網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中命令行管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要:命令行接口是高端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中一個十分重要的功能模塊，通過它，后臺可發(fā)送命令來對前臺的資源進(jìn)行查詢、配置其工作模式、進(jìn)行系統(tǒng)控制等。本文旨在提供一種設(shè)計(jì)高效、穩(wěn)定的命令行系統(tǒng)的方法，描述了命令行接口的工作原理、總體設(shè)計(jì)、關(guān)鍵模塊的流程圖及重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并介紹了命令行的語法設(shè)計(jì)、解析原理并配有實(shí)例說明。

關(guān)鍵詞:命令行；命令樹；命令節(jié)點(diǎn)；參數(shù)關(guān)鍵詞

中圖法分類號:TP393.07文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A

1 引言

命令行接口(Command Line Interface)簡稱：CLI，是用戶與操作系統(tǒng)或應(yīng)用程序之間的一種基于文本的命令接口。它通過輸入命令來實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的管理和維護(hù)，并接收系統(tǒng)的響應(yīng)。CLI是商業(yè)化電信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中必備的管理控制方法，與SNMP、基于Web等管理方式所不同的是，CLI通過一個普通的串口應(yīng)用程序或Telnet外殼(shell)程序使用鍵盤輸入命令來實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的監(jiān)控[1]。

雖然對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置和管理也可以通過其他多種方式實(shí)現(xiàn)，可以使用純字符形式的命令行和菜單，也可以使用圖形界面的web瀏覽器或?qū)ｉT的網(wǎng)管軟件。但無論何種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，其基于Telnet(SSH)協(xié)議的CLI命令行方式提供了比其支持的任何網(wǎng)管功能更為完備的管理能力。尤其是，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題，通過其他管理方式都無法訪問到被管理設(shè)備時(shí)，我們依然可以通過完全帶外的CONSOLE口使用CLI命令對被管理設(shè)備進(jìn)行信息采集和排障，而這點(diǎn)是所有其他管理方式所不具備的。相比較而言，CLI命令行方式的功能更強(qiáng)大，但掌握起來難度也更大些。

2 CLI綜述

2.1 CLI工作原理

CLI是現(xiàn)代通信設(shè)備中一個十分重要的功能模塊，它與OMS（操作維護(hù)系統(tǒng)）配合工作，通過后臺向前臺發(fā)送人機(jī)命令來對前臺的資源進(jìn)行操作，如資源使用查詢，單板的倒換、復(fù)位和狀態(tài)查看，環(huán)境設(shè)置等。命令行是駐留在通信設(shè)備中的程序，后臺主機(jī)通過一定的通信方式與命令行進(jìn)行交互，并根據(jù)命令行定義的規(guī)則，響應(yīng)后臺的命令，并返回執(zhí)行結(jié)果[2]。如圖1所示：

串口方式用于本地管理，管理員必須使用超級終端在被管設(shè)備所在地對它進(jìn)行管理。

Telnet方式用于Internet的遠(yuǎn)程登錄，它可以使管理員坐在入網(wǎng)的計(jì)算機(jī)前，通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入遠(yuǎn)距離的被管設(shè)備，成為此被管設(shè)備的終端。當(dāng)用Telnet登錄到設(shè)備時(shí)，實(shí)際上啟動了兩個程序，一個叫“客戶”程序，它在管理員的本地機(jī)上運(yùn)行，另一個叫“服務(wù)器”程序，它在要登錄的遠(yuǎn)程設(shè)備上運(yùn)行。

當(dāng)管理員運(yùn)行超級終端或Telnet并按下一個鍵時(shí)，超級終端將向串口發(fā)送一個表示該鍵的字符串，Telnet則通過TCP/IP連接發(fā)送一個表示該鍵的字符串。只要能得到該字符串，就可以得知用戶按下了什么鍵。把該字符串解碼成鍵盤上的鍵位，然后傳遞給控制臺的上層軟件。上層軟件可以完全屏蔽串口和Telnet的操作，只要對該鍵進(jìn)行分析和處理，完全不用管是從串口還是從Telnet上來的[3]。

2.2 命令行的基本操作流程

(1) 用戶通過Console或Telnet輸入信息，可以是配置、管理等常規(guī)命令，也可以是故障查詢等非常規(guī)命令。

(2) 管理程序通過命令Shell將用戶輸入信息組合成一個單獨(dú)的命令，并發(fā)送給解析引擎(parser)。此外，Shell還應(yīng)具有編輯和記錄命令等基本功能。

(3) 解析引擎(parser)對命令按特定語法規(guī)則進(jìn)行分析和檢查。如果命令格式正確，就定位(locate)命令集中相應(yīng)的回調(diào)函數(shù)(callback function)。該函數(shù)應(yīng)將命令參數(shù)等信息封裝為消息(message)，并通過消息隊(duì)列(queue)發(fā)送給相關(guān)的任務(wù)(task)以執(zhí)行該命令(參見圖1)。反之，如果命令格式錯誤，則向Console或Telnet輸出解析錯誤信息。

(4) 通過Shell將回調(diào)函數(shù)的執(zhí)行結(jié)果發(fā)回到用戶指定的Console或Telnet。

3 命令二叉樹的設(shè)計(jì)

命令集合可以用一個樹形結(jié)構(gòu)直觀表示，稱之為命令樹。實(shí)際上，在同一個模式下，該樹形結(jié)構(gòu)是棵二叉樹結(jié)構(gòu)。樹上的每一個節(jié)點(diǎn)，稱之為命令節(jié)點(diǎn)。而每個命令節(jié)點(diǎn)與一個命令關(guān)鍵字對應(yīng)。一個完整的命令可以由沿著樹干從根節(jié)點(diǎn)一直到葉子節(jié)點(diǎn)的命令關(guān)鍵字構(gòu)成，葉節(jié)點(diǎn)里存有指向該命令處理函數(shù)的指針。因?yàn)槊钚杏擅铌P(guān)鍵字和參數(shù)組成，所以在設(shè)計(jì)命令節(jié)點(diǎn)的時(shí)候應(yīng)同時(shí)考慮命令關(guān)鍵字和參數(shù)的構(gòu)成情況。

下面給出了節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):

typedef struct cmdNode

{

char *pKeyword;/*命令關(guān)鍵字*/

char *pKwab; /*命令名縮寫*/

char *pHelp; /*該命令幫助*/

byte flag; /*判斷該節(jié)點(diǎn)是否帶參數(shù)*/

Access accesslv; /*命令級別*/

struct cmdNode*parent; /*指向該節(jié)點(diǎn)的雙親節(jié)點(diǎn)*/

struct cmdNode*lChildren;/*該命令節(jié)點(diǎn)的下級子命令節(jié)點(diǎn)*/

struct cmdNode*rChildren;/*與該命令節(jié)點(diǎn)同級的命令節(jié)點(diǎn)描述*/

paramInfo*pParams;/*描述該命令參數(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)*/

}cmdNode;

參數(shù)是命令執(zhí)行的附加信息，具有四個屬性：

(1) 參數(shù)的類型，分為可選和必選型。對于必選型，要求必須給出參數(shù)，如：配置端口地址的命令ip address后面必須跟ip地址，否則程序會報(bào)錯。而查看vlan設(shè)置的命令show vlan后面可以跟vlan號，也可以不加。

(2) 參數(shù)的數(shù)據(jù)類型，包括整型、字符串型、枚舉型等。

(3) 參數(shù)的默認(rèn)值，通過一個flag判斷該參數(shù)是否有默認(rèn)值，若有，在沒輸入?yún)?shù)時(shí)，命令解析引擎將自動給它設(shè)置成該默認(rèn)值。

(4) 參數(shù)的取值范圍，設(shè)置參數(shù)的取值范圍，可將參數(shù)越界這樣的低級錯誤消除在解析階段。

這樣參數(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為：

typedef struct paramStruct

{byte Ptype;/*參數(shù)的類型，分為可選和必選型*/

intpnum; /*參數(shù)個數(shù)*/

SbyteDtype;/*參數(shù)的數(shù)據(jù)類型，包括整型、字符串型、枚舉型等*/

Sbyte1 Default;/*參數(shù)的默認(rèn)值*/

Sbyte2 Prange; /*參數(shù)的取值范圍*/

}paramInfo;

命令樹有一個根節(jié)點(diǎn)，是所有命令的入口。根節(jié)點(diǎn)下面就是所有命令的集合，根節(jié)點(diǎn)以下是模式節(jié)點(diǎn)，在相應(yīng)模式節(jié)點(diǎn)以下是一棵二叉樹，該二叉樹每一個節(jié)點(diǎn)代表命令中的一個關(guān)鍵字。相同等級的相同關(guān)鍵字合并成為一個節(jié)點(diǎn)，以節(jié)省存儲空間。每一個葉子節(jié)點(diǎn)意味著一個完整命令的結(jié)尾，所以都存儲著一個命令回調(diào)函數(shù)[4]。

如圖2所示最上面的節(jié)點(diǎn)是根節(jié)點(diǎn)，其下有多個模式節(jié)點(diǎn)，模式1下面就是命令二叉樹。兩個命令show cpu、 show interface brief中，關(guān)鍵字“show”的左子節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵字是“cpu”，表示“cpu”可以根在“show”的后面，由于某個節(jié)點(diǎn)的所有右子節(jié)點(diǎn)均與其同級，所以，“cpu”的右子節(jié)點(diǎn)“interface”都是同級別的，即均可以跟在“show”關(guān)鍵字的后面組成命令。而在端口配置模式下，命令節(jié)點(diǎn)“address”中的flag=1，可知該節(jié)點(diǎn)后要接參數(shù)，并調(diào)用參數(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。實(shí)際上，命令“ip address”后要加ip地址及掩碼，用以配置端口地址。三個葉節(jié)點(diǎn)中保存著三條命令對應(yīng)的回調(diào)函數(shù)指針。

4 命令行的解析

命令解析引擎使用一種向量數(shù)組的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用以存儲待匹配的字符串。其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：

typedef struct vector

{slong locMax;/*已經(jīng)分配的最大單元號*/

slong usedMax; /*已經(jīng)用到的最大單元號，必須在0到locmax之間*/

void**vec; /*地址數(shù)組，數(shù)組長度為locMax+1*/

} VECTOR_U;

typedefVECTOR_U*PVECT；

4.1 命令行語法分析

用戶在命令行界面下輸入的命令行字符串，以空格為分隔符分為一個個小塊，我們把每一小塊稱為一個命令元素即token。為了對命令元素進(jìn)行區(qū)分，我們使用$加數(shù)字來標(biāo)識每個命令元素。由于命令是由命令關(guān)鍵字和參數(shù)組成，所以相應(yīng)的命令元素也分為命令關(guān)鍵字和參數(shù)。

如：命令ping -t -n 100 192.168.0.6，其中ping是命令關(guān)鍵字，必須嚴(yán)格輸入p、i、n、g四個字母，-t和-n也作為命令關(guān)鍵字，但是可選項(xiàng)，-t表示ping指定的計(jì)算機(jī)直到中斷，100作為-n的參數(shù)指發(fā)送100個ECHO數(shù)據(jù)包，默認(rèn)值為4。192.168.0.6為必選參數(shù)目的端的ip地址。使用標(biāo)識符表示：$1 [$2|$3] $4。

我們可以用不同的方法來區(qū)分命令關(guān)鍵字，參數(shù)關(guān)鍵字，哪些是可選項(xiàng)，哪些是必選項(xiàng)，以及相互之間的關(guān)系，使用戶明白一個命令各個組成部分及其屬性，這就是命令行的語法。通常我們使用如下規(guī)定：

(1) 黑體字表示關(guān)鍵字，可以是命令關(guān)鍵字、參數(shù)關(guān)鍵字或有特定含義的參數(shù)值。

(2) 斜體字表示參數(shù)變量。

(3) “[]”表示括號中的元素是可選的。

(4) “{}”表示括號中的元素是必選的。

(5) “[]”和“{}”可以嵌套使用。

(6) “|”表示并列關(guān)系，與“{}”或“[]”配合使用。

例如：華為交換機(jī)中添加/修改地址表項(xiàng)的命令：

mac-address {static|dynamic} mac_address interface{interface_name|interface_type interface_num} vlan vlan_id

undo mac-address {static|dynamic}[[mac_address]interface[interface_name| interface_type interface_num] vlan vlan_id]

在上一個命令中黑體字mac-address、static、dynamic、interface、vlan為關(guān)鍵字，static和dynamic為必選項(xiàng)且為并列關(guān)系，斜體字部分為參數(shù)變量。且看下面具體實(shí)現(xiàn)：

[Switch] mac-address static 0010-6c78-

2314 interface Ethernet 0/2 vlan 1

#設(shè)置vlan 1 中靜態(tài)MAC地址0010-6c78-2314所在的以太口為E0/1。

[Switch] undo mac-address static 0010-6c78-2314 interface Ethernet 0/2 vlan 1

#刪除靜態(tài)MAC地址。

用戶在輸入命令的過程中可以使用“？”來尋求幫助。系統(tǒng)的幫助信息可分為兩種：一是在命令的輸入過程中，在空格后輸入“？”，此時(shí)系統(tǒng)會調(diào)出前一個命令元素的幫助信息。如：用戶輸入“ping？”，此時(shí)用戶想知道ping后接什么元素。系統(tǒng)會輸出：

KEYWORD<-t> ping until CTRL+C [optional]

IPADDRESS ip address

而在輸入命令元素的過程中用戶使用“？”時(shí)，如“p？”，系統(tǒng)會列出所有以p開頭的命令元素。

用戶輸入完成后（通常以enter結(jié)束），系統(tǒng)會將用戶輸入與相應(yīng)的命令語法匹配，若匹配不成功，則會報(bào)錯，返回提示符界面等待用戶重新輸入，如匹配無誤則進(jìn)入下面的解析模塊。

4.2 命令解析步驟

(1) 接收用戶輸入，并判斷鍵值，如果用戶輸入的是DELETE鍵則刪除緩沖區(qū)中當(dāng)前光標(biāo)的字符，如用戶輸入U(xiǎn)P/DOWN鍵，則查閱歷史命令。

(2) 將用戶輸入的字符串分片，以空格為分割符，分成一個個token，并將地址保存至向量數(shù)組*PVECT中，遇到回車則表示用戶完成輸入。

(3) 根節(jié)點(diǎn)開始，找到相應(yīng)的命令模式，逐個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行匹配。因?yàn)槊總€節(jié)點(diǎn)的右節(jié)點(diǎn)均是與其同級的節(jié)點(diǎn)，所以，查找一個當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的所有右節(jié)點(diǎn)，如不匹配則再查找其右節(jié)點(diǎn)，一直深入到?jīng)]有右節(jié)點(diǎn)為止。若沒有匹配成功，則直接報(bào)錯，并返回。若有一個節(jié)點(diǎn)匹配成功，則往該節(jié)點(diǎn)左樹深入一級，也就是進(jìn)入下一個keyword或者argument的匹配，一直到所有的“詞”解析完畢。

(4) 調(diào)用相應(yīng)葉節(jié)點(diǎn)中的處理函數(shù)指針，使其工作完成命令。

在此解析過程中，如果用戶某個命令關(guān)鍵字沒有輸全并以Tab鍵結(jié)束，可以自動實(shí)現(xiàn)命令補(bǔ)全，并將補(bǔ)全后的命令送到用戶輸入命令行，供用戶輸入下一個關(guān)鍵字。該命令解析模塊同樣可以為Web服務(wù)器接口工作，搜索用戶通過Web瀏覽器輸入的命令。

5 結(jié)束語

一個功能強(qiáng)大的命令行接口是任何高端路由器所必須具有的模塊，通過它，后臺可方便地對前臺進(jìn)行操作。本文介紹的命令行的設(shè)計(jì)及解析方法，為網(wǎng)絡(luò)與電信行業(yè)的嵌入式系統(tǒng)提供了一種方便的、可維護(hù)性強(qiáng)、可擴(kuò)展性好的命令配置管理方式。本系統(tǒng)提出的關(guān)鍵字縮寫、靈活的訪問級別控制等功能可以進(jìn)一步改進(jìn)現(xiàn)有設(shè)備中CLI的性能。實(shí)踐證明，該系統(tǒng)具有穩(wěn)定、高效、智能、可移植性強(qiáng)、可維護(hù)性好等諸多優(yōu)點(diǎn)。

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參考文獻(xiàn)

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[3]徐立鋒，蘆東昕，繆敬.一種高端數(shù)據(jù)產(chǎn)品命令行接口的設(shè)計(jì)//中興通訊公司成都研究所.計(jì)算機(jī)工程，2003，29(22):64-67.

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作者簡介:

趙輝(1976-)，男，山東省棗莊市，碩士研究生，主要研究領(lǐng)域?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)管理與安全。

張志剛(1963-)，男，北京市，副教授，主要研究領(lǐng)域?yàn)閼?yīng)用數(shù)學(xué)、概率統(tǒng)計(jì)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、智能算法等。