北京郵電大學碩士學位論文 l o b s 網絡管理代理端的設計與實現 摘要 將靈活高效的l o b s 和能夠支持大流量長距離可靠傳輸的 g m p l s 網絡互聯 是下一代光網絡的發展方向 本文以嵌入式l i n u x 作為開發系統 采用s n m p 協議 探討了兩網互聯時l o b s 網絡代 理端的設計與實現 論文首先分析了l o b s 對于網絡管理的需求 包括 網絡拓撲 m p l s 協議控制 組幀和調度參數配置 流量管理和發起g m p l s 中 l s p 的建立 通過對實驗室現有的l o b s 網絡管理現狀的研究 指出軟件架構 的不合理性 并采用層次化設計方案進行改進 增加i n t e r f a c e 模塊 作為網管與底層設備的接口 降低了網管開發難度 同時探討了對 l o b s 邊界節點信息配置以及突發傳輸的管理設計 即根據g m p l s 網絡的特點在邊界節點新增波長信息 增加建立 刪除l s p 的網管請 求 論文探討了網管代理開發軟件的選擇以及代理端的實現方法 比 較當前多種流行工具 選擇靈活便利的w i n dm a n a g es n m p9 4 進行 開發 在代理端的實現方面 將開發流程分為 網絡通信 s n m p 協 議實現 管理信息庫 接口部分四個方面 并詳細介紹了擴展私有 l o b sm i b 的方法 實驗測試表明 該方案能夠有效的監控l o b s 網絡的狀態 并能 正確發起建立 刪除g m p l s 中的l s p 生成可執行代碼約2 0 0 k 滿 足了嵌入式系統的要求 實現了l o b s 網絡管理目標 關鍵詞 l o b s g m p l s 網絡管理 簡單網絡管理協議 北京郵電大學碩士學位論文 d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fn e t w o r k ma n a g e m e n ta g e n ti nl o b sn e t w o r k a b s t r a c t t h ec o m b i n a t i o no ft h ef l e x i b l ee 伍c i e n tl a b e l e do p t i c a lb u r s t s w i t c h i n g l o b s a n dg e n e r a l i z e dm u l t i p r o t o c o l l a b e ls w i t c h i n g g m p l s w h i c hs u p p o r t sh u g ef l o wa n dl o n gd i s t a n c er e l i a b l et r a n s p o r t 1 e a d san e wd i r e c t i o nf o rn e x tg e n e r a t i o no p t i c a ln e t w o r k b a s e do nt h e e m b e d d e dl i n u xo p e r a t i o ns y s t e m d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no f n e t w o r km a n a g e m e n ta g e n ti nl o b sn e t w o r ki sr e s e a r c h e dw i t hs i m p l e n e t w o r km a n a g e m e n tp r o t o c o l s n m p r e q u i r e m e n t sf o rl o b sn e t w o r km a n a g e m e n ta r ef i r s t l ya n a l y z e d i n c l u d i n gt o p o l o g ym o n i t o r i n g p e r f o r m a n c em a n a g e m e n t a r i t h m e t i c p a r a m e t e rc o n f i g u r a t i o n c o n t r o l l i n go fm p l sp r o t o c o la n d i n i t i a t i o nl s p i ng m p l sn e t w o r k t h e nt h er e s e a r c hr e s u l t sf o re x i s t i n gl o b sn e t w o r km a n a g e m e n t p o i n tu n r e a s o n a b l es o f t w a r es t r u c t u r e an e wm o d e li si n t r o d u c e da sa l l i n t e r f a c eb e t w e e na g e n ta n dl o w e re q u i p m e n t t h i sa c t i o nr e d u c e sa g e n t d e v e l o p m e n tc o m p l e x i t y c o n f i g u r a t i o ni n f o r m a t i o nf o rl o b sb o r d e r c o n t r o l l e r sa n dm a n a g e m e n t sf o rb u r s tt r a n s p o r t a t i o na r ea l s od i s c u s s e d i no t h e rw o r d s w a v e l e n g t hi n f o r m a t i o na n dc r e a t e d e l e t el s pa r ea d d e d c o m p a r e dw i t ho t h e rs o f t w a r et o o l s w i n dm a n a g es n m p i sm o r e a c c e p t a b l e w i t hi t a g e n td e v e l o p m e n tf l o wc o m p r i s e sf o u rp a r t s i n c l u d i n g n e t w o r kc o m m u n i c a t i o n s n m pr e a l i z a t i o n m a n a g e m e n t i n f o r m a t i o nb a s ea n di n t e r f a c em o d u l e e x t e n d i n gp r i v a t el o b sm i bi s d i s c u s s e di nd e t a i l a tl a s tr e s u l t sf r o mt e s tb e ds h o w st h ed e s i g nc a nm o n i t o rs t a t eo f l o b sn e t w o r ke f f e c t i v e l ya n di n i t i a t ec r e a t e d e l e t el s pc o r r e c t l y a n d t h es i z eo fa g e n tp r o g r a mi sa b o u t2 0 0 k s ol o b sn e t w o r km a n a g e m e n t isr e a l i z e d k e y w o r d s l o b s g m p l s n e t w o r km a n a g e m e n t s n m p 獨創性 或創新性 聲明 本人聲明所呈交的論文是本人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究 成果 盡我所知 除了文中特別加以標注和致謝中所羅列的內容以外 論文中不 包含其他人已經發表或撰寫過的研究成果 也不包含為獲得北京郵電大學或其他 教育機構的學位或證書而使用過的材料 與我一同工作的同志對本研究所做的任 何貢獻均己在論文中作了明確的說明并表示了謝意 申請學位論文與資料若有不實之處 本人承擔一切相關責任 本人簽名 番 隆蛔疊 日期 迦墨壘三且 耳 關于論文使用授權的說明 學位論文作者完全了解北京郵電大學有關保留和使用學位論文的規定 即 研究生在校攻讀學位期間論文工作的知識產權單位屬北京郵電大學 學校有權保 留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和磁盤 允許學位論文被查閱和借 閱 學校可以公布學位論文的全部或部分內容 可以允許采用影印 縮印或其它 復制手段保存 匯編學位論文 保密的學位論文在解密后遵守此規定 保密論文注釋 本學位論文屬于保密在年解密后適用本授權書 非保密論 文注釋 本學位論文不屬于保密范圍 適用本授權書 本人簽名 導師簽名 r 期 1 1l o b s 網絡背景 第一章緒論 i n t e r n e t 的蓬勃發展使數據業務成為通信主體 并對網絡帶寬提出了越來 越高的要求 日益發展的密集波分復用 d w d m d e n s ew a v e l e n g t hd i v i s i o n m u l t i p l e x i n g 使得在單根光纖上以g b i t s 比特速率傳輸多路信號成為可能 目 前普遍采用的i po v e rs d h 方案中 數據在網絡節點處仍需光 電 光轉換和電 信號處理 由于光 電轉換器件響應時間及電子交叉互連 d x c 上 下路 a d m 設備本身帶寬的限制 形成了網絡節點的電子速率 瓶頸 在這種情況下 幾 種基于光域的交換技術成為研究的熱點 主要包括 光路交換o c s o p t i c a lc i r c u i t s w i t c h i n g 光分組交換o p s o p t i c a lp a c k e ts w i t c h i n g 以及光突發交換o b s o p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g 其中光路交換顆粒度較粗 帶寬的利用率低 當網 絡波長數不足時很容易引起阻塞 而光分組交換的顆粒度雖然細 但由于目前光 交換器的不成熟實現起來很困難 由c h u n m i n gq i a o t l l 和j s t u m o r e 2 提出 的光突發交換技術則既結合了電路交換和分組交換能優點 又克服了它們的不 足 即在較低的光子器件要求下 實現面向i p 的快速資源分配和高資源利用率 同時實現對實時業務的良好支持 從組成結構來看一個o b s 網絡主要由邊緣電節點 核心全光節點和d w d m 鏈路構成 如圖1 1 所示 其中邊緣節點 e d g en o d e 負責對接入業務 如以 太網接入 a t m 接入 s d h 接入等 的匯聚及反向拆卸 核心節點 c o r en o d e 完成匯聚業務在核心骨干網內的全光域交換 在o b s 網絡中 有兩種光分組數據流 包含路由信息的突發控制分組 b u r s t c o n t r o lp a c k e t 和承載業務的突發數據分組 b u r s td a t ap a c k e t 控制分組在波分 復用 w d m 傳輸鏈路上的某一特定信道中傳送 在o b s 網絡中要經過網絡節點 的電子處理 而數據分組在另一個不同的波長信道上傳送 在o b s 網絡中不需經 過光電 電光轉換和中間節點的電子轉發 保持端到端的透明傳輸和交換 控制 分組先于數據分組在特定d w d m 信道中傳送 預約網絡資源 核心交換節點根 據控制分組中的信息和網絡當前的狀況為相應的數據分組預留資源 建立全光通 路 數據分組經過一段延遲后 在不需要確認的情況下直接在預先設置的全光通 道中透明傳輸 這種單向預留方案減小了建立通道的延遲等待時間 提高了帶寬 利用率 這種將數據信道與控制信道分離的方法簡化了突發數據交換的處理 且控制 分組長度非常短 因此使高速處理得以實現 數據分組和控制分組的隔離 適合 的交換顆粒度 較低的控制開銷及非時隙交換方式降低了對光子器件的要求和中 間交換節點的復雜度 在o b s 網絡中 中間節點可以不使用緩存 也不存在網 絡內的時隙同步問題等 圖1 1o b s 網絡結構 多協議標簽交換 m p l s 采用轉發等價類 f e c 作為標簽來處理口分組 利用標簽分發協議 l d p 或者資源預留協議 r s v p 建立標簽交換路徑 l s p 通過標簽交換實現口業務的轉發 由于m p l s 本身具有很多優點 將其運用到 o b s 網絡中 將顯著提高o b s 網絡性能 可以將路由與預留資源功能分離 利用m p l s 來為業務選路 而原來的o b s 只負責為業務預留資源 這樣可以大大加快控制分組在節點的處理時間 從而降 低業務時延 同時實現高速的核心路由器 顯示路由技術是實現網路負荷調節 保護用戶q o s 等重要手段 然而在o b s 的控制分組中攜帶顯示路由信息是不現實的 而運用m p l s 使顯示路由技術在 o b s 網絡中切實可行 m p l s 具有流量控制功能 利用m p l s 流量工程機制能很好的實現o b s 網 絡負載的均衡 提高資源利用率 這對于o b s 網絡尤為重要 m p l s 支持q o s 路由 在現有的o b s 協議中 一般通過采用額外偏移時間 來支持q o s 業務 但這種q o s 保證是以增加業務時延為代價的 而且業務在網 2 絡的路由越長 它的q o s 越難保證 采用m p l s 機制 通過制定業務的q o s 路 由 能較好的滿足業務的q o s 需求 3 這樣將m p l s 的標簽交換思想引入到光突發交換中 從而產生了基于標簽 的光突發交換技術l o b s l a b d c do p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g 由于基于o b s 技術 l o b s 同樣使用分離的波長來傳送數據突發包和它們 的控制分組 但是控制分組所攜帶的信息與通常的o b s 不同 l o b s 的控制分 組不再攜帶突發包的地址信息 而是加入了標簽信息 其他的信息如承載突發包 的波長信道 偏置時間 q o s 要求等則仍然需要攜帶 1 2l o b s 和g m p l s 網絡互聯研究 目前基于波分復用技術的g m p l s 網絡 g e n e r a l i z e dm u l t i p r o t o c o ll a b e l s w i t c h i n g 通用多協議標簽交換 是光網絡研究的又一熱門領域 g m p l s 繼承 了幾乎所有m p l s 的特性和協議 是m p l s 向光網絡的擴展 可以用統一的控 制平面來管理多種不同技術組建的網絡 從而為簡化網絡結構 降低網絡管理成 本和優化網絡性能提供了重要保證 在支持傳統的分組交換 時分交換 波長交 換和光纖交換的同時 還對原有的路由協議 信令協議作了修改和擴展 l o b s 和g m p l s 的網絡有很多相似的地方 1 兩者都是由邊緣節點 核心節點和w d m 鏈路組成 l o b s 網絡在邊緣 節點將輸入分組封裝成突發數據分組 并產生控制分組 g m p l s 網絡在邊緣節 點將輸入分組劃分成等同轉發類 f e c 并分配標記 2 兩者都采用帶外信令傳輸方式 載荷數據流在網絡中都可實現透明傳送 和交換 3 g m p l s 網絡可以用標簽交換技術在入口 出口路由器之間建立半永久的 數據通道 l o b s 網絡可以通過控制分組在入口 出口邊緣節點間為載荷建立透 明的數據通道 綜觀國內外光網絡研究和發展動向可以看出 下一代光網絡將是一個融合交 互的網絡 因此研究l o b s 和g m p l s 的網絡互聯 將有重大意義 同時這也關 系到l o b s 的應用前景 因此有理由考慮通過協議擴展和節點結構的改善 實現 l o b s 與g m p l s 網絡的互聯 目前在網絡互聯中 存在著重疊和集成兩種網絡架構 如圖1 2 集成模型又稱對等模型 p e e r 或混合模型 它的基本特點是核心層的控制 智能被轉移到邊緣層網絡 由邊緣網絡之間實施端到端的控制 同時 兩種網絡 形成一個集成的網絡 統一的控制平面維護單一的拓撲 交換機之間自由的交換 所有信息并運行同樣的選路和信令協議 實現一體化的管理和流量工程 但是 為實現全網的統一控制 需要在網絡中交換大量的狀態和控制信息 對網絡性能 造成的影響不能確定 從標準化的角度也較難實現光傳送層的互操作性 重疊模型 o v e r l a y 又稱客戶 n 務器模型 即一種網絡作為服務器 另外 一種網絡作為客戶端 兩者具有獨立的控制平面 具體而言 兩者網絡之間 核心網絡和邊緣網絡屬于不同的管理域 使用不同的協議 相互之間不交換路由 信息 獨立選路 具有獨立的拓撲結構 其優點是兩個網絡可以獨立發展 缺點 是兩個網絡都需要網管和控制功能 此外由于兩個網絡存在兩套不同的地址空 間 因此需要復雜的地址解析 4 j 圖1 2 網絡互聯的兩種架構 綜合兩種模型 選擇實現相對簡單的重疊模型 然后再根據l o b s 網絡和 g m p l s 網絡的各自特點選擇合適的客戶網絡和服務器網絡 根據分析可知 l o b s 使用i p m p l s 控制平臺提供的流量工程和快速重新選 路 操作簡單 穩定安全 l o b s 的業務接入側可設計成采用多個千兆以太網 g e 或快速以太網 f e 接口 使用統一的以太網幀格式 這樣可以做到與傳統m 網 絡無縫連接 無需協議轉換 g m p l s 網絡具有l s p 分級制度 解決了光網絡帶 寬分配的離散性和粗粒度問題 實現了網絡資源的最大化利用 g m p l s 網絡對 流量工程的實施及傳統路由與信令協議的擴展非常有助于提高網絡運營效率 此 外g m p l s 支持雙向l s p 對于雙向l s p 在每一方向上都有相同的流量工程要 求 同時雙向l s p 的上行數據通路和下行數據通路采用統一信令消息 這樣可 以減少l s p 的建立時間和網絡上傳輸建立l s p 的信令開銷 因此在重疊模型中選擇高效靈活的l o b s 作為的網絡客戶 選擇能支持大流 4 量長距離可靠有效傳輸的g m p l s 作為網絡服務器 為l o b s 網絡提供承載服務 1 3l o b s 和g m p l s 網絡互聯實驗平臺 圖1 3 所示為基于重疊互聯模型的l o b s 和g m p l s 網絡互聯實驗平臺 在 這一重疊網絡中 l o b s 為邊緣網絡 負責各種突發業務的接入 g m p l s 為核 心網網絡 為兩個邊緣l o b s 網絡互聯提供承載服務 為簡化網絡設計 兩個 l o b s 網絡采用統一的標簽方式 并且為對等關系 這樣就可以將兩個邊緣l o b s 小網視為架構于g m p l s 之上的大的l o b s 網絡 處于高層次的l o b s 網絡僅利 用低層次的g m p l s 網絡提供的傳輸功能 不需要了解g m p l s 具體采用的方式 和協議 低層次的g m p l s 網絡也僅是使用從高層次系統傳來的參數 使得兩個 層次之間相互無關 與g m p l s 網絡相鄰的l o b s 核心節點為l o b s 邊界節點 l o b sb o r d e l c o n t r o l l e r o b c 主要負責將突發接入g m p l s 網絡中 與l o b s 網絡相鄰的 g m p l s 節點為g m p l s 邊界節點 g m p l sb o r d e rc o n t r o l l e r g b c 主要負責 接收l o b s 的突發 每一對o b c 和g b c 都有一個專用的控制接口用來完成l o b s 和g m p l s 的鏈接操作任務 并利用現有口網絡傳輸管理控制信息 一 l r l f i b e rc o n t r o ic h a n n e f 一 0 u t o f f i b e rt r a d i t i o n a i i pn e t w o r k 圖1 3l o b s 和g m p l s 網絡互聯 l o b s 網絡中的控制突發需要提前一個特定的偏置時間傳輸 來為數據突發 建立全光通路 因此l o b s 的控制突發和數據突發必須在同樣的路由上傳輸 并 且擁有同樣的存儲轉發時間 但如果l o b s 的控制突發在g m p l s 的控制平面傳 輸 數據突發在g m p l s 的數據平面傳輸 就不能滿足l o b s 這種要求 所以設 計l o b s 的控制突發和數據突發均在g m p l s 的數據層面傳輸 在這一互聯網絡中 為保證l o b s 突發的有效傳輸 對l o b s 網絡內部性 能以及交互信息的管理和監控 就顯的尤為重要 1 4 論文主要內容 本文第一章首先介紹了l o b s 的原理 探討了l o b s 和g m p l s 網絡互聯的 意義 選擇重疊模型 即g m p l s 作為服務器為l o b s 提供承載服務 并指出這 一互聯網絡中l o b s 網絡管理的重要性 第二章 分析了在互聯情況下 l o b s 對于網絡管理在配置 流量以及發起 建立l s p 等方面的要求 通過對實驗室現有的l o b s 網絡管理現狀的研究 指 出其軟件架構的不合理性 并采用層次化設計方案進行改進 增加i n t e r f a c e 模塊 作為中間模塊 屏蔽網管和其它上層模塊對底層設備的直接讀寫 降低了網管開 發難度 同時探討了對l o b s 邊界節點信息配置以及突發傳輸的管理設計 即根 據g m p l s 網絡的特點在邊界節點新增波長信息 增加建立 刪除l s p 的網管請 求 第三章 比較其他開發工具 選擇具有結構緊湊 代碼量小等特點的w i n d m a n a g es n m p9 4 作為開發工具 并將代理端的開發流程分為 網絡通信 s n m p 協議實現 管理信息庫 接口部分四個方面 其中 網絡通信利用l i n u x 的s o c k e t 實現 管理信息庫主要工作為擴展私有的l o b sm i b a g e n t 可以通過消息隊列 實現與i n t e r f a c e 模塊的通信 從而監控底層設備和g m p l s 網絡的狀態 6 第二章l o b s 網絡管理系統設計 合理的網絡管理系統設計依賴于對網絡管理需求進行詳細分析 l o b s 和 g m p l s 網絡互聯 更豐富了網絡管理在配置和監視方面的需求 因此 對網管 系統進行全面分析和特殊設計是l o b s 網絡的正常運行的保障 2 1網絡管理的需求 網絡管理本質上是一個監視和控制網絡的過程 其目的是盡可能地保證網絡 的正常運作 因此網絡管理系統的重要任務就是收集其所管理的網絡中各種網絡 設備及系統的數據 包括工作參數 運行狀態等信息 在進行簡單加工或高級處 理后 以數字或圖表等可視化形式提供給網絡管理人員 在緊急情況下甚至可以 通過聲音警報或電子郵件等形式來通知網絡管理人員對此及時進行處理 o s i 對網管定義了五種功能域 簡稱為f c a p s 故障管理 配置管理 性 能管理 計費管理和安全管理 其中計費和安全管理與光網基本無關 5 為簡1 化網絡管理 本系統中暫不考慮故障管理 1 配置管理負責管理網絡的拓撲結構 設備情況以及運行時的參數配置 包括收集當前網絡設備的配置信息 修改配置信息 保存信息 維護網絡的最新 設備清單 2 性能管理主要處理 監測和管理各種用來表示網絡性能的參數 運用報 表和圖形顯示 使管理員對設備的整體性能有所了解 并及時控制網絡的運行狀 況 保證網絡的持續 穩定運行 l o b s 技術最大的特點是通過控制包提前預留資源 在實現業務全光傳輸的 同時能夠獲得光網絡帶寬資源的高利用率 所以它的性能主要體現在傳送業務的 能力上 由于它是面向無連接的 不存在現有其他光網絡所具有的連接管理 取 而代之的是流量管理 因此要對進入 流出l o b s 網絡的流量和l o b s 網絡內部 的流量以及性能進行管理 6 l 在l o b s 和g m p l s 網絡互聯試驗中 為實現l o b s 突發在g m p l s 域內全 光傳輸 對于g m p l s 的l s p 建立方式有兩種 一 業務驅動 即由控制突發和 數據突發決定建立l s p 的源 目的地址以及采用的可用波長 靈活機動 但對于 系統本身要求較高 網管驅動 即由網管發起建立相應l s p 的請求 具有 配置簡單等特點 在本系統中 因網絡規模簡單 結構穩定 所以選擇由網管發 起建立g m p l s 網絡中的l s p 這樣就可以對建立的行為進行精確的控制 7 2 2l o b s 網絡管理現狀及不足 2 2 1 簡單網絡管理協議 當前網絡管理技術領先的兩個模型是建于t c p i p 上的簡單網絡管理協議 s i m p l en e t w o r km a n a g e m e n tp r o t o c o l s n m p 管理標準和o s i 提出的通用管 理信息協議 c o m m o nm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o np r o t o c o l c m i p 管理標準 其 中 s n m p 協議具有開源簡單 容易實現 應用廣泛等特點 因此實驗平臺中 l o b s 網絡采用s n m p 協議管理標準 s n m p 的網絡管理模型主要包括三個要素 管理員 m a n a g e r 管理代理 a g e n t 管理信息數據庫 m i b m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o nb a s e 管理員是一 組具有分析數據 發現故障等功能的管理程序 管理員負責發出管理操作的指令 并接收來自代理的信息 收集到的信息將用于確定整個網絡運行的狀態是否正 常 管理代理是駐留在被管網絡設備中的軟件模塊 可以獲得本地設備的運轉狀 態 設備特性 系統配置等相關信息 其作用是充當管理系統與管理代理軟件駐 留設備之間的中介 通過控制設備的管理信息數據庫 m i b 中的信息來管理該 設備 管理信息數據庫定義了一種數據對象 它可以被網絡管理系統控制 代理 設備在標準網絡管理端軟件和不直接支持該標準協議的系統之間起橋梁作用 s n m p 體系結構主要包括管理信息結構s m i s t r u c t u r eo fm a n a g e m e n t i n f o r m a t i o n1 管理信息庫m m m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o nb a s e 和s n m p 協議 s i m p l e n e t w o r km a n a g e m e n tp r o t o c 0 1 部分 其中s m i 用于描述信息格式 m m 包括具體的管理信息內容 s n m p 規定了信息交互方式 s m i 管理信息結構是管理信息庫中的對象定義和編碼的基礎 s m i 采用抽象 語法記法 a s n 1 來描述描述m i b 中的對象 s m i 為每一對象類型定義以下成 分 名字 語法 編碼 s n m pm i b 定義了可以通過網絡管理協議進行訪問的管 理對象的集合 m i b 經常被當作是管理對象的虛擬數據庫 s n m p 是代理和管理站之間的異步請求和相應協議 s n m p 規定了5 種協議 數據單元p d u 也就是s n m p 報文 用來在管理進程和代理之間的交換 包括 g e t r e q u e s t g e t r e s p o n s e g e t n e x t r e q u e s t s e t r e q u e s t t r a p s n m p 管 理站使用g e t r e q u e s t 從擁有s n m p 代理的網絡設備中檢索信息 s n m p 代理以 g e t r e s p o n s e 消息響應的g e t r e q u e s t 消息 g e t r e q u e s t 和g e t n e x t r e q u e s t 結 合起來 使用可以獲得一個表中的對象 g e t r e q u e s t 取回一個特定對象 而使 用g e t n e x t r e q u e s t 則是請求表中的下一個對象 2 2 2l o b s 網絡管理現狀及不足 基于s n t p 的l o b s 網絡管理系統目前被分成三層 網絡管理層 網元管 理層和網元層 網絡管理層 是管理系統的監視控制中樞 可以控制和協調一系 列網元 為l o b s 網絡運營者提供全網及其設備的集中監控臺 網元管理層 與 網絡管理者的功能相似 管理范圍只是一個網元 負責監控整個網元告警 性能 狀況 接收上層網管的監控命令并進行處理 網元設備層 主要負責監視設備板 的告警 性能狀況 過濾數據并且上報網管 同時接收來自網管的命令進行相應 的操作 s n m p a g e n t 設置有兩種方式 表2 1 一是設在網元管理層 這時網元管 理者還要充當代理服務器 一是嵌入到網元設備上 通過s n m p 協議與管理者 通信 考慮到第二種方式便于與下層進行交互 在本實驗室對l o b s 的已有研究 中都采用將s n m p a g e n t 嵌入到網元設備中去 a g e n t 在網元管理層a g e n t 在網元設備層 管理者管理者 網元管理層 a g e n t 網元管理層 網元設備 網元設備 a g e n t 表2 1s n m pa g e n t 設置方式 基于簡單網絡管理協議s n m p v 2 定義一個管理信息庫 m i b 子集 由于 目前還沒有o b s 網絡管理對象的標準定義 5 目前一般選擇將有關對象樹掛在 p r i v a t e 4 e n t e r p r i s e s 1 之下使用 如圖2 1 所示 i s o 1 一州 歹7 r 八 血卜2 n 1 夕n n 1 圖2 1l o b s 的m i b 結構 在l o b s 網絡管理信令傳輸方式上 選擇利用已有的口網絡進行網管信令 9 的交互 圖2 2 使得管理網絡與光網絡在物理上相互獨立 當光網絡某處產生 故障時不會影響到網管系統 目前對于l o b s 的邊緣 核心節點對象的管理主要 從以下幾個方面考慮 1 拓撲監視 監視網絡拓撲及時更新網絡狀態 2 流量管理 邊緣節點主要統計進入 流出l o b s 網絡的流量 轉發丟包 數目 傳送時延等 在核心節點主要統計各個信道 鏈路接收 發送的流量 利 用率 轉發丟包率等 3 組幀和調度參數配置 在邊緣節點對業務的分類和組裝中 主要涉及的 組幀算法有 時間門限組幀算法 包長門限組幀算法 時間門限包長雙門限組幀 算法 基于流量預測的組幀算法 自適應算法五種 在每種算法中 對不同q o s 級別的數據包配置不同的時間門限 包長門限 步進時間長度等組幀參數 在核 心和邊緣節點中對資源控制的調度算法主要包括l a u c l a u c v f 批量調度 p r o p o r t i o n a lq o s 的調度算法 w s p w a b o r a 六種 每種算法又分別包括各 自所需的各種參數及優先級策略等 4 m p l s 協議控制管理 各個端口標簽信息的采集 根據源節點i d 目的 節點i d q o s 以及所需帶寬資源等參數建立l s p 圖2 2 通過已有的i p 網絡進行網管信令交互 在實驗室現有l o b s 網絡管理系統中 由于組幀和調度模塊均在f p g a 中 實現 因此在嵌入式操作系統中 網管代理端采用內存映射的方式對f p g a 進行 讀寫操作 在程序執行之初就分配一塊內存并將f p g a 映射到此 直至進程結束 才釋放掉這塊內存 造成了內存的占用 同時由于路由協議信令模塊也要對 f p g a 進行訪問 為了避免造成總線沖突 路由信令部分對f p g a 的訪問采用中 斷的方式 這樣對f p g a 的讀寫操作進行了重復開發 浪費資源 在代理端的實現上采用了a d v e n t n e t a g e n t t o o l k i t ce d i t i o n 開發工具包 這 是一個以a n s ic 創建s n m p 代理 t l l 代理和c l i 代理的快速原型創建和開 發工具 是一個獨立于平臺 基于j a v a 的工具包 并帶有代理信息定義編輯器 編譯器等一系列代理開發工具及測試工具 具有封裝性能好 開發簡單 適用范 圍廣等特點 這正是如此導致其代碼量龐大 生成的可執行文件過大 在嵌入式 l i n u x 系統中占用資源過多 對其他進程帶來一定影響 2 3l o b s 網絡管理的改進 為適應l o b s 和g m p l s 網絡互聯對網絡管理的需求 對原有l o b s 管理進 行了改進 鑒于原有l o b s 體系結構的不足 因此增加接口模塊 i n t e r f a c e 如 圖2 3 其中互聯模塊為l o b s 與g m p l s 的通信模塊 對于接口模塊 有兩方面的 作用 一 可作為中間層協調上層模塊和底層模塊的交互和通信 對底層控制模 塊來說 它可以直接從管理模塊處指定的存儲區讀取由高層維護的路由信息 網 管信息來進行處理 管理模塊可以通過與底層控制模塊的共享存儲區讀取獲得系 統信息 上層模塊也可通過管理模塊更改這個共享存儲區來實現對系統信息的高 層配置 二 可作為上層模塊之間信息交互的平臺 一些上層各模塊之間可不直 接通信 如網管模塊和互聯模塊 而是將需要通信的內容和通信目的地址交于 接口模塊 由它負責上層模塊之間的信息交互 這種軟件架構 也為以后開發新 的軟件模塊提供了極大的便利 因此可以看出 當網管模塊需要訪問底層模塊 f p g a 或互聯模塊時 只 需要將要訪問的信息交給i n t e r f a c e 接口 然后等待i n t e r f a c e 響應的返回信息即可 這樣就降低了網管模塊的開發難度 也使得這個系統更加合理 路由模塊 一 二 接口數據存儲區 一 一一 網管模塊 一 o 一 磊口數據存儲云 圖2 3l o b s 軟件架構 2 4l o b s 和g m p l s 網絡互聯接口的管理設計 在l o b s 和g m p l s 互聯網絡中 利用口網絡在l o b s 的邊界節點和g m p l s 的邊界節點之間傳送控制管理信息 網管將管理信息傳通過i n t e r f a c e 模塊傳送 給 預先建立起多條g m p l s 內部的l s p 傳輸通路 當l o b s 的數據突發和控 制突發到達后 選擇在g m p l s 傳輸中合適的波長 然后就可以沿著這條通路 在g m p l s 中不經過光 電 光的轉換 直接到對端的l o b s 核心節點 因本端和 對端的l o b s 網絡均采用統一的標簽方式 在到達對端l o b s 網絡的邊界節點 時 邊界節點可以直接解析提前到達的控制突發中所攜帶的消息信令 完成對光 交叉矩陣的配置 使隨后到達的突發數據包在本l o b s 域內進行快速的交換 可以看到在這一l o b s 和g m p l s 網絡互聯的重疊模型中 l o b s 的數據分 組無需進行光電轉換處理 始終在全光域內傳輸 大大提高了交換的快速 靈活 性 如何管理l o b s 邊界節點的配置信息 以及監控l o b s 的控制突發和數據 突發在g m p l s 中的傳輸 是l o b s 和g m p l s 網絡接口管理設計的重點 2 4 1l o b s 邊界節點配置管理的設計 對于現有l o b s 網絡中對于節點的配置管理信息中只設計了 節點類型信息 和節點i d 兩項 如表2 2 in o d et y p el 該是邊緣節點還是核心節點l il o b sh o s ti di 該節點在l o b s 網絡中為第幾個節點l 表2 2 現有l o b s 節點配置信息 在l o b s 和g m p l s 網絡互聯中 對于l o b s 的邊界節點 還應增加邊界節 點的標識 在與g m p l s 的邊界節點傳送控制信息時 l o b s 的邊界節點需要知 道與其相鄰的g m p l s 邊界節點的i d 以及傳送控制消息中使用的端口號 p o r t 當突發到達l o b s 的邊界節點時 還要為控制突發和數據突發分配合適的波長以 便在g m p l s 網絡中傳輸 因此l o b s 的節點在配置管理方面 需增加如下信息 表2 3 l o b sb o r d e rc o n t r o l l e rf l a gl o b s 邊界節點標識 g m 咿l sb o r d e rc o n t r o l l e ri dg m p l s 邊界節點的i d 用d 地址表 示 是l o b s 突發在g m p l s 傳輸的源 地址 i n t e r d o m a i np o r tn o l o b s 與g m p l s 傳送控制信息使用 的端口號 l o b s 的控制突發在g m p l s 傳輸中可 b h p w a v e l e n g t hl a b e l 使用的波長標識 可以有多個可用波長 b h p w a v e l e n g t hl a b e l1 b h p w a v e l e n g t hl a b e l2 l o b s 的數據突發在g m p l s 傳輸中可 d bw a v e l e n g t hl a b e l 使用的波長標識 可以有多個可用波長 b h p w a v e l e n g t hl a b e ll b h pw a v e l e n g t hl a b e l2 表2 2 新增l o b s 節點配置信息 對于l o b s 節點配置管理信息的存貯方式上采用增加一個單獨的文本文件 c o n f i g u r a t i o nf i l e 并將這個文件寫入嵌入式l i n u x 文件系統 然后網管程序從 1 3 此文件中讀取相關信息 當配置信息發生改變后 直接對配置文當進行修改 方 便了管理 2 4 2l o b s 邊界節點突發傳輸的管理設計 在l o b s 和g m p l s 網絡互聯中 為實現在l o b s 突發在g m p l s 內的全光 傳輸 網管主要有以下工作 首先 網管端需要確定l o b s 邊界源節點i d 本邊界節點 和目的邊界節 點i d 對端l o b s 網絡邊界節點 然后從這兩個邊界節點的管理配置文件中得 到要通過的g m p l s 網絡的源節點i d 和目的節點i d 也就是與l o b s 源 目的邊 界節點相鄰的g m p l s 網絡的邊界節點i d 具體的實現上 可通過l o b s 的網 管向系統中g m p l s 接口模塊發送s h o w n e i g h b o r 命令 g m p l s 的接口程序再通 過g m p l s 網絡得到相應的對端l o b s 節點信息 其次 由網管驅動為l o b s 的突發控制包建立一條從源g m p l s 邊界節點到 目的g m p l s 邊界節點的l s p b h pl s p 同時確定適用的波長 同樣由網管 驅動為l o b s 的數據突發包建立了一條g m p l s 的l s p d bl s p 考慮到 g m p l s 具有分級l s p 的特性 而控制突發和數據突發的源 目的地址一致 這樣 就可以把控制突發l s p 和數據突發l s p 組成一個g m p l s 網絡中的組l s p g r o u p l s p 為方便管理可以把控制突發l s p 名字作為整個g r o u p l s p 的名字 而數據突發l s p 作為這個g r o u p l s p 的一個子l s p s u b l s p 這種建立g r o u p l s p 的方式 方便了網管的對數據突發l s p 和控制突發l s p 的統一管理 最后 當數據突發傳送完畢后 在網管端可以發起刪除數據突發l s p 的命 令 當全部突發傳送完畢后 網管可以發起刪除g r o u p l s p 的命令 整個l o b s 網管發起建立g r o u p l s p 的信令過程如圖2 4 1 4 r p 嘉 戮罐 爹 圖2 4l o b s 網管發起建立g r o u p l s p 的信令過程 因此對于網絡管理的管理信息庫而言 需要新增如下信息 表2 5 o b s e 2 c r c a t g r o u p l s p創建g r o u p l s p b d h l s p i g r o u p l s p n a m ei 一一g r o u p l s p 的名字 s t r i n g g r o u p l s p s o u i c el 一g r o u p l s p 的源 m l g r o u p l s p d e s ti g r o u p l s p 的目的 口 i g r o u p l s p w a v e l e n g t hi 一g r o u p l s p 的傳輸波長 i n t a d d s u b l s p在g r o u p l s p 中增加s u b l s p d b l s p i 一g r o u p l s p n a m ei 一一s u b l s p 所在的g r o u p l s p i s u b l s p n a m e卜 s u b l s p 的名字 i 一s u b l s p w a v e l e n g t hi 一s u b l s p 的波長 d e l g r o u p l s p刪除g r o u p l s p l g r o u p l s pn a m ei 一 刪除的g r o u p l s p 名字 d e l g r o u p l s p 刪除s u b l s p i g r o u p l