CN104683190A

CN104683190A - 一种网管被管网络模拟系统及其模拟方法

Info

Publication number: CN104683190A
Application number: CN201510136484.7A
Authority: CN
Inventors: 户江民; 付林强; 邱权; 向红; 张毅; 但春; 贾海海; 文小琴; 陈治国
Original assignee: Chongqing Jinmei Communication Co Ltd
Current assignee: Chongqing Jinmei Communication Co Ltd
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2015-03-26
Publication date: 2015-06-03

Abstract

本发明公开了一套网管被管网络模拟系统及其模拟方法，该系统运行于单台PC计算机上。本系统可对网络要素进行建模，利用人机交互式图形界面实例化网络要素，并进行网络拓扑布设，根据网络拓扑的布设自动计算并生成相应的网络参数，将网络参数与实际模拟拓扑进行关联；自动将网络参数映射到单个设备的管理信息数据库中，供网管进行管理和监控。本发明的有益增益效果是用户可通过实时手动或者脚本算法自动调整网络拓扑，由此测试网管系统对网络拓扑变化的反应灵敏性等。利用本模拟系统能够进行大规模复杂组网拓扑模拟，且网络拓扑可灵活规划，大大提高网管系统的开发效率、增强网管的功能稳定性、提高网管系统的性能、简化测试及培训流程。

Description

一种网管被管网络模拟系统及其模拟方法

技术领域

本发明涉及一种计算机模拟及仿真技术，主要涉及到通信设备模拟、设备组网模拟技术、多代理技术、虚拟IP技术、面向对象技术等领域。

背景技术

现有的网络管理系统都是以与其对应的实际网络为依托，实现网络拓扑绘制和网络管理、网络监视的功能。网络管理系统的开发到实际应用过程中存在如下几个问题：在网络管理开发阶段，软件开发速度往往比网络设备的开发速度快，因而对设备的管理功能要等到设备开发完成才能够进行测试验证，拖延项目的开发进度。在组网测试阶段及软件使用培训过程中，往往难以搭建一个大规模、设备齐全、组网方式多样化的网络，除了资金、场地等问题外还存在实际网络的连接关系错综复杂等问题，使用人员难以对网络形成整体概念，难以布设，增加了测试、培训难度。

为了解决网管测试问题，一些网管测试软件也应运而生，如《一种实现仿真设备代理的方法》（中国专利公开号：CN100358297C）、《一种基于SNMP网络管理的模拟器》（中国专利公开号：CN102546260A）、《网络管理软件测试方法及系统》（中国专利公开号：CN101534227B）、《网络状态的模拟系统及其模拟方法》（中国专利公开号：CN103634154A）等等。经分析，发现现有技术都存在着无法模拟全网网络拓扑、不便于管理拓扑与模拟拓扑的对比、不能快速定位问题、无法模拟设备在各种组网拓扑环境下的关联性参数、无法实现模拟网络拓扑的灵活调整等问题。因而无法实现对网管的全面测试和培训工作，无法在实际使用过程中对不同组网拓扑下网管功能进行测试，导致某些只有在特殊拓扑环境、特定组网规模下才能暴露的问题无法得到充分暴露。

发明内容

本发明提出了一套网管被管网络模拟系统及其模拟方法，该系统旨在解决现有网络模拟系统存在的缺陷，即无法模拟全网网络拓扑、无法模拟设备在各种组网拓扑环境下的关联性参数、无法实现网络拓扑的灵活规划和模拟、不能对网络拓扑管理进行模拟、无法实现对网管的全面测试和培训工作、无法在实际使用过程中对不同组网拓扑下网管功能进行测试等等。在此前提下本发明提出了功能更全面、实用性更强的系统及其模拟方法。本发明的系统能够根据网络实际拓扑规划搭建模拟环境，并模拟网络中的节点、设备和连接方式等，将全网的网络拓扑呈现给用户，使其可以通过修改模拟拓扑或设备参数等方式实现对全网拓扑的控制。

网络模拟系统为一套纯软件系统，运行于计算机操作系统之上，网管系统和网络模拟系统可以部署在同一PC机上，也可以分别部署于两台PC机通过以太网连接。对于网管模拟设备而言，其关键点在于设备MIB数据的形成。网络模拟系统以友好的图形化人机交互界面展现整个操作窗口，操作员在该界面上通过拖拽设备、节点、连接等方式进行整个模拟网络的规划搭建，根据模拟网络的需求搭建一个多设备、多种组网方式覆盖的仿真网络。在整个仿真网络布设完成之后，通过网络参数映射，将该仿真网络的各种数据分解映射到单个网络设备的MIB表项中。网管系统和网络模拟系统之间通过发送和接收简单网络管理协议SNMP报文数据进行信息交互。网络模拟系统接收网管系统的操作命令，协调内部各工作模块将模拟网络中的信息反馈给网管系统，网管系统对反馈信息的处理，并以友好的方式呈现给用户。在模拟系统上用户可以通过手动操作或者设置一系列的批处理命令来控制某些链路的通断，由此来仿真真实环境中一些异常状态，用户可通过图形化界面直观比对网管系统与模拟系统的网络拓扑、设备参数等。

网络模拟系统能全面、高效、准确的工作得益于内部各模块间的协调作用，主要包括网络建模、网络规划、业务数据管理、数据库存储、SNMP协议、虚拟代理等核心模块。本系统可对网络要素进行建模，利用人机交互式图形界面实例化网络要素，并进行网络拓扑布设，业务管理模块根据网络拓扑的布设自动计算并生成相应的网络参数，使网络参数与实际模拟拓扑进行关联；SNMP协议模块自动将网络参数映射到单个设备的管理信息数据库中，供网管进行管理和监控；针对单个设备，将其规划IP地址虚拟映射到计算机管理接口上，便于接受网管的管理。

下面就单个模块的功能和工作原理进行阐述。

网络建模模块：本模块主要功能是实现对网络要术的建模。根据实际网络中各要素的功能和特点，生成模拟网络中相应的要素，具备与实际网络要素相同的功能和特点，每一种要素的值可以固定也可以在后续自动生成。

网络规划模块：本模块主要实现网络拓扑的规划。用户根据模拟网络的实际需求，对模拟网络进行规划。首先完成骨干网网络规划，接着完成通信专业子网规划，通过指定相关的网络参数，形成网络拓扑基础数据。

业务数据管理模块：本模块主要实现参数自动生成。业务管理模块根据网络规划模块布设的网络拓扑数据自动计算并生成相应的网络参数，参数将保存在数据库中，供网管代理进行访问。当网络拓扑发生变化时，本模块会重新生成相应的网络参数，并更新数据库，为用户提供实时的网络变化情况。

数据库存储模块：本模块为网管拓扑的呈现提供实时的数据来源。采用oracle数据库存储，支持读写各种数据操作，保护其内容免受非法暴露、更新或破坏。因本模拟系统涉及到的数据流量大，所以对数据库的管理要求高。通过采用数据库表和数据库操作独立设计的方法，减少数据存取前后的格式转换，从而提高了数据库表利用率和数据访问效率。

SNMP协议模块：实际网络中每个设备都有相应的管理MIB，当网管需要查询某项信息时只需要发送相应的OID就能获取。为模拟这种管理方式，本系统采用MIB映射管理手段，自动将业务数据管理模块生成的网络参数映射到单个设备的管理信息数据库中，网管要对某个设备进行管理的时候，只需要操作该设备的管理信息数据库就能达到模拟实际管理的效果。

虚拟代理模块：实际网络中，网管对某个设备进行管理，需要知道该设备的管理IP地址作为其SNMP协议数据包的目的地址。然而在模拟网络环境下，根本就找不到这样的设备，所以将单个设备规划的IP地址虚拟映射到计算机管理接口上，网管需要管理某个设备时只需要发送SNMP数据包到相应的虚拟接口，然后由SNMP协议模块映射到该设备上。

IP映射模块：本模块主要完成多设备IP地址的映射和路由寻址，同时该模块也是网管交互的接口。实际网络中，网管对某个设备进行管理，是以设备的IP地址为索引，并将其作为SNMP协议数据包的目的地址，在网络中去寻找该地址的设备。然而在模拟网络环境下，根本就找不到这样的设备，所以将单个设备规划的IP地址虚拟映射到计算机管理接口上，网管需要管理某个设备时只需要按照正常的流程发送SNMP数据包到网络中，然后通过路由寻址找到该设备IP地址。

本发明的有益技术效果是：利用一套纯软件来模拟仿真整个复杂的网络环境及网络中的各种设备，节约硬件成本，便于操作控制；能够模拟全网网络拓扑，本模拟系统打破了以往模拟单设备、单节点的局限，通过网络规划在地图或逻辑图上布设网络中的节点和设备等，实现对节点和设备数据信息的模拟，网管对网络中的这些信息进行处理，最终以人机交互式图形界面的形式将全网网络拓扑呈现给用户；模拟拓扑灵活调整，用户可以根据实际需要设定网络中的节点或设备数量及连接方式，也可以通过增删节点或设备、更改连接方式等来灵活控制网络拓扑；显示动态拓扑，网管通过SNMP数据包不仅可以管理本模拟系统中的节点或设备的参数进而形成静态的全网拓扑图，更能动态地调整全网拓扑图，能够手动或通过批处理命令动态调整某节点的参数变化以模拟某条拓扑连接的通断，将动态的网络拓扑图呈现给用户；能够实现网管的全面测试，实际网络中由于设备、组网方式、连接关系等灵活多样，要实现对网管的全面测试不仅需要解决资金、场地、人力等问题，还需要实时改变网络中的参数和连接关系，实现起来比较复杂困难。而用本模拟系统可以模拟实际网络中灵活多样的设备、组网方式和连接关系等，在PC机上就能实现，保证网管测试可行性的同时又大大减少了开销；便于培训工作的展开，以往的培训方式难以使学员对整个网络形成整体拓扑，只能凭空想象，既增加了培训难度又达不到培训效果。应用本模拟系统，能够让学员对网络拓扑或网络中的节点设备形成直观形象的视觉效果，网络连接出现异常时能够更快速地找出发生原因并解决，这样不仅提高了学员的学习兴趣，也减小了培训难度。

附图说明

图1、本发明的系统模块图；

图2、网络建模；

图3、网络规划；

图4、业务数据；

图5、数据存储；

图6、虚拟代理；

图7、IP映射；

图8、模拟网络部署示例。

具体实施方式

本发明提出了一套网管被管网络模拟系统及其模拟方法，该系统旨在解决现有网络模拟系统存在的缺陷，即无法模拟全网网络拓扑、无法模拟设备在各种组网拓扑环境下的关联性参数、无法实现网络拓扑的灵活规划和模拟、不能对网络拓扑管理进行模拟、无法实现对网管的全面测试和培训工作、无法在实际使用过程中对不同组网拓扑下网管功能进行测试等等。在此前提下本发明提出了功能更全面、实用性更强的系统及其模拟方法。本发明的系统能够根据网络实际拓扑规划搭建模拟环境，并模拟网络中的节点、设备和连接方式等，将全网的网络拓扑呈现给用户，使其可以通过修改模拟拓扑或者设备参数等方式实现对全网拓扑的控制。

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰明确，现对其具体实施方式进行详细阐述。

网络设备的管理核心就是对设备管理表项的数据汇总进行处理，而模拟网络环境的所有变化结果最终将以管理表项的数据变化进行体现，在此实质基础上，网管被管网络模拟系统的模块以两条流程线进行描述，最终汇聚到设备的管理表项上（参见图1）。要实现对整个被管网络的模拟，其首先要解决的问题就是如何设计制作整个模拟网络的网络环境（网络拓扑），指定网络环境中节点数量，节点间组网连接关系及各种网络要素参数设定。其中一条流程线是实现对模拟网络的网络建模，完成网络建模后根据实际模拟拓扑的预案进行模拟网络规划搭建，通过规划拓扑的耦合关系，结合设备的参数属性特性，将模拟拓扑的数据映射到设备的管理表项中。另外一条流程线是网络管理系统通过正常的网络管理接口实现对模拟网络的管理，该流程线中需要实现被管系统的虚拟代理功能以及对管理命令进行合理分解对应的IP映射功能，最终实现根据管理命令的IP地址寻址到模拟网络中对应的设备对象实例，利用虚拟代理功能，将设备管理表项中的数据与网络管理系统的管理命令进行匹配。

关于网络建模模块：本模块主要功能是实现对网络要素进行建模（参见图2）。本模块通过面向对象设计方法将实际网络中的要素在模拟系统中以人机交互式图形界面呈现，这些要素包括但不限于网络中的交换设备、电台/卫星设备、装载平台、通信子网等。结合实际设备在网络中的功能和特点，生成模拟网络中相应的要素，具备与实际网络要素相同的功能和特点，如：交换设备具有设备IP、接口类型、路由交换等属性，装载平台具有装载设备、内部连接、对外接口等属性。每一种属性的值可以固定也可以在后续自动生成。网络要术建模模块作为本系统的基础，为后续的模拟网络搭建提供基本设备、链路模型。

网络规划模块：本模块主要实现网络拓扑的规划（参见图3）。用户根据模拟网络的实际需求，对模拟网络进行规划。首先在地理视图或者逻辑视图上布设装载平台及它们之间的连接，并指定骨干网频率、拓扑等网络参数，完成骨干网网络规划；接着对通信专业网络进行布设，这些通信专业网络包括但不限于卫星子网、超短波电台网、指挥所无线局域网、高速电台网、光纤环网，并指定相关的网络参数；通过规划可在地理视图和逻辑视图上搭建一个有线、无线混合的复杂网络拓扑，并将网络拓扑采用图形化界面直观地展现给用户。网络规划模块是布设模拟网络的关键，为业务数据管理模块提供数据支撑。本模块可提供直观的人机操作界面，管理员可在操作界面上实现对模拟拓扑的手动调整，由此来模拟网络中的组网变化、信道通断等功能。

业务数据管理模块：本模块主要实现参数自动生成（参见图4）。业务管理模块根据网络规划模块布设的网络拓扑数据自动计算并生成相应的网络参数，这些参数包括但不限于连接信息、设备信息、拓扑信息、路由信息等，将这些参数自动生成到设备的管理表项中，与实际模拟拓扑进行关联，实现一一对应关系。业务数据管理模块生成的参数将会保存在数据库中，供网管代理进行访问。当网络拓扑发生变化时，本模块会重新生成相应的网络参数，并更新数据库，为用户提供实时的网络变化情况。业务数据管理模块可读取指定格式的批处理配置文件，根据批处理配置文件的参数动态调整网络的拓扑、设备参数，并将调整后的数据及时反馈映射到设备的管理表项中，实现对网络拓扑的动态调整模拟。

数据库存储模块：本模块为网管拓扑的呈现提供实时的数据来源，如图5所示。由于本模拟系统与网管系统之间通过发送和接收SNMP报文进行信息交互，（采用对应设备的管理信息库内容进行数据库表设计不通顺）。如交换机IP信息、交换机路由信息、传输设备频率信息等，这样就减少数据存取前后的格式转换，提高数据库存取效率。因本模拟系统涉及到的数据流量大，对数据库的管理要求高，采用面向对象的方法进行数据库操作设计，提高了数据访问效率。

虚拟代理模块：本模块完成设备代理的虚拟，如图6所示。实际网络中每个设备都有相应的管理信息库，当网管发送SNMP指令和OID（对象标识）时，本模块通过解析指令和OID并反馈相应操作来实现真实设备的信息交互。操作命令包括Get、Get-Next、Set、Response、Trap，其中Trap用于设备单向发起的命令。OID（对象标识）采用管理信息库映射手段，自动将业务数据管理模块生成的网络参数映射到单个设备的管理信息库中，网管对设备某条信息进行管理的时候，只需要发送对应的OID（对象标识）就能达到模拟实际管理的效果。

IP映射模块：本模块主要完成多设备IP地址的映射和路由寻址，同时该模块也是网管交互的接口，如图7所示。实际网络中，网管对某个设备进行管理，需要知道该设备的管理IP地址，作为SNMP协议数据包的目的地址，在网络中去寻找该地址的设备，然而在模拟网络环境下，根本就找不到这样的设备，所以采用将单个设备规划的IP地址虚拟映射到计算机管理接口上，网管需要管理某个设备的时候只需要按照正常的流程发送SNMP数据包到网络中，然后通过路由寻址找到该设备IP地址。

对于设备IP地址的映射，目前采用将设备对象实例的IP地址直接映射到网卡上的方式进行设计，在一个六节点组网的模拟网络中（参见图8），网络管理系统与被管网络模拟系统分别部署在两台PC计算机上，将网络管理系统部署的PC计算机的IP地址设置为192.168.0.3，将网络管理系统计算机的网关IP地址设置为被管网络模拟系统部署的PC计算机的IP地址192.168.0.1，同时将被管网络模拟系统的网关地址也设置为自身的PC计算机IP地址192.168.0.1，这样网络管理系统就可以与被管网络模拟系统进行正常通信。同时需要将被管网络模拟系统模拟设备的IP地址10.0.1.1、10.0.2.1、10.0.3.1、10.0.4.1、10.0.5.1、10.0.6.1配置到PC2的计算机网卡上（一张网卡可以配置多个IP地址），这样当网络管理系统要访问网络模拟设备的时候就可以直接通过网络设备的IP地址进行访问。在此种情况下，关于IP寻路的设计本专利给出一种实现方式，利用PowerTCP的Dart\SNMP Agent作为模拟代理的基础库，每一个网络设备都生成一个模拟代理实例，

procedure TfrmMain.StartAgent(); //创建Agent,用来虚拟模拟设备的代理

var

TmpAgent : TAgent;

begin

cmdFireTrap.Enabled := False;

// Set reference for uptime

TickCountRef := GetTickCount;

// Attempt to open the local port (161 is standard agent port)

try

//创建网络设备1代理

TmpAgent := TAgent.Create(self);

TmpAgent.OnResponse := BaseAgent.OnResponse;

TmpAgent.OnRequest := BaseAgent.OnRequest;

TmpAgent.Open(161,'10.0.1.1');

AgentManager.AddObject('网络设备1代理', TmpAgent);

//创建网络设备2代理

TmpAgent := TAgent.Create(self);

TmpAgent.OnResponse := BaseAgent.OnResponse;

TmpAgent.OnRequest := BaseAgent.OnRequest;

TmpAgent.Open(161,'10.0.2.1');

AgentManager.AddObject('网络设备2代理', TmpAgent);

//创建网络设备3代理

TmpAgent := TAgent.Create(self);

TmpAgent.OnResponse := BaseAgent.OnResponse;

TmpAgent.OnRequest := BaseAgent.OnRequest;

TmpAgent.Open(161,'10.0.3.1');

AgentManager.AddObject('网络设备3代理', TmpAgent);

//创建网络设备4代理

TmpAgent := TAgent.Create(self);

TmpAgent.OnResponse := BaseAgent.OnResponse;

TmpAgent.OnRequest := BaseAgent.OnRequest;

TmpAgent.Open(161,'10.0.4.1');

AgentManager.AddObject('网络设备4代理', TmpAgent);

//创建网络设备5代理

TmpAgent := TAgent.Create(self);

TmpAgent.OnResponse := BaseAgent.OnResponse;

TmpAgent.OnRequest := BaseAgent.OnRequest;

TmpAgent.Open(161,'10.0.5.1');

AgentManager.AddObject('网络设备5代理', TmpAgent);

//创建网络设备6代理

TmpAgent := TAgent.Create(self);

TmpAgent.OnResponse := BaseAgent.OnResponse;

TmpAgent.OnRequest := BaseAgent.OnRequest;

TmpAgent.Open(161,'10.0.6.1');

AgentManager.AddObject('网络设备6代理', TmpAgent);

except

on E:Exception do

begin

if E.HelpContext = 10048 then // port in use

SetStatus('Port is in use! Not Listening ', False)

else

SetStatus('Unknown Error (' + IntToStr(E.HelpContext) + ')', False);

exit;

end;

// 尝试建立主动汇报代理

try

TrapAgent.Open(0,'');

cmdFireTrap.Enabled := True;

except

on E:Exception do

begin

Application.MessageBox(PChar('The Agent used for sending traps could not be started. The trap sending feature is disabled.'), PChar('ERROR #' + IntToStr(E.HelpContext)), MB_ICONWARNING);

end;

如此设计之后，从网卡上接入的所有SNMP报文都会进入到BaseAgent的Request函数中，在该函数中对所有的消息进行统一分类处理，对于单记录查询来说，统一在HandleGet函数中处理，对于设备实例的虚拟寻址就可以在HandleGet函数中进行处理。

procedure TfrmMain. BaseAgent.Request(Sender: TObject);

var

TmpAgent : TAgent;

begin

// Fires when request comes in. Get and Set Responses are handled automatically

TmpAgent := TAgent(Sender);

// Update Value of sysUpTime

SetVariableValue('sysUpTime', (GetTickCount - TickCountRef) / 10);

if (TmpAgent.Message.Type_ = snmpGet1) or (TmpAgent.Message.Type_ = snmpGet2) then

HandleGet(TmpAgent);

if (TmpAgent.Message.Type_ = snmpSet1) or (TmpAgent.Message.Type_ = snmpSet2) then SetReq := True;

if (TmpAgent.Message.Type_ = snmpGetNext1) or (TmpAgent.Message.Type_ = snmpGetNext2) then

HandleGetNext();

end;

在HandleGet函数中根据代理查找命令的实际IP地址来进行设备实例的寻址，核心代码如下：

procedure TfrmMain.HandleGet(Sender: TObject);

var

v: ISnmpVariable;

temp :WideString;

tmpstr : WideString;

TmpAgent : TAgent;

tmpne : NetElement;

tmpint : OleVariant;

begin

// Respond with next variable

TmpAgent := TAgent(Sender);

If TmpAgent = nil then exit;

Try

//根据访问代理的IP地址查找到对应的设备实例网元

tmpne := TNLManager.Instance.RootNe.FindChild(TFun.IPToInt(TmpAgent.LocalAddress));

v := CoSnmpVariable.Create;

CopyVariable(TmpAgent.Message.Variables.Item(1),v);

//交给具体的设备实例进行数据匹配

Tmpne.HandleGet(v);

//填写返回数据

TmpAgent.Message.Variables.Clear;

TmpAgent.Message.Variables.Add(v);

except

// If there was no error copying the variable,

// then we have reached the end of the table

on E:Exception do

TmpAgent.Message.Variables.Item(1).Exception := snmpEndOfMibView;

end;

try

TmpAgent.Message.Type_ := snmpResponse1;

TmpAgent.Send;

except

on E:Exception do;

end;

通过上述函数，能够将网络管理系统的访问数据通过被管设备模拟系统所在计算机的网卡地址映射直接映射到HandleGet函数接口上。通过在HandleGet函数中利用访问的网络设备的IP地址为索引，在整个模拟网络中查找对应的网络设备实例，最终将具体的处理细节交给网络设备实例根据当前模拟网络的各种要素来填写数据，由此满足虚拟IP映射和寻址的能力，同样在其他的Get-Next、Set处理能力中也按照本处理方法进行实施。

Claims

1.一种网管被管网络模拟系统及其模拟方法，其特征在于：该系统软件为一套纯软件系统，运行于单台PC机操作系统上，实现对被管网络的模拟，网管系统通过正常的SNMP访问方式与模拟系统进行信息交互。

2.根据权利要求1所述的模拟系统，其特征在于：在该系统软件上，用户通过图形化人机交互界面进行网络设备、网络节点、子网通信的建模，通过建模可在地理视图和逻辑视图上搭建一个有线、无线混合的复杂网络拓扑，并将网络拓扑采用图形化界面直观地展现给用户。

3.根据权利要求1所述的模拟系统，其特征在于：该模拟系统的后台处理模拟能够根据权利要求2所述的网络拓扑，将模拟网络中的参数自动分解映射到模拟网络中的各个通信设备的MIB上，实现模拟数据的自动生成。

4.根据权利要求1所述的模拟系统，其特征在于：该系统能够基于权利要求2所示的网络模拟拓扑为基础，在所述网络拓扑上，通过手动调整参数和批处理命令两种方式动态调整所述网络中的设备参数，由此来模拟所述模拟网络的连接通断情况，模拟一个动态的网络环境。

5.根据权利要求1所述的模拟系统，其特征在于：该系统能够将整个网络中的所有设备的IP地址映射到一台计算机上，在与网管系统进行交互时，该系统根据网管的访问地址进行自动寻路，并找到模拟系统中对应的设备，将对应IP地址设备的信息反馈给网管系统。