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寬頻 匯流網路管理資訊系統之 研製 Design of Management Information System for Broadband and Convergence Networks

寬頻 匯流網路管理資訊系統之 研製 Design of Management Information System for Broadband and Convergence Networks. Speaker: Yung- Da Chen 陳永達 Supervisor: Dr. Kai-Wei Ke 柯開維 博士 Date: 2011/07/28. Outline. Motivation Background BCNMS Design System Implementation System Testing Conclusion Demo.

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寬頻 匯流網路管理資訊系統之 研製 Design of Management Information System for Broadband and Convergence Networks

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Presentation Transcript

  1. 寬頻匯流網路管理資訊系統之研製Design of Management Information Systemfor Broadband and Convergence Networks Speaker: Yung-Da Chen陳永達 Supervisor: Dr. Kai-Wei Ke柯開維 博士 Date: 2011/07/28

  2. Outline • Motivation • Background • BCNMS Design • System Implementation • System Testing • Conclusion • Demo

  3. MOTIVATION Motivation Goal

  4. Motivation • SNMP(Simple Network Management Protocol) • 最普遍使用的網路管理協定 • 相關研究針對協定本身、管理架構或特定管理功能 • SNMP-based網管系統 • Commercial NMS - 價格昂貴且設定複雜不易操作 • Open Source NMS– 功能常有缺漏不符使用 • IP匯流(Internet Protocol Convergence) 之趨勢 • 整合各種網路架構，以 IP 為主要傳輸協定(ALL-IP) • 提供異質網路管理平台 • 網管系統的擴充性與通用性

  5. Goal • 跨平台且為開放原始碼之通用型「寬頻匯流網路管理資訊系統」，簡稱 BCNMS • 監控與管理 • 網路流量、頻寬分配、服務品質與設備運作 • 避免網路中斷等狀況發生 • 提供學界或業界作推廣延伸 • 減少網管系統開發之前置作業 • 降低未來建置長期演進技術(LTE)、無線感測網路(WSN)及車用行動通訊網路(VANET)設計之門檻

  6. BACKGROUND Network Management OSI NM Architecture SNMP SMI MIB

  7. Network Management(NM) • Definition • OAM&P of Network and Services • OAM&P: Operations, Administration, Maintenance, and Provisioning • Goal • 管理網路資源 • 精確度、可靠性、有效性與安全性 • 確保服務品質(QoS)

  8. Manager OSINMArchitecture and Model • Organization Model • Agent • Object • Structure of Management Information (SMI) • Information Model • Management Information Base (MIB) • Network Management • Communication Model • Protocol Data Unit (PDU) • Configuration Management (CM) • Fault Management (FM) • Functional Model • Performance Management (PM) • Security Management (SM) • Accounting Management (AM)

  9. What is SNMP • 協定架構 • 參考 OSI 網路管理架構 • 不同於 ICMP (Internet Control Message Protocol) Ping (Packet Internet Grouper) • 可管理的設備 • 伺服器、工作站、路由器等 • 使用 SNMP 的主要優點 • 標準化 • 簡單易懂的網路管理協定 • 主要網通設備皆支援 • 允許分散式管理

  10. SNMP Community • 社群字串是 Manager 與Agent 之間的信任關係 • SNMP 最基本的安全限制 • 辨識管理群組 • 社群字串相同才可互相通訊 • 依社群名稱分配對應的存取模式 • Public 字串用於 read-only 社群 • Private 字串用於 read-write 社群 • 以純文字方式傳送 • 容易被攔截與利用 • SNMPv1 與 SNMPv2 的認證問題 • SNMPv3 以加密的方式提供認證服務

  11. Principle Operation poll poll GET/SET Port: 161 poll TRAPS Port: 162

  12. SMI (Structure of Management Information) • 定義管理物件結構 • 管理物件命名之基礎 • 樹狀階層架構，又稱物件樹或標準命名樹 • 定義管理物件屬性 • 名稱 (Name)：物件識別代號 (Object ID，簡稱OID) • iso.org.dod.internet或 1.3.6.1 • 語法 (Syntax)：描述物件的資料型別 • Syntax, max-access, status, description • 編碼 (Encode)：利用 BER執行編碼，以便透過網路傳送 • SMIv2 • SMIv1之擴充，定義新的資料型別

  13. SMI Object Tree ensure that each object gets a unique name OID: 1.3.6.1.2.1.x for internet people OID: 1.3.6.1.4.1.x for company or university

  14. MIB(Management Information Base) • 管理物件之集合 • 分層樹狀結構 • 具唯一識別之 OID • 虛擬資料庫概念 • 制定方式 • 由 IETF 制定標準 MIB 經由 RFC 文件發佈 • 廠商為設備制定私有 MIB 管理物件 • 廠商必須向 IANA 註冊私有 ID 供識別 • 目前版本 • MIB-II，所有支援 SNMP 設備都必須支援

  15. BCNMSArchitecture Design Module Design Architecture Requirement Analysis

  16. Module Design • 核心功能以模組化的方式設計 • Applet應用程式輔助管理操作工具 • 以模組化設計的目的： • 修改容易，不易對系統的其他功能造成影響。 • 能維持SNMP協定標準的彈性 • 有助於節省系統設計或更新網路管理功能的時間與Cost • 未來若須支援其它架構之網路管理協定或標準，也能夠輕易得到擴充

  17. Architecture • 分散式多層應用模型 • 表示邏輯-整合性模組 • JSP, Servlet • Applet Application • Authentication • 控制邏輯-通用性模組 • Session Beans • Entity Beans • 函式庫與工具 • SNMP4J, JFreeChart, JavaMail, Mibble-parser APIs • ICMP Ping, Database

  18. Implementation Integrated Module Functional Module Subsystem EnvironmentDeploy

  19. Integrated Module • 表示邏輯 (Presentation Logic) • 整合性模組 • GUI 模組：使用者操作介面、系統資料結構初始化、功能模組及子系統之整合 • 安全性認證模組：使用者認證、帳戶管理 • 效能監測模組：產生圖形化監測資料報表

  20. Functional Module • 控制邏輯 (Control Logic) • SNMP 操作處理模組：用 SNMP4J 分別處理 協定操作之 Get/Set 及 Response訊息 • 資料存取模組：以 JPQL 實作，保存系統設定與管理資訊 • Trap訊息分析模組：分析處理設備傳來之 Trap 與 Notification 訊息 • 管理設備搜尋模組：實作Broadcast/Unicast 搜尋可管理的 SNMP 網路設備 • 監測資料蒐集模組：以輪詢 (TimerInterval) 的方式蒐集設備監測資料並存入資料庫 • 設備狀態監控模組：週期性檢測設備狀態 • 錯誤通知模組：透過 JavaMail實作錯誤狀態通知，系統週期性檢查未處理之錯誤訊息

  21. Subsystem • SNMP MIBBrowser • 實作上須設定在用戶端執行的 Applet Policy • 透過MIB文件的管理，自動載入所需要的MIB文件 • 執行使用者端 SNMP 操作 • 以 URL 與 Server 做連結註冊管理物件 • Real-Time Trap Viewer • 取得系統最近一次收到的 Trap 訊息 • 在使用者端動態顯示 • 將 Applet 子系統封裝成 JAR 格式 • 嵌入 JSP 頁面

  22. EnvironmentDeploy

  23. CONCLUSION Conclusion NMS Comparison Future Work

  24. Conclusion • 本論文成功實作「寬頻匯流網路管理資訊系統」 • 符合 OSI 制定之網路管理需求 • 能提供通用之異質網路管理服務 • Web-based 網路管理操作介面 • 可跨平台運作 • 具開放原始碼特性 • 具良好擴充性

  25. NMS Comparison 系統特性比較表

  26. 系統功能比較表

  27. Future Work • CWMP(CPEWANManagement Protocol) • 設備自動化組態管理 • 軟/韌體更新 • 數位匯流頻寬控制 • 用戶端安全管理 • 網路拓樸搜尋 (Topology Discovery) • 網路拓樸階層架構搜尋 • 頻寬配置控管 • 自動化流量分析處理 • 透過資料探勘 (Data Mining) 技術，最佳化頻寬配置

  28. DEMO System Operation

  29. Thanks for your attention Q & A

  30. Appendix MIB-II Group RequirementAnalysis Integrated Module Functional Module

  31. MIB-II Group

  32. RequirementAnalysis • 系統功能需求 • 網路管理四大需求 OAM&P • 操作 (Operation)：維持網路平穩運行，監控網路狀態，盡早發現網路問題 • 監督(Administration)：持續追蹤網路資源及配置，保持管理範圍內網路都在管理系統控制之下 • 維護 (Maintenance)：著重網路設備之維護、更新和參數調整，以及錯誤修正和預防措施 • 配置 (Provisioning)：網路資源的分配和所提供之服務 • 功能需求 (FunctionRequirement) • FCAPS 五大基本管理功能： • 故障管理 (FM)、組態管理 (CM)、帳務管理(AM)、效能管理 (PM)以及安全管理 (SM)

  33. Integrated Module(1/3) • Graphical User Interface Module • 使用者操作介面 (JSPImplement) • JSP 標籤語法，如 <jsp:include> • 階層式樣式表 (CSS) • JavaScript 動態操作，如監聽使用者操作、確認對話框 • 嵌入 Applet 子系統應用程式 • 整合系統功能操作 (Servlet Implement) • Servlet 執行 doGet 與 doPost操作回應使用者之請求 • 網路管理功能操作 • 資料庫存取 • 系統資料結構初始化 • PageSwitcher • 回應 doGet 頁面切換 • 控制使用者請求之 HTTPSession 操作

  34. Integrated Module(2/3) • Security Authentication Module • 利用 WebServer 提供之 JDBCRealm實作 • 使用者身分認證與授權、帳戶管理 • Web Server 認證資料參數設定 • 建立使用者資料表及權限映對資料表，並設置外鍵 (Foreign Key) 限制，供伺服器執行授權之對映 • 設定伺服器認證方法 (Form) 以及權限名稱與範圍 • 設定伺服器權限使用者對映 (role-usermapping)

  35. Integrated Module(3/3) • Performance MonitorModule • StaticMonitor • 取得非圖形化資料 • Dynamic Monitor • 取得須圖形化分析資料 • JFreeChartAPI • 圖形資料處理程序 (兩筆資料差值) • 生成對應圖表類型 (Line-Chart/Bar-Chart) • 輸出圖檔

  36. Functional Module(1/6) • SNMPOperation HandleModule • SNMP4JAPI • SNMP-PDUTransport • 傳送 SNMP 請求之管理命令 • GetRequest(GetNextRequest, GetBulkRequest) • SetRequest • 接收設備回應之 SNMP 管理訊息 • GetResponse • 處理 SNMP 訊息並取得 OID之對應值 • 操作錯誤因素 • SNMP 協定問題 (SNMP 支援與版本、社群字串、管理物件) • GetRequest 問題 (max-access，syntax 型態，操作關閉) • 設備或網路問題 (防火牆、設備狀態、UDP 傳輸)

  37. Functional Module(2/6) • Data Access Module • JPA-JPQL (Java Persistence Query Language) • 動態產生資料表及關連 • 設定欄位屬性 • 建立操作函式 (SELECT、UPDATE、DELETE) • 建立欄位操作函式 (資料設定、取得及判斷) • 例如：使用者認證資料表UserEntity

  38. Functional Module(3/6) • Trap Message Analysis Module • Trap 訊息分析 • 一般 trap 訊息編號 • coldStart、linkUp等 • 企業識別代號 • 特殊 trap 訊息編號 • SNMPv1 • TRAP • SNMPv2, SNMPv3 • INFORM • NOTIFICATION

  39. Functional Module(4/6) • Agent Discovery Module • Broadcast Discovery • SubnetBroadcastIPAddress • Unicast Scan • IP RangeIncrease

  40. Functional Module(5/6) • Monitor Data Gathering Module

  41. Functional Module(6/6) • Agent Status Monitor Module • 設備狀態檢測 (Device Status) • 以固定週期對所有管理設備發送 ICMPPing 指令 • 更新設備回應狀態 • 監控狀態檢測 (Monitor Status) • 提供管理者確認設備監測執行之狀態 • Error Notification Module • JavaMail API • 取得管理設備之錯誤資訊 • Trap Message Analysis Module • Agent Status MonitorModule

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