阮曉龍

基于SNMP的網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

阮曉龍

針對局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)設(shè)備監(jiān)控的廣泛需求，研究網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。采用SNMP和MIB，設(shè)計實現(xiàn)了一個能對網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器進行全面監(jiān)測并提供設(shè)備故障預警功能的系統(tǒng)軟件。借助MySQL數(shù)據(jù)庫和RRD數(shù)據(jù)庫，方便對歷史監(jiān)控數(shù)據(jù)進行查詢。實例表明，該軟件能很好地完成網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器狀態(tài)監(jiān)控任務(wù)，具有良好的推廣應用價值。

簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議；管理信息庫；網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控；網(wǎng)絡(luò)測量；服務(wù)器性能

0 引言

服務(wù)器是當今網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的核心部分，其可用性和性能是決定運行在服務(wù)器上的業(yè)務(wù)能否順利運行的重要因素[1]。當網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)器發(fā)生故障時，一般只有運維人員對服務(wù)器主機的硬件、網(wǎng)絡(luò)等進行全方位檢查后才能確定故障原因，進而完成故障排除。這種被動的運維方式通常會浪費很多時間，給用戶帶來較大損失。因此在必要時進行服務(wù)器故障預警，提醒用戶關(guān)注設(shè)備異常，對減少服務(wù)器宕機時間，保證網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備管理合理化具有非常重要的意義。

目前現(xiàn)有的一些網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，如：Cacti、PRTG等均缺少設(shè)備故障預警功能；而一些基于云計算模式的監(jiān)控系統(tǒng)，如：監(jiān)控寶、360監(jiān)控等雖有設(shè)備狀態(tài)劃分和故障預警功能，但由于其監(jiān)控數(shù)據(jù)受網(wǎng)絡(luò)抖動影響較大，數(shù)據(jù)可參考性不高且安全性也缺乏保障，不適合做局域網(wǎng)設(shè)備監(jiān)控。本文正是針對局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)設(shè)備監(jiān)控的廣泛需求，設(shè)計實現(xiàn)了一個基于SNMP的網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，并投入實際場景應用。

1 SNMP協(xié)議簡介

1.1 SNMP協(xié)議

SNMP[2-3]是一種應用層協(xié)議，使用TCP/IP協(xié)議族對互聯(lián)網(wǎng)上的設(shè)備進行管理的框架，它提供一組基本的操作，用來監(jiān)控和管理網(wǎng)絡(luò)。SNMP采用輪詢機制，提供最基本的功能，且只要求不可靠的傳輸層協(xié)議即用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（UDP），受到許多產(chǎn)品的廣泛支持[4]?，F(xiàn)在全球網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠家絕大多數(shù)都支持SNMP協(xié)議，SNMP已成為事實上的工業(yè)標準[5]。1.2 SNMP、MIB和SMI

SNMP協(xié)議族由3個基本部分組成：簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議、管理信息庫、管理信息結(jié)構(gòu)。

（1）簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（SNMP）是為網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)而定義的應用協(xié)議，1988年8月首次定義，有v1，v2，v33個版本，安全性依次提高[6]。

（2）管理信息庫（Management Information Base，簡稱MIB）是一個標準文檔，它描述了代理能夠為管理工作站提供哪些信息。它定義了受管設(shè)備必須保存的數(shù)據(jù)項、允許對每個數(shù)據(jù)項進行的操作及其含義。

（3）管理信息結(jié)構(gòu)（Structure of Management Information，簡稱SMI）提供了一種統(tǒng)一的格式，用來定義被管理對象，并規(guī)定了MIB中被管理對象如何標識；它限定了定義被管理對象時可以使用的ASN.1（Abstract Syntax No-tation One，抽象語法符號）數(shù)據(jù)類型。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

2.1 系統(tǒng)設(shè)計目標

系統(tǒng)的設(shè)計目標是：能實時地對網(wǎng)絡(luò)中服務(wù)器、路由器、交換機、網(wǎng)絡(luò)終端等多種設(shè)備的設(shè)備狀態(tài)和性能狀態(tài)進行監(jiān)控，主要監(jiān)控指標包括：CPU使用率、系統(tǒng)進程數(shù)、物理內(nèi)存使用率、硬盤使用率、網(wǎng)絡(luò)流量等；在必要時進行設(shè)備故障預警，提醒用戶關(guān)注故障異常。

對系統(tǒng)目標有三個要求即有效性、廣泛性、實時性。有效性指保證系統(tǒng)的應用規(guī)模，本次設(shè)計目標是監(jiān)控服務(wù)器設(shè)備200臺，網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備100臺，網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備15臺，網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備15臺，工作站200臺。廣泛性指系統(tǒng)能夠監(jiān)測安裝不同操作系統(tǒng)的服務(wù)器與不同品牌、不同型號的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。實時性指系統(tǒng)能夠?qū)崟r采集主機的狀態(tài)參數(shù)，實時處理數(shù)據(jù)并展示給用戶，方便用戶進行設(shè)備管理。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)主要包括業(yè)務(wù)引擎、存儲系統(tǒng)、管理系統(tǒng)、Web監(jiān)控平臺和數(shù)據(jù)接口五個部分。

（1）業(yè)務(wù)引擎，按照任務(wù)計劃通過SNMP協(xié)議主動采集受監(jiān)控設(shè)備數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)存儲在*.rrd文件中，生成監(jiān)控點統(tǒng)計分析圖。

（2）存儲系統(tǒng)，由MySQL數(shù)據(jù)庫、rrd數(shù)據(jù)文件組成，為管理系統(tǒng)提供支撐，提供接口需要的數(shù)據(jù)。

（3）管理系統(tǒng)，主要通過Web化的方式對監(jiān)控設(shè)備進行管理，實現(xiàn)受監(jiān)控設(shè)備添加、修改、刪除、開啟/關(guān)閉預警通知、開啟/暫停監(jiān)控設(shè)備操作；實現(xiàn)系統(tǒng)可監(jiān)控設(shè)備類型管理、用戶賬號管理、郵件服務(wù)器設(shè)置、監(jiān)控報告管理、數(shù)據(jù)備份與恢復、系統(tǒng)日志審計、系統(tǒng)升級。

（4）Web監(jiān)控平臺，主要通過圖形化報表和數(shù)據(jù)報表兩種形式展示受監(jiān)控設(shè)備的狀態(tài)信息。分類展示設(shè)備在最近30分鐘、最近8小時、最近24小時、最近1周、最近1月、最近1年的運行情況，協(xié)助用戶實時掌握設(shè)備的健康情況。

（5）數(shù)據(jù)接口，接收并處理Web監(jiān)控平臺的數(shù)據(jù)請求，通過處理生成的數(shù)據(jù)返回給Web監(jiān)控平臺。監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.3 邏輯體系設(shè)計

系統(tǒng)持續(xù)向受監(jiān)控的設(shè)備發(fā)送SNMP請求，采集相關(guān)的設(shè)備狀態(tài)和性能指標數(shù)據(jù)，通過特定的算法進行分析計算，然后將數(shù)據(jù)存入RRD中。當Web監(jiān)控平臺通過ajax請求接口數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)接口程序?qū)⒆x取rrd文件中的數(shù)據(jù)，生成所需要的數(shù)據(jù)，返回給Web監(jiān)控平臺。Web監(jiān)控平臺按照一定的數(shù)學模型圖形化呈現(xiàn)設(shè)備運行和性能狀態(tài)。監(jiān)控系統(tǒng)邏輯體系如圖2所示：

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)邏輯體系

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)開發(fā)平臺

現(xiàn)有的一些網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器監(jiān)控系統(tǒng)多需要部署在Windows Server等環(huán)境的主機上，而本文設(shè)計實現(xiàn)的監(jiān)控系統(tǒng)則采用的是：使用Linux內(nèi)核自主編譯的操作系統(tǒng)，與應用程序無縫結(jié)合。保證監(jiān)控系統(tǒng)在服務(wù)器上穩(wěn)定運行，同時降低部署實施的技術(shù)難度。

3.2 系統(tǒng)功能內(nèi)容及技術(shù)實現(xiàn)

基于SNMP的網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)所需要的原始數(shù)據(jù)都是通過主機的MIB獲取的。系統(tǒng)同時監(jiān)控多臺設(shè)備，數(shù)據(jù)采集功能要按照固定頻率對每臺設(shè)備的所有監(jiān)控點進行數(shù)據(jù)采集，這對程序效率、資源調(diào)度和系統(tǒng)穩(wěn)定性有很高的要求。通過多進程的方法，為每一臺受監(jiān)控設(shè)備的每個監(jiān)控點單獨創(chuàng)建進程；讓多個進程并發(fā)執(zhí)行，通過提高系統(tǒng)資源利用率實現(xiàn)高效穩(wěn)定地數(shù)據(jù)采集。

數(shù)據(jù)采集部分關(guān)鍵代碼如下：

設(shè)備故障預警功能是通過持續(xù)的監(jiān)控數(shù)據(jù)與預警線閾值比較，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備異常情況并發(fā)出預警。系統(tǒng)按照一定頻率持續(xù)采集設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)，將該數(shù)據(jù)與設(shè)備在相應的預警線閾值比較，數(shù)據(jù)超越閾值限定的安全范圍時就判定設(shè)備預警，然后系統(tǒng)會跟蹤監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)，最終確定設(shè)備預警，并按照系統(tǒng)設(shè)置發(fā)送預警郵件通知。故障預警設(shè)置流程如圖3所示：

圖3 故障預警設(shè)置流程

故障預警部分關(guān)鍵代碼如下：

3.3 數(shù)據(jù)存儲實現(xiàn)

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲采用數(shù)據(jù)庫存儲與文件存儲相結(jié)合的方式，形成了配置文件、rrd數(shù)據(jù)文件、rrd圖片和數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)并存的局面。對于內(nèi)容固定，且在系統(tǒng)運行中多次調(diào)用的信息，采用系統(tǒng)內(nèi)置的方式存儲在配置文件中。此類信息包括：數(shù)據(jù)庫用戶信息、shell命令、文件或程序路徑、內(nèi)置主題、設(shè)備狀態(tài)表示等。系統(tǒng)持續(xù)對設(shè)備進行監(jiān)控過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)由RRDtool歸檔存儲在rrd文件中。rrd文件中的數(shù)據(jù)可以用RRDtool的相關(guān)方法進行讀取調(diào)用。

4 實例應用

這是系統(tǒng)的一個應用實例：在河南中醫(yī)學院網(wǎng)絡(luò)信息中心（教育科研網(wǎng)鄭東新區(qū)節(jié)點單位）與河南中醫(yī)學院信息技術(shù)學院教學實驗中心（河南省高等學校實驗教學示范中心）部署實施，監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)信息中心與教學實驗中心211.69.32.0/24、192.168.157.0/24等網(wǎng)段的網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器設(shè)備。監(jiān)控系統(tǒng)在網(wǎng)內(nèi)運行狀況良好，系統(tǒng)的應用提高了網(wǎng)絡(luò)故障響應速度，提升了服務(wù)與教學質(zhì)量。系統(tǒng)運行界面如圖4所示：

圖4 系統(tǒng)運行界面

5 總結(jié)

本文設(shè)計并實現(xiàn)了一套集成度高、成本低廉、簡單易用、方便部署實施的網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)在內(nèi)網(wǎng)部署應用，消除了互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)抖動對監(jiān)控數(shù)據(jù)可靠性的影響和互聯(lián)網(wǎng)攻擊帶來的安全隱患；支持故障預警，方便運維，且在常規(guī)服務(wù)器上就能穩(wěn)定運行，在中小型企業(yè)網(wǎng)絡(luò)運維實施中具有顯著的優(yōu)越性。

系統(tǒng)使用HTML5技術(shù)，全網(wǎng)站實現(xiàn)了無flash，解決了瀏覽器裝插件的問題，實現(xiàn)了手機、個人電腦、監(jiān)控屏等多終端的無差異訪問，同時支持多終端接收運行報告與預警信息。下一步，該系統(tǒng)計劃基于現(xiàn)有功能和數(shù)據(jù)接口，開發(fā)手機客戶端，滿足移動辦公和隨時隨地監(jiān)控的需要。

[6] 李娜,徐國愛.一種基于SNMP的服務(wù)器監(jiān)控系統(tǒng)[C].中國電子學會第十五屆信息論學術(shù)年會暨第一屆全國網(wǎng)絡(luò)編碼學術(shù)年會論文集(上冊),2008:803-806.

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Design and Implementation of Network and Server Status Monitoring System Based on SNMP

Ruan Xiaolong
(Network Information Center, Henan University of Traditional Chinese Medicine, Zhengzhou 450046, China)

For the requirement of a wide range of LAN and WAN equipment monitoring, the network and server status monitoring system is researched. SNMP and MIB are used to design and implement a network and server monitoring status system which is able to provide hardware alarm function. Meanwhile the system takes advantage of MySQL database and RRD database to facilitate the monitoring of historical data query. Examples show that the system can well complete the network and server status monitoring tasks and it is valuable to be applied and popularized.

SNMP; MIB; Network monitoring; Network measurement; Server performance

TP393.07

A

1007-757X(2016)10-0067-03

2016.02.26）

阮曉龍（1981-），男，河南中醫(yī)學院，網(wǎng)絡(luò)信息中心，講師，研究方向：計算機網(wǎng)絡(luò)、計算機軟件、Web技術(shù)，鄭州，450046