CN103780439B - 基于简单网络管理协议snmp的网络时间服务管理系统 - Google Patents

Abstract

一种基于SNMP的网络时间服务管理系统，用于对网络终端的时间进行管控，以使网络终端的时间高度统一和便利于管理，系统设有一台网络时间管理服务器和多个用于时间管理的网络时间服务终端。网络时间管理服务器以网页方式提供当前网络时间的服务状态，并与系统管理员交互，记录当前和历史数据；通过SNMP接口与系统内的各个网络时间服务终端通信，获知每个终端的当前时间运行状态，并对其进行参数设置。网络时间服务终端为具有网络通信能力和支持NTP的终端。本发明系统的指令简单、通信协议标准、通信内容明确，且SNMP技术支持加密，使得网络管理信道的安全性高，解决了现有技术采用自有协议，在防火墙配置和安全性上存在较大问题与不便的缺陷。

Description

基于简单网络管理协议SNMP的网络时间服务管理系统

技术领域

本发明涉及一种基于简单网络管理协议SNMP(Simple Network ManagementProtocol)的网络时间服务管理系统，以使网络系统中的各个网元能够在执行网络时间协议NTP(Network Time Protocol)的过程中受到保护和监控，并达到很好的时间同步效果，提高NTP的同步精准度，用于标记事件和干扰的时间；属于数据交换网络中的监测装置和用于不同类型的交换系统网络之间的连接装置的技术领域。

背景技术

随着网络规模的不断扩大和速度的迅速提升，以及分布式网络的出现，网络时间协议NTP已经部署于网络中的大部分终端，包括各类网络终端、服务器以及移动终端。网络时间协议已经成为网络时间服务的事实标准。

NTP技术的目的是用于使得网络内所有具有时钟的终端实现时钟同步，让网络内的所有终端的时钟保持一致，从而使终端能够提供基于统一时间的多种应用。对于运行NTP的本地系统，既可以接受来自其他时钟源的同步，也可以作为时钟源同步其他的时钟，还可以和其他终端互相同步。对于网络中的各台终端来说，如果只是依靠管理员手工输入命令来修改系统时钟是不可能实现同步的，不但工作量巨大，而且也不能保证时钟的精确性。通过NTP可以迅速地使得网络中每个终端实现时钟同步，同时还能够保证很高的精度。

NTP技术的优势如下：1、采用分层的方法定义时钟的准确性，可以迅速同步网络中所有终端的时间。2、支持访问控制和MD5验证。3、可以选择采用单播、组播或广播的方式发送协议报文。

现有的NTP技术大都围绕在网络时间的精确对时上，但是，并未有相关技术对其进行有效的管理。人们无法得知网络时间服务器和网络时间服务终端的时间是否运行正常，其时间是否存在着抖动、时钟是否失效、是否存在两两之间的无法访问等等问题。这对于网络时间服务这个互联网基础服务的稳定运行有着很大的影响。网络管理员无法得知网络时间服务器的运行状态，无法对其进行有效的监控与管理，一旦出现问题后，很可能需要很长时间才能被人发现。

论文《CERNET中NTP服务器的测量和分析》描述了下述情况：在CERNET网络时间服务运行5年以后，大部分网络时间服务器都出现了服务不稳定的情况。并且其时间偏差较大。这些信息只能由研究人员通过外围测量的方式得到。而网络时间服务器的管理者却很难得到当前服务运行的确切状况，助长了这种偏差情况的出现。此外，在该篇文章中，作者还开发了一个NTP服务器扫描程序，用以对NTP服务器的运行状态进行远程测量并进行分析。但是，主动测量又带来了网络负载增大的情况，测量结果也会收到网络当前质量的影响。

现在，市场上所有的解决该问题的方法都仅限于网络时间服务器制造商所提出的解决方案：也就是对该公司的服务器进行监控与管理。而且，各个不同公司的服务器无法进行协同工作，网络管理员的管理方法存在方法缺失或过于繁琐等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于简单网络管理协议SNMP的网络时间服务管理系统，本发明系统能够让网络管理员使用该系统非常便利地实时监控网络中各个终端的网络时间服务的运行状态，并对网络时间服务终端的网络时间服务进行设置与管理。

为了达到上述目的，本发明提供了一种基于简单网络管理协议SNMP(SimpleNetwork Management Protocol)的网络时间服务管理系统，用于对网络中的终端时间进行管理和控制，以使网络中的终端时间实现统一和便利于管控；其特征在于：所述系统设有一台网络时间管理服务器和多个用于时间管理的网络时间服务终端，其中：

网络时间管理服务器，由网络数据处理功能强大的计算机或服务器组成，负责采用网页方式提供当前网络时间的服务状态，并作为与系统管理员的交互界面，记录当前和历史数据；通过SNMP接口与该系统内的各个网络时间服务终端进行通信，获知每个终端当前的时间运行工作状态，并对其进行参数设置；设有：用户界面、设置管理模块、监控模块、数据库和SNMP接口模块五个组成部件；该网络时间管理服务器的五个组成部件的功能如下：

用户界面，负责与系统管理员进行人机交互：系统管理员通过Web方式的浏览器、手机或智能终端访问该系统的网络时间管理服务器，获得统一的显示效果；系统管理员通过用户界面与设置管理模块、监控模块和数据库分别进行通信，以便从这三个模块中获取所需信息，并将系统管理员的管控指令传递给对应的模块；

设置管理模块，负责接收系统管理员的管控指令，将管控指令翻译为SNMP接口模块所需的参数后，再传递给SNMP接口模块；该设置管理模块的设置内容包括：网络时间服务的网络时钟参考源及其相应参数、网络时钟参考源的加密方法和密钥、目标网络时间服务终端的网络时间服务密码与加密方式；

监控模块，负责通过SNMP接口模块获得网络时间服务终端当前的网络时间服务的运行状态，并实时传递给用户界面；同时还将历史数据记录在数据库中，以供后续查阅，获得完整的网络时间服务运行曲线；监控指标包括：目标网络时间服务终端的当前时间、当前时间抖动与当前时间偏移，目标网络时间服务终端与时钟参考源之间的当前时间抖动、当前时间偏移和目标网络时间服务终端与时钟参考源两者之间的网络时延；

数据库，负责存储来自监控模块记录的所有网络时间服务终端中的网络时间服务运行情况的数据，并供监控模块和用户界面的查询；还存储有：网络时间服务终端列表、系统管理员的用户数据、以及用户界面的信息；

SNMP接口模块，负责将来自网络时间服务终端的各种请求或消息转换为SNMP协议中的参数获取GET或参数设置SET的消息，并通过网络与各个网络时间服务终端进行交互通信；

网络时间服务终端，为具有网络通信能力和支持网络时间协议NTP的终端，增设有顺序连接的下述三个部件：网络时间协议NTP模块、NTP-SNMP模块与SNMP接口模块；该网络时间服务终端增设的三个组成部件的功能如下：

网络时间协议NTP模块，负责将该网络时间服务终端的本地时钟与时钟参考源的时间保持一致，该模块能够支持包括本地参考源与网络参考源的多个时钟参考源，以供NTP-SNMP模块查询；

NTP-SNMP模块，负责将SNMP接口模块发来的状态数据请求转换成NTP模块的接口定义形式，以使网络时间管理服务器能够获取该网络时间服务终端NTP模块的当前运行状态数据；该NTP-SNMP模块还负责将网络时间管理服务器的NTP设置请求转换为NTP模块的配置参数，以及监控NTP模块的运行情况：一旦发生意外，立即将告警信息通过SNMP接口模块实时发送给网络时间管理服务器；

SNMP接口模块，负责将该网络时间服务终端自身的各种请求或消息转换为SNMP协议的GET或SET消息，并通过网络与各个网络时间服务终端和网络管理服务器进行通信。

本发明管理系统的创新关键技术是：该网络时间服务管理系统由网络时间服务管理服务器和网络时间服务终端组成，且系统使用SNMP对NTP进行管理，也就是系统不进行NTP的主动测量，所有获得的检测数据都是根据NTP常规通信获得的。而且，只需在普通网络终端上安装NTP-SNMP模块，就能够使得该终端被网络时间服务管理服务器所管理与监控，故本发明管理系统实现容易，便于推广应用。管理系统的监控指标包括：目标网络时间服务终端的当前时间、当前时间抖动、当前时间偏移；目标网络时间服务终端与时钟参考源之间的当前时间抖动、当前时间偏移以及两者之间的网络时延。

本发明管理系统的创新优点和效果是：

因为SNMP是一个通用协议，已在现代网络中被广泛用于网络时间服务终端的管理与监控。本发明基于SNMP的网络时间服务管理系统具有指令简单、通信协议标准、通信内容定义明确的优点，并且，SNMP技术支持加密，提高了网络管理信道的安全性。从而较好地解决了现有技术大部分使用自有协议，在网络防火墙配置以及安全性上都存在较大问题与不便的缺陷。

本发明基于SNMP的网络时间服务管理系统立足于每个网络时间服务终端的本地时间测量结果，具有分布式测量的优势，即测量结果更加精准；并且降低了网络时间服务管理服务器的测量负载。且在本发明系统中，网络时间服务管理服务器只需要与各个网络时间服务终端进行SNMP通信，就能够得到各个网络时间服务的关键指标。而现有技术主要集中于单点测量，通过一台测量服务器对全部终端的网络时间服务进行远程测量，其测量结果受到当前网络传输质量的影响较大，并且对测量服务器的负载很大，投入成本较高。

对于整个网络而言，本发明网络时间服务管理系统具有能够长期稳定工作、测量准确、对网络影响小的诸多特点。传统的网络时间测量是基于突发式的测量，属于被动式测量，容易造成网络系统的工作不稳定。而且，本发明管理系统中，各个网络时间服务终端作为测量节点执行主动测量功能，具有长期稳定工作的特点。且因测量数据结果来自于NTP协议本身，不会增加网络测量的流量，仅仅增加网络数据传输的流量，大大减小了网络时间测量对网络的影响。

附图说明

图1是本发明基于SNMP的网络时间服务管理系统结构组成示意图。

图2是本发明实施例中的网络时间服务管理服务器的模块结构组成图。

图3是本发明实施例中的网络时间服务终端的模块结构组成图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。

参见图1，介绍本发明基于SNMP的网络时间服务管理系统的结构组成。本发明管理系统的设计初衷是：使其可以对网络终端的时间进行有效管理，使得网络中的终端时间具有高度统一性与管理的便利性。

本发明系统是由一台网络时间管理服务器和多个用于时间管理的网络时间服务终端所组成，下面分别介绍这两种设备的结构组成：

(一)网络时间管理服务器，由网络数据处理功能强大的计算机或服务器组成，负责采用网页方式提供当前网络时间的服务状态，并与系统管理员进行交互和记录当前数据和历史数据；通过SNMP接口与该系统内的各个网络时间服务终端进行通信，获知每个终端当前的时间运行工作状态，并对其进行参数设置；设有：用户界面、设置管理模块、监控模块、数据库和SNMP接口模块五个组成部件。这些组成部件的功能介绍如下：

用户界面：负责与系统管理员进行人机交互：系统管理员以Web方式浏览器、手机或智能终端访问该系统的网络时间管理服务器，获得统一的显示效果；系统管理员通过用户界面与设置管理模块、监控模块和数据库分别通信，以便从这三个模块中获取所需信息，并将系统管理员的管控指令传递给相应模块。

设置管理模块：负责接收系统管理员的管控指令，将管控指令翻译为SNMP接口模块所需的参数后，再传递给SNMP接口模块；该设置管理模块的设置内容主要包括：网络时间服务的网络时钟参考源及其相应参数、网络时钟参考源的加密方法和密钥、目标网络时间服务终端的网络时间服务密码与加密方式。

监控模块：负责通过SNMP接口模块获得网络时间服务终端当前的网络时间服务的运行状态，并实时传递给用户界面；同时还将历史数据记录在数据库中，以供后续查阅，获得完整的时间服务运行曲线；监控指标包括：目标网络时间服务终端的当前时间、当前时间抖动与当前时间偏移，目标网络时间服务终端与时钟参考源之间的当前时间抖动、当前时间偏移和两者之间的网络时延。

数据库：负责存储来自监控模块记录的所有网络时间服务终端中的网络时间服务运行情况的数据，并供监控模块和用户界面的查询；还存储有：网络时间服务终端列表、系统管理员的用户数据、以及用户界面的信息。

SNMP接口模块：负责将来自网络时间服务终端的各种请求和/或消息转换为SNMP协议中的参数获取(GET)或参数设置(SET)的消息，并通过网络与各个网络时间服务终端进行交互通信。

(二)网络时间服务终端，为具有网络通信能力和支持网络时间协议NTP的普通终端，增设有顺序连接的下述三个部件：网络时间协议NTP模块、NTP-SNMP模块与SNMP接口模块。这三个组成部件的功能说明如下：

网络时间协议NTP模块：负责将该网络时间服务终端的本地时钟与时钟参考源的时间保持一致，该模块能够支持包括本地参考源与网络参考源的多个时钟参考源，以供NTP-SNMP模块查询。

NTP-SNMP模块：负责将SNMP接口模块发来的状态数据请求转换成NTP模块的接口定义形式，以使网络时间服务管理服务器能够获取该网络时间服务终端NTP模块的当前运行状态数据。此外，该NTP-SNMP模块还负责将网络时间服务管理服务器的NTP设置请求转换为NTP模块的配置参数，以及监控NTP模块的运行情况：一旦发生意外，立即将告警信息通过SNMP接口模块实时发送给网络时间服务管理服务器。

SNMP接口模块：负责将该网络时间服务终端自身的各种请求或消息转换为SNMP协议的GET或SET消息，并通过网络与各个网络时间服务终端和网络管理服务器进行通信。

本发明基于SNMP的网络时间服务管理系统的工作方法是：

网络时间服务管理服务器采用浏览器的网页方式提供当前网络时间的服务状态，并作为与系统管理员的交互介面；系统管理员访问该网页，就接入该网络时间服务管理系统，能够在该系统中检测各个网络时间服务终端的当前网络时间服务运行状态，并对各个网络时间服务终端的网络时间服务进行配置。另外，由于NTP协议基于层级结构，所以根据网络时间服务终端的运行数据可以获知各个网络时间服务终端的当前网络时间协议的层级和时间参考源的层级；再根据网络时间服务管理服务器与网络时间服务终端的两者联通关系绘制网络时间服务系统的拓扑图。并且，当该系统中的某个或多个网络时间服务终端的网络时间服务状态值超过阈值时，就自动触发告警，并向系统管理员提示该系统中出问题的原因和定位具体位置。

本发明已经进行了多次仿真实施试验，下面简单介绍实施例的情况：

CERNET(中国教育网)三期中，申请人部署了一套本发明仿真实施系统。整个系统由38台网络时间服务终端和一台网络时间服务管理服务器所构成。由一台Linux服务器作为网络时间服务管理服务器，将其设置于教育网中，开放它的TCP/80端口作为管理员访问WEB的接口。在Linux服务器上部署Apache Web Server与PHP模块开发了用户界面、设置管理模块与监控模块，并编写相应的接口。SNMP接口模块使用NET-SNMP模块实现(参见图2所示)。

网络时间服务终端是使用NTPD作为NTP模块，使用Python模块编写了NTP-SNMP模块，SNMP接口模块与网络时间服务管理服务器同样是使用NET-SNMP模块实现的(参见图3所示)。

实施试验运行时，由网络时间服务管理服务器连接网络时间服务终端，对其进行管理与监控。经过多达数十天的仿真实施试验，实验结果的测试数据表明，该系统和方法的仿真试验是成功的，实现了发明目的。

Claims (1)

1.一种基于简单网络管理协议SNMP(Simple Network Management Protocol)的网络时间服务管理系统，用于对网络中的终端时间进行管理和控制，以使网络中的终端时间实现统一和便利于管控；其特征在于：所述系统设有一台网络时间管理服务器和多个用于时间管理的网络时间服务终端，其中：

网络时间管理服务器，由网络数据处理功能强大的计算机或服务器组成，负责采用网页方式提供当前网络时间的服务状态，并作为与系统管理员的交互界面，记录当前和历史数据；通过SNMP接口与该系统内的各个网络时间服务终端进行通信，获知每个终端当前的时间运行工作状态，并对其进行参数设置；设有：用户界面、设置管理模块、监控模块、数据库和SNMP接口模块五个组成部件；该网络时间管理服务器的五个组成部件的功能如下：

用户界面，负责与系统管理员进行人机交互：系统管理员通过Web方式的浏览器、手机或智能终端访问该系统的网络时间管理服务器，获得统一的显示效果；系统管理员通过用户界面与设置管理模块、监控模块和数据库分别进行通信，以便从这三个模块中获取所需信息，并将系统管理员的管控指令传递给对应的模块；

设置管理模块，负责接收系统管理员的管控指令，将管控指令翻译为SNMP接口模块所需的参数后，再传递给SNMP接口模块；该设置管理模块的设置内容包括：网络时间服务的网络时钟参考源及其相应参数、网络时钟参考源的加密方法和密钥、目标网络时间服务终端的网络时间服务密码与加密方式；

监控模块，负责通过SNMP接口模块获得网络时间服务终端当前的网络时间服务的运行状态，并实时传递给用户界面；同时还将历史数据记录在数据库中，以供后续查阅，获得完整的网络时间服务运行曲线；监控指标包括：目标网络时间服务终端的当前时间、当前时间抖动与当前时间偏移，目标网络时间服务终端与时钟参考源之间的当前时间抖动、当前时间偏移和目标网络时间服务终端与时钟参考源两者之间的网络时延；

数据库，负责存储来自监控模块记录的所有网络时间服务终端中的网络时间服务运行情况的数据，并供监控模块和用户界面的查询；还存储有：网络时间服务终端列表、系统管理员的用户数据、以及用户界面的信息；

SNMP接口模块，负责将来自网络时间服务终端的各种请求或消息转换为SNMP协议中的参数获取GET或参数设置SET的消息，并通过网络与各个网络时间服务终端进行交互通信；

网络时间服务终端，为具有网络通信能力和支持网络时间协议NTP的终端，增设有顺序连接的下述三个部件：网络时间协议NTP模块、NTP-SNMP模块与SNMP接口模块；该网络时间服务终端增设的三个组成部件的功能如下：

网络时间协议NTP模块，负责将该网络时间服务终端的本地时钟与时钟参考源的时间保持一致，该模块能够支持包括本地参考源与网络参考源的多个时钟参考源，以供NTP-SNMP模块查询；

NTP-SNMP模块，负责将SNMP接口模块发来的状态数据请求转换成NTP模块的接口定义形式，以使网络时间管理服务器能够获取该网络时间服务终端NTP模块的当前运行状态数据；该NTP-SNMP模块还负责将网络时间管理服务器的NTP设置请求转换为NTP模块的配置参数，以及监控NTP模块的运行情况：一旦发生意外，立即将告警信息通过SNMP接口模块实时发送给网络时间管理服务器；

SNMP接口模块，负责将该网络时间服务终端自身的各种请求或消息转换为SNMP协议的GET或SET消息，并通过网络与各个网络时间服务终端和网络管理服务器进行通信。