摘 要： 指出了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理存在的弊端，在分析主動(dòng)網(wǎng)技術(shù)和基于策略管理邏輯結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了一種基于策略和主動(dòng)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合的網(wǎng)管邏輯體系結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)高效的分布式網(wǎng)絡(luò)管理。對(duì)基于該邏輯結(jié)構(gòu)網(wǎng)管系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行了理論分析，并通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析的正確性。該邏輯結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)管理策略實(shí)施的自動(dòng)化、管理策略定義和傳播機(jī)制的共享，為定制動(dòng)態(tài)的網(wǎng)管服務(wù)提供了支撐。
??? 關(guān)鍵詞： 主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)；策略管理；響應(yīng)時(shí)間

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　　當(dāng)今計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理是以CS(Client/Server)為主流模式的集中式管理。在基于SNMP協(xié)議的計(jì)算機(jī)網(wǎng)管系統(tǒng)中，網(wǎng)管工作站NMS(Network Management Station)是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的集中控制點(diǎn)，它通過(guò)輪循被管設(shè)備中的代理(Agent)讀取被管理對(duì)象MIB(Management Information Base)中每個(gè)變量的值，從而綜合獲得當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)，并確定需要的控制行為。基于SNMP協(xié)議的網(wǎng)管結(jié)構(gòu)特別適合于設(shè)備自身處理能力不足而網(wǎng)絡(luò)流量不大的情況。面對(duì)網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，SNMP網(wǎng)管模型暴露出許多缺陷：(1)NMS負(fù)責(zé)所有網(wǎng)管信息的處理，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)大時(shí)，有可能成為系統(tǒng)的瓶頸[1]；(2)沒(méi)有定義MIB中數(shù)據(jù)的處理方式，為了能夠適應(yīng)各種處理和監(jiān)控方式，MIB定義不得不盡量詳盡，傳輸時(shí)占用較多帶寬資源；(3)NMS只是盲目地收集原始數(shù)據(jù)，實(shí)際的處理往往只用到部分?jǐn)?shù)據(jù)，造成資源浪費(fèi)；(4)駐留在設(shè)備上的Agent沒(méi)有任何處理功能，即使最簡(jiǎn)單的處理，也必須將數(shù)據(jù)傳送到NMS，等待返回的結(jié)果[2]；(5)Agent的功能在安裝之后是固定的，不能按照系統(tǒng)狀態(tài)和管理策略變化進(jìn)行調(diào)整。
　　由于集中式管理的種種缺陷，人們又提出了基于策略管理[3]的體系結(jié)構(gòu)。該體系結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)面向服務(wù)質(zhì)量QoS和安全的、系統(tǒng)管理任務(wù)的自動(dòng)化。它通過(guò)策略的制定、仲裁和執(zhí)行對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行智能化的管理，它的兩個(gè)主要組成部件是策略執(zhí)行點(diǎn)PEP(Policy Enforcement Point)和策略決定點(diǎn)PDP(Policy Decision Point)。其中，PEP一般處于節(jié)點(diǎn)上，負(fù)責(zé)執(zhí)行管理策略，對(duì)網(wǎng)絡(luò)起實(shí)質(zhì)的管理作用；而PDP則一般處于存放策略的策略服務(wù)器上，主要負(fù)責(zé)仲裁策略，即決策使用哪項(xiàng)策略進(jìn)行管理，當(dāng)PEP收到某項(xiàng)管理任務(wù)的指示或消息時(shí)，它將該指示或消息封裝成一個(gè)要求進(jìn)行策略仲裁的請(qǐng)求發(fā)送給PDP；PDP經(jīng)過(guò)對(duì)相關(guān)信息的檢測(cè)與評(píng)估，進(jìn)行策略仲裁，并從策略服務(wù)器中獲取相應(yīng)的策略返回給PEP；PEP接受策略應(yīng)答并執(zhí)行該項(xiàng)策略以完成預(yù)期的管理任務(wù)(PEP也可能拒絕執(zhí)行該項(xiàng)策略)。一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上也可以配置一個(gè)PEP和一個(gè)本地策略決策點(diǎn)LPDP(Local PDP)，此時(shí)，策略服務(wù)器上需配置一個(gè)全局策略決策點(diǎn)GPDP(Global PDP)。PEP發(fā)出請(qǐng)求時(shí)，LPDP先作處理，如果信息不足，則發(fā)送給GPDP處理[4]。
　　為了解決傳統(tǒng)網(wǎng)管的弊端，本文結(jié)合主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和策略管理技術(shù)，提出了一種基于策略管理和主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的分布式網(wǎng)絡(luò)管理體系結(jié)構(gòu)，并對(duì)該體系結(jié)構(gòu)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行分析研究和實(shí)驗(yàn)仿真。
1 基于策略和主動(dòng)技術(shù)的結(jié)合
　　基于策略的管理為智能性的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理提供了新的解決方案，為實(shí)現(xiàn)面向QoS和安全的、系統(tǒng)管理任務(wù)的自動(dòng)化提供了可能。但該結(jié)構(gòu)還存在以下的問(wèn)題需要解決或完善：首先是該結(jié)構(gòu)著重考慮了基于RSVP協(xié)議的路由器上實(shí)施網(wǎng)絡(luò)管理，但是當(dāng)用于其他類型的服務(wù)質(zhì)量技術(shù)時(shí)，PEP的調(diào)節(jié)功能如何實(shí)現(xiàn)沒(méi)有涉及；其次，PEP在每次執(zhí)行策略實(shí)行管理控制的時(shí)候，都需要臨時(shí)動(dòng)態(tài)地請(qǐng)求PDP從策略庫(kù)中獲取合適的策略，這對(duì)于大量的具有相同性質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)管理功能來(lái)說(shuō)，將浪費(fèi)不少的時(shí)間和網(wǎng)絡(luò)帶寬資源；第三是實(shí)現(xiàn)管理控制的策略可能出現(xiàn)沖突，如何仲裁策略沖突和解決沖突，該結(jié)構(gòu)中沒(méi)有體現(xiàn)。
　　主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)(AN)[5-6]是一種可計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)模型。它與傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)最大的區(qū)別是其主動(dòng)包可攜帶數(shù)據(jù)和可執(zhí)行的主動(dòng)代碼，主動(dòng)節(jié)點(diǎn)具有計(jì)算能力，用戶可以根據(jù)管理應(yīng)用的需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用快速增長(zhǎng)的需要。主動(dòng)網(wǎng)的概念應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)管理領(lǐng)域，既可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的分布式管理，又可以靈活、動(dòng)態(tài)地派發(fā)新的網(wǎng)絡(luò)管理功能[7]。
　　主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是一個(gè)可對(duì)網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點(diǎn)(主動(dòng)節(jié)點(diǎn))進(jìn)行編程、計(jì)算的技術(shù)。其執(zhí)行環(huán)境(EE)[8]具有解析主動(dòng)代碼、執(zhí)行主動(dòng)代碼以完成管理控制的功能，這一點(diǎn)可兼容基于策略管理中的PEP的功能。且EE只與封裝主動(dòng)代碼的協(xié)議相關(guān)(如主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)封裝協(xié)議ANEP[9]、主動(dòng)IP協(xié)議Active IP[10]等)，而用具體的主動(dòng)代碼來(lái)支持區(qū)分服務(wù)Diff-Serv正是主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)之一。
　　為了解決上述的第2和3問(wèn)題，我們利用主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)本身的特點(diǎn)和主動(dòng)代碼插入機(jī)制，提出了一種新的網(wǎng)管邏輯體系結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的網(wǎng)管結(jié)構(gòu)相似，但通過(guò)利用主動(dòng)技術(shù)和策略管理技術(shù)擴(kuò)展了網(wǎng)元，使得大量的網(wǎng)管功能可以在被管節(jié)點(diǎn)本地得到完成，從而實(shí)現(xiàn)分布式的網(wǎng)絡(luò)管理。大量的中間信息也不需要傳遞給NMS，從而在一定程度上節(jié)省了帶寬資源。此時(shí)，NMS不再是各個(gè)被管節(jié)點(diǎn)的各種狀態(tài)信息的集中處理點(diǎn)，而僅僅是各個(gè)被管節(jié)點(diǎn)處理結(jié)果的匯集點(diǎn)以及有關(guān)全局管理功能的處理地點(diǎn)，從而大大減輕了NMS的負(fù)擔(dān)。
　　從本質(zhì)上說(shuō)，一段主動(dòng)代碼就是一段應(yīng)用程序，從管理的角度看，一段主動(dòng)代碼以及與其相關(guān)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)參數(shù)就是一個(gè)管理策略。所以，存放各種主動(dòng)代碼的代碼服務(wù)器(CS：Code Server)實(shí)際上也就是基于策略管理體系結(jié)構(gòu)中的策略服務(wù)器，它是策略(主動(dòng)代碼以及與其相關(guān)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)參數(shù))的源。用戶可以定制各種合適的管理策略(實(shí)際上就是開(kāi)發(fā)進(jìn)行管理控制的應(yīng)用程序)，通過(guò)主動(dòng)代碼分發(fā)機(jī)制發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行執(zhí)行而實(shí)現(xiàn)管理控制，從而實(shí)現(xiàn)用戶動(dòng)態(tài)地定制網(wǎng)管服務(wù)，為新的應(yīng)用快速地在網(wǎng)管中應(yīng)用提供了支持。
　　各種主動(dòng)代碼(策略)分布式的存放在專門的CS中，當(dāng)需要執(zhí)行某個(gè)主動(dòng)代碼時(shí)，執(zhí)行環(huán)境EE(兼容PEP)檢測(cè)所需要的主動(dòng)代碼在本地代碼庫(kù)中是否存在，若存在，就立即調(diào)用，否則就請(qǐng)求從CS中下載并存儲(chǔ)在本地的代碼庫(kù)中，以便以后可以直接啟動(dòng)使用。這種方式有效地解決的上述的第2個(gè)問(wèn)題，相同的策略只需要從CS中獲取一次，從而可以避免頻繁地獲取策略而浪費(fèi)不少的時(shí)間和網(wǎng)絡(luò)帶寬資源。
　　每個(gè)節(jié)點(diǎn)上配置一個(gè)策略決策點(diǎn)(稱為本地策略決策點(diǎn)LPDP)和一個(gè)或多個(gè)EE(兼容PEP)，當(dāng)該節(jié)點(diǎn)上的軟監(jiān)測(cè)器(軟監(jiān)測(cè)器實(shí)際上是一組監(jiān)測(cè)主動(dòng)代碼，它可能在網(wǎng)絡(luò)上不停地流動(dòng)，也可能駐留在該主動(dòng)節(jié)點(diǎn)上)發(fā)現(xiàn)某個(gè)事件，如負(fù)載越限，LPDP就作出決策，通知相應(yīng)的EE(PEP)從本地代碼庫(kù)或從代碼服務(wù)器中調(diào)用指定的代碼執(zhí)行而實(shí)現(xiàn)管理任務(wù)。
2 系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間分析
　　本文提出的網(wǎng)管系統(tǒng)在管理上有兩種方式：第一是事件管理處理方式，即某個(gè)節(jié)點(diǎn)中的軟監(jiān)測(cè)器發(fā)現(xiàn)了某個(gè)事件，并且能夠由本地的LPDP仲裁決策，由EE馬上執(zhí)行策略而處理，處理后主動(dòng)向NMS發(fā)送處理結(jié)果。這種管理方式由于是節(jié)點(diǎn)主動(dòng)發(fā)起的管理，稱之為節(jié)點(diǎn)主動(dòng)式。第二是NMS主動(dòng)向相關(guān)的節(jié)點(diǎn)發(fā)送主動(dòng)包進(jìn)行某項(xiàng)管理任務(wù)，如拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)，或者是涉及到全局決策的管理任務(wù)，如路由改變等。這種管理方式由于是NMS主動(dòng)發(fā)起的管理，稱之為NMS主動(dòng)式。
　　在此，暫不考慮節(jié)點(diǎn)的處理時(shí)間，而只考慮網(wǎng)絡(luò)上主動(dòng)包的傳輸時(shí)間。由于響應(yīng)時(shí)間取決于網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流量和傳輸速率，所以先分析在執(zhí)行管理任務(wù)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)上的傳輸流量。在使用的主動(dòng)代碼分發(fā)機(jī)制中，從代碼服務(wù)器下載的主動(dòng)代碼可存儲(chǔ)在節(jié)點(diǎn)本地的代碼庫(kù)中，以后可直接從本地調(diào)用，所以對(duì)于大量重復(fù)使用相同主動(dòng)代碼的管理任務(wù)而言，所需要的主動(dòng)代碼只在網(wǎng)絡(luò)上傳輸一次，因此也不考慮下載主動(dòng)代碼的傳輸流量。
??? 設(shè)在應(yīng)用層上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流量為X，則網(wǎng)絡(luò)上實(shí)際傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流量為X′=α(X)+β(X)X，其中α(X)決定于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目刂菩畔?，?X)決定于主動(dòng)包的封裝協(xié)議(我們使用ANEP)。則，則X′=λX。我們稱λ為主動(dòng)包的加權(quán)值。
2.1 節(jié)點(diǎn)主動(dòng)式的系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間分析
　　這種情況比較簡(jiǎn)單，此時(shí)的響應(yīng)時(shí)間是指事件發(fā)生開(kāi)始到NMS收到處理后的結(jié)果之間的時(shí)間。我們不考慮節(jié)點(diǎn)的處理時(shí)間，所以我們認(rèn)為節(jié)點(diǎn)一經(jīng)監(jiān)測(cè)到某個(gè)事件，立即生成相應(yīng)的主動(dòng)包(包含處理的結(jié)果)上報(bào)給NMS。設(shè)X為上報(bào)主動(dòng)包的數(shù)據(jù)量，NMS與節(jié)點(diǎn)之間的平均“跳數(shù)”為M，主動(dòng)包的加權(quán)值為λ，則網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)流量為Y=λMX。設(shè)網(wǎng)絡(luò)傳輸速率為v，則響應(yīng)時(shí)間為：。
2.2 NMS主動(dòng)式的系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間分析
　　這種情況較為復(fù)雜，為了方便分析系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，清楚地表明該管理系統(tǒng)的主動(dòng)包的傳輸情況，我們將主動(dòng)包傳輸表示成如圖1所示。主動(dòng)包傳輸流程是：首先NMS產(chǎn)生一個(gè)包含有主動(dòng)代碼的主動(dòng)包，該主動(dòng)包指示完成某項(xiàng)管理功能；然后將該主動(dòng)包發(fā)送到第一個(gè)節(jié)點(diǎn)上；節(jié)點(diǎn)中的EE解析主動(dòng)包，從本地代碼庫(kù)或從代碼服務(wù)器中調(diào)用指定的代碼執(zhí)行而實(shí)現(xiàn)管理任務(wù)；然后生成新的主動(dòng)包(有完成管理任務(wù)的結(jié)果和原來(lái)的主動(dòng)信包組成)，并將新的主動(dòng)包分發(fā)到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，直到所有節(jié)點(diǎn)處理完成后，將最后生成的主動(dòng)包上報(bào)給NMS。

　　此時(shí)的響應(yīng)時(shí)間包括NMS發(fā)出主動(dòng)包開(kāi)始到NMS收到最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)生成的主動(dòng)包(包含所有節(jié)點(diǎn)完成管理任務(wù)后的結(jié)果)之間的時(shí)間。
　　系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流量分成三個(gè)部分，第一部分是NMS發(fā)送的初始化主動(dòng)包的流量，用YNMS表示；第二部分是節(jié)點(diǎn)之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流量，用YNODE表示，第三部分是最終返回給NMS的主動(dòng)包的流量，YNMS′表示。
　　設(shè)主動(dòng)包的原始大小為X0，每個(gè)節(jié)點(diǎn)完成管理任務(wù)后的平均結(jié)果流量為X，被管節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)為N，NMS與節(jié)點(diǎn)之間的平均“跳數(shù)”為M則：
　　　　

　　從上式可以看出，影響系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的參數(shù)有：節(jié)點(diǎn)與NMS之間的平均“跳數(shù)”M，被管節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)N，初始化的主動(dòng)包大　　小X₀，節(jié)點(diǎn)處理后的平均結(jié)果流量以及網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率v。下面通過(guò)實(shí)驗(yàn)具體分析節(jié)點(diǎn)與NMS之間的平均“跳數(shù)”M，被管節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)N，以及網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率v對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的影響。
3 仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果
??? 我們采用仿真的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證上述推導(dǎo)的響應(yīng)時(shí)間。實(shí)驗(yàn)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境是內(nèi)部局域網(wǎng)，使用PC機(jī)仿真被管節(jié)點(diǎn)。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)娜渴侵鲃?dòng)包。主動(dòng)包的封裝格式(暫不考慮安全方面的參數(shù)項(xiàng))遵循ANEP協(xié)議，如圖2所示。第一項(xiàng)是“ANEP報(bào)頭”是遵循ANEP協(xié)議而封裝，具體報(bào)文頭可參見(jiàn)文獻(xiàn)[7]；第二項(xiàng)是“主動(dòng)代碼指針”，指示應(yīng)當(dāng)調(diào)用的主動(dòng)代碼，該指針是一個(gè)全局標(biāo)示符；第三項(xiàng)是“數(shù)據(jù)”，具體包括調(diào)用主動(dòng)代碼所需要的數(shù)據(jù)以及處理的狀態(tài)數(shù)據(jù)和返回給NMS的結(jié)果數(shù)據(jù)，所以該項(xiàng)是變長(zhǎng)的。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)節(jié)點(diǎn)發(fā)送“Ping”應(yīng)用主動(dòng)包，返回的結(jié)果是節(jié)點(diǎn)的IP地址和是否能夠Ping通的狀態(tài)標(biāo)志。

　　從圖4可看出，網(wǎng)絡(luò)傳輸速率v越大，系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間就越小。這與上述推導(dǎo)的公式也是相吻合的，從公式可以看出，當(dāng)其它參數(shù)保持不變時(shí)，系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間與網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率成反比。
　　主動(dòng)網(wǎng)是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)研究的熱點(diǎn)，主動(dòng)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用到許多網(wǎng)絡(luò)中(如多播、網(wǎng)絡(luò)擁塞等)，把主動(dòng)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)管理中，是主動(dòng)網(wǎng)應(yīng)用的一個(gè)新領(lǐng)域。本文提出了一種基于主動(dòng)網(wǎng)技術(shù)和策略管理相結(jié)合的網(wǎng)管邏輯體系結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)高效的分布式網(wǎng)絡(luò)管理，同時(shí)對(duì)該結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行了研究分析，并對(duì)研究結(jié)果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真。這種網(wǎng)管邏輯結(jié)構(gòu)集中了主動(dòng)網(wǎng)技術(shù)和策略管理的優(yōu)點(diǎn)，克服了策略管理的缺點(diǎn)；可實(shí)現(xiàn)管理策略實(shí)施的自動(dòng)化，管理策略定義和傳播機(jī)制的共享，為動(dòng)態(tài)定制網(wǎng)管服務(wù)提供了支撐；大量的管理任務(wù)可以在節(jié)點(diǎn)本地得到處理，從而減輕了NMS的負(fù)擔(dān)，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，減少了網(wǎng)絡(luò)流量，節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)帶寬資源。