程序及必須的儲存資源。

1.2 利用SNMP計算帶寬

網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率=（每秒收到字節(jié)數(shù)+發(fā)送字節(jié)數(shù)）/帶寬。對于半雙工來說，在計算利用率時使用公式[4-5]：

⑴

對于全雙工來說，在計算利用率時使用公式：

⑵

然而，這種方法隱藏了指令的使用率，它的價值和精確度較低。更準確的方法是使用以下公式測量輸入效用和輸出效用：

⑶

⑷

對于以上各個公式，其參數(shù)說明如下：

ΔifINOctets：表示輸入流量的字節(jié)數(shù)；

ΔifOutOctets：表示輸出流量的字節(jié)數(shù)；

ifSpeed：為snmp監(jiān)測對象的接口速率。

2 系統(tǒng)概述

2.1 系統(tǒng)功能概述

該網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)從用戶角度出發(fā)，著重于用戶所關(guān)心的實際問題，從網(wǎng)絡(luò)通斷、網(wǎng)絡(luò)使用情況、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運行狀態(tài)等多個方面對整個網(wǎng)絡(luò)進行實時監(jiān)控，并提供報警信息。

該系統(tǒng)的主要功能有以下。

⑴ 實時提供網(wǎng)絡(luò)連接拓撲圖，用不同顏色表示不同的帶寬占用情況。

⑵ 實時提供網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，如網(wǎng)絡(luò)帶寬、時延、抖動等。

⑶ 實時監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運行情況，通過SNMP協(xié)議獲得網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運行狀態(tài)，并用圖表形式顯示出來。

⑷ 網(wǎng)絡(luò)測試，通過網(wǎng)絡(luò)命令對網(wǎng)絡(luò)線路進行測試，提供測試結(jié)果。

⑸ 通過發(fā)送郵件實時放映網(wǎng)絡(luò)運行中的某些突發(fā)事件，如網(wǎng)絡(luò)中斷、網(wǎng)絡(luò)占用帶寬大于某個設(shè)定值、網(wǎng)絡(luò)延遲大、網(wǎng)絡(luò)抖動及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備開關(guān)機等。

2.2 系統(tǒng)功能特點

系統(tǒng)簡單實用、易于操作、無須培訓、界面友好，能兼顧不同水平的網(wǎng)絡(luò)管理人員，是一個直觀且可視化操作的系統(tǒng)。同時，該系統(tǒng)全面監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)各個環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的故障，是一個功能全面、兼容性高的實用系統(tǒng)。

系統(tǒng)采取基于權(quán)限的訪問，針對不同級別的操作員分別授予不同的操作權(quán)限，給不同級別的用戶以不同的權(quán)限，高級用可以對下一級別的用戶進行監(jiān)控，保證了系統(tǒng)安全平穩(wěn)有序運行。

2.3 系統(tǒng)體系架構(gòu)

系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，在服務器端實現(xiàn)所有的邏輯處理，用戶通過Web瀏覽器實現(xiàn)界面交互。該系統(tǒng)采用了模塊化設(shè)計思想，用戶可以根據(jù)不同的需求，在集成平臺上增加或減少功能模塊來改變系統(tǒng)功能。這樣的設(shè)計使得系統(tǒng)具備了很好的靈活性、適應性和可拓展性，同時也具備了二次開發(fā)能力。

集成平臺集成了數(shù)據(jù)庫及Web動態(tài)邏輯規(guī)劃，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的各項功能分別被模塊化，提供通用的接口和功能支持。系統(tǒng)架構(gòu)示意圖如圖1所示。

2.4 系統(tǒng)運行環(huán)境

系統(tǒng)服務器端部署在一臺Linux服務器上，服務器接入到網(wǎng)絡(luò)核心的位置，所有被監(jiān)控單元都通過網(wǎng)絡(luò)與服務器連接，并且這些被監(jiān)控單元都支持SNMP協(xié)議、ICMP協(xié)議和HTTP協(xié)議。為了實現(xiàn)24小時不間斷監(jiān)控，在網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵位置都安裝了交換機或者路由器。

3 系統(tǒng)功能的設(shè)計實現(xiàn)

3.1 總體設(shè)計

一個系統(tǒng)是否設(shè)計科學，是一個很重要的問題，這將決定整個項目的成敗。好的系統(tǒng)架構(gòu)可以縮短整個項目的開發(fā)周期，提高效率。綜合考慮本系統(tǒng)的功能特點，將體系結(jié)構(gòu)分為三層：應用層、邏輯層和數(shù)據(jù)層。如圖2所示。

⑴ 應用層：應用層是系統(tǒng)在用戶面前的直接展示，實現(xiàn)與用戶的交互功能，將系統(tǒng)內(nèi)部的機器語言轉(zhuǎn)化為用戶能夠理解和獲取價值的語言。因此，應用層主要功能就是向用戶提供操作支持和信息顯示。系統(tǒng)在設(shè)計及實現(xiàn)主要功能的同時，對界面作了美化處理，使得其在與用戶的交互過程中更友好。

⑵ 邏輯層：邏輯層也叫業(yè)務層或中間層，是整個系統(tǒng)的核心，負責在分布式系統(tǒng)中間層處理數(shù)據(jù)，那里有事務處理規(guī)則和業(yè)務流程約束數(shù)據(jù)的處理。這一層主要用于大批量處理、事務支持、大型配置、信息傳送和網(wǎng)絡(luò)通信。由此可以看出這一中間層很復雜。

邏輯層很重要，它包含了目前提供特殊服務的數(shù)目最大的組件對象。這種靈活性是大型的企業(yè)應用程序所需要的，它可以根據(jù)應用層的用戶請求，從數(shù)據(jù)層獲取、處理并返回數(shù)據(jù)，以響應用戶需求。

⑶ 數(shù)據(jù)層：數(shù)據(jù)層實際上就是資源管理層。與應用層相比，沒有或較少有數(shù)據(jù)處理，而是定義了大量數(shù)據(jù)的管理任務，數(shù)據(jù)庫和資源會變得越來越多，因此，這項任務也變得越來越困難。

通常數(shù)據(jù)層使用大型的RDBMS來管理，如Oracle。使用RDBMS來管理數(shù)據(jù)的好處是可以協(xié)助數(shù)據(jù)的處理，提高數(shù)據(jù)的使用效率。RDBMS處理數(shù)據(jù)除了完成數(shù)據(jù)庫本身的插入新數(shù)據(jù)、修改數(shù)據(jù)、執(zhí)行系統(tǒng)函數(shù)等SQL操作外，還可以通過存儲過程和觸發(fā)器，來自動地在數(shù)據(jù)庫上存儲應用程序的商務邏輯和函數(shù)模塊，這樣在數(shù)據(jù)層上就可以對數(shù)據(jù)做出相關(guān)的功能強大的處理，而不是僅僅把請求結(jié)果返回給客戶機。

在計算機應用逐步發(fā)展的今天，需要維護的數(shù)據(jù)量已經(jīng)在某些領(lǐng)域達到了超大規(guī)模，因此，數(shù)據(jù)服務這個領(lǐng)域的發(fā)展空間和挑戰(zhàn)也越來越大，數(shù)據(jù)服務層的結(jié)構(gòu)也朝著復雜化、大規(guī)?；姆较虬l(fā)展，在為我們帶來強大功能的數(shù)據(jù)支持的同時，也對計算機硬件的技術(shù)進步提出了迫切要求。

在此基礎(chǔ)上，將系統(tǒng)的層次具體化，如圖3所示。

3.2 系統(tǒng)功能模塊實現(xiàn)

⑴ 網(wǎng)絡(luò)拓撲圖模塊

實時提供網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)，用不同顏色表示線路的運行狀態(tài)。其中紅色虛線表示網(wǎng)絡(luò)連接出問題，同時會顯示相應的字樣—“問題”；綠色實線表示網(wǎng)絡(luò)帶寬占用率在0～20%；黃色實線表示網(wǎng)絡(luò)帶寬占用率在20%～80%，紅色實線表示網(wǎng)絡(luò)帶寬占用率在80%～100%。如圖4所示。

⑵ 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模塊

實時提供網(wǎng)絡(luò)運行參數(shù)。通過統(tǒng)計不同時刻網(wǎng)絡(luò)運行的狀態(tài)信息，繪制曲線圖，實時顯示該線路的網(wǎng)絡(luò)帶寬、時延、抖動等。如圖5所示。

⑶ 設(shè)備監(jiān)控模塊

實時監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運行情況。用戶通過Web頁面可以查看網(wǎng)絡(luò)中各個設(shè)備的運行狀態(tài)；同時，也可以查看到這些設(shè)備所占用的網(wǎng)絡(luò)帶寬，從而估計出此時該網(wǎng)絡(luò)的運行情況。

⑷ 網(wǎng)絡(luò)測試模塊

在Web客戶端頁面提供簡單的網(wǎng)絡(luò)測試工具，在用戶使用這些工具時，客戶端會發(fā)送一串指令給服務器端，服務器完成指令的編譯、執(zhí)行，然后將結(jié)果發(fā)送到客戶端，客戶端將結(jié)果以自然語言的形式顯示。

⑸ 事故報警模塊

系統(tǒng)給每個網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置閾值，如果統(tǒng)計的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)數(shù)值超過了閾值，就會發(fā)送指令給服務器，服務器通過分析，按照指定格式發(fā)送報警郵件給用戶，用戶可以通過登錄注冊郵箱查看報警信息。

4 結(jié)束語

本文描述了網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)計的背景、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)整體情況、系統(tǒng)設(shè)計和模塊設(shè)計，以及功能實現(xiàn)。本系統(tǒng)完成后經(jīng)過實際測試，在各個方面均達到了預期目標，在Web頁面顯示、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控及事件報警等方面都得到了完全實現(xiàn)。

設(shè)計一個功能強大、維護簡單且運行穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，對所有中小型網(wǎng)絡(luò)的管理，都有著很大的實用價值。本文設(shè)計的系統(tǒng)適用于大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，但仍然存在缺陷，如無法監(jiān)控虛擬專線網(wǎng)絡(luò)。因此，還需要對系統(tǒng)繼續(xù)挖潛，進一步完善其功能。

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