一種基于Java技術的網絡管理軟件的設計方案

論文關鍵詞：網絡管理　軟件體系結構　Java　XML
　　論文摘 要：提出了基于Java技術的網管系統體系結構。這種結構是典型的三層體系結構：客戶表示層、中間服務提供層以及數據永久存儲層，同時對每層中涉及到的相 關技術進行了闡述，并給出了具體的實現方法。
　　１. 引言
　　隨著Web/Java技術的成熟及其在Internet上的廣泛應 用，網絡管理技術和模式迎來了又一次革命。在網絡管理領域，通過Web技術（如Web服務器，HTTP協議、HTML和Java語言等）來集成網絡管理系 統，就能夠獲得可運行于各種平臺的簡單有效的管理工具。特別是目前人們對計算機 網絡管理工具的要求已不僅僅局限于集中式管理模式，而要求網絡管理工具具有分布計算能力。近幾年來隨著Java、EJB[1]、XML[2]等技術的發展與成熟使人們對網絡管理的分布式要求已成為現實。
　 　2. 基于Web的網絡管理模式
　　網絡管理系統從結構上來說，由兩部分組成：管理應用層和為之提供服務的下層結構軟件。下層結構軟件包括管 理信息庫（MIB）、圖形化用戶接口（GNI）、網絡通信接口（NCI）。它們通過一組應用編程接口（API）向應用程序提供服務。
　　2.1 基于Web的網絡管理模式的特點
　　基于Web的網絡管理[3]之所以受到廣泛關注，是由于具有如下特點：
　　(1)分布性。沒有地 理位置的限制，適合于分布式網絡管理。
　　(2)跨平臺性。網管人員可以從任何平臺的任何一臺計算機上訪問網絡，這就解決了由多平臺異構而導致 的互操作性問題。
　　(3)成本低。界面更加友好，管理方式更加簡單方便，降低了網管成本。
　　(4)效率高，安全性好。采取瘦客戶 機/胖服務器模式，大量繁重的計算和存儲任務交給Web服務器完成，這樣提高了管理效率并使用戶能更靈活的操作網管系統，同時借助WWW的安全機制可以有 效的進行訪問控制、數據加密及服務器驗證。
　　2.2基于Web的網絡管理系統的實現方式
　　目前，隨著Web技術的流行和發展，在 網絡管理中普遍采用基于Web的網管技術。常用的基于Web的網絡管理技術有兩種：一種是基于嵌入式的網絡管理，將網管工作站嵌入到網絡端設備中，每個設 備都有自己的Web地址，網管人員可以通過瀏覽器訪問并管理設備，這種技術適合于小型網管系統，而且不利于擴展；第二種是基于代理的網絡管理，由代理程序 來管理設備，將管理程序加載到網管工作站中，通過SNMP協議與代理程序通信，瀏覽器通過HTTP協議或其它方式與網管工作站通信，這種技術使得瀏覽器與 網管工作站可以采用B/S（Browser/Server，瀏覽器/服務器）結構通信，軟件系統的部署、升級維護和數據備份只需在服務器端完成，客戶端無 需做應用程序的安裝和調試，極大地降低了系統總維護成本，加強了系統的穩定性和可擴展性。由于T比特路由器是核心路由器，用于大規模網絡，且對可擴展性有 較高要求，所以應采用基于代理的管理方法。其系統結構圖如圖1所示。 
  

　2.3基于Java的三層體系結構
　　作為一種計算機語言，Java是相當優秀 的。它具有面向對象、與操作平臺無關、可移植性、安全性和穩定性高等特點。同時，作為一種面向網絡編程的語言，Java又具有簡潔、多線程執行等特點。它 與Internet緊密結合，克服了原來CGI編程中存在的效率低下，實時性不高、系統資源占用率高等特點。
　　在T比特路由器項目中，利用 Java及相關技術，通過需求以及對網絡管理模型的層層抽象，可以建立三層網絡管理體系結構框架，具體說這三層分別是：客戶表示層、中間服務提供層以及后 端的數據永久存儲層。其中客戶表示層是基于HTML的；中間服務提供層又可分為兩層，一是前端服務器，另一個是后端服務器。其中前端服務器主要負責客戶與 后端服務器的交互，而后端服務器主要負責對被管設備的輪詢、狀態監控、數據采集以及與數據庫的數據交換等功能。
　　這種三層體系結構層次分明， 集開放性、高效性、可擴展性以及網絡安全性于一體，并且有利于各功能模塊并行研制及分工協作。T比特路由器網管軟件體系結構如圖2所示。
　　 3. 體系結構中功能實體
　　3.1被管實體
　　被管實體是整個被管理網絡中所有被管設備的集合，包括T比特路由器中的主控板、轉發 板等，其中每個被管設備均是一個SNMP節點，均符合SNMP協議，每個設備中都運行著SNMP代理,這一代理主要實現對該設備MIB信息的維護。它可以 通過SNMP、RMI、CORBA等協議與位于中間服務器層中的后端服務器進行通信，SNMP代理還可以主動的向后端服務器發送trap報文，同時后端服 務器向它進行主動輪詢。 
　　3.2數據存儲層
　　數據存儲層是通過關系數據庫對網管信息進行存儲的介質。它主要負責對永久數據的存 儲，這些數據包括設備的基本數據、性能數據、策略數據等。這些數據是由位于中間層的后端服務器經過與被管設備通信得到并存儲到數據庫中的。這些數據可能來 自于后端服務器對被管設備的主動輪詢，還可能來自被管設備向后端服務器發出的trap。客戶表示層可以根據需要，通過前端服務器——后端服務器——數據庫 來實現對永久數據存儲的寫操作。而對于客戶端僅僅是需要查詢所關心的數據時，它可以直接通過前端服務器來對數據庫進行查詢操作。數據存儲層與后端服務器間 是通過標準的JDBC進行通信，使數據存儲層不依賴于具體的RDBMS，這樣就保證了數據存儲層的可擴充性以及與存儲介質的無關性。存儲層中存儲著整個網 絡管理中的所有信息，通過對這些信息的各種操縱實現網絡管理功能。
　　3.3中間服務提供層
　　中間服務器層包括兩個服務器，一個是 前端服務器，另一個是后端服務器。更確切地說，每一個服務器都是一些功能服務器的集合。這些服務器是整個T比特路由器體系結構的核心部分，它們負責數據的 采集、數據的維護以及用戶的授權、認證等安全方面的任務。下面對這些服務器進行詳細地介紹。         
　　3.3.1后端服務器
　 　后端服務器執行服務器端的核心網絡管理任務，主要任務是完成故障管理、性能管理、安全管理、配置管理等。通過這些功能來對被管設備的信息進行維護，接收 并實現trap處理、事件處理、告警處理、數據采集、狀態輪詢等。這一層是整個T比特路由器網絡管理中的核心層，只有通過這一層才能采集并存儲網絡管理信 息到數據庫中。后端服務器負責維護與更新存儲在數據庫中的基于網絡事件、狀態輪詢、管理員操作等的信息模型。
　　后端服務器可以通過配置文件實 現定制，并能夠實現擴充。當前端與后端服務器運行在同一個JVM（Java Virtual Machine）上時，后端服務器可以通過Java API 的Socket來實現；當前端與后端服務器運行在分布式環境中，后端服務可以通過RMI來實現。后端服務器支持SNMP、CORBA等各種協議。
  　　    
圖2 T比特路由器網管軟件體系結構圖

　　3.3.2后端服務器實現的一些考慮
　 　(1)事件管理模塊；
　　(2)故障管理模塊；
　　(3)設備狀態輪詢模塊；
　　(4)配置模塊；
　　(5) 安全管理模塊。
　3.4前端服務器及相關技術
　　3.4.1前端服務器
　　前端服務器支持HTML客戶，其中所有的處理操作均在服務器端進行，而客 戶端瀏覽器僅將處理結果以報表、圖形、曲線等的形式來表示。前端服務器處理來自客戶端的請求，它形成了客戶端與服務器端的鏈接，后端服務器執行核心任務， 并將數據存儲到RDBMS中。這一處理操作主要是對后端數據庫進行直接的查詢操作，從圖2可以看出無論是前端服務器還是后端服務器均與數據庫相連，其中后 端服務器可以對數據庫進行存取操作，而前端服務器只能對數據庫進行讀操作。這兩個服務器與數據庫通信均采用標準的JDBC接口。如果客戶端請求對數據庫中 的數據進行寫操作，那么它只能通過后端服務器來進行。
　　前端服務器起到了雙重的作用，對后端服務器來說，它以客戶的身份出現；對客戶端來說， 它又起到服務器的作用。前端服務器起到了承前啟后的作用，它的主要功能是來處理客戶的請求，為客戶準備他們所關心的路由器狀態信息。
　　 3.4.2前端服務器與后端服務器的通信問題
　　前端服務器與后端服務器通信方式主要是依據這兩個服務器集合運行的分布程度來決定的。如果前端 服務器與后端服務器運行于同一個JVM上，那么兩者可以通過基于TCP的SOCKET協議進行通信，如果兩者是處于分布式運行環境中，則可以通過RMI協 議進行通信。
　　3.4.3前端服務器實現的一些考慮
　　由于客戶端基于Web，所以前端服務器要維護一個Web服務器。這一Web 服務器與Servlets綁定在一起，它維護著Servlets與JSP。Servlets通過RMI調用后端服務器所支持的API。在具體的實現中應考 慮下面的模塊：
　　(1)   事件服務器模塊；
　　(2)   告警服務器模塊；
　　(3)   狀態輪詢服務器模塊 等。
　　4. 網絡管理軟件的實現
　　 4.1前端與后端服務器數據的交換
　　位于中間層的前端與后端服務器可以通過XML來實現數據交換。XML是一種標準的數據交換語言，通過利用 XML使系統間的數據訪問變得更加容易。具體實現可以通過前、后端服務器中的XML解析器來對XML的語法及語義進行具體的分析與提取。通過靈活的配置文 件實現了應用的可擴充能力。
　　4.2客戶表示層
　　通過Web客戶端可以查看Ｔ比特路由器故障告警信息、路由器性能、各種統計圖及 進行路由器的配置等。通過瀏覽器，用戶可以直接對數據庫中不需要的信息進行刪除。
　　客戶表示層通過基于瀏覽器的方式來訪問中間服務層，這種訪 問包括兩種方式：一種為基于Web的Java客戶端，另一種是基于Web的HTML客戶端。基于Web的Java客戶端與前端服務器采用RMI、 CORBA、SOCKET或HTTP協議進行通信；基于Web的HTML客戶端采用HTTP協議實現與前端服務器的通信。這兩種基于Web方式的客戶端是 是目前在網絡管理中比較流行的方式。
　　4.3實現中涉及到的Java、Java相關技術以及XML技術
　　Java、Java組件 技術以及XML技術為開發T比特路由器網管系統提供了相當豐富的工具支持。

　　4.3.1XML技術
　　在現代網絡管理中，利用XML技術有利于實現管理信息交換與存儲的標 準化。例如在網管系統中不同權限的用戶所關聯的菜單功能是不同的，有些用戶只能對系統進行查詢，而有些用戶除了查詢功能外，還有修改功能。這樣對不同的用 戶可以通過XML作為配置文件來進行相應的功能定制，以滿足不同用戶對系統權限的需求與管理。利用XML作為配置文件，有效地增加了系統的靈活性與擴充 性。
　　4.3.2EJB技術
　　EJB技術提供了分布式組件模型，這一技術可以使開發人員將精力集中在解決自己業務方面的問題上， 而依靠J2EE平臺來解決系統級的復雜問題。這種側重點分離的開發方式有利于快速地開發出具有可擴充的、易于理解的以及高可靠性的應用軟件。前端服務器通 過利用EJB技術，可以實現許多的高級功能，如可擴充性、事物支持、數據庫集成及負載均衡等。
　　4.3.3Java Applet技術
　 　Java Applet是Java的小應用程序，以Class的形式嵌入到HTML，通過主頁發布到Internet，網絡用戶訪問服務器的 Applet時，Applet就下載到本地，然后在瀏覽器中由本地Java虛擬機解釋執行。Applet客戶端是實現網絡實時管理的有效工具。基于 swing的Applet客戶端彌補了純HTML客戶端與用戶互動性差的弱點。
　　5. 結束語
　　通過對T比特路由器網管系統的開 發，可以抽象并提出現代網絡管理系統的多層軟件體系結構模型。整個模型的體系結構層次分明，各層完成各自的任務。其中位于中間層的后端服務器完成網絡管理 的五大功能的核心部分，如故障告警、性能管理等。位于中間層的前端服務器起到連接客戶表示層與后端服務器的功能，處理客戶端的請求。當客戶請求對數據庫進 行寫操作時，直接將這種請求交給后端服務器來處理，通過后端服務器安全認證后，才可以進行相應的操作；當客戶請求對數據庫進行讀操作時，前端服務器可以直 接與數據庫通信，這樣就保證了數據的安全性。通過利用XML技術、Java及Java相關技術使開發的系統具有較強的可擴充性、安全性以及跨平臺性。這種 基于Web的網絡管理方式正是符合現代網絡管理的特點與要求，希望這種網管軟件體系結構對其它類似軟件具有借鑒與參考價值。
　　參考文獻
　　[1] Ed Roman, 精通EJB（第二版），電子工業出版社，2002
　　[2]陳會安，XML網頁制作 徹底研究，中國鐵道出版社，2003
　　[3]呂夢 雅，基于Java技術的網絡管理應用，河北省科學院學報第 19卷第3期，2002