通信設(shè)備的帶外網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘? 要：隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及設(shè)備數(shù)量的日益增多，傳統(tǒng)城域網(wǎng)設(shè)備的管理方式需要不斷調(diào)整和創(chuàng)新，這對(duì)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)提出了更高的要求。同時(shí)，通信運(yùn)營(yíng)商需要逐步脫離廠商提供的商業(yè)化網(wǎng)絡(luò)管理軟件，改為采用自行研發(fā)的開源軟件。文章從通信運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)管理方式的現(xiàn)狀出發(fā)，針對(duì)帶外網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的硬件和軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)、部署和應(yīng)用，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：帶外;網(wǎng)絡(luò)管理;管理軟件

中圖分類號(hào)：TN915.07;TP393? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2020）24-0070-03

Design and Implementation of Out-of-Band Network Management System for Communication Equipments

HU Yingfei

（China United Network Communications Company Limited Nanjing Branch Office，Nanjing? 210036，China）

Abstract：With the continuous expansion of network scale and the ever-increasing equipment quantity，the management way of traditional metropolitan area network equipments needs constant adjustment and innovation，which puts forward the higher requirement for network management system. At the same time，communication operators need to gradually break away from the commercial network management software provided by manufacturers and change to adopt self-developed open source software. The paper starts from the current situation of network management ways of communication operators，designs the hardware and software of out-of-band network management system，and carries out the experiment，deployment and application in the actual network. The system runs stably.

Keywords：out-of-band;network management;management software

0? 引? 言

網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)可對(duì)計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控和維護(hù)，確保在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)能夠第一時(shí)間通知負(fù)責(zé)人進(jìn)行故障定位，并做好相應(yīng)的排障工作。同時(shí)，網(wǎng)管系統(tǒng)還須具備一定的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備操縱能力。由此可見，網(wǎng)管系統(tǒng)自身就需要一個(gè)獨(dú)立、穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。對(duì)匯聚節(jié)點(diǎn)設(shè)備的有效管理，可以為維護(hù)工程師提供良好的工作環(huán)境，為運(yùn)行生產(chǎn)工作和故障維護(hù)工作提供清晰、準(zhǔn)確的信息源。其對(duì)于縮短排障時(shí)間，減少商業(yè)損失也起到至關(guān)重要的作用。因此，通信運(yùn)營(yíng)商對(duì)穩(wěn)定可靠的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的需求日益增長(zhǎng)。此外，目前已經(jīng)有部分企事業(yè)單位的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)運(yùn)維功能，如濟(jì)南大學(xué)的吳增海設(shè)計(jì)開發(fā)了校園網(wǎng)故障檢測(cè)與診斷系統(tǒng)，山東電信設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)了IP網(wǎng)管自動(dòng)化運(yùn)維管理系統(tǒng)，自動(dòng)運(yùn)維將成為日后網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的基本功能。

1.1? 研究背景

目前通信網(wǎng)工程中常見的網(wǎng)管系統(tǒng)為帶內(nèi)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，利用被管設(shè)備提供的業(yè)務(wù)通道來(lái)完成網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理的組網(wǎng)方式。在這種方式下，網(wǎng)管交互信息通過(guò)設(shè)備的業(yè)務(wù)通道進(jìn)行傳送。帶內(nèi)組網(wǎng)的特點(diǎn)是組網(wǎng)靈活，不需要在網(wǎng)絡(luò)中添加額外的功能性設(shè)備。

近年來(lái)也有通信網(wǎng)絡(luò)工程使用帶外網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)作為應(yīng)急管控系統(tǒng)。帶外組網(wǎng)是指借助被管設(shè)備外的其他設(shè)備所提供的通信通道來(lái)傳送網(wǎng)管信息，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理的組網(wǎng)方式。與帶內(nèi)組網(wǎng)相比，帶外組網(wǎng)可提供更為可靠的設(shè)備管理通路，其在被管設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)能夠及時(shí)定位網(wǎng)上設(shè)備信息并進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

1.2? 研究?jī)?nèi)容

針對(duì)生產(chǎn)工作中的實(shí)際需求研究并設(shè)計(jì)了帶外網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，包括以下內(nèi)容：

（1）基于帶外（out-of-band）連接方式，提出了帶外網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的基本架構(gòu)。系統(tǒng)硬件由設(shè)備端、傳輸端、網(wǎng)管端三個(gè)部分組成;系統(tǒng)架構(gòu)由用戶界面層、通信交互層、基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層四個(gè)邏輯層次組成;系統(tǒng)軟件由自動(dòng)巡檢、告警處理、日志和安全管理四個(gè)模塊組成。

（2）針對(duì)帶外網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)。設(shè)備端使用被管設(shè)備的ETH管理接口傳送網(wǎng)管信令，使用SDH傳輸網(wǎng)作為傳輸端，將網(wǎng)管信令輸送至網(wǎng)管端，最后使用網(wǎng)管信令匯聚交換機(jī)作為網(wǎng)管端的信令收斂設(shè)備將信令統(tǒng)一輸出至帶外網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)器。系統(tǒng)與公網(wǎng)的出口處安裝一臺(tái)防火墻，以保證網(wǎng)管系統(tǒng)的安全并提供遠(yuǎn)程接入功能。系統(tǒng)使用開源代碼，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)架構(gòu)的四個(gè)邏輯層次，基于模塊化思想編寫了四個(gè)軟件模塊。本文在運(yùn)營(yíng)商的實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)了以上設(shè)計(jì)。

2? 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1? 硬件設(shè)計(jì)

帶外網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)可分為設(shè)備端、傳輸端、網(wǎng)管端三個(gè)部分，如圖1所示。設(shè)備端主要包括被管設(shè)備;傳輸端主要包括SDH傳輸網(wǎng);網(wǎng)管端主要包括網(wǎng)管信令匯聚交換機(jī)、帶外網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)器、防火墻。

2.2? 軟件設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的帶外網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)使用Telnet協(xié)議實(shí)現(xiàn)網(wǎng)管內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備間通信功能。從傳統(tǒng)的手工指令輸入查詢轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣?dòng)運(yùn)行維護(hù)，重點(diǎn)在于交互模塊的運(yùn)用。交互模塊的主要關(guān)注對(duì)象是被管設(shè)備及其內(nèi)部設(shè)備配置和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，被管設(shè)備在帶外網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中被抽象為虛擬終端，交互模塊通過(guò)向虛擬終端機(jī)發(fā)送相應(yīng)指令的方式獲取所需數(shù)據(jù)，并通過(guò)返回值來(lái)判斷下一步操作。交互模塊的流程如圖2所示。

下文是交互模塊的代碼，通過(guò)模擬終端輸入的方式，網(wǎng)管系統(tǒng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作并抓取設(shè)備基礎(chǔ)信息：

import pexpect

import sys

import datetime

dt=datetime.datetime.now（）? #取當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間

today=datetime.date.today（）.strftime（'%Y%m%d'）? #日期時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)化，供文件名使用

ip=str（'192.169.2.10'）? #S9300內(nèi)網(wǎng)IP地址

user=str（'user'） #用戶名

password=str（'password'）? ? #密碼

child=pexpect.spawn（'telnet %s'%ip） #遠(yuǎn)程登錄

child.expect（'（？i）sername：'）? ? #讀取設(shè)備返回值

child.sendline（user）? ? #輸入用戶名

child.expect（'（？i）ssword：'） #讀取設(shè)備返回值

child.sendline（password）? ? #輸入密碼

fout=open（'/home/log'+today+'.txt'，'wb'）? #建立輸出文件

child.logfile=fout

child.expect（"＼>"）

print（'連接已建立'）

child.sendline（'display device'）

print（'設(shè)備基礎(chǔ)信息保存完畢'）

child.expect（"＼>"）

child.sendline（'quit＼n＼r'）

print（'退出'）

fout.close（）

功能模塊設(shè)計(jì)：帶外網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)軟件可分為自動(dòng)巡檢模塊、告警處理模塊、日志模塊、安全管理模塊四個(gè)功能模塊。軟件功能模塊架構(gòu)如圖3所示。

自動(dòng)巡檢模塊啟動(dòng)后，登錄被管設(shè)備并進(jìn)行輪巡，通過(guò)發(fā)送相應(yīng)指令，提取相應(yīng)設(shè)備的數(shù)據(jù)和狀態(tài)，收集設(shè)備信息并更新數(shù)據(jù)備份資源庫(kù)，保證資源庫(kù)實(shí)時(shí)更新并擁有歷史版本數(shù)據(jù)的備份。自動(dòng)巡檢模塊用于保證城域網(wǎng)內(nèi)被管設(shè)備的正常運(yùn)行，相應(yīng)資源能夠獲得定期備份，是帶外網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的核心功能。運(yùn)行結(jié)果的交互代碼為：

yoki@oob_server：～/pyt$ python3 disdev.py

連接已建立

設(shè)備基礎(chǔ)信息保存完畢

退出

yoki@oob_server：～/pyt$

告警處理模塊啟動(dòng)后，登錄被管設(shè)備并進(jìn)行告警查詢，根據(jù)帶外網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的實(shí)際需求，設(shè)定告警查詢時(shí)間節(jié)點(diǎn)（如三天內(nèi)所有告警）、告警查詢級(jí)別（僅查詢緊急告警，或查詢所有人工操作記錄等），針對(duì)不同類型的告警查詢方式進(jìn)行相應(yīng)的操作，如可將三小時(shí)的緊急告警回傳到本地，發(fā)送給相應(yīng)的維護(hù)工程師，也可將所有的人工操作記錄回傳到本地，使用符合SMTP協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的郵件將相關(guān)記錄發(fā)送給工程師主管，對(duì)人工操作進(jìn)行稽核。所有告警信息使用純文本格式文檔進(jìn)行存儲(chǔ)和傳送。如圖4所示。

日志模塊分為兩部分：

（1）被管設(shè)備的相關(guān)日志導(dǎo)出與備份功能。

（2）帶外網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)器自身的操作日志備份、導(dǎo)出與預(yù)警功能。

對(duì)被管設(shè)備而言，設(shè)備自身的登錄、操作、退出歷史將被記錄在設(shè)備內(nèi)部的存儲(chǔ)器中，日志模塊需要定期導(dǎo)出這些日志，以純文本格式將其傳送到帶外網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)器進(jìn)行備份。對(duì)帶外網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)器而言，需要記錄運(yùn)維工程師進(jìn)行的登錄、操作、退出歷史記錄，并將這些日志發(fā)送給管理員。日志模塊的功能實(shí)際上也是帶外網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)審計(jì)能力的體現(xiàn)。管理員可以定期對(duì)日志進(jìn)行查詢和統(tǒng)計(jì)，確保帶外網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)在安全的生產(chǎn)環(huán)境中運(yùn)行，相關(guān)運(yùn)維工程師的操作符合運(yùn)維規(guī)程。日志模塊同時(shí)也保證了設(shè)備歷史信息可回溯，在被管設(shè)備的基本配置和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)遭到致命破壞時(shí)，能夠通過(guò)備份的數(shù)據(jù)和日志進(jìn)行恢復(fù)。如圖5所示。

帶外網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)本質(zhì)上是一張專用局域網(wǎng)，考慮到運(yùn)維工作的實(shí)際需要，本研究引入了遠(yuǎn)程接入功能，因此需要考慮遠(yuǎn)程接入的安全性。安全管理模塊通過(guò)虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（VPN）保證用戶能夠從公網(wǎng)接入帶外網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，通過(guò)用戶名和密碼登錄VPN的方式保證了網(wǎng)管程序和服務(wù)器免遭第三方破壞。該模塊主要牽涉到VPN功能和賬號(hào)權(quán)限分配功能。

2.3? 功能特點(diǎn)

本文所設(shè)計(jì)的帶外網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)采用了帶外接入方式，網(wǎng)管信令和業(yè)務(wù)流量傳輸通道相互獨(dú)立，傳輸端采用目前較為成熟的SDH傳輸網(wǎng)，SDH傳輸網(wǎng)為環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，相比樹狀結(jié)構(gòu)的裸光纖接入更為穩(wěn)定，且具有主備倒換功能，便于及時(shí)進(jìn)行斷點(diǎn)尋址和排障。對(duì)VPN的訪問(wèn)基于防火墻進(jìn)行，由運(yùn)維工程師自行架設(shè)，具有較好的安全性。

3? 結(jié)? 論

本文設(shè)計(jì)的帶外網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，將現(xiàn)有的SDH傳輸網(wǎng)引入城域網(wǎng)作為網(wǎng)管系統(tǒng)的主要承載網(wǎng)，提高了網(wǎng)管信令傳輸?shù)姆€(wěn)定性。同時(shí)對(duì)開源網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)軟件的開發(fā)進(jìn)行了研究。本文的主要工作內(nèi)容總結(jié)為：

（1）針對(duì)目前被管設(shè)備的特性，選用ETH管理接口進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。

（2）選用較為成熟的SDH傳輸網(wǎng)作為網(wǎng)管信令承載網(wǎng)。

（3）基于Linux系統(tǒng)，使用Python語(yǔ)言開發(fā)了開源的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)軟件，采用模塊化設(shè)計(jì)，并可根據(jù)用戶需求進(jìn)行靈活修改。

本文所設(shè)計(jì)的帶外網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)目前已經(jīng)在作者的工作單位通過(guò)測(cè)試，并已正式投入到生產(chǎn)環(huán)境中使用。作為帶內(nèi)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的補(bǔ)充，帶外網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)可以在舊系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)快速響應(yīng)，供運(yùn)維工程師使用。帶外網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)提供了與帶內(nèi)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)相似的用戶交互界面，運(yùn)維工程師學(xué)習(xí)成本低。自動(dòng)化運(yùn)維功能也減少了運(yùn)維工程師的重復(fù)性人工勞動(dòng)，其運(yùn)行效果得到工程師們的一致認(rèn)可。

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作者簡(jiǎn)介：胡應(yīng)非（1989.10—），男，漢族，江蘇南京人，運(yùn)維工程師，工程碩士，研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。