電信IP 網管系統引入云計算的方案研究

陸小銘 ，曹維華 ，蘇志勝 ，許 彤

（1.中國電信股份有限公司廣東研究院 廣州 510630；2.中國電信集團公司 北京 100032）

1 引言

電信運營商的運維支撐系統（OSS）在電信網體系架構中屬于支撐網范疇，承擔著網絡運營支撐、業務開通和質量監控、客戶服務保障等重要功能，在電信運營商內部的地位與作用和網絡、終端、業務平臺一樣，是運營商核心資產的重要部分，在網絡建設和業務開通開始就被列入統一的規劃和建設中。電信IP網管系統（以下簡稱IP網管）是OSS體系的一部分，負責IP數據網絡的管理、維護和保障。

IP網管是以“集中管理、集中監控、集中維護”為原則進行建設的，在近年的發展中不斷向面向網絡、面向業務和面向客戶的發展方向演進。目前IP網管支持普通和優質承載網，支持固定和移動互聯網業務，支持互聯網和大客戶VPN業務。

隨著運營商IP網絡的不斷擴大、業務種類的增多以及運營要求的精細化，IP網管需要處理的數據越來越多，IT基礎設施面臨著負載不均衡、設備管理困難、IT設備被動擴容等諸多問題。云計算作為一種有效的優化IT基礎設施的手段，也提上了IP網管的發展日程。

2 IP網管系統的現狀

IP骨干網網管管理著運營商多張網絡的骨干部分（如公眾互聯網、精品承載網、專用承載網等），具體功能一般包括資源配置管理、故障管理、性能管理、流量管理、路由管理、安全管理、業務質量監測、流量監測、互聯網維護統計分析、VPN業務管理、移動互聯網管理等。

IP骨干網網管結構如圖1所示。IP網管在邏輯結構上采用信息處理的分層原則，可以分為以下3個層面。

·數據采集層：負責系統與被管網元設備和網元管理系統之間的通信，通過對各種網絡管理協議接口的封裝，提供協議服務層的應用。通過SNMP、Trap、xflow、Syslog、Telnet、XML、Corba 等網管協議，采集各種網元設備、網絡端到端的管理信息并對這些信息進行一定的數據預處理和加工，然后通過軟件總線傳遞給上層數據處理層的應用功能模塊，處理的結果通常存放于網管數據庫中，如拓撲、資源、故障、性能、流量數據庫等。

·數據處理層：從數據采集層獲取信息，對各種管理應用進行封裝處理，各模塊之間也可以通過軟件總線交互信息。數據處理層根據系統功能的分層需求又分為網絡管理應用層、業務管理應用層、事務管理應用層和客戶管理應用層，下層為上層應用提供服務。

·數據發布層：系統通過數據發布層向使用用戶提供各種網管應用。用戶通過瀏覽器或專用的客戶端瀏覽、查看并執行各種網管操作。

IP骨干網網管的部署現狀：數據采集層的設備實現分片區部署，每個片區的設備匯聚到指定的數據采集節點；數據處理層和數據發布層的設備部署在兩個主節點，主節點中的設備實現高可用性保障，兩個主節點之間采用專用鏈路相連，用于數據同步和備份，實現異地容災功能；各省設置省級網管工作站，各省網管人員分權分域使用網管系統。

3 IP網管面臨的新需求和存在的問題

IP網管的管理功能復雜，工單流程管理、業務開通、維護、排障等流程都較好地納入了整體架構中，但有部分功能以獨立運行的軟件或子系統的方式存在，如IP地址管理、互聯網質量測試、Netflow數據采集與分析、統一認證管理等。這些獨立運行的軟件和子系統，都是走傳統的IT建設的流程，獨立占用物理的服務器、網絡和存儲等設備，這種“煙囪式”的設計和部署必然導致IT基礎設施整體的利用率偏低。

同時，隨著網絡的發展，IP網管還面臨著以下需求和問題。

·網絡規模不斷擴大，網絡設備、鏈路和端口的數量不斷增長，同時，單臺設備規模不斷增大（集群設備），端口的速率也越來越大（40 Gbit/s、100 Gbit/s），IP 網管要采集和處理的信息越來越多。

·由于精細化運營的要求，網管對設備信息的采集密度越來越大，數據呈幾何級增長。

圖1 IP骨干網網管結構

·由于安全管理的要求，重要設備都要求實現冗余備份，IT設備的數量逐漸增多。

·IT系統的擴容遇到瓶頸，小型機的升級成本高，部分小型機已經沒有升級的空間，部分新購設備與舊設備面臨著不兼容的情況，如不能實現高可用性。

·Netflow采集和處理的數據量快速增長，而流量流向分析設備的處理能力遠遠沒有跟上。

以上問題在大企業的IT系統發展中也同樣存在，而電信IP網管作為一個需要根據網絡和業務的發展持續開發、永沒有最終版的系統，表現得更為強烈。云計算的出現為這些問題的解決提供了一個值得研究的方向。

4 IP網管引入云計算的必要性和可行性

按照NIST對云計算的定義，云計算模式能以按需方式通過網絡方便地訪問云系統的可配置計算資源共享池(如網絡、服務器、存儲、應用程序和服務)，同時以最少的管理開銷及與供應商的交互迅速配置、提供或釋放資源。

從部署模式上看，云計算有3種模式：公有云、私有云和混合云。其中，私有云比較符合IP網管的需求，IP網管是運營商維護IP數據網絡的支撐系統，其管理的數據屬于企業機密，同時，在私有云環境中，可以按照實際情況動態增加或減少運行實例，控制應用程序使用資源池的指定部分（包括服務器、網絡和磁盤），也可以決定允許哪些用戶使用基礎設施。

4.1 必要性

回顧近10年來網絡的發展，從固定到移動互聯網，從普通互聯網到大客戶VPN網絡，網絡容量以每年50%的速率擴張，網管要處理的數據不斷增加，要管理的業務逐漸增多，還要面臨不同角色的使用人群，如果還按照傳統IT資源的發展模式，網管系統的IT資源將會慢慢陷入無序發展和不可控的管理狀態。設計人員在進行擴容設計時，很難有效地調配已有的IT資源，只能不斷增加新設備。同時，為了管理越來越多的IT資源，運營商要不斷地增加相應的維護人員，而不同的維護人員所管理的內容相對獨立，缺乏有效的溝通。

IP網管系統引入云計算的必要性可以歸納為以下幾點。

·云計算的虛擬化和彈性資源調配：能提高資源利用的有效性，可以在不增加投資的前提下，承載更多業務。

·云計算的標準化和自動化資源調配：快速部署，按需即供，可以在不增加人力投資的前提下，大幅提升效率。

·可靠性：提供冗余容錯能力，可以提升服務質量。

4.2 可行性

IP網管系統部署私有云符合當今IT資源池化的趨勢，同時IP網管要處理的信息屬于數據密集型任務，很適合在云計算環境中運行，具備以下可行性條件。

·從IaaS的角度看，云計算為網管系統提供一個穩定、可持續發展、性價比高的計算平臺。

·基于x86的PC服務的資源池擴展能力強，擴容成本比小型機低。

·并行任務（如報表查詢）能實現平行處理，系統能容納更多的用戶，提升處理速度。

·云計算所具備的分布式處理能力，為Netflow的分析提供良好的計算平臺。

·從SaaS的角度看，云計算能為網管維護人員提供虛擬桌面、虛擬應用的服務，能方便發布網管應用，同時易于實現訪問權限的控制，提升用戶訪問網管系統的安全性。

·虛擬化桌面和虛擬化應用能支持多種終端類型，包括平板電腦、手機等終端，能方便地實現移動辦公和移動網管的功能。

5 IP網管引入云計算技術的方案

IP網管屬于重要的生產網支撐系統，在引入云計算技術的過程中，為盡量避免對現網的影響，建議按照由小而大、由淺入深的步驟逐漸鋪開，并在一開始就要做好云計算統一管理的設計規劃。引入云計算技術方案的目的可以概括為：建設跨區域的私有云平臺，實現集中管理和靈活調度，網管功能和應用逐步有序地進行遷移，基于云環境進行應用創新。

從云計算的3種服務模式看，對應的網管應用分析如圖2所示。

圖2 云計算的服務模式對應的網管應用分析

建議IP網管以IaaS和SaaS的服務模式為切入點。云計算平臺可以為采集層和數據處理層（主應用功能軟件和Netflow流量流向分析軟件）提供可持續擴展的有冗余保障的計算能力，同時，在數據發布層，虛擬桌面和虛擬應用能為網管使用人員提供多種形式的訪問途徑，并能提升網管訪問的安全性，而Netflow流量流向分析軟件可以為網管使用者提供基于不同對象的分析功能，因此也可以視為SaaS的應用功能。

5.1 分析評估與虛擬化改造

·分析IP網管內服務器的負載和軟件運行情況：分析各硬件平臺的運行現狀以及運行軟件的情況；梳理各子系統、模塊之間的關系以及各軟件邏輯圖；各軟件資源占用情況（包括CPU、磁盤、內存、I/O等）調研；各軟件使用數據庫情況以及數據總量和增長情況調研。

·分析現有軟件哪些可以直接遷移到私有云中，哪些需要改造后才能遷移。

5.2 應用軟件的改造和移植

目前，主應用服務器（數據處理層）軟件融合了所有的資源管理和業務管理功能，對業務進行開通、維護、保障等全程的支撐。隨著所管理的資源和業務的增多，目前數據處理層軟件

·分析使用私有云的人員數量，如需要向多少人提供虛擬桌面或虛擬應用，從而決定資源池的大小和應用軟件的License問題。

·分析引入私有云技術是否會對維護人員的使用習慣造成影響。

在分析評估的基礎上，建議從實現IT資源虛擬化和管理自動化兩方面進行改造。

虛擬化是通過軟件或固件管理程序把物理資源映射為虛擬資源，這些虛擬資源在使用上和物理資源的特性相差很少或沒有差別。通過虛擬化，可以進一步簡化IT基礎架構、整合IT資源、提高資源利用率，有助于降低IT基礎設施的能耗。

對虛擬化進行統一管理是云計算管理的關鍵，自動化的目標是實現對物理資源和虛擬機資源的自動識別、資源分配流程的自動化、負載遷移的自動化等，使私有云的管理者可以方便地提供和回收虛擬機資源，同時系統能對資源池負載進行優化分配。

互聯網期刊出版主要分為兩大類，一是傳統期刊的數字化并在互聯網上出版；另一類是期刊在線數據庫出版。順應時代與市場的需求，傳統期刊正在經歷數字化，而隨著網絡的發展，光盤、磁盤等形式出版的數字期刊已逐漸被網絡出版所替代，大多數期刊在線數據庫已轉變為期刊數字出版平臺，發揮平臺集成性優勢向消費者提供海量內容與定制化服務，因此大多數期刊選擇在互聯網期刊數據庫進行網絡出版，由中國知網出版的《中國學術期刊（網絡版）》就是中國學術期刊網絡出版官方平臺。據了解目前國內傳統期刊選擇的互聯網出版平臺主要有《中國學術期刊(光盤版)》、“中國期刊網”、“萬方數據——數字化期刊群”、《中文科技期刊數據庫》等。

在虛擬化軟件的選擇上，建議著重考慮以下幾點功能。

·可虛擬化服務器兼容能力：虛擬化軟件能在哪些服務器上安裝。

·高可用性能力：包括物理資源的動態調整、宿主機間的HA、虛擬機間的HA、HA成熟度、虛擬機的在線遷移、動態存儲遷移。

·成本：不同的虛擬化軟件公司按照不同的方式（如CPU數量或虛擬機數量）計算License費用，其差別會很大。

針對網管硬件分散部署的現狀，建議采用如圖3所示的部署方式，整個IP網管的IT設備都納入私有云的體系中進行統一管理，中心節點和每個片區的服務器、存儲設備和網絡都是網管云的一部分。每個片區的采集服務器和冗余備份服務器都落在該片區的物理資源上，不去調用其他片區的物理資源。每個片區的IT資源在提供給數據采集層服務器的同時，還承載網絡測試代理、Netflow數據分析等其他功能。不斷變龐大，不可能從小型機直接遷移到以x86 PC服務器為主的私有云環境下。對此，需要對數據處理層的軟件系統進行適當的改造，將適合在云計算環境運營的功能剝離出來，實現模塊化改造。

數據處理層中存在很多并發處理的任務，這些任務的特征是：如果有很多用戶同時調用這些任務，網管程序首先會通過負載均攤分配流程把任務分給不同的處理進程，然后不同的處理流程分別處理上報結果，這些處理流程在運行過程中并沒有直接的聯系。并發處理的任務是最適合部署在云計算環境下的，而且具有很好的擴展性，可以按照任務的并發數靈活調整所需要的資源。目前，IP網管中的并發型任務有以下種類。

·地址查詢接口。

·資源查詢接口：根據用戶的查詢條件返回相應的內容。

·VPN業務開通：網管下發VPN業務的開通和變更數據，判斷每一步返回的結果并執行相應的操作。

·路由追蹤服務：用戶可實現從POP點到用戶主機的路由跟蹤。測試發起點支持POP點路由器，也支持分布在省內的互聯網質量評測測試代理。

·路由查看服務：查看某個設備或某個VPN客戶的路由情況。

軟件的改造和遷移需要重點觀察以下3方面內容。

·軟件的運行狀況：軟件運行是否正常，如采集機程序運行在一個利用率相對較高的虛擬機時，是否能滿足要求。

圖3 IP網管私有云拓撲

·自動切換功能：當在用的虛擬機發生故障時，云計算平臺是否能實現自動切換，保證軟件的中斷時間在一個合理的范圍之內。

·多用戶的并發請求能否比較均勻合理地分配到不同的虛擬機上。

5.3 私有云環境的應用擴展

通過私有云向網管維護人員提供虛擬桌面和虛擬應用，IP網管系統的使用者包括集團層面、省層面、支撐單位以及廠商等多方面，采用虛擬桌面和虛擬應用可以帶來以下好處。

·桌面的存儲和執行（包括操作系統、應用程序和用戶數據）都集中在數據中心的虛擬機上，可以解決安全訪問問題。

·數據集中存儲：避免機密數據泄露，防止病毒木馬等惡意軟件入侵。

·快速集中化部署：快速的patch和應用程序安裝，顯著減少采購時間和維護成本。

·隨時用各種終端訪問：Win/Linux/iPhone、iPad。

·支持多種客戶端系統：Linux、Win、MAC、Ubuntu、CenOS。

·系統/產品自動升級：檢測下載，安裝系統以及補丁。

·集中系統管理和VDI監測：集中管理虛擬桌面、用戶、備份恢復、網絡設置、系統升級。

·問題檢測和修復系統:繼承問題檢測、報警和修復功能，輔助用戶快速解決問題。

在云計算環境下，Netflow分析功能是可以預見的一個典型應用。Netflow系統可以采用分布式架構，并通過增加采集和計算節點數量適應網絡流量規模的增長；系統采用x86 PC服務器降低成本，同時采用網絡包處理性能優化技術提升單臺采集節點的處理能力；系統采用Hadoop云計算技術實際計算負載的彈性分配，并通過HDFS文件系統提供低成本的flow原始數據冗余存儲方案。

6 結束語

隨著網絡和業務的發展，IP網管也在不斷地更新和發展，云計算在整合和調度IT系統資源方面有獨特的優勢。同時，IP網管執行的大部分屬于數據密集型的并發任務，特別適合在云計算的環境中部署，因此IP網管引入云計算技術具備必要性和可行性。由于運營商較為看重IP網管系統的穩定性和安全性，因此引入云計算時要循序漸進，并關注云計算的保護切換能力，同時要充分發揮云計算在分布式處理上的優勢，將網管系統中并行處理的軟件模塊逐步移植到云計算平臺上，使網管能力能跟隨云計算平臺的擴展不斷增強。

1 黃挺,謝文旭,王燕川.云計算在電信網絡管理系統中的應用與實踐.電信科學,2011,27(4):119～122

2 張云勇,楊光,陳清金等.電信OSS應用云計算技術的研究.電信科學,2010,26(11):43～48

3 楊志豪,趙太銀,姚興苗等.一種適應數據與計算密集型任務的私有云系統實現研究.計算機應用研究,2011(2)