校园网络监控系统的设计与实现_简单的校园网络设计和实现

　　摘 要： 在校园网络的具体应用中，监控系统提供主要的技术支撑。监控系统是任务调度、资源分配、性能调节的基础，其具有较强的数据监测能力和数据分析能力，为中间层的中间件、系统组件等提供基础数据信息。针对大学校园网的监控需求开展研究，设计和实现校园网网络监控系统，系统设计可以动态设置多层虚拟监控域，并对网络的监控区域进行分区监控。
　　关键词： 校园网络：监控系统；管理；设计
　　在校园网络的应用范围里，其自身具有较多的特点，如校园网的速度快、规模大，难于管理；计算机系统管理也相对复杂，涉及的层面较多；用户群体包括学生、老师等，尤其是学生群体具有一定的活跃性，在管理过程中必须予以相应的监控和管理；校园的网络环境必须具有开放性，这就给网络管理增加了难度；在管理费用上，由于学校的主要投入都应用于教学和师资建设，因此在这方面的管理资金有限；在网络中的盗版资源泛滥，难于统一和整合，也给整个校园网带来了诸多安全隐患等等。
　　基于以上问题，我们需要建立先进、科学的校园网络监控系统，保证系统可扩展性、安全性的同时，接受计算机高速发展以及计算机数量呈几何数字增长所带来的严峻挑战。本文的研究首先详细分析了校园网络的特点，同时剖析了目前网络监控系统的科研现状，并给出了层次分域监控系统的系统设计。本文最后通过实验方法，对监控系统的有效性进行理论验证，并给出系统的总体评价。
　　1 相关研究
　　1.1 校园网网络的特点
　　校园网网络的特点主要包括：网络资源具有集中性的特点，但在地理位置上却具有一定的分布格局；校园网的网络所覆盖地理范围相对较大，网络部署规模具有多性；校园网具有多级管理域，且用于大型科学计算的计算需求很多；一般校园网都是建立在CERNET平台上，网速快，可校外网的网速大多受到一定的约束；在逻辑结构设计方面，其结构虽然不十分复杂，可在设计过程中需要注意其异构性、动态性的特点。
　　1.2 校园网网络监控系统
　　目前，基于校园网网络监控体系结构GMA（Grid Monitoring）
　　在很多网格监控系统已经作为一种业内标准被广泛采用。GMA网络监控体系结构主要建立在“生产者消费者”模型的基础之上，通过此模型为网络提供一种网络监控系统能够实现互操作的系统体系架构，同时还可以给出系统的整体解决方案。在基于GMA的系统框架里，监控系统方案主要分为两个发展方向：即基于关系网格监控结构的R-GMA（Relative-Grid Monit
　　oring）以及基于层次结构的GLOBUS MDS。目前，在国内的很多相关研究，科研成果主要有GMA-C监控系统、GRIDMON监控系统等。这些监控系统均实现了树状结构的网络监控系统，在基于LDAP目录服务的框架内，将系统的动态信息、静态信息统一整合到LDAP目录中，并通过中间件技术解决校园网的接口问题，通过组件技术解决校园网络的网络安全问题。
　　采用集中式的存档管理是监控系统自身的特点，校园网中的节点数目相对较少，而将大量的监控数据信息暂存在数量相对较少数节点上，其必然降低了各个节点的网络传输性能和系统吞吐量。而且，现有的成型的监控系统中不具备可视化的操作界面，校园网络十分复杂，管理任务艰巨，因此完全不能满足校园网络的管理的基本需求，不能实现校园网络的人性化管理。基于校园网络环境的背景复杂，监控系统缺乏针对校园网络的通用监控平台来保证网络管理的正常运行。
　　2 校园网监控系统的设计与实现
　　2.1 监控系统的总体架构
　　在地理上与组织上，校园网网络资源普遍具有分布性和动态分布的特点。网络的“动态”和“分布”不等同于网络的无序划分，实际上很多网格资源都能够进行划分，划分后形成多个资源域，将每一个资源域进行独立划分后，由同一个组织管理网络资源组成，也可以有地理上相近的组织管理资源组成。一般情况下，在校园网络里，一个资源域由某一个实验室的监控设备构成，通过实验室集中对网络进行维护与管理。
　　在校园网络监控系统的设计中，按照监控目标所属的不同资源域的不同，节点中数据的暂存和整个网络的监控对象，按自上而下的方式被划分成若干区域，通过对这些区域进行集中、统一的管理，可以实现整个校园网的网络监控。监控系统的整体结构的划分也对应这种模式，将其划分成若干个可自治的本地资源域（LRD），每个资源域中配置有监控设备，由本地数据库、监控代理SMA（Sub Monitor Agent）和RAM（Resource Adaptor Middleware）三者构成。
　　在地理上或组织上层面，多层虚拟监控域包含了所有的资源域，且通过监控管理，可以对VMR监控范围进行调节。其中，S-VMR（即中心监控域）主要负责存储校园网全局网络数据，并对这些数据进行监控；而Portal主要负责从S-VMR中提取数据，并以图表形式进行显示后集中在客户端中进行发布；Unregister Agent（UA）和Register Agent（RA）同全局LDAP服务器按需求不同划定不同的监控范围，并交互实现VMR的注册操作和注销操作。
　　2.2 模块设计与实现
　　2.2.1 RAM设计
　　系统的RAM主要对信息收集处理模块和资源组管理模块（ICH和RGM）进行统一封装操作，并采用不同的策略和实现机制进行监控系统的模块化设计，以实现系统中间件的策略管理，保证系统的可扩展性和可移植性。
　　其中ICH（IMORMATION Collection Handling）模块主要实现网络传输数据的收集和处理，针对的目标是集群内的所有管理主机节点的粒度相对较细的数据。通过Socket传输模式，将监控信息定时、快速地传送给RGM（Resource Group Management），接受信息后对请求进行处理操作。
　　监控过程主要通过子进程实现，而子进程一般通过守护进程派生出来。校园网网络资源信息的类型有诸多种类，针对获取方式的不同，信息采集采用get Message()方法，而系统的子进程采用get Process()方法，对不同的集群提供的一整套统一的外部接口，通过对接口的调用实现监控信息的集中调用和数据的集中管理。在安装LSF以及安装DHPQ集群系统的计算机资源中，通过其提供的外部接口命令可以获取主机运行状态、主机数目等系统信息参数。
　　2.2.2 域监控器Monitor的设计
　　域监控器Monitor的设计主要在LDAP中展开。首先，监控系统在第一时间获取校园网网络环境中监控域主机的网络地址（IP地址），并通过定时传输的方式，由Monitor域监控器向静态Agent组件等中间件发送监控请求，请求对监控节点数据进行监控；其次，进行具体操作，如VMR注册、VMR注销，网络资源信息的获取等，所有操作均通过Agent组件动态调用的方式实现监控数据的处理。域监控器设计的开发平台采用IBM Aglet，基于Java语言的进行程序设计，本系统中设计和实现了多种Agent，可以实现不同的校园网络的监控需求。如下表1所示。
　　系统设计需提供了容错保障机制，保障机制主要分为数据库连接故障处理以及集群故障的处理，通过设置故障标志位（SQLLS Wrong，XXLS Wrong）的方式进行故障的排错操作。
　　3 系统总体测评
　　本文设计的校园网网络监控系统其系统目标是实现校园网网络资源的动态、科学管理，并对节点的数据进行分布式监控。系统的监控性能和监控指标均较高，其具有以下3大特色：
　　1）本监控系统对“域数据”公告服务进行统一的维护和管理，满足监控系统的低侵扰性原则，同时减了受控资源的额外开销。
　　2）设计过程中引入分层监控模型，将网络中各个计算节点进行分区域监控，并通过可变粒度划分建立与之对应的树状关系的VMR逻辑结构，通过LDAP提供的目录层次服务，实现局部监控与全局监控的物理隔离，有利于增强网络监控信息的管理，同时方便对监控服务进行扩展。
　　3）系统引入了动态Agent技术，设计实现了多种Agent，其可以对局部监控范围方便、灵活地进行动态更改，并可以自定义VMR。有效过滤校园网中的数据信息，并提供多种定制服务管理。
　　参考文献：
　　[1]丰燕华，构建实时的校园网络监控系统，提升主动网络管理能力[J].农业网络信息，2006.
　　[2]沈继涛、张君阳、胡海涛，校园机房网络监控系统的设计与实现[J].数字技术与应用，2012（3）.
　　作者简介：
　　林景升，沈阳理工大学计算机科学与技术专业毕业，辽宁职业学院信息中心技术人员，多年从网络管理与运维、系统监控管理等工作，有较强的专业实践能力。