C/S模式網管系統向B/S模式的遷移與優化①

張寶龍

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C/S模式網管系統向B/S模式的遷移與優化①

張寶龍

(西安工程大學計算機科學學院, 西安 710048)

在傳統C/S(客戶端/服務器)模式的網絡管理系統中, 存在網絡管理便利性差和維護麻煩的缺點, 因此提出基于B/S(瀏覽器/服務器)模式的網絡管理系統, 將原有C/S模式的網管系統轉為B/S模式, 并且對系統結構進行了優化, 有助于客戶方便可靠地監測和管理網絡資源. 該系統以原網管系統服務端暴露的接口為基礎, 利用RMI(遠程方法調用)技術調用服務端接口與Web服務器實現數據通信, 并且整個系統采用負載均衡策略將來自多個瀏覽器的訪問請求均衡地分配至各Web服務器進行處理, 同時對單一的負載均衡器進行了雙機熱備處理, 從而大大提升了網絡管理系統的整體性能和可靠性.

網絡管理; C/S; B/S; 負載均衡; 雙機熱備

目前, 大多數的網管系統都是基于網絡管理協議進行網絡資源的管理, 傳統的網管軟件均采用C/S結構, 管理模式集中化[1], 這種結構的優點在于網絡管理系統服務高度集中, 易于作出全面判斷和決策; 由于所有數據均連接到統一的中央數據庫, 易于管理、維護和擴容[2]. 但是C/S結構需要在客戶端桌面安裝相應的軟件, 對客戶端硬件有一定的的要求, 并且操作不太便利; 并且由于互聯網規模日益龐大, 應用程序的功能不斷豐富和復雜, 表現出靈活性差、移植困難、開發成本高、維護麻煩、升級難度大和新技術不能輕易應用的缺陷[1], 不能夠滿足現代網絡管理操作便捷、適應性廣和低成本的要求.

為了解決以上問題, 本文提出基于Web方式的網絡管理系統, 利用Web技術平臺與語言無關的優勢, 以原C/S模式網管系統服務端提供的接口為基礎, 通過多臺Web服務器組成的集合, 采用三層結構的局部負載均衡技術, 構建一種較為可靠的B/S模式網絡管理系統, 方便客戶對網絡設備的監控和管理; 并且對單一的負載均衡器進行了雙機熱備處理, 有效地提高了網管系統的穩定性和響應速度.

1 基于web的網絡管理WBM

網絡管理是利用網絡管理協議對網絡資源進行拓撲發現、監控、調試以及圖形化展示. 基于 Web的網絡管理WBM(Web-Based Management)[3]就是將Web技術集成到網管系統中, 從而使網絡管理更加便捷和高效, 它從實現方式上分為代理和嵌入式兩種. 基于代理的方案是在網絡管理之上疊加一個Web服務器[4], 使其成為瀏覽器用戶的網絡管理的代理者, 該方式支持對多種網絡設備的管理, 同時支持與其他應用的擴展融合; 嵌入式方案是將Web能力嵌入到被管設備中[4], 該方案對設備有限制, 擴展性不好.

由于原網管系統采用了代理的實現方式, 所以也就決定了本文基于Web的網絡管理是使用代理的方式對支持網絡管理協議的網絡資源進行管理. 與C/S模式相比, 采用B/S模式的網絡管理系統擁有如下三點優勢:

第一, 易于維護和升級. 系統的核心功能均在Web服務器上運行, 客戶端不需要安裝相應軟件, 在任何平臺下直接使用瀏覽器就可以操作網絡管理系統, 系統升級時只需升級服務器端, 便于系統的開發、維護和操作.

第二, 優秀的系統性能. 基于Web的網管系統中大量的計算和存儲任務都在服務器端完成, 而瀏覽器只負責顯示和交互, 特別是由于AJAX技術的出現, 它能使程序在用戶瀏覽器上進行局部實時刷新, 從而大大的減輕了服務器的壓力, 提升了系統的響應速度和整體性能.

第三, 基于Web方式的網絡管理系統容易構建一種分布式的系統, 容易擴展, 不僅改善了傳統的集中式管理模式的網絡負荷大和服務器負載重的缺陷, 而且增強了網絡管理系統的健壯性.

2 Web網絡管理系統架構

本文采用Web方式的網絡管理系統分為客戶端瀏覽器、負載均衡模塊、Web服務器集合和原網管系統服務器四部分, 如圖1所示. 由于B/S模式的核心功能部署在服務器端, 這種“瘦客戶端/胖服務器”的模式使得客戶端的負荷較輕, 服務器端的負荷卻較重, 然而單臺服務器的處理能力又有限, 不能夠同時處理大量的訪問請求, 因此我們對客戶端、負載均衡器和Web服務器采用了三層結構的局部負載均衡技術, 將來自瀏覽器的訪問請求均勻地分配至不同的Web服務器進行處理[5], 從而平衡各個Web服務器的負載, 使系統達到最佳的狀態. 這種基于Web服務器的負載均衡結構客戶端應用不需要做特殊修改, 透明的中間層將請求均衡的分布到不同的服務器處理[4], 而請求的應答則不需要經過負載均衡器.

圖1 Web網管系統整體架構圖

從圖1中可以看出, 所有的瀏覽器請求均會通過負載均衡器被轉發到Web服務器節點進行處理, 因此為了避免負載均衡器發生單點故障, 從而使整個網絡管理系統發生癱瘓, 故使用了雙機熱備的方式, 使某臺負載均衡器發生故障后另一臺能夠繼續為系統提供正常的服務. 如果Web服務器集合中的某臺服務器出現故障時, 負載均衡器便會自動檢測出出現問題的服務器, 并暫停對該服務器的請求訪問, 將其任務轉發至其他正常工作的服務器, 從而保證系統為用戶提供正常的服務[6].

3 網管系統關鍵技術描述

3.1 B/S模式網管系統架構

Web網管服務器采用模型-視圖-控制器(MVC)結構的分層設計模式[7], 它主要通過分離模型、視圖以及控制器在應用程序中分擔的角色將業務邏輯從界面中解耦, 這種分離讓它們更容易進行定制. 而Spring框架提供了構建Web應用程序的全功能MVC模塊, 并且具有高度的可配置性和擴展性, 故我們使用Spring mvc輕量級框架構建Web網管項目.

B/S網管系統的請求處理流程如圖2所示, 當客戶端瀏覽器向Web網管服務器發出HTTP請求時, 該請求首先會被負載均衡器分配給負載較輕的Web服務器, 由服務器中DispatcherServlet(Spring控制器)對請求的URL進行解析, 通過一個或者多個處理程序映射, 將每個請求映射到處理程序中(Controller); 處理程序在執行時, 即實現業務邏輯, 會通過RMI遠程方法調用原網管服務器服務接口進行數據通信, 控制器處理完業務請求后, 會將ModelAndView對象返回給DispatcherServlet, 最后再通過瀏覽器進行呈現用戶.

圖2 B/S網管系統架構圖

3.2 負載均衡模塊

由于本系統對服務器的并發請求數量不是特別巨大, 并且對負載均衡器進行了雙機備份處理, 為了降低開發難度和成本, 故選用集中式的軟件負載均衡實現方式, 軟件選擇Nginx. Nginx是一款開源的、輕量級的Web服務器/反向代理服務器[7]. 其特點是占有內存少, 運行可靠, 并發能力強, 我們采用反向代理負載均衡方式和默認的輪詢調度算法.

反向代理是一種通過在繁忙的Web服務器和外部網絡之間增加一個高速的Web緩沖服務器來降低實際的Web服務器的負載的一種技術[7]. 通過在nginx.config中進行配置, 反向代理服務器將來自外部網絡的多個請求均勻地分配給內部網絡上的各個服務器結點進行處理[8], 減輕服務器的負載壓力, 從而使整個網管系統實現負載均衡, 達到最佳狀態.

Nginx內置5種負載均衡算法, 分別是輪詢、weight、ip_hash、fair和url_hash; 輪詢算法的基本原理是當請求發送到系統前端的負載均衡器時, 負載均衡器將每個訪問請求按響應的時間順序依次分配到不同的后端服務器[9], 當后端服務器down掉后, 就自動刪除, 簡單易行且通用性較強, 由于本網管系統無特殊需求, 故采用此算法.

3.3 雙機熱備

我們使用Nginx+Keepalived的雙機熱備處理方式[10], 即使用兩臺均安裝Nginx的設備充當負載均衡服務器同時對外提供服務, 并通過Keepalived軟件檢測負載均衡器的狀態, 當某臺負載均衡器發生故障時, Keepalived就會檢測出出現故障的負載均衡器, 該負載均衡器便會立即釋放虛擬IP, 由另一臺負載均衡器綁定該虛擬IP, 同時Keepalived還會向網關發送 Arping 包, 保證網關上的IP和MAC地址對應的關系能隨之更新[11], 從而使負載均衡器能夠強行接管虛擬IP并繼續為系統提供服務.

4 B/S網管系統的遷移實現

首先構建的Web工程, 通過修改web.xml文件并添加Spring配置文件構建Spring MVC項目, 然后添加RMI配置文件, 實現RMI遠程調用原網管系統暴漏的接口, 根據業務需求劃分系統功能模塊, 從而逐個實現各模塊的系統功能.

由于整個Web網絡管理系統功能較多, 且大多都是通過瀏覽器的http請求到Web服務器, 然后使用RMI調用原網管服務端暴漏的接口實現數據通信, 最后展現到瀏覽器端, 從而實現網絡管理. 各模塊相似度較高, 故僅以性能管理模塊描述基于Web方式的網絡管理系統的實現.

4.1 性能管理模塊

性能管理模塊分為任務管理、實時性能監測和歷史性能查詢三部分; 首先根據需求對照原網管系統客戶端使用easyUI做出靜態頁面.

① 任務管理: 通過原網管系統提供的接口對本區域任務進行管理, 包括任務的查看、添加、編輯、開始、暫停和刪除, 主頁面默認以列表顯示已添加的任務信息. 其中添加和編輯任務需要使用JQuery彈窗, 選擇要添加或編輯的輪詢任務類型、輪詢時間和要監視的設備, 以及各任務所對應的告警門限設置, 這里需要對輸入的告警門限值進行校驗, 最后將這些設置通過ajax請求調用接口保存到數據庫中, 并將該任務信息顯示到列表中; 而開始、暫停和刪除功能只需要調用相應的接口, 對輪詢任務作出相應的處理, 并修改列表上該任務的狀態即可. 在任務輪詢時, 當輪詢結果超過設置的門限值時便會以彈框的形式產生告警.

② 實時性能監視: 主頁面默認顯示所有輪詢任務已添加的設備, 在查看該設備的實時性能時, 通過JQuery彈窗以不同的tab頁將該設備已添加的所有任務展示出來, 各tab頁的任務視圖利用JFreeChart將該輪詢結果以折線圖的形式展現出來, 并且按任務的輪詢時間, 將采集端采集的輪詢結果通過服務端使用JMS發送到Web服務器, 接收后解析加入到該設備對應的任務緩存中, 然后刷新圖表, 雙擊圖表可通過任務緩存查看該任務視圖的詳情, 包括當前值、最大值、和平均值, 關閉頁面后任務緩存釋放.

③ 歷史性能查詢: 主頁面默認以tab頁形式顯示所有的輪詢任務, 每個輪詢任務的tab頁可通過選擇區域和該區域下已添加該輪詢任務的設備, 然后選定時間節點查詢該設備的日視圖、周視圖和月視圖, 各視圖均采用JFreeChart將查詢結果以折線圖的形式展現出來; 并可將結果導出到excel中.

4.2 界面對比

以任務管理為例, 對比圖3和圖4可見, B/S結構與C/S結構用戶界面基本相似, 實現功能完全相同, 達到了預期的目的.

圖4 B/S結構的任務管理界面

5 結語

本文C/S模式網管系統向B/S模式的遷移是在使用原C/S網管系統服務端的基礎上, 使用Spring MVC框架構建Web服務器, 利用服務端暴漏的接口通過RMI(遠程方法調用)與原有網管系統進行數據通信, 從而實現B/S網管系統功能; 通過對多臺Web服務器利用Nginx軟件實現負載均衡, 平衡各個Web服務器的負載, 并對單一的負載均衡器進行了雙機熱備, 消除網絡瓶頸, 也能起到冗余作用, 提高網絡服務的靈活性和可用性[12].

1 袁俊.基于Web的網絡管理模型及實現技術研究.河南科技, 2014,4:23–24.

2 顧慧娟.構建企業級WEB分布式網絡管理系統的研究[學位論文].無錫:江南大學,2009.

3 Yao L, Sheng QZ, Dustdar S. Web-based management of the internet of things. IEEE Internet Computing, 2015, 19(4): 60–67.

4 鄧江安,金晟.基于Web和SNMP的網絡用戶管理系統.計算機與網絡,2014,23:58–60.

5 Yang K, Song X, Li X. Parallel web server load balancing technology of cloud computing environments. Guidance, Navigation and Control Conference. IEEE. 2014.

6 周博.WEB服務器負載均衡系統設計與實現[碩士學位論文].成都:電子科技大學,2014.

7 付文超.WEB服務器負載均衡技術研究[學位論文].天津:河北工業大學,2008.

8 Semchedine F, Bouallouche-Medjkoune L, Sayeh O, et al. DNS-based load balancing with cache for geographically distributed web server systems. Computer & Information Technology(GSCIT), 2014 Global Summit. IEEE. 2014. 1–6.

9 Chi X, Liu B, Niu Q, et al. Web load balance and cache optimization design based nginx under high-concurrency environment. International Conference on Digital Manufacturing & Automation. IEEE Computer Society. 2012. 1029–1032.

10 肖佳,王古城,楊旭,晁勇.雙機熱備與負載均衡的設計與實現.電子設計工程,2015,18:176–179.

11 李彬,朱亞興.Nginx在實現網站負載均衡方面的研究.信息與電腦(理論版),2013,11:49–50.

12 巴哈提亞爾,聶波,宋子龍.網絡負載均衡技術研究和應用. 中國管理信息化,2014,3:68–70.

Migration and Optimization of C/S Model Network Management System to B/S Model

ZHANG Bao-Long

(School of Computer Science, Xi’an Polytechnic University, Xi’an 710048, China)

There are some defects such as inconvenience and maintenance trouble for network management in the traditional C/S (client/server) model of network management system. Therefore, we put forward a network management system that based on B/S (browser/server) model, in which the original C/S model of network management system is turned to B/S model, and the structure of system is optimized which helped the customers to conveniently and reliably monitor and manage the network resource. This system is based on the interface that the original network management system server exposed, uses the RMI (remote method invocation) technology call server interface to realize data communication with Web server, and the whole system adopts the load balancing strategy to balance the access requests from multiple browser to each Web server for processing. Meanwhile, the system adopts the hot standby process on the single load balancer, thus greatly improves the overall performance and reliability of the network management system.

network management system; C/S; B/S; load balancing; hot standby

2016-04-06;收到修改稿時間:2016-05-16

[10.15888/j.cnki.csa.005528]