基于SNMP的網絡與服務器狀態監控系統的設計與實現

阮曉龍

基于SNMP的網絡與服務器狀態監控系統的設計與實現

阮曉龍

針對局域網和廣域網設備監控的廣泛需求，研究網絡與服務器狀態監控系統的實現方法。采用SNMP和MIB，設計實現了一個能對網絡與服務器進行全面監測并提供設備故障預警功能的系統軟件。借助MySQL數據庫和RRD數據庫，方便對歷史監控數據進行查詢。實例表明，該軟件能很好地完成網絡與服務器狀態監控任務，具有良好的推廣應用價值。

簡單網絡管理協議；管理信息庫；網絡監控；網絡測量；服務器性能

0 引言

服務器是當今網絡系統中的核心部分，其可用性和性能是決定運行在服務器上的業務能否順利運行的重要因素[1]。當網絡中的服務器發生故障時，一般只有運維人員對服務器主機的硬件、網絡等進行全方位檢查后才能確定故障原因，進而完成故障排除。這種被動的運維方式通常會浪費很多時間，給用戶帶來較大損失。因此在必要時進行服務器故障預警，提醒用戶關注設備異常，對減少服務器宕機時間，保證網絡和設備管理合理化具有非常重要的意義。

目前現有的一些網絡與服務器狀態監控系統，如：Cacti、PRTG等均缺少設備故障預警功能；而一些基于云計算模式的監控系統，如：監控寶、360監控等雖有設備狀態劃分和故障預警功能，但由于其監控數據受網絡抖動影響較大，數據可參考性不高且安全性也缺乏保障，不適合做局域網設備監控。本文正是針對局域網和廣域網設備監控的廣泛需求，設計實現了一個基于SNMP的網絡與服務器狀態監控系統，并投入實際場景應用。

1 SNMP協議簡介

1.1 SNMP協議

SNMP[2-3]是一種應用層協議，使用TCP/IP協議族對互聯網上的設備進行管理的框架，它提供一組基本的操作，用來監控和管理網絡。SNMP采用輪詢機制，提供最基本的功能，且只要求不可靠的傳輸層協議即用戶數據報協議（UDP），受到許多產品的廣泛支持[4]。現在全球網絡設備廠家絕大多數都支持SNMP協議，SNMP已成為事實上的工業標準[5]。1.2 SNMP、MIB和SMI

SNMP協議族由3個基本部分組成：簡單網絡管理協議、管理信息庫、管理信息結構。

（1）簡單網絡管理協議（SNMP）是為網絡管理服務而定義的應用協議，1988年8月首次定義，有v1，v2，v33個版本，安全性依次提高[6]。

（2）管理信息庫（Management Information Base，簡稱MIB）是一個標準文檔，它描述了代理能夠為管理工作站提供哪些信息。它定義了受管設備必須保存的數據項、允許對每個數據項進行的操作及其含義。

（3）管理信息結構（Structure of Management Information，簡稱SMI）提供了一種統一的格式，用來定義被管理對象，并規定了MIB中被管理對象如何標識；它限定了定義被管理對象時可以使用的ASN.1（Abstract Syntax No-tation One，抽象語法符號）數據類型。

2 系統總體設計

2.1 系統設計目標

系統的設計目標是：能實時地對網絡中服務器、路由器、交換機、網絡終端等多種設備的設備狀態和性能狀態進行監控，主要監控指標包括：CPU使用率、系統進程數、物理內存使用率、硬盤使用率、網絡流量等；在必要時進行設備故障預警，提醒用戶關注故障異常。

對系統目標有三個要求即有效性、廣泛性、實時性。有效性指保證系統的應用規模，本次設計目標是監控服務器設備200臺，網絡通信設備100臺，網絡安全設備15臺，網絡管理設備15臺，工作站200臺。廣泛性指系統能夠監測安裝不同操作系統的服務器與不同品牌、不同型號的網絡設備。實時性指系統能夠實時采集主機的狀態參數，實時處理數據并展示給用戶，方便用戶進行設備管理。

2.2 結構設計

網絡與服務器狀態監控系統主要包括業務引擎、存儲系統、管理系統、Web監控平臺和數據接口五個部分。

（1）業務引擎，按照任務計劃通過SNMP協議主動采集受監控設備數據并將數據存儲在*.rrd文件中，生成監控點統計分析圖。

（2）存儲系統，由MySQL數據庫、rrd數據文件組成，為管理系統提供支撐，提供接口需要的數據。

（3）管理系統，主要通過Web化的方式對監控設備進行管理，實現受監控設備添加、修改、刪除、開啟/關閉預警通知、開啟/暫停監控設備操作；實現系統可監控設備類型管理、用戶賬號管理、郵件服務器設置、監控報告管理、數據備份與恢復、系統日志審計、系統升級。

（4）Web監控平臺，主要通過圖形化報表和數據報表兩種形式展示受監控設備的狀態信息。分類展示設備在最近30分鐘、最近8小時、最近24小時、最近1周、最近1月、最近1年的運行情況，協助用戶實時掌握設備的健康情況。

（5）數據接口，接收并處理Web監控平臺的數據請求，通過處理生成的數據返回給Web監控平臺。監控系統結構如圖1所示：

圖1 監控系統結構

2.3 邏輯體系設計

系統持續向受監控的設備發送SNMP請求，采集相關的設備狀態和性能指標數據，通過特定的算法進行分析計算，然后將數據存入RRD中。當Web監控平臺通過ajax請求接口數據時，數據接口程序將讀取rrd文件中的數據，生成所需要的數據，返回給Web監控平臺。Web監控平臺按照一定的數學模型圖形化呈現設備運行和性能狀態。監控系統邏輯體系如圖2所示：

圖2 監控系統邏輯體系

3 系統實現

3.1 系統開發平臺

現有的一些網絡與服務器監控系統多需要部署在Windows Server等環境的主機上，而本文設計實現的監控系統則采用的是：使用Linux內核自主編譯的操作系統，與應用程序無縫結合。保證監控系統在服務器上穩定運行，同時降低部署實施的技術難度。

3.2 系統功能內容及技術實現

基于SNMP的網絡與服務器狀態監控系統所需要的原始數據都是通過主機的MIB獲取的。系統同時監控多臺設備，數據采集功能要按照固定頻率對每臺設備的所有監控點進行數據采集，這對程序效率、資源調度和系統穩定性有很高的要求。通過多進程的方法，為每一臺受監控設備的每個監控點單獨創建進程；讓多個進程并發執行，通過提高系統資源利用率實現高效穩定地數據采集。

數據采集部分關鍵代碼如下：

設備故障預警功能是通過持續的監控數據與預警線閾值比較，發現網絡和設備異常情況并發出預警。系統按照一定頻率持續采集設備的狀態數據，將該數據與設備在相應的預警線閾值比較，數據超越閾值限定的安全范圍時就判定設備預警，然后系統會跟蹤監測設備狀態，最終確定設備預警，并按照系統設置發送預警郵件通知。故障預警設置流程如圖3所示：

圖3 故障預警設置流程

故障預警部分關鍵代碼如下：

3.3 數據存儲實現

系統的數據存儲采用數據庫存儲與文件存儲相結合的方式，形成了配置文件、rrd數據文件、rrd圖片和數據庫數據并存的局面。對于內容固定，且在系統運行中多次調用的信息，采用系統內置的方式存儲在配置文件中。此類信息包括：數據庫用戶信息、shell命令、文件或程序路徑、內置主題、設備狀態表示等。系統持續對設備進行監控過程中產生的數據由RRDtool歸檔存儲在rrd文件中。rrd文件中的數據可以用RRDtool的相關方法進行讀取調用。

4 實例應用

這是系統的一個應用實例：在河南中醫學院網絡信息中心（教育科研網鄭東新區節點單位）與河南中醫學院信息技術學院教學實驗中心（河南省高等學校實驗教學示范中心）部署實施，監測網絡信息中心與教學實驗中心211.69.32.0/24、192.168.157.0/24等網段的網絡與服務器設備。監控系統在網內運行狀況良好，系統的應用提高了網絡故障響應速度，提升了服務與教學質量。系統運行界面如圖4所示：

圖4 系統運行界面

5 總結

本文設計并實現了一套集成度高、成本低廉、簡單易用、方便部署實施的網絡與服務器狀態監控系統。該系統在內網部署應用，消除了互聯網網絡抖動對監控數據可靠性的影響和互聯網攻擊帶來的安全隱患；支持故障預警，方便運維，且在常規服務器上就能穩定運行，在中小型企業網絡運維實施中具有顯著的優越性。

系統使用HTML5技術，全網站實現了無flash，解決了瀏覽器裝插件的問題，實現了手機、個人電腦、監控屏等多終端的無差異訪問，同時支持多終端接收運行報告與預警信息。下一步，該系統計劃基于現有功能和數據接口，開發手機客戶端，滿足移動辦公和隨時隨地監控的需要。

[6] 李娜,徐國愛.一種基于SNMP的服務器監控系統[C].中國電子學會第十五屆信息論學術年會暨第一屆全國網絡編碼學術年會論文集(上冊),2008:803-806.

[7] Presuhn R. RFC3418, Management information base(MIB) for the simple network management protocol (SNMP) [S].2002.

[8] William S.SNMP網絡管理[M].胡成松,汪凱,譯.北京:中國電力出版社,2001:87-114.

[9] 肖明斌,黎強,梁陽,羅凱文,李勇.基于SNMP的智能變電站交換機運行狀態監測[J].電力信息與通信技術,2015,11:42-47.

[10] 朱思峰,崔霞.基于SNMP的路由器流量監控系統的設計與實現[J]. 現代電子技術,2005,13:35-39.

[11] Douglas E.Comer.用TCP/IP 進行網際互聯,第1卷:原理、協議與結構.(第四版)［M］.北京:電子工業出版社,2000:388-392.

Design and Implementation of Network and Server Status Monitoring System Based on SNMP

Ruan Xiaolong
(Network Information Center, Henan University of Traditional Chinese Medicine, Zhengzhou 450046, China)

For the requirement of a wide range of LAN and WAN equipment monitoring, the network and server status monitoring system is researched. SNMP and MIB are used to design and implement a network and server monitoring status system which is able to provide hardware alarm function. Meanwhile the system takes advantage of MySQL database and RRD database to facilitate the monitoring of historical data query. Examples show that the system can well complete the network and server status monitoring tasks and it is valuable to be applied and popularized.

SNMP; MIB; Network monitoring; Network measurement; Server performance

TP393.07

A

1007-757X(2016)10-0067-03

2016.02.26）

阮曉龍（1981-），男，河南中醫學院，網絡信息中心，講師，研究方向：計算機網絡、計算機軟件、Web技術，鄭州，450046