基于ＳＮＭＰ的網絡流量統計分析系統設計及實現

［摘 要］計費管理作為網絡管理的五大功能之一，對大型乃至中小型網絡來說很重要的。計費管理系統不僅可以計算上網用戶所應承擔的費用，還可監控網絡的數據流量，分析網絡的使用情況及性能。本文介紹了基于SNMP的校園網計費系統的設計和實現，并詳細論述了利用SNMP協議定時對路由器上的M IB數據庫數據進行采集部分。該系統采用JAVA語言實現，具有良好的可移植性。

［關鍵詞］計費 SNM P JAVA C ISCO M IB

［中圖分類號］TP ［文獻標識碼］A ［文章編號］1009－5489(2009)02－0079－02

近年來，互聯網(Internet)應用迅速普及，很多企事業單位都正在通過Internet獲取大量的商業、經濟信息和技術資料。許多企業單位已建成計算機局域網系統，再添加一臺路由器，局域網就可通過數據專線(DDN)接入互聯網。目前中國互聯網基礎設施正處在迅速建設過程中，使用互聯網所需的費用還較高。從企業管理的角度出發，希望能按月把互聯網使用費用量化到各部門或個人。而對在經費與上網帶寬都相對緊張的企業更是如此，既希望滿足日常工作的上網需要，又能對與工作無關的上網進行上網時間、信息內容的管理。針對上述情況，我們開發了基于SNMP(簡單網絡管理協議)的網絡流量統計分析系統。它通過SNMP命令，采集路由器里的流量數據，然后對這些流量數據進行統計分析，將企業內部使用網絡的流量信息用圖表等可視化的方式表示出來，實現內部網絡的流量分析、控制和計費，而且可以顯示路由器的一些參數以及監視路由器的端口狀態。通常的網絡流量計費系統都要增添硬件設備和對網絡配置參數重新設置，而本文提出的網絡流量統計分析系統則不需要增添硬件設備，也基本無需修改網絡配置參數。

一、SNMP簡介

SNMP(Simple Network Manage Protocol)是1988年制定的，最初只想把它作為TCP/IP網絡

管理的臨時解決辦法。而且計劃一旦OSI(Open System Interconnect Reference Model，流量數據)框架得到廣泛應用，就用OSI網絡管理標準中的CMIP(Common Manage Information Protocol，公共管理信息協議)來替換SNMP。但從實際情況來看，由于其簡單實用而被業界廣泛接受，因此SNMP成了事實上的計算機網絡管理國際性標準。

SNMP是用標準化方法定義的，在基于Internet的SNMPv1里包括3個主要部分：管理信息結構(SMI)、管理信息庫(MIB)和管理協議(SNMP)。SMI是描述管理信息的標準符號，MIB中包含待管理的各種變量。由于定義了標準管理對象和提供了定義新MIB組的能力，SNMP的應用范圍得到了極大的擴展，可以管理許多協議和設備。網絡管理模型是集中式的，主動的網絡管理站只是極少數，被動的代理進程(運行在被管理的網絡實體上)則很多，它們靠SNMP來交換管理信息。

SNMPv1實現起來很簡單且占用資源不多，因為在協議里只有5個請求/響應命令：

(1)set-request；

(2)get-request；

(3)get-next-request；

(4)get-response；

(5)trap。

網絡管理站只要發出get-request、get-next-request命令，就能獲得需要的變量值。用set-request可以修改代理進程中的變量值。代理進程用get-response命令回答請求。另外，利用trap命令，當某個滿足預定條件的事件產生時，代理進程可發送報警給網絡管理站。在SN-MPv2里，為了提高效率，增加了一條讀取大量數據的命令get-bulk-request。

二、本計費管理系統的設計和實現

1.本系統的實現環境

硬件：Cisco路由器和計費主機

編程語言：JAVA

后臺數據庫：SQL Server 2000

2.本系統的設計思想

Cisco MIB變量可以通過SNM P協議訪問，計費系統正是通過SNM P協議訪問路由器的M IB庫來實現的。遵照SNM P協議的工作原理，由計費主機充當SNM P的manager，路由器充當SNMP的agent。其中，計費主機定時向路由器發送SNMP請求snmp get，從路由器獲取原始計費數據，然后根據計費策略等配置文件進行中間數據處理，形成計費數據存入計費數據庫，最后以Web查詢的方式提供給網絡用戶使用。

本計費系統的基本計費策略是：基于每個IP地址的流量進行計費。

3.系統模塊功能介紹

本系統劃分為三個大的模塊(見圖1)：原始數據收集模塊，中間數據處理模塊和WEB查詢模塊。其中，較關鍵和困難的部分是原始數據收集模塊。整個系統的實現過程如圖2所示。計費系統的關鍵在于如何將用戶的網絡流量信息采集到數據庫中。一旦數據被采集下來，再根據計費策略進行相應的統計，就能得到任何時間段每個IP地址的網絡流量。

數據采集模塊作為一個服務進程在后臺運行，它通過SNM P協議定時地從Cisco路由器上收集原始IP記帳信息，并以文本文件形式存放，然后導入一個臨時數據庫(存放原始數據)，該數據庫每天凌晨歸總一次，導入到明細數據庫文件中。中間數據處理模塊的主要功能是在計費原始數據的基礎上按照一定的計費策略計算出用戶上網應繳納的費用，并且把計費結果存放在一個數據庫文件中，供Web查詢程序使用。基于Web的流量查詢系統是以方便用戶為目的而向用戶提供的遠程服務。計費Web查詢模塊直接與用戶交互。用戶輸入要查詢的IP地址、查詢時間段，就可查詢到自己的網絡費用，包括每個IP地址在查詢時間段的計費流量、實際費用。Web查詢根據明細數據庫文件來進行計算和輸出結果，用戶可以進行統計查詢和明細查詢。

4.數據采集實現的關鍵技術

數據采集模塊為計費系統提供計費所需的基本信息，這一部分數據的可靠性決定了計費系統的性能。如何采集到真實的IP流量數據，是一個計費系統成敗的關鍵。該模塊采用JAVA語言來實現。計費數據文件通過JAVA語言的JDBC訪問數據庫，數據庫采用SQL SERV ER2000。Cisco路由器中有一整型對象actCheckPoint(O ID：1.3.6.1.4.1.9.2.4.11)。在清空IP記帳表時，先用GetRequest報文讀出該對象的值，再用SetRequest報文請求將路由器中actCheckPo in t的值設為剛讀出的值。當代理收到SetRequest報文后，對SetRequest報文中actCheckPo in t的值與路由器中actCheckPo in t的值進行比較，若相同則清空IP記帳表。以下步驟除Cisco路由器的設置通過Telnet方式一次性設好外，其他步驟均由Java語言實現：

(1)在Cisco路由器中進行相關設置。

(2)設置合適的數據采集間隔。

(3)裝入Cisco2M IB。

(4)用snmpGet讀出CiscoM IB中的actCheckPo in t變量的值。

(5)用Snmp set設置新的actCheckPoint的值。這時系統就會自動先清空檢查點數據庫，再將活動數據庫中的記錄復制到檢查點數據庫，最后清空活動數據庫。

(6)用snmpGet讀取檢查點數據庫的值。檢查點數據庫信息保存在Cisco MIB的IPCheck2 point Accounting Table中。

(7)將此記帳信息寫入文本文件中。

5.數據采集過程中需要考慮的兩個問題

(1)數據采集間隔的正確選擇Cisco路由器為IP A ccounting Table建立了一個緩沖區，缺省設置為512行，一旦超出了限定的行數，新的數據就將被丟棄。因此，在采集數據時要選擇合適的時間間隔。

如果兩次采集的時間間隔過長，會導致活動數據庫溢出，前面的信息被后面的信息所覆蓋，從而造成數據丟失；如果采集時間間隔太短，又會造成訪問路由器和寫入數據庫過于頻繁，導致系統性能下降。

(2)使用Trap技術

如果采集程序運行之前，計費信息超過了路由器保留計費信息的緩沖區的大小，就會引起計費信息的丟失。為了防止這種情況，我們采用了SNMP中的事件驅動技術，即Trap技術。具體做法如下：在路由器上設置計費信息的“門檻”，當超過這個“門檻”時，路由器將立即給SNMP服務器告警，SNMP服務器根據報警的類型，當確定是計費信息溢出時，立即調用數據采用進程，將計費信息及時采集出來。

三、結束語

本系統中采用了標準SNM P協議和純JAVA語言，這樣有利于保證系統的平臺無關性和通用性。計費時，應充分考慮變化或可能變化的情況，保證計費系統具有一定的靈活性。為了做到這一點，本系統設計時，將所有可能變化的條件或計費參數都寫入計費配置文件中。

［參考文獻］

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［2］David Zeltserman：《SNMPv3與網絡管理》，人民郵電出版社2007年版。

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［7］林凱、高嶺、李祥生等：《SNMP在校園網計費管理系統中的應用》，《西北大學學報》(自然科學版)，2008年第4期。