楊 鈺

（蘇州供電公司信通分公司，江蘇 蘇州 215004）

基于IP地址的供電公司信息管理系統(tǒng)

楊 鈺

（蘇州供電公司信通分公司，江蘇 蘇州 215004）

目前電力公司內(nèi)部運(yùn)行著各種信息系統(tǒng)越來(lái)越凸顯重要性。高效的管理這些信息系統(tǒng)是確保電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要基礎(chǔ)，因此，急需開(kāi)發(fā)一個(gè)信息管理系統(tǒng)。但是，由于電力系統(tǒng)中各信息系統(tǒng)復(fù)雜，具有動(dòng)態(tài)變化性，且需長(zhǎng)時(shí)間不間斷運(yùn)行，傳統(tǒng)的基于靜態(tài)軟件體系結(jié)構(gòu)的開(kāi)發(fā)方式不適合電力系統(tǒng)的信息管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。介紹了一個(gè)基于 IP地址的供電公司信息管理系統(tǒng)。利用基于構(gòu)件的動(dòng)態(tài)軟件體系結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了相關(guān)的主要構(gòu)件，包括IP地址管控構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)IP子網(wǎng)的自動(dòng)偵測(cè)、IP地址可視化管理、IP地址綁定、IP地址的全生命周期記錄等功能；網(wǎng)絡(luò)終端管理構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)終端的全生命周期管理、網(wǎng)絡(luò)終端的探測(cè)識(shí)別等功能；交換機(jī)的管理構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)交換機(jī)的自動(dòng)偵測(cè)、交換機(jī)的全生命周期臺(tái)帳維護(hù)、交換機(jī)常用命令的圖形化用戶(hù)界面等功能；網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系管理構(gòu)件；安全預(yù)警構(gòu)件以及用戶(hù)管理構(gòu)件等。階段運(yùn)行結(jié)果表明，系統(tǒng)能夠有效地完成公司的信息管理任務(wù)。

信息管理系統(tǒng)；IP地址；分布式系統(tǒng)；動(dòng)態(tài)軟件體系結(jié)構(gòu)；組件

0 引言

供電系統(tǒng)的各級(jí)公司對(duì)各機(jī)構(gòu)、部門(mén)、人員、設(shè)備和子網(wǎng)接入內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)有極為嚴(yán)格的規(guī)定，需要得到授權(quán)之后才能登陸、使用[1]。不同部門(mén)、機(jī)構(gòu)劃分不同的 VLAN，各使用人員和設(shè)備在不同的VLAN之間不能隨意訪問(wèn)。系統(tǒng)中，對(duì)IP地址的管理和維護(hù)主要包括 IP地址的開(kāi)通、變更，人員和部門(mén)的調(diào)整，VLAN的管理等。傳統(tǒng)的方式是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)管理員對(duì)IP地址進(jìn)行分配和管理[2-3]。在整體上，供電公司內(nèi)部網(wǎng)的 IP地址由信息通信部門(mén)統(tǒng)一規(guī)劃、分配和管理，連入網(wǎng)絡(luò)的各種設(shè)備的各種網(wǎng)絡(luò)參數(shù)由管理人員維護(hù)。在實(shí)際的使用過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)各種情況，如IP地址沖突、非按規(guī)定使用IP地址[4]。

隨著國(guó)網(wǎng)各級(jí)供電公司信息化的快速發(fā)展，近年來(lái)企業(yè)內(nèi)部信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)也在不斷擴(kuò)展，網(wǎng)絡(luò)范圍不斷擴(kuò)大，各級(jí)供電公司各項(xiàng)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的業(yè)務(wù)對(duì)各種網(wǎng)絡(luò)終端的依賴(lài)性日益增強(qiáng)[5]，由于網(wǎng)絡(luò)終端的種類(lèi)繁多、數(shù)量龐大，傳統(tǒng)的管理方式在管理和控制電力系統(tǒng)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)終端的運(yùn)營(yíng)、日常管理、控制、警報(bào)、維修、更替越來(lái)越顯得力不從心，甚至設(shè)備在接入內(nèi)網(wǎng)時(shí)也越來(lái)越不方便[6-7]。因此，如何有效的管理內(nèi)外網(wǎng)管理，實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)終端的管理和網(wǎng)絡(luò)終端的接入功能的智能、高效管理顯得尤為重要和迫切。

按照《國(guó)家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)信息安全防護(hù)總體方案》的要求，供電公司的內(nèi)網(wǎng)信息管理應(yīng)該“雙網(wǎng)雙機(jī)、分區(qū)分域、安全接入、動(dòng)態(tài)感知、精益管理、全面防護(hù)”的主動(dòng)防御策略，需要從物理環(huán)境、邊界、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、主機(jī)系統(tǒng)、應(yīng)用、數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)終端安全防護(hù)的各層次進(jìn)行全面設(shè)計(jì)，其安全策略和措施符合國(guó)家電網(wǎng)信息安全現(xiàn)狀，能夠滿(mǎn)足智能電網(wǎng)信息安全防護(hù)需求，適用性和擴(kuò)展性強(qiáng)[8-9]。

本文提出了一個(gè)基于 IP地址的供電公司信息管理系統(tǒng)，主要通過(guò)IP地址管理供電公司內(nèi)部所涉及的各信息管理子系統(tǒng)。鑒于供電公司信息內(nèi)的很多子系統(tǒng)需要不間斷運(yùn)行，且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有復(fù)雜性和動(dòng)態(tài)變化性，系統(tǒng)利用采用動(dòng)態(tài)的軟件體系結(jié)構(gòu)，基于構(gòu)件化的軟件開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了IP地址管控（IP子網(wǎng)的自動(dòng)偵測(cè)、IP地址可視化管理、IP地址綁定、IP地址的全生命周期記錄等）、網(wǎng)絡(luò)終端管理（網(wǎng)絡(luò)終端的全生命周期管理、網(wǎng)絡(luò)終端的探測(cè)識(shí)別）、交換機(jī)的管理（交換機(jī)的自動(dòng)偵測(cè)、交換機(jī)的全生命周期臺(tái)帳維護(hù)、交換機(jī)常用命令的圖形化用戶(hù)界面）、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系管理、安全預(yù)警以及用戶(hù)管理等。

1 動(dòng)態(tài)軟件體系結(jié)構(gòu)

很多經(jīng)典的軟件體系結(jié)構(gòu)都是靜態(tài)體系結(jié)構(gòu)。基于靜態(tài)體系結(jié)構(gòu)的軟件系統(tǒng)在運(yùn)行期間無(wú)法改變。然而，在有些情況下，軟件系統(tǒng)必須長(zhǎng)期不間斷運(yùn)行，如電力領(lǐng)域的系統(tǒng)、航空控制系統(tǒng)、交通控制系統(tǒng)等。而在實(shí)際應(yīng)用中，很有可能出現(xiàn)系統(tǒng)需求或者環(huán)境發(fā)生變化的情況，這就需要停止軟件系統(tǒng)的運(yùn)行，進(jìn)行更新或者維護(hù)。但這樣做不但會(huì)引起高額的花費(fèi)，而且會(huì)帶來(lái)巨大的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)系統(tǒng)的安全性也會(huì)造成很大的影響。因此，由于缺乏動(dòng)態(tài)更新機(jī)制，靜態(tài)軟件體系結(jié)構(gòu)不適用這類(lèi)重要的系統(tǒng)。

自從 Internet誕生以來(lái)，越來(lái)越多的應(yīng)用系統(tǒng)都逐步構(gòu)建在Web的基礎(chǔ)上。作為一種開(kāi)放系統(tǒng)，Internet只在協(xié)議級(jí)、地址定位、允許各個(gè)站點(diǎn)能夠交互等表示方面有最小程度的標(biāo)準(zhǔn)要求。Internet允許大量的變化，既包括在這些標(biāo)準(zhǔn)約束下的硬件方面，又包括構(gòu)建在這些標(biāo)準(zhǔn)之上的應(yīng)用。在Internet上，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)控制和有效性并沒(méi)有一個(gè)起主導(dǎo)作用的權(quán)威，各個(gè)結(jié)點(diǎn)都是獨(dú)立管理的，每個(gè)開(kāi)發(fā)者可以根據(jù)自己的意愿提供、修改、刪除資源。由于Internet具有這些特點(diǎn)，基于Internet的軟件應(yīng)用系統(tǒng)也必須滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)性的要求，以適應(yīng)在設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、測(cè)試、運(yùn)行以及維護(hù)升級(jí)的各個(gè)階段發(fā)生的變化[10]。另一方面，大型軟件、復(fù)雜應(yīng)用系統(tǒng)往往是采用自主開(kāi)發(fā)和外購(gòu)相結(jié)合的方法，增加了軟件體系結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性[11]。

動(dòng)態(tài)軟件體系結(jié)構(gòu)允許在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)發(fā)生更新的軟件體系結(jié)構(gòu)[12]。動(dòng)態(tài)軟件體系結(jié)構(gòu)主要研究軟件系統(tǒng)由于特殊需要必需在連續(xù)運(yùn)行情況下的體系結(jié)構(gòu)變化與支撐平臺(tái)[13-14]。事實(shí)上，動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)DDL、嵌入式鏈接對(duì)象 OLE、Plug-in、COM 以及CORBA都是適用用戶(hù)要求而產(chǎn)生的、支持軟件體系結(jié)構(gòu)根據(jù)需要可以變化的概念、技術(shù)和產(chǎn)品[15-16]。動(dòng)態(tài)軟件體系結(jié)構(gòu)包括應(yīng)用層、中間層和體系結(jié)構(gòu)層，如圖1所示。

圖1 動(dòng)態(tài)軟件體系結(jié)構(gòu)層次示意圖Fig.1 Hierarchy diagram of dynamic software architecture

2 系統(tǒng)分析

整個(gè)軟件系統(tǒng)采用分布式軟件結(jié)構(gòu)[17]，通過(guò)IP地址管理控制部分實(shí)現(xiàn)基于 IP地址的信息管理控制，各信息內(nèi)部網(wǎng)通過(guò)交換機(jī)分割為各子網(wǎng)，管理員可以遠(yuǎn)程配置和管理，系統(tǒng)架構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)部署示意圖Fig.2 Sy stem deployment diagram

本基于 IP地址的供電公司信息管理系統(tǒng)是一個(gè)基于構(gòu)件的軟件系統(tǒng)，能夠通過(guò)IP地址有效的管理供電公司內(nèi)部所涉及的各信息管理子系統(tǒng)，主要功能有IP地址管控，包括：IP子網(wǎng)的自動(dòng)偵測(cè)、IP地址可視化管理、IP地址綁定、IP地址的全生命周期記錄等；網(wǎng)絡(luò)終端管理，包括網(wǎng)絡(luò)終端的全生命周期管理、網(wǎng)絡(luò)終端的探測(cè)識(shí)別；交換機(jī)的管理，包括交換機(jī)的自動(dòng)偵測(cè)、交換機(jī)的全生命周期臺(tái)帳維護(hù)、交換機(jī)常用命令的圖形化用戶(hù)界面；網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系管理；安全預(yù)警；用戶(hù)管理等。系統(tǒng)管理員的用例圖如圖3所示。

軟件結(jié)構(gòu)的組件圖如圖4所示。

3 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

3.1 IP 地址管控

（1）IP子網(wǎng)的自動(dòng)偵測(cè)

IP子網(wǎng)的自動(dòng)偵測(cè)是IP地址管控的重要功能，系統(tǒng)通過(guò)SNMP協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆?jì)算方法[18]，自動(dòng)發(fā)現(xiàn)內(nèi)網(wǎng)中所有的交換機(jī)及路由器，并根據(jù)路由器中的網(wǎng)關(guān)地址，計(jì)算得到所有的IP網(wǎng)段。

（2）IP地址可視化管理

圖3 系統(tǒng)用例圖Fig.3 System use case diagram

所有IP網(wǎng)段在一棵子網(wǎng)資源樹(shù)上統(tǒng)一展示，通過(guò)子網(wǎng)資源樹(shù)選擇一個(gè)子網(wǎng)，即可查看該子網(wǎng)的IP詳情。包括的有效IP地址個(gè)數(shù)，當(dāng)前在線IP、離線IP、空閑 IP、IP地址關(guān)聯(lián)的 MAC地址，IP/MAC在交換機(jī)的端口位置，IP資源管理樹(shù)如圖5所示。

圖4 軟件系統(tǒng)組件示意圖Fig.4 Software system component diagram

圖5 IP 資源管理樹(shù)Fig.5 IP resource management tree

（3）IP地址綁定

給某一個(gè)IP地址綁定一個(gè)網(wǎng)絡(luò)終端的MAC地址，后臺(tái)會(huì)自動(dòng)把該信息同步設(shè)置到 DHCP服務(wù)器上，這樣綁定的 MAC地址就是該網(wǎng)絡(luò)終端的合法IP。

綁定的MAC地址，同時(shí)在它所在IP網(wǎng)段的網(wǎng)關(guān)路由器上設(shè)置 ARP綁定，以確保非法的網(wǎng)絡(luò)終端不能跨過(guò)網(wǎng)關(guān)訪問(wèn)其它終端，提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的安全性。

（4）IP地址的全生命周期記錄

對(duì)IP地址的綁定MAC和解綁MAC記錄，都會(huì)記錄在系統(tǒng)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中，方便用戶(hù)日后查看該IP的詳細(xì)操作記錄，IP地址綁定及臺(tái)賬如圖6所示。

3.2 網(wǎng)絡(luò)終端管理

（1）網(wǎng)絡(luò)終端的全生命周期管理

圖6 IP 地址綁定及臺(tái)賬Fig.6 IP address binding and accounting

網(wǎng)絡(luò)終端生命過(guò)程可以分為三個(gè)狀態(tài)周期：待入網(wǎng)、當(dāng)前在網(wǎng)、退役。通過(guò)記錄網(wǎng)絡(luò)終端所有的狀態(tài)及其切換過(guò)程的詳情，以便用戶(hù)可以隨時(shí)查看該終端的詳細(xì)使用記錄。

（2）網(wǎng)絡(luò)終端的探測(cè)識(shí)別

對(duì)內(nèi)網(wǎng)中運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，通過(guò)組件，自動(dòng)識(shí)別大多數(shù)的網(wǎng)絡(luò)終端的生產(chǎn)廠家、操作系統(tǒng)版本以及設(shè)備類(lèi)型，幫助用戶(hù)確認(rèn)設(shè)備類(lèi)型。

3.3 交換機(jī)的管理

（1）交換機(jī)的自動(dòng)偵測(cè)

交換機(jī)統(tǒng)一開(kāi)啟 SNMP，設(shè)置統(tǒng)一的通訊關(guān)鍵字，系統(tǒng)在確認(rèn)連接到子網(wǎng)后，能夠自動(dòng)偵測(cè)到當(dāng)前在網(wǎng)的路由器及交換機(jī)，以便統(tǒng)一管理。

（2）交換機(jī)的全生命周期臺(tái)帳維護(hù)

交換機(jī)的上線、下線已經(jīng)替換都是后臺(tái)程序自動(dòng)判斷的，新的交換機(jī)上線系統(tǒng)會(huì)有交換機(jī)上線報(bào)警提示，這時(shí)需要網(wǎng)管錄入相關(guān)臺(tái)帳。老的交換機(jī)一段時(shí)間不在線，系統(tǒng)也會(huì)有報(bào)警提示，這時(shí)需要網(wǎng)管確認(rèn)是交換機(jī)故障還是交換機(jī)退役。

（3）交換機(jī)常用命令的圖形化用戶(hù)界面

目前大多數(shù)的網(wǎng)絡(luò)管理人員都是通過(guò)telnet/ssh登錄交換機(jī)，然后通過(guò)命令，進(jìn)行。但是，由于不同廠家的交換機(jī)之間的命令有所不同，因此，要求網(wǎng)絡(luò)管理人員需要了解不同的多套命令。系統(tǒng)通過(guò)自定義命令的方式，把一些常用的交換機(jī)命令，根據(jù)交換機(jī)廠家做成不同的腳本，網(wǎng)絡(luò)管理人員通過(guò)用界面圖形化，運(yùn)行常用命令，實(shí)現(xiàn)相關(guān)操作，進(jìn)而提高網(wǎng)絡(luò)管理的工作效率，減輕人員的負(fù)擔(dān)。

3.4 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系管理

在包括思科路由鄰居協(xié)議、OSPF協(xié)議在內(nèi)的協(xié)議的基礎(chǔ)上，通過(guò)采用交換機(jī)拓?fù)溥B接算法，能夠自動(dòng)偵測(cè)并生成交換機(jī)之間的連接關(guān)系，并且圖的直觀展現(xiàn)方式，自動(dòng)生成拓?fù)渖蓤D，便于更為有效的管理，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系生成樹(shù)圖如圖7所示。

圖7 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系生成樹(shù)圖Fig.7 Network topology relationship generation tree

3.5 安全預(yù)警

系統(tǒng)能對(duì)一些異常場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)報(bào)警，以便管理人員及時(shí)了解網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀，主要包括：IP地址發(fā)現(xiàn)陌生MAC地址、IP地址發(fā)現(xiàn)與綁定MAC不一致的非法MAC、IP地址長(zhǎng)時(shí)間不使用、交換機(jī)端口發(fā)現(xiàn)陌生 MAC地址、網(wǎng)絡(luò)終端接入內(nèi)網(wǎng)的交換機(jī)端口發(fā)生變動(dòng)、交換機(jī)異常下線報(bào)警、交換機(jī)與交換機(jī)的連接鏈路異常報(bào)警。

3.6 用戶(hù)管理

用戶(hù)管理主要包括注冊(cè)、登錄注銷(xiāo)、維護(hù)用戶(hù)、添加特殊用戶(hù)、修改登錄密碼、定義用戶(hù)使用權(quán)限、戶(hù)登錄信息以及操作日志的保存。

要使用本系統(tǒng)的功能，用戶(hù)必須先執(zhí)行登錄操作，才能訪問(wèn)網(wǎng)站的相關(guān)頁(yè)面。其中用戶(hù)登錄包括了系統(tǒng)管理員、網(wǎng)絡(luò)管理員及一般用戶(hù)這三種不同身份的人員登錄。系統(tǒng)管理員擁最高權(quán)限，其在登錄后可以訪問(wèn)到用戶(hù)管理頁(yè)面，對(duì)用戶(hù)進(jìn)行增、刪、改（修改權(quán)限）操作；網(wǎng)絡(luò)管理員由系統(tǒng)管理員制定，權(quán)限也有系統(tǒng)管理設(shè)定；一般用戶(hù)可以通過(guò)注冊(cè)產(chǎn)生，在指定權(quán)限內(nèi)使用本系統(tǒng)功能。

4 結(jié)論

本文給出了一個(gè)基于 IP地址的供電公司信息管理系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的具體方法和過(guò)程，系統(tǒng)的采用基于構(gòu)件化的方法進(jìn)行開(kāi)發(fā)，系統(tǒng)構(gòu)件主要包括：IP地址管控構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)IP子網(wǎng)的自動(dòng)偵測(cè)、IP地址可視化管理、IP地址綁定、IP地址的全生命周期記錄等功能；網(wǎng)絡(luò)終端管理構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)終端的全生命周期管理、網(wǎng)絡(luò)終端的探測(cè)識(shí)別等功能；交換機(jī)的管理構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)交換機(jī)的自動(dòng)偵測(cè)、交換機(jī)的全生命周期臺(tái)帳維護(hù)、交換機(jī)常用命令的圖形化用戶(hù)界面等功能；網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系管理構(gòu)件；安全預(yù)警構(gòu)件以及用戶(hù)管理構(gòu)件等。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)的用戶(hù)操作界面設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，系統(tǒng)功能完備、合理。系統(tǒng)運(yùn)行正常、穩(wěn)定，適應(yīng)動(dòng)態(tài)環(huán)境，具有較高的實(shí)用性，有效的實(shí)現(xiàn)了基于IP地址的供電公司信息管理。

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An IP Address based Information Management System for Power Supply Company

YANG Jue
(State Grid Suzhou Power Supply Company, Suzhou Jiangsu 215004, China)

At present, a variety of running information systems of power companies are getting more and more important. Efficient management of these information systems is an important basis for ensuring the normal operation of the power system. Therefore, there is an urgent need to develop an information management system. However, due to the complexity of the information systems in the power system, they face dynamic change demands, and are called for long time running without breaking; the traditional static software architecture based on the development of the system is therefore no longer suitable for power system information management system development.This paper introduces an information management system of power supply company based on IP address. The development of the system follows component-based dynamic software architecture. The relevant important major components are designed and development, including IP address control components to achieve IP subnet automatic detection, IP address visualization management, IP address binding, IP address of the full life cycle records Function;network terminal management components to achieve the whole life cycle of network terminal management, network terminal detection and identification functions; switch management components, to achieve the automatic detection of the switch, the switch of the whole life cycle account maintenance, switches commonly used command graphics user interface and other functions; network topology management components; security warning components and user management components. The results of the operation show that the system can effectively complete the company's information management tasks.

Information management system; IP address; Distributed system; Dynamic software architecture;Component

TP391

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2017.11.033

本文著錄格式：楊鈺. 基于IP地址的供電公司信息管理系統(tǒng)[J]. 軟件，2017，38（11）：175-180

楊鈺(1979-)，男，高級(jí)工程師，主要研究方向：電力智能信息系統(tǒng)。