CN110505092A - 一种航天通信专网性能监测及综合分析系统 - Google Patents

一种航天通信专网性能监测及综合分析系统 Download PDF

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Abstract

一种航天通信专网性能监测及综合分析系统，涉及通信技术领域，为解决现有技术中网络拓扑状态监视实时性差的问题，包括：后台抓包程序模块、网络性能监测Web模块和系统数据库模块，所述后台抓包程序模块部署在局域网内的各个监测节点，用于对不同业务流的数据协议解析；所述网络性能监测Web模块用于显示各项局域网性能状态，以及抓包数据的统计信息、丢包判断，并在出现网络故障时，对故障进行判断定位；所述系统数据库模块用于数据的收集和存储。实时性强，系统对网卡获取的符合协议规定的数据包进行实时比对，并保存至数据库；数据库对比对后的异常数据实时地推送至用户前端。本发明可广泛应用于通信技术领域。

Description

一种航天通信专网性能监测及综合分析系统
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体为一种航天通信专网性能监测及综合分析系统。
背景技术
目前局域网内的网络监视软件主要有三类，一是ping软件。通过ping命令的方式，对局域网内的接入设备进行连通性测试，获取设备之间的网络连通性状态、传输时延、丢包率等信息。二是网络拓扑状态监视系统。一般此类系统采用的是通过snmp协议，获取网络设备的接口状态信息，从而判断网络拓扑状态。但是由于为了提高系统兼容性，系统大多采用轮询的方式获取设备snmp协议的mib信息，导致网络拓扑状态实时更新慢，缺乏时效性。三是抓包软件。例如市场上比较成熟的Wireshark、Ominpeak抓包软件。此类软件的优点是能够实时、全面、快速的对网络监视点的数据进行抓包显示。缺点是无法直接对专用应用协议的数据进行解析。不能针对业务流数据，对抓取的数据包信息进行分析、处理和判断，不能进行直接过滤并显示网络维护管理人员需要的信息。
上述的三类网络监视软件相互独立，在使用过程中也存在一定的缺陷和不足，无法针对性的满足测量船局域网的应用需求。
发明内容
本发明的目的是：针对现有技术中网络拓扑状态监视实时性差的问题，提出一种航天通信专网性能监测及综合分析系统。
本发明为了解决上述技术问题采取的技术方案是：一种航天通信专网性能监测及综合分析系统，包括：后台抓包程序模块、网络性能监测Web模块和系统数据库模块，
所述后台抓包程序模块部署在局域网内的各个监测节点，用于对不同业务流的数据协议解析；
所述网络性能监测Web模块用于显示各项局域网性能状态，以及抓包数据的统计信息、丢包判断，并在出现网络故障时，对故障进行判断定位；
所述系统数据库模块用于数据的收集和存储。
进一步的，所述后台抓包程序模块包括抓包单元和数据协议解析单元，
所述抓包单元用于将指定网络适配器上的数据包信息存储至数据库；
所述数据协议解析单元用于根据PDXP协议、ESP协议和同步/IP网桥协议三种协议报的包头字段信息，设计抓包数据的缓存区间和格式，从而实现数据报文的解析。
进一步的，所述抓包单元基于Socket通信技术设计。
进一步的，所述网络性能监测Web模块包括：网络环境监测单元、业务流性能分析单元和网络故障分析单元，
所述网络环境监测单元用于显示各项局域网性能状态；
所述业务流性能分析单元用于抓包数据的统计信息、丢包判断；
所述网络故障分析单元用于出现网络故障时，对故障进行判断定位。
进一步的，所述网络环境监测单元包含数据流信息显示工具、数据搜索工具、物理接口状态查询工具、配置参数比对工具和连通性测试工具，
所述数据流信息显示工具用于建立与数据库的通信，将数据库中存储的后台抓包信息实时显示至Web前台界面，并可设置实时刷新的时间；
所述数据搜索工具用于区分分类搜索；
所述物理接口状态查询工具用于获取网络交换设备的接口光功率损耗值，并判断是否满足指标要求；
所述配置参数比对工具用于获取网络交换设备配置的比对结果；
所述连通性测试工具用于对添加到系统数据库中的终端设备的ping测试，并实时显示ping测试的成功次数、失败次数以及环回时延结果。
进一步的，所述分类搜索包括：数据协议搜索、源IP地址搜索、目的IP地址搜索、包序号搜索和抓包时间搜索。
进一步的，所述业务流性能分析单元根据PDXP协议、ESP协议和同步/IP网桥协议，三种数据协议报包头中的包序号字段，进行数据的丢包、乱序判断。
进一步的，所述网络故障分析单元用于发现业务数据丢包，并通过数据库中的丢包信息比对，确定丢包发生的初始位置，然后利用网络性能监测Web模块，对发生丢包初始位置的设备或终端进行性能测试，从而判断故障类型，初步定位故障位置。
进一步的，所述网络故障类型包括：物理接口状态异常导致的设备连通性故障、网络交换设备的路由配置错误导致的网络链路故障和业务数据流量突发导致的网络堵塞故障。
进一步的，所述系统数据库模块采用SQL Server 2008。
本发明的有益效果是：
1、效率高，根据实际需求，自动化完成航天通信专网关键数据的丢包判断，减轻人员工作量，提高准确度。
2、实时性强，系统对网卡获取的符合协议规定的数据包进行实时比对，并保存至数据库；数据库对比对后的异常数据实时地推送至用户前端。
3、轻量级，系统跨平台、易部署、可裁剪；用户前端和设备之间交互流量少，对网络带宽影响小。
4、跨平台，系统后台抓包程序和数据库可分别部署于不同的终端上，支持跨平台运行，消耗资源小。CPU：大于等于1Hz；内存：大于250MB。
附图说明
图1为本发明系统总体构架图。
图2为本发明业务流性能分析流程图。
图3为本发明网络故障判断定位流程图。
图4为本发明后台抓包程序界面图。
图5为本发明系统WEB主页面图。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种航天通信专网性能监测及综合分析系统，包括：后台抓包程序模块、网络性能监测Web模块和系统数据库模块，
所述后台抓包程序模块部署在局域网内的各个监测节点，用于对不同业务流的数据协议解析；
所述网络性能监测Web模块用于显示各项局域网性能状态，以及抓包数据的统计信息、丢包判断，并在出现网络故障时，对故障进行判断定位；
所述系统数据库模块用于数据的收集和存储。
现有技术中三类网络监视软件存在如下问题：
1、网络拓扑状态监视实时性差。目前的网管模式主要采用轮询机制，服务器后台周期性的获取监管设备的snmp协议的mib信息，网络状态的更新存在一定的时延。
2、网络抓包监视的有效性差。目前抓包软件往往只能独立部署在单个监视点，如路由器的广域网出口，或者数据源的发送/接收终端上。除了缺少对航天通信专网专用应用协议(PDXP、ESP、网桥协议)数据的解析外，还不能针对业务流经过的整个传输路径，实时地进行数据丢包、乱序、重包的分析判断。
3、当网络出现故障时，缺少一种故障判断、初步定位的分析机制，无法对局域网的网络状态进行整体的分析，也不能为网络维护管理人员提供可靠、便利的决策支持。
针对这些实际问题，本系统采用以下技术方案解决：
(1)开发平台Visual Studio 2010
Microsoft Visual Studio是面向Windows操作系统的开发工具，使用VS可以高效开发Windows应用。VS设计器中可以实时反映变更,XAML中智能感知功能可以提高开发效率。同时Visual Studio支持项目模板、调试器和部署程序。VS同时可以高效开发Web应用，集成了ASP.NET、AJAX 1.0等。
(2)SQL 2008数据库
系统数据库采用SQL Server 2008。SQL Server 2008在Microsoft的数据平台上发布，它可以将结构化、半结构化和非结构化文档的数据直接存储到数据库中。它具备以下特点：高性能设计；系统管理先进，支持Windows图形化管理工具，支持本地和远程的系统管理和配置；强壮的事务处理功能，采用各种方法保证数据的完整性；具有自主的SQL语言。
系统的总体架构分为三大部分和四个功能模块，包括后台抓包程序部分，部署在局域网内的各个监测节点，并实现对不同业务流的数据协议解析；网络性能监测Web部分，用于显示各项局域网性能状态，以及抓包数据的统计信息、丢包判断，出现网络故障时，对故障进行判断定位；系统数据库部分，完成数据的收集和储存。具体架构如下图1所示。
一、后台抓包程序模块
(1)抓包功能
基于Socket通信技术设计后台抓包程序。所谓socket通常也称作"套接字"，应用程序通常通过“套接字”向网络发出请求或者应答网络请求。Socket是建立网络连接时使用的，在连接成功时，应用程序两端都会产生一个Socket实例，操作这个实例，完成所需的功能。
后台抓包程序中建立Socket实例，通过ManagementObjectSearcher集合，获取程序所在终端的网络适配器的地址。利用SqlConnection连接字符串，建立于系统数据库的通信，设计DataArrived函数，将指定网络适配器上的数据包信息存储至数据库。主要代码如下：
(2)数据协议解析功能
目前，局域网存在的业务流数据协议主要包括三种，分别是PDXP协议、ESP协议和同步/IP网桥协议。根据数据应用协议报文在传输层采用的不同传输端口，在抓包程序中定义区分这三种协议。同时根据三种协议报的包头字段信息，设计抓包数据的缓存区间和格式，从而实现数据报文的解析。
二、网络环境监测模块
(1)数据流信息显示
建立与数据库的通信，将数据库中存储的后台抓包信息实时显示至Web前台界面，并可设置实时刷新的时间。主页面按照相同源IP地址、目的IP地址及相关数据标识字段，区分显示三种协议数据流的包总数信息。不同抓包监视节点页面则进行数据的全态信息显示。
(2)数据搜索
系统提供抓包数据信息的搜索功能。能够区分数据协议、源IP地址、目的IP地址、包序号、抓包时间进行分类搜索。针对PDXP协议数据，能够区分相关的数据标识字段进行搜索。
(3)物理接口状态查询
编写Telnet类程序，定义Telnet的通信协议，利用Socket建立与远端设备的Telnet通信。程序中输入“display transceiver interface”命令，获取网络交换设备的接口光功率损耗值，并判断是否满足指标要求。
(4)配置参数比对
通过Telnet类，实现对添加到系统数据库中网络交换设备的远程登录。程序中输入“compare current-configuration”命令，获取网络交换设备配置的比对结果。
(5)连通性测试
调用Ping类，实现对添加到系统数据库中的终端设备的ping测试，并实时显示ping测试的成功次数、失败次数以及环回时延结果。
1、业务流性能分析单元
业务流性能分析模块的主要功能是利用三种数据协议报包头中的包序号字段，进行数据的丢包、乱序判断。
利用后台抓包程序，在某监视节点获取抓包信息。对同一种业务流数据，每抓取一包时，与其前一包的包序号进行差值计算，若差值△＝1，则说明没有产生丢包；若△<0，则说明数据包在该节点发生了乱序；若△＝0，则说明数据包在该节点出现重包；若△>1，则在数据库中提取丢包的相关包头字段，包括数据标识、包序号等。根据这些信息在数据库中搜索其他监视节点的抓包信息，判断在其他节点上是否也产生了丢包。若是，则说明此业务流数据在传输链路外产生了丢包。若否，说明此业务流数据在传输链路内产生了丢包。具体的分析判断流程如图2所示。
2、网络故障分析单元
网络故障的直接表现是网络承载的业务数据传输发生丢包、乱序。以发生网络故障的原因为依据，网络故障的类型主要有：物理接口状态异常导致的设备连通性故障；网络交换设备的路由配置错误导致的网络链路故障；业务数据流量突发导致的网络堵塞故障等。若网络的各项状态检查都正常，业务数据仍存在丢包等异常现象，则可判断为数据发送源或接收端故障。
系统通过业务流性能分析模块的功能，发现业务数据丢包，并通过数据库中的丢包信息比对，确定丢包发生的初始位置。利用网络环境监测模块，对发生丢包初始位置的设备/终端进行性能测试，从而判断故障类型，初步定位故障位置。具体判断过程如图3所示。
实施例：
一、系统部署
系统分为三个部分来部署安装。
(1)后台抓包程序。经过Visual Studio 2010开发平台的编译，生成可执行安装程序。系统需要后台抓包程序能够抓取流经路由器、汇聚交换机、接入交换机以及业务流终端上的IP数据。因此需要在路由器、汇聚交换机和接入交换机下分别接入一台客户端，并安装后台抓包程序。安装完成后，需设置节点名称，系统数据库的IP地址和用户名密码。程序界面如图4所示。
(2)系统数据库。安装部署在数据库服务器，数据库中包含的数据表如表1所示。
表1 数据库的表设计
表名称 表内容
PdxpHead PDXP数据报包头信息
PdxpPacketSta PDXP数据流信息统计
PdxpPacketSave PDXP数据包信息统计
EspHead ESP数据报包头信息
EspPacketSta ESP数据流信息统计
EspPacketSave ESP数据包信息统计
BrigeHead 同步/IP网桥数据报包头信息
BrigePacketSta 同步/IP网桥数据流信息统计
BrigePacketSave 同步/IP网桥数据包信息统计
PingTerminal PING终端信息统计
TelnetTerminal Telnet终端信息统计
(3)系统Web网站。安装部署在Web服务器，通过IIS发布在局域网内。
二、系统应用
系统Web主页面。主要包括四个监视节点的业务流数据包总数统计显示，丢包信息显示。点击拓扑图中各个节点的图片，可获取各节点抓取的所有数据包的全态信息显示。配置参数比对页面获取网络交换设备的配置比对结果显示。PING测试页面获取网络终端连通性状态结果显示。系统主页面如图5所示。
需要注意的是，具体实施方式仅仅是对本发明技术方案的解释和说明，不能以此限定权利保护范围。凡根据本发明权利要求书和说明书所做的仅仅是局部改变的，仍应落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种航天通信专网性能监测及综合分析系统，其特征在于包括：后台抓包程序模块、网络性能监测Web模块和系统数据库模块，
所述后台抓包程序模块部署在局域网内的各个监测节点，用于对不同业务流的数据协议解析；
所述网络性能监测Web模块用于显示各项局域网性能状态，以及抓包数据的统计信息、丢包判断，并在出现网络故障时，对故障进行判断定位；
所述系统数据库模块用于数据的收集和存储。
2.根据权利要求1所述的一种航天通信专网性能监测及综合分析系统，其特征在于所述后台抓包程序模块包括抓包单元和数据协议解析单元，
所述抓包单元用于将指定网络适配器上的数据包信息存储至数据库；
所述数据协议解析单元用于根据PDXP协议、ESP协议和同步/IP网桥协议三种协议报的包头字段信息，设计抓包数据的缓存区间和格式，从而实现数据报文的解析。
3.根据权利要求2所述的一种航天通信专网性能监测及综合分析系统，其特征在于所述抓包单元基于Socket通信技术设计。
4.根据权利要求1所述的一种航天通信专网性能监测及综合分析系统，其特征在于所述网络性能监测Web模块包括：网络环境监测单元、业务流性能分析单元和网络故障分析单元，
所述网络环境监测单元用于显示各项局域网性能状态；
所述业务流性能分析单元用于抓包数据的统计信息、丢包判断；
所述网络故障分析单元用于出现网络故障时，对故障进行判断定位。
5.根据权利要求4所述的一种航天通信专网性能监测及综合分析系统，其特征在于所述网络环境监测单元包含数据流信息显示工具、数据搜索工具、物理接口状态查询工具、配置参数比对工具和连通性测试工具，
所述数据流信息显示工具用于建立与数据库的通信，将数据库中存储的后台抓包信息实时显示至Web前台界面，并可设置实时刷新的时间；
所述数据搜索工具用于区分分类搜索；
所述物理接口状态查询工具用于获取网络交换设备的接口光功率损耗值，并判断是否满足指标要求；
所述配置参数比对工具用于获取网络交换设备配置的比对结果；
所述连通性测试工具用于对添加到系统数据库中的终端设备的ping测试，并实时显示ping测试的成功次数、失败次数以及环回时延结果。
6.根据权利要求5所述的一种航天通信专网性能监测及综合分析系统，其特征在于所述分类搜索包括：数据协议搜索、源IP地址搜索、目的IP地址搜索、包序号搜索和抓包时间搜索。
7.根据权利要求4所述的一种航天通信专网性能监测及综合分析系统，其特征在于所述业务流性能分析单元根据PDXP协议、ESP协议和同步/IP网桥协议三种数据协议报包头中的包序号字段，进行数据的丢包、乱序判断。
8.根据权利要求4所述的一种航天通信专网性能监测及综合分析系统，其特征在于所述网络故障分析单元用于发现业务数据丢包，并通过数据库中的丢包信息比对，确定丢包发生的初始位置，然后利用网络性能监测Web模块，对发生丢包初始位置的设备或终端进行性能测试，从而判断故障类型，初步定位故障位置。
9.根据权利要求8所述的一种航天通信专网性能监测及综合分析系统，其特征在于所述网络故障类型包括：物理接口状态异常导致的设备连通性故障、网络交换设备的路由配置错误导致的网络链路故障和业务数据流量突发导致的网络堵塞故障。
10.根据权利要求1所述的一种航天通信专网性能监测及综合分析系统，其特征在于所述系统数据库模块采用SQL Server 2008。
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