MCS網絡監控系統

摘要:在國內，采用光纖到樓以太入戶(FTTB+LAN)技術的寬帶網絡是目前寬帶網絡的一種主流方式。在其運營過程中，對寬帶網絡設備、通信鏈路和設備外部環境的管理和控制是一種經常性和必不可少的工作。論文設計提出的機房管理中的網絡監控管理系統，為目前國內常用寬帶模式的網絡監控提出了一種解決方式。它基于接收MCS型網管模塊采集的網絡數據，用于監測網絡狀態。并且配合網管系統在故障出現時啟動報警系統，達到對網絡設備、通信鏈路和外部環境的管理和控制。

關鍵詞:網絡監控;NAT內網滲透;狀態告警;設備管理;高速數據存儲

中圖分類號:TP393文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2009)25-7151-03

MCS Network Monitor System

LI Dong

(Jimei University， Xiamen 361021， China)

Abstract: In domestic， uses the optical fiber to receive right of residence(fttb+lan) to the building ether the technical wide band network is the present wide band network one mainstream way. In it’s operation process， the management which to the wide band network equipment， the correspondence link and the equipment exterior uses is one kind of regularity and the essential work. The paper design proposed in the engine room management's network monitor and control management system management system， proposed one solution way for the present domestic commonly used wide band pattern's network monitor and control. It based on receives MCS network management module gathering the network data， uses in monitoring the network state. And coordinate network management system when the breakdown appears starts the alarm system， achieves to the network equipment， the information link and the external environment management and the control.

Key words: network monitor; NAT(network address translation) penetration; state alarm; device management; high speed data memory

網絡系統規模的日益擴大和網絡應用水平的不斷提高，一方面使網絡的維護更加困難;而另一方面，如何提高網絡性能成為網絡系統應用的主要問題。雖然可以通過增強或改善網絡靜態措施來提高網絡的性能，但是作為網絡管理人員或者網絡運營商，對網絡運行中設備狀態的情況的監控和數據的走向，才能對自己所處的網絡有所把握。

目前在對寬帶IP網絡進行管理中，主要采用SNMP(簡單網絡管理協議)的方案進行管理。而SNMP在網管功能上主要是實現對設備功能的遠程控制和告警，并且往往是被集成在網絡設備中。雖然這種帶內管理的方式一般不會對網絡的性能帶來太大的影響，但是其輪詢機制所固有的缺點限制了被管節點的樹木和操作響應時間，決定了該體系結構不適合用于大型網絡的實時管理，同時這種技術的實現也需要網絡設備具有相應的功能支持，大大提高了設備的造價，在大型寬帶網絡建設中也難于被大量采用，因而目前一般只在三層以上的網絡設備上支持SNMP，大量的用于在社區一級的二層網絡設備則尚不具備掛接功能，這些設備成為了網絡管理中的一大黑洞，特別是對無人值守機房的監控始終是網絡管理中難以解決的一大問題，并直接影響了網絡的質量和網絡服務水平的提高。此外，在網管功能上，SNMP方案所注重的也只是對網絡設備自身功能的控制和管理，對網絡和設備周圍的環境狀況也尚缺乏相應并且同樣是非常重要的監控功能。

1 系統設計

1.1 傳統意義的網絡管理模式

按照國際標準化組織(ISO)的定義，網絡管理是指規劃、監督、控制網絡資源的使用和網絡的各種活動，以使網絡的性能達到最優。一般而言，網絡管理有五大功能:失效管理、配置管理、性能管理、安全管理和計費管理。目前有影響的網絡管理協議是SNMP(Simple Network Management Protocol，簡單網絡管理協議)、CMIS/CMIP(the Common Management Information Service/Protocol，公共管理信息服務和協議)和RMON(遠程監控)。

1.2 網絡監控系統的設計

網絡監控系統的軟件解決方案是依托mcs型網絡硬件模塊基礎上，實施對設備的監控管理。MCS網絡監控管理系統(網絡版)旨在于讓網絡寬帶運營商、網絡寬帶集成商、網絡寬帶應用商以及網吧通過該軟件監控當前網絡狀態、網絡質量以及一系列的告警事件，還可以控制某些設備的通斷、流量和溫度上限，也可以通過軟件直接控制公司自行生產的交換機、光電轉換器、光纖收發器等網絡產品。因此，本文主要從軟件角度，分析和介紹網絡監控的解決方法和軟件的實現。同時，將簡單的介紹一些硬件設計內容，但不作為課題的重點。

1.3 系統可行性前提的研究

監測系統智能化針對FTTX+LAN方式的寬帶對網絡實時管理監測，在需求設計時，對其功能的實現，預期能達到以下要求:

功能方面:能夠收集并處理由理想MCS網絡管理模塊發出的UDP數據包，實時監控當前網絡狀態并在記錄和分析網絡運行狀況，生成圖表以供查閱，該系統需具備報表打印功能。

數據輸入來源:MSC網絡監控模塊。

數據類型:UDP

單個數據包包含:129字節

輸入頻度:高

最高頻度:每個MSC模塊每秒1個數據包。

最高并發數:1000(個)

系統關系:數據輸出內容包括MSC網管模塊所發UDP數據包全部內容，以及透過NAT的IP和Port。IP和Port用于和MSC網管模塊建立連接。該數據輸出產生頻度高，輸出數據直接存放到數據中心，該數據中心由一臺或多臺高級服務器組成。網絡監控模塊按照系統設定的時間參數定期向服務器發送一個含有模塊自身信息和設備信息的信息包，服務器獲取到信息后進行處理，將獲得的信息存入數據庫中對應的數據表。需求設計中將客戶端、數據庫和服務器完全分離，對于網管人員所在的客戶端，可以根據庫中記錄直接向MCS-1、MCS-2模塊發送連接命令，繞過服務端，避免了不必要的性能損失。

圖1中所示公網地址，是指合法的IP地址，它是由NIC或者網絡服務提供商分配的地址，對外代表一個或者多個私有地址，是全球統一可尋的地址。

1.4 處理流程和數據流程

由圖2可見，系統設計分為三個部分:

1) 網絡監控系統SERVER端。完成接收數據，和數據分解功能，并存入數據庫;

2) 網絡監控系統CLIENT端。實現報警監控，系統功能分級操作，控制MCS模塊;

3) 網絡監控系統數據庫。用于數據存儲，部分數據處理。

1.5 硬件模塊的功能

1) Switch Link指示功能

2) Module Running 指示功能

3) Communication Status 指示功能

4) 自動向中央監視系統報告通路時延(通過ping測試)、本模塊ID、位置和IP信息

5) 透明串口管理。

1.6 軟件系統功能實現

系統主要功能包括三個部分:管理功能、監測和控制功能、報警和記錄功能。

數據匯集模塊的主要功能是進行數據傳輸和轉發，一方面它將數據采集前端送來的數據進行打包處理，按照TCP/IP通信協議將數據發送給數據庫開發模塊(數據庫服務器)，另一方面將遠程監控中心發出的各種命令轉換成符合下層傳輸規則的控制命令，利用串行口通信，指揮數據采集前端機進行工作，如利用一臺PC計算機來進行數據處理，通過串口與數據采集模塊中的通信接口連接，采用了總線結構方式，一臺計算機可以掛接多臺底層單片機，而通過調制解調器(或網卡)與局域網連接，實現與上層數據庫開發模塊的數據交換。

對具有RS232串口的設備進行遠程控制:控制臺服務器發出控制信號，控制信號通過網絡傳到該監控裝置中網絡芯片的緩沖器(BUFFER)中，CPU從中讀出控制信號進行判斷處理，然后傳給I/O接口單元進行電平轉換后，再送至RS232串口，實現對設備進行遠程管理。

溫度檢測，是通過溫度傳感器對設備的環境溫度進行測量后，將溫度信號送至CPU，由CPU將此溫度信號數據通過網絡芯片傳送到網絡中，最后送至控制臺服務器，由控制臺根據所設定的安全溫度范圍判斷是否給出報警的信號。

輸入/輸出采集控制，是通過監控裝置中設置的輸入/輸出接線端子實現的。其中的輸出端子可用作遠程控制開關，如遠程控制空調器的開關等;對輸入端子的應用中，例如將一路輸入開關量設置為用作門磁監控時，當被監控門磁被非正常打開后，一個高或低的電平即會傳入監控裝置中的CPU，CPU對其處理后再通過網絡芯片傳送到網絡中，控制臺服務器收到該信號后，就會對其給出報警，并產生記錄。在進行遠程控制時，由控制臺服務器發出一個控制指令，通過網絡傳送給該監控裝置，監控裝置通過其網絡芯片接收并讀出送至CPU，CPU對該指令信號進行處理后發送到開關量的輸出端口，實現對所連接的設備進行控制。

根據對網絡實行監控的目的和需要不同，監控模塊上訴結構形式的監控器與相應的操作和控制軟件或程序相結合，可以對網絡實現多種方面的管理、監控和報警、記錄等功能。當網絡設備實現報警信息時，設備所在區域即能自動顯示，便于對網絡設備的管理和對故障的排查。對網絡的管理可以實現諸如包括如被管理設備的工作狀態、安裝位置、設備類型、型號、網絡時延、環境溫度等被管理設備的信息;包括ID、IP地址、網關地址、版本等網絡監控器的信息;包括用戶的帳號、IP地址等用戶信息;以及包括門磁開關狀態和用戶自定義控制線狀態的信息等，網管中心可以通過網絡監控裝置所反饋的這些信息，可以隨時查看設備的工作狀態，能夠對有CONSOLE接口的網絡設備進行控制和/或設置，如開/關交換機端口，讀取UPS設備信息等。在檢測和控制方面，其還可以實現對網絡通斷的監測，通信時延的監測，環境溫度的監測，門磁監控，以及用戶的自定義監控，如用戶所希望的對機房空調、排風扇、采集防盜報警器信號等自定義的遠程控制操作。對設備掉線、溫度超標、網絡時延過大、設備箱(或機房)開關門等多種情況同時還能根據所設定的值自動告警和或生成告警數據庫。

1.7 界面設計

根據需求分析所定義的模塊對有界面的頁面進行設計，由于篇幅限制，不一一列舉。

用戶管理界面共分六個主要部分:菜單項命令、工具欄、區域管理欄、設備管理信息欄、設備信息欄和系統狀態信息欄。

各標題欄的含義:

狀態:網絡監控器當前工作狀態。用三種圖標標識三種設備，不同設備分別用三種顏色表示其工作狀態(具體含義見狀態欄)

監控器ID:網絡監控器序列號

被監控設備名稱:被監控設備的名稱

安裝位置:網絡監控器的實際安裝位置

網絡時延:網絡監控器到服務器的網絡傳輸時延

環境溫度:網絡監控器所在的環境溫度

2 結束語

網絡監控系統在設計中征求多家寬帶網絡運營商的意見，備掉線告警、溫度監控、設備箱開關門的監控、機房設備監控等，是通用的SNMP網管方案所無法實現的，更符合運營商的需求。尤其在對低端設備的管理上具有很高的性價比，對任何具有10/100M以太網端口的設備(如交換機、HUB、光纖收發器等)都可實現管理。具有更易用、更實際、更直觀、成本更低等特性。對無人值守機房的監控歷來都是網絡管理中的難題，安裝網絡監測器后，機房設備和機房安全都可以很直觀地監測和控制，力求實現真正的遠程管理。將網管模塊與目前的SNMP網管方案相結合，可以對全程網絡提供更為方便的管理效果。

參考文獻:

[1] Satzinger J W，Jackson R B，Burd S D.系統分析與設計[M].北京:機械工業出版社，中信出版社，2002:87-112.

[2] Miller M A PE.用SNMP管理互聯網絡[M].3版.北京:中國水利水電出版社，2001:15-23.

[3] Stevens W R.TCP/IP 詳解 (卷 I:協議)[M].北京:機械工業出版社.2000:223-230.

[4] 蔣興東，陳棋德，印敏，等.Windows Sockets 網絡程序設計大全[M].北京:清華大學出版社.1999，68-70.

[5] 周明天，汪義勇.TCP/IP 網絡編程原理與技術[M].北京:清華大學出版社，2000:98-100.

[6] 飛思科技產品研發中心.Delphi6編程指南[M].北京:電子工業出版社，2002:48-56.

[7] 謝希仁.計算機網絡[M].3版.北京:電子工業出版社，2004:70-71.