面向用戶和應用的高校智慧網絡運維模型

文／涂慶華 李華峰 高 靜

隨著計算機技術的創新發展，傳統的教育系統逐漸演變成大數據背景下的電子信息化模式，應用涉及到校園生活的各個方面。隨著校園網絡硬件設備規模的逐漸擴大，學校用戶群體的增加，網絡應用的層出不窮，硬件設施設備老化等原因，導致當前高校網絡故障數量和類別不斷增多。[1]目前高校網絡的部署和運維大量依賴人工來進行網絡設備配置、數據采集分析、業務系統管理的操作。因此在運維人員數量及精力有限的情況下，通過一定的方法，構建一個自動化網絡運維模型，建立起高校智慧網絡運維平臺是十分必要的。

目前高校網絡運維的現狀

高校網絡的建設在我國教育信息化工程的建設中占據著越來越重要的地位，高校的教學、科研以及通訊辦公等對高校網絡的依賴性也在日益增強。隨著高校網絡用戶的增長，以及各種網絡應用系統的投入使用，用戶對高校網絡的可用性、穩定性、安全性等方面的要求愈發提高，高校網絡運維管理的工作量也隨之增加。

流量調度的現狀

流量調度通過對網絡流量的路由進行調度，以此來升級網絡的承載能力并試圖讓網絡業務以當前的最優方式存在，是一種比較關鍵的機制[2]。目前高校網絡流量調度普遍存在以下局限性：

1.依賴物理鏈路；

2.依 賴VLAN（Virtual Local Area Network，虛擬局域網）設置；

3.依賴路由協議；

4.不夠靈活，需要人工操作。每次變更時都會導致業務中斷，無法滿足快速和自動化變更的需求。

網絡運維的現狀

目前高校網絡的運維普遍存在以下局限性：

1.需要現場測試，依賴大量人力資源；

2.故障定位步驟繁瑣，需要經驗積累；

3.大量重復性工作。

究其原因，是由于網絡的互通與控制都同時實現于一張物理網絡中，“通”和“控”可能存在相互矛盾。校園網絡的業務功能和物理網絡基礎架構的緊耦合，使得網絡與應用緊密相關：（1）應用與Port/VLAN/IP 地址的耦合，意味著應用和位置的緊密綁定，不具備移動性；（2）基于ACL（Access Control List，訪問控制列表）的應用控制與IP 地址的耦合，意味著無法實現靈活的策略部署；（3）業務流量流向到網絡轉發路徑環環相扣；（4）業務的變更意味著基礎網絡頻繁的配置修改，反之亦然。

突破上述局限性的前提就是要實現應用和網絡的解耦合，在物理網絡上層抽象出一個業務層，把網絡的基本轉發功能（即“通”）和對應用的復雜控制功能（即“控”）完全分離，面向用戶和應用進行靈活的業務流量調度和業務邏輯控制，實現智慧網絡的智能運維。

面向用戶和應用的智慧網絡實現

SDN Overlay 方案簡述

Overlay 技術與SDN（Software Defined Network， 軟件定義網絡）技術結合而成的SDN Overlay 方案可以很好地實現應用與網絡架構的解耦合。Overlay 是一種網絡架構上疊加的虛擬化技術模式，它可以在已有網絡上建立一個虛擬網，并具有獨立的控制和轉發平面，如圖1 所示。它的優勢在于物理網絡設備的轉發性能比較高，可以支持非虛擬化的物理服務器之間的組網互通。而SDN 技術能實現對整個Overlay 網絡的管理和控制，具有較高的可靠性和可擴展性。SDN Overlay 方案能支持智能化診斷、流量可視化以及自動化運維[3][4]，相比傳統方案具有明顯優勢。

面向用戶和應用的智慧大腦

圖1 基于Overlay 的疊加網絡平面

通過SDN Overlay 方案將應用與底層網絡解耦合，網絡的基本轉發功能和對應用的控制功能就實現了分離。應用的控制功能不再單純地依賴于基礎網絡元素的Port/VLAN/IP，而只與用戶、業務屬性相關，實現面向用戶和應用的感知、自動化的流量調度和控制。通過人工輔助決斷、乃至今后人工智能的輸入，可以實現業務調度、業務控制、自動檢測、動態響應、業務保障、系統聯動、主動防御、分析報告等內容的輸出，構建一個面向用戶和應用的智慧大腦。

基于智慧大腦的智慧網絡運維

智慧網絡運維主要分為數據收集分析、事件關聯處理分析、判斷定位和自動響應四個環節，以實現變手動為自動、變被動為主動的高校智慧網絡的智能運維，如圖2 所示。

圖2 智慧網絡運維流程

1.數據收集分析

數據來源主要是應用系統監測數據，第三方系統接口信息，事件觸發主動檢測，AAA（Authentication、Authorization、Accounting，驗證、授權和記賬）、 DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，動態主機配置協議）、DNS（Domain Name System，域名系統）、Syslog 數據。經過數據的預處理和海量數據的分析，平臺開始進行事件關聯處理分析。

2.事件關聯處理分析

根據業務流程和應用場景的事件關聯、基于歷史基線和預測趨勢的處理分析，可以進入到判斷定位的環節。

3.判斷定位

經過數據收集分析和事件關聯處理分析兩個環節，故障基本已經可以進行判斷定位了。此時若該場景的處理流程在模板中能找到，則發起基于該模板的處理流程，進入自動響應環節；若該場景需人工處理，則等待手動干預，再轉至自動響應環節。

4.自動響應

經過一系列的環節，故障已經得到定位。平臺將根據不同的場景進行相應的自動響應。包括業務調度業務控制、動態響應自動修復、業務保障自動切換、安全事件主動防御、主動檢測系統聯動等等。

經過上述四個環節，就實現了面向用戶和應用的智慧網絡運維。該自動化網絡運維模型實現了流量按需導引，靈活且具有可擴展性，大大改進了目前高校網絡運維中存在的局限性，實現了面向用戶和應用的智慧網絡智能運維。

高校智慧網絡運維應用場景

智慧網絡運維平臺通過實現對應用和轉發的分離，以及對用戶和應用信息的采集分析和響應實現了智慧網絡的智能運維，有著極為廣泛的應用場景。其中在高校網絡運維中，最為典型和常用的就是端到端業務檢測與故障報告。

1.網絡的自檢測：作為日常運維檢測，可以設置每天8 點自動探測，以用戶的身份從末端向上探測，DNS、網絡是否正常。

2.網絡報障的快速檢測：用戶報障后，從末端到核心自動進行檢測。

3.應用的自檢測：作為日常檢測，可以實現從內到外或從外到內的檢測。

4.應用報障的快速檢測：用戶報障后，從內到外或從外到內地進行自動檢測。

實現具體方式為：一臺VM（Virtual Machine，虛擬機），滿足全網模擬測試的需求，自動完成每個節點的端到端測試，提供模擬用戶全流程的測試報告。周期性覆蓋全網每個節點、AP（Access Point，接入點）或者用戶VLAN 進行檢測，如圖3 所示。

圖3 端到端業務檢測與故障報告

測試內容包括：（1）可以設定任意區域任意用戶VLAN；（2）模擬DHCP Client（DHCP 客戶端服務）測試；（3）模擬WEB portal 認證測試；（4）模擬校內、校外DNS 解析測試；（5）模擬校內應用訪問測試；（6）模擬校外應用訪問測試。

在用戶群體增加、應用數量增多、設備規模擴大的趨勢下，傳統的網絡運維管理方法已無法高效地滿足高校信息化管理的需求。尤其是在高校智慧網絡建設的大背景之下，更要求轉變傳統模式，面向用戶和應用，實現自動化的智能網絡運維。本文指出了目前高校網絡運維的局限性，提出了一個面向用戶和應用的高校智慧網絡的自動化網絡運維模型，并對其中的關鍵技術和應用場景進行了討論。目前，國內關于高校網絡智慧化的相關研究仍處于起步階段，可供借鑒的案例有限。如何全方位地構建一個穩定、安全、易維護的高校智慧網絡已成為高校在信息化建設中的重要課題。