基于XML的网络管理设计与实现

　　随着计算机网络的爆炸性发展，其规模不断扩大，复杂性不断增长，传统的基于SNMP的网络管理系统及基于Web的网络管理系统在网络管理方面的局限性日益突出，因此迫切需要新的网络管理系统。新的网络管理系统需要新技术的支持。XML（Extensible Markup Language）即可扩展标记语言，它与HTML一样，都是SGML（Standard Generalized Markup Language,标准通用标记语言）。Xml是Internet环境中跨平台的，依赖于内容的技术，是当前处理结构化文档信息的有力工具。扩展标记语言XML是一种简单的数据存储语言，使用一系列简单的标记描述数据，而这些标记可以用方便的方式建立，虽然XML占用的空间比二进制数据要占用更多的空间，但XML极其简单易于掌握和使用。XML的简单使其易于在任何应用程序中读写数据，这使XML很快成为数据交换的公共语言，虽然不同的应用软件也支持其它的数据交换格式，但不久之后他们都将支持XML，那就意味着程序可以更容易的与Windows、Mac OS, Linux以及其他平台下产生的信息结合，然后可以很容易加载XML数据到程序中并分析他，并以XML格式输出结果。

　　1  背景及相关技术

　　1.1 基于SNMP的网络管理

　　1990年，IETF提出了简单网络管理协议（Simple Network Management Protocol，SNMP），SNMP（Simple Network Management Protocol,简单网络管理协议）的前身是简单网关监控协议（SGMP），用来对通信线路进行管理。随后，人们对SGMP进行了很大的修改，特别是加入了符合Internet定义的SMI和MIB：体系结构，改进后的协议就是着名的SNMP。SNMP的目标是管理互联网Internet上众多厂家生产的软硬件平台，因此SNMP受Internet标准网络管理框架的影响也很大。现在SNMP已经出到第三个版本的协议，其功能较以前已经大大地加强和改进了。使用SNMP进行网络管理需要下面几个重要部分：管理基站，管理代理，管理信息库和网络管理工具。管理基站通常是一个独立的设备，它用作网络管理者进行网络管理的用户接口。基站上必须装备有管理软件，管理员可以使用的用户接口和从MIB取得信息的数据库，同时为了进行网络管理它应该具备将管理命令发出基站的能力。

　　1.2 基于Web的网络管理

　　基于Web的网络管理（Web-based Management，WBM）就是将Web技术运用到网络管理中，将浏览器作为客户端与用户进行交互，将Web技术的优势充分用于网络管理。目前，WBM的实现方式主要有2种。（1）代理方式：将Web服务器与Manager集成到一台服务器上。（2）嵌入方式：直接将Web服务器嵌入网络设备，浏览器可以利用HTML通过HTTP直接和网络设备中的Web服务器进行通信。

　　当前，WBM的开放标准主要有2个。（1）基于Web的企业管理（Web-based Enterprise Management，WBEM）：1996年由微软公司提出，目前已经得到了多家厂商的支持。它实际是一个面向对象的Web应用，其真正目标是实现现有的网络管理标准和协议的集成。（2）Java管理应用程序接口（Java-Management Application Programming Interface，JMAPI）：是Sun公司作为它的Java标准扩展API结构而提出的，实际是一个完整的网络管理应用程序开发环境，充分利用了Java语言的跨平台、面向对象、适于分布式等特点，通过增加媒体间应用接口来实现Web浏览器与网络设备之间协议的转换。

　　1.3 XML及相关技术

　　XML是一种元标记语言，于1998年由World Wide Web Consortium（W3C）标准化，用于在WWW上进行文档交换。它具有SGML和HTML的双重优点，可以方便地在多种协议上传输结构化数据。XML本身具有很多优点：分离了文档的内容和显示格式，利用层叠样式单（Cascading Style Sheets，CSS）或可扩展样式单语言（eXtensible Stylesheet Language，XSL）来多样化显示同一个XML文档；运用文档类型定义（Document Type Definition，DTD）和XML模式（XML Schema）来支持文档的结构化定义；利用XLink、XPointer、XML Base扩展了链接功能；利用XML Encryption、XML Signature提高安全性；利用文档对象模型（Document Object Model，DOM）和XML简单应用程序接口（Simple APIs for XML，SAX）为XML文档的处理提供标准接口。XML是一个底层构建模块，其他技术都是建立在XML之上，因此XML完全适合于网络管理。在网络管理方面，XML也具有很多优点：管理信息易于模型化；把SNMP MIB的结构信息或Telnet（SSH，SSL）命令转换为XML文档非常容易；在信息传输时只要支持HTTP的设备就可支持XML；可以性传输大量数据；保证管理信息的高安全性等。

　　2  用XML表示管理信息

　　2.1 XML对SNMP管理信息的表示

　　XML Schema的作用是定义一份XML文档的合法组件群，就像DTD的作用一样，一份XML Schema：定义了可以出现在文档里的元素；定义了可以出现在文档里的属性；定义了哪些元素是子元素；定义了子元素的顺序；定义了子元素的数量；定义了一个元素应是否能包含文本，或应该是空的；定义了元素和属性的数据类型；定义了元素和属性的默认值和固定值 ；XML Schema与SNMP MIB的对应转换关系如表1所示。

　　根据表1的对应规则，可以将SNMP MIB2转换成的XML Schema如下：

　　<?xml version=″1.0″ encoding=″utf-8″？>

　　<xsd：schema xmlns：xsd=″Http：//www.w3.org/2000/10/

　　XMLSchema″>

　　<xsd：element name=″Mgmt″>

　　<xsd：complexType>

　　<xsd：sequence>

　　<xsd：element ref =″Mib-2″/>

　　</xsd：sequence>

　　<xsd：attribute name=″oid″type=″xsd：string″use=″fixed″

　　value=″1.3.6.1.2″/>

　　</xsd：complexType>

　　</xsd：element>

　　<xsd：element name=″Mib-2″>

　　<xsd：complexType>

　　<xsd：sequence>

　　<xsd：element ref=″NodeName″/> …

　　</xsd：sequence>

　　<xsd：attribute name=″oid″type=″xsd:string″use=″fixed″

　　value=″1.3.6.1.2.1″/>

　　</xsd：complexType>

　　</xsd：element>

　　<xsd：element name=″NodeName″>

　　<xsd：complexType>

　　<xsd：simpleContent>

　　<xsd：restriction base=″xsd：string″>

　　<xsd：sequence>

　　<!--下MIB子对象的XML Schema定义-->

　　<xsd：element ref=″NodeName″/> …

　　</xsd：sequence>

　　<xsd：attribute name=″oid″type=″xsd:string″use=

　　″fixed″value=″OidValue″/>

　　<xsd：attribute name=″Access″type=″xsd:string″use=

　　″fixed″value=″AccessType″/>

　　<xsd：attribute name=″Status″type=″xsd：string″use=

　　″fixed″value=″StatusType″/>

　　<xsd：attribute name=″Description″type=″xsd：string″

　　use=″fixed″value=″DescriptionText″/>

　　<xsd：attribute name=″Reference″type=″xsd：string″

　　use=″fixed″value=″ReferenceType″/>

　　<xsd：attribute name=″Index″type=″xsd：string″use=

　　″fixed″value=″IndexList″/>

　　<xsd：attribute name=″DefaultValue″type=″xsd：string″

　　use=″fixed″value=″DefaultValue″/>

　　</xsd：restriction>

　　</xsd：simpleContent>

　　</xsd：complexType>

　　</xsd：element>

　　</xsd：schema>

　　2.2 用XML表示Telnet（SSH，SSL）管理信息

　　它初是由ARPANET开发的，但是现在它主要用于Internet会话。它的基本功能是，允许用户登录进入远程主机系统。起初，它只是让用户的本地计算机与远程计算机连接，从而成为远程主机的一个终端。它的一些较新的版本在本地执行更多的处理，于是可以提供更好的响应，并且减少了通过链路发送到远程主机的信息数量。Telnet服务虽然也属于客户机/服务器模型的服务，但它更大的意义在于实现了基于Telnet协议的远程登录（远程交互式计算），那么就让我们来认识一下远程登录。

　　Telnet（SSH，SSL）命令的一般格式如下：

　　#CommandName  options  parameters

　　其中CommandName是命令名，options是命令选项，parameters是命令操作参数。Telnet（SSH，SSL）命令与XML Schema的对应转换关系如表2所示。

　　根据表2中的对应关系，Telnet（SSH，SSL）命令转换成的XML Schema如下所示：

　　<?xml version=″1.0″encoding=″utf-8″？>

　　<xsd：schema xmlns：xsd=″Http：//www.w3.org/2000/10/

　　XMLSchema″>

　　<xsd：element name=″CommandName″>

　　<xsd：attribute name=″options″type=″xsd：string″value=

　　″optionsValue″/>

　　<xsd：attribute name=″parameters″type=″xsd：string″

　　value=″parametersValue″/>

　　</xsd：element>

　　</xsd：schema>

　　除了可以用XML表示命令，还可以表示返回结果。

　　3  基于XML的网络管理系统模型

　　基于XML的网络管理是在基于Web的网络管理环境下用XML来表示、传输、处理、存储和显示管理信息。它用XML文档来定义管理信息，以XML文档的形式交换和处理管理信息。但XBM（XML-based Management）必须能管理当前广泛使用的基于SNMP Agent的网络设备及传统的基于Telnet（SSH，SSL）的网络设备，才具有真正的实用价值。为了在XBM中集成对多种网络设备的管理，可以根据嵌入Agent的种类把当前的网络设备分为3类：（1）基于SNMP代理的网络设备。它可以通过SNMP协议与基于SNMP的Manager通信，这是当前广泛使用的网络设备。（2）基于Web代理的网络设备。它以XML/HTTP的方式直接与基于XML的Manager通信，这是当前正在研究的网络设备。（3）基于Telnet（SSH，SSL）代理的网络设备，可以通过Telnet（SSH，SSL）命令行的方式来收集这类网络设备的信息或对其进行配置管理。根据基于XML的网络管理的基本要求，如图1所示。

　　图1中的XBM模型采用了分层的结构，主要分为4层：第1层以Web浏览器作为客户端，与用户进行数据交互，并通过HTTP协议与下一层交换XML格式的管理信息。利用CSS或XSL来实现用XML文档表示的管理信息的多样化显示，真正实现“同一数据，多样显示”。第2层是一个服务器工作站，其中的Web服务器主要负责与上一层的客户端通信。管理服务器不但实现传统网络管理的功能，而且还负责管理下一层的转换网关。发出XML格式的Request，接收XML格式的Response，以处理XML文档的标准方法进行分析处理。利用XML Encryption和XML Signature技术保证用XML表示的管理信息的传输安全性；利用HTTP的Get方法实现SNMP的3种操作（Set、Get和Trap）及传统的Telnet（SSH,SSL）的命令行操作。第3层包括2个转换网关：（1）XML-SNMP转换网关实现XML文档和SNMP信息的互相转换。解析来自上一层的XML格式的Request，生成SNMP格式的Request，并通过SNMP协议传送到下一层基于SNMP代理的网络设备；解析来自下一层的SNMP格式的Response，生成XML格式的Response，并通过HTTP协议传送到上一层。（2）XML-Telnet（SSH，SSL）网关实现XML文档和Telnet（SSH，SSL）命令及命令执行结果的互相转换；解析来自上一层的XML格式的Request，生成Telnet（SSH，SSL）格式的Request，并通过Telnet（SSH，SSL）协议发送到下一层基于Telnet（SSH，SSL）代理的网络设备；解析来自下一层的命令执行返回的Telnet（SSH，SSL）格式的Response，生成XML格式的Response，并通过HTTP协议传送到上一层。第4层是3种被管网络设备，其中的Agent负责接收来自上一层的Request，收集所需管理信息，给出Response。

　　XBM不但可以实现传统的基于SNMP网络管理系统的所有功能，而且解决了SNMP的2个比较突出的局限性。在效率方面，管理服务器可以发出命令，Agent执行多次，但通过网关的整合后返回的仅是一个XML文档。这样会大大减少要传输的数据量，并且使XML-SNMP网关越靠近SNMP Agent，传输的网络流量就越少。因为XBM是在基于Web的环境下使用XML技术的，所以它还继承了WBM的所有优点。此外，XBM还具有其他许多优点：（1）在系统设计上具有标准化的数据结构、清晰的定义、准确的编码方式和统一的访问接口。（2）在系统性能上，数据传输可靠性高，可传输大量管理信息，互操作性好，网络负载低，延迟小。（3）具有平台无关性，可以运行在多种操作系统之上，可以管理异构复杂网络。（4）用XML本身的安全机制来提高管理信息传输的安全性。（5）能管理多种网络设备，能以基于Web的方式对网络设备进行配置管理。

　　4  结论及进一步的研究

　　本文提出了一种新的XBM模型，它使用XML来表示、传输、处理和显示网络管理信息。该模型除可以直接管理基于Web的网络设备外，还利用2个网关实现了对传统的基于SNMP的网络设备和基于Telnet（SSH，SSL）网络设备的管理。但仍然有一些工作需要进一步深入研究。在该系统模型中若加入一层网关，当性请求大量管理信息时，可提高效率。

  

参考文献:

[1]. MIB datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/MIB_2043408.html.