高校網絡管理運維中實體命名系統設計與實踐

葉　濤,　昝風彪

(青海民族大學 計算機學院， 西寧 810007)

0　引　言

隨信息化建設的不斷深入，高校網絡基礎設施規模不斷擴大，設備的類型、數量日益增多，管理策略也日趨復雜。通信鏈路、網絡設備等網絡各元素因缺少科學規范命名方式致使網絡實體命名混亂，為網絡管理員快速定位設備和故障排查增大了難度，給學校資產管理和設備日常運維帶來諸多不便[1-4]。

網絡實體名字是網絡日常維護和故障排查的重要信息。網絡實體元素規范、正確命名是確保資產管理工作順利開展的基礎，也是提高網絡運維和綜合管控的有效手段。因此設計一套命名系統來實現網絡設備的規范統一標識是高校設備信息化智能管理的重要工作[5-6]。

1　高校網絡設備原有命名方式存在的問題

高校網絡基礎設施種類繁多，分布廣泛，其監管機構權限各異、直接責任人隨時更換等管控現狀，導致原有網絡實體命名方式存在諸多問題。

(1) 由于對名字在設備管理中的重要性認識不足，高校往往沒有明確指定的具體職能部門負責建制網絡元素全局統一命名標準，確定名字分配權限。網絡設施中每個實體的命名取決于各建設單位或歷任網絡管理員的主觀意識判斷，表述形式各異。如一物多名，“電腦”“計算機”“微機”均指同一機器[7]。

(2) 名字空間缺少科學的描述手段，命名規則包含關系混亂，不能有效驗證每個名字的合法性。如將計算機的標簽錯誤貼在的交換機上，用戶也無法及時驗證標簽的正確性。

(3) 現場設備的標簽名字與網絡工程建設的技術文檔中的標識不一致。如綜合布線中鏈路標識不清，沒指明對端連接位置，后期維護異常困難。

(4) 語義解析不準確，名字不能正確反映設備相關屬性，易造成誤解。如進口設備直接借用英文縮寫名稱含義不清。

(5) 命名規則不靈活，管理手段落后。當設備相關屬性發生變化時，無法做到實時、有效的更新系統數據和現場標識。

2　名字空間研究內容與現狀

名字(或稱標識)是標識事物的符號，伴有記錄和傳遞信息的功能。為了對一個系統中的實體進行區分、訪問和引用，有必要給其中的每個實體分配一個名字。系統中任一實體在概念范疇內可以被分配的名字集合[8]構成該系統的名字空間，概念范疇相關的約束條件稱為命名規則，名字符號所含信息的概念和意義稱為語義。隨著信息化智能管理系統的發展，名字的內涵得到進一步擴展，實體名字既要便于人們閱讀理解，也要能夠被機器識別。

名字空間具有 3個重要的屬性[8]:名字特征，名字分配，名字解析。

名字空間特征包括名字有效范圍、名字空間內部結構和名字長度。根據名字的有效范圍，名字空間可分為全局名字空間和局部名字空間，全局名字空間是指系統內所有實體都從一個名字空間中獲取唯一的名字，局部名字空間是指將全局名字空間劃分為不同區域來對應系統的子系統以便實現分布式命名，各子系統之間關系對應了名字空間內部結構；根據名字空間內部結構，名字空間又可以分為扁平名字空間、分級名字空間和組合名字空間[9]；根據名字長度是否固定，名字空間分為定長名字空間和可變長名字空間。

名字分配是指系統的管理機構為實體分配名字的方法和權限，系統中實體名字可以由一個唯一權威機構統一分配，也可以由多個機構根據權限分級分布式分配；既可根據名字分配時效進行永久性分配或動態分配，還可根據實體和名字之間對應關系進行一對一的唯一性分配或一對多的非唯一性分配。

名字的解析是指把名字空間中的名字符號解析為對應的實體。名字解析可以是全局統一的，也可以是局部相關的。全局統一的名字解析是指解析操作在一個全局唯一的機構上進行，局部相關的名字解析是從對應關系的局部機構上獲得解析結果。

研究界圍繞著名字空間開展了大量的研究[10-14]，分析了名字空間屬性特征，提出了一系列的命名規則，其成果多用于互聯網域名系統，對高校網絡設備名字空間研究少有介紹。由此，本文提出一種基于文法描述、規則匹配推導的命名系統。

3　文法描述和規則匹配的命名系統設計

3.1　設計原則

(1) 唯一性和可驗證性相結合。指在同一名字空間中，根據一個名字提供的信息能夠找到惟一一個對應實體；反之，根據一個實體的真實、完整信息可以編碼出唯一一個對應名字，并根據規則可驗證名字編碼的合法性。

(2) 統一性和相關性相結合。考慮一個系統內實體對應管理組織或個人職能權限差異或關注信息內容的不同，按系統管理組織結構，采用全局名字空間和局部名字空間相結合，頂層組織建制并使用全局名字空間命名規則，下層組織權限范圍內使用局部名字空間命名規則。

(3) 永久性與靈活性相結合。針對實體信息固定不變的屬性建立持久性名字空間，針對系統中如實體內容可能會更新、存放位置可能會變化，持有者可能會更換等相關屬性建立靈活局部名字空間。

(4) 通用性和便捷性相結合。針對系統內任何類型實體，編碼管理員可以快速使用統一的命名規則來對其進行命名，審核實體屬性描述的規范性；用戶無需背熟系統命名規則就能快速識別實體名字包含相關信息，查找關注的實體屬性組合。

3.2　文法描述和規則匹配的命名模型

名字是具有層次結構的符號串，其本質是人和機器能閱讀分析的一種語言。系統的名字空間模型設計就是描述名字空間屬性特征，制定命名規則，以此規定名字的符號串和層次結構。文法是描述語言現象詞匯間的并列關系與嵌套關系的有效工具[15]，上下文無關文法作為系統名字空間描述工具，具有科學規范，精準易懂等優點，便于根據命名規則高效構造實體名字并分拆驗證其合法性，結合語義描述能較好地適合人類理解和機器語法制導翻譯。

基于規則匹配的名字空間設計的基本思想是從代表系統全部實體屬性標識出發，不斷進行規則配匹替換，最終推導出概念范疇內的一個字符串名字，規則匹配是代表實體某些屬性的標識組合被另外一些屬性標識組合替換過程。

定義名字空間G是能夠標識命名系統內任一實體的一個四元組G= (N，T，S，P)，其中：

N為系統內任一實體相關屬性的有限集合；

T為系統內構成實體名字所有符號或符號串有限集合，它與N不相交，N∩T=Φ；

S為系統實體全部屬性的特殊符號，系統內任一實體名字由該符號推導，S∈N；

P為形如A→α的命名規則的有限集合，其中A∈N，α∈V﹡，V=T∪N，特殊情況下允許如A→ε空產生式存在。

4　文法名字空間在高校網絡設備管理中的應用實踐

4.1　網絡設備管理結構

我校網絡相關設備數量累計上萬臺件，分布于網絡信息中心、計算機學院實驗室和其他各院系部門，遍及全校各樓各屋，承載著各類辦公、教學、科研、實驗業務應用系統和諸多公網業務，校內用戶近1.5萬人。

學校網絡設施管理結構如圖1所示，由校實驗設備中心負責設備采購，質量監督，資產登記，設備分配與歸口，運行效率監管；院系部門負責提出網絡建設，設備采購申請，組織工程建設，指派責任人，監管運行過程；責任人負責設備的管理和運維，記錄設備運行狀態、使用效率，提出維修和報廢申請。

圖1青海民族大學實驗設備管理結構圖

根據學校設備管理組織結構，確立全局名字空間由校實驗設備中心建設并編制規則文件，部份局部名字空間由網絡建設單位設計或使用設備生產商產品標識。

4.2　基于文法的高校網絡設備命名系統

設高校網絡設備全局名字空間G有命名規則：

(1) 〈設備實體標識〉→〈通信鏈路標識〉|〈網絡設備標識〉…

(2) 〈通信鏈路標識〉→〈起始標志#L〉〈鏈路類型〉〈上行端標識〉〈下行端標識〉

(3) 〈鏈路類型〉→〈光纖O〉|〈雙絞線E〉…

(4) 〈上行端標識〉→〈起始標志⊕〉〈位置〉〈端口標識〉|ε

(5) 〈下行端標識〉→〈起始標志⊙〉〈位置〉〈端口標識〉|〈起始標志⊙〉〈計算機P〉〈兩位數字〉|ε

(6) 〈位置〉→〈樓號〉〈樓層號〉〈房間號〉|ε

(7) 〈樓號〉→〈起始標志B〉〈兩位數字〉|ε

(8) 〈樓層號〉→〈起始標志F〉〈兩位數字〉|ε

(9) 〈房間號〉→〈起始標志R〉〈兩位數字〉|ε

(10) 〈端口標識〉→〈配線架號〉〈端口號〉|〈信息點〉〈端口號〉

(11) 〈配線架號〉→〈起始標志D〉〈兩位數字〉|ε

(12) 〈端口號〉→〈起始標志K〉〈兩位數字〉|ε

(13) 〈信息點〉→〈起始標志T〉〈兩位數字〉|ε

(14) 〈網絡設備標識〉→〈起始標志#S〉〈設備類型〉〈廠商編碼〉〈所屬部門〉〈責任人標識〉〈部署位置〉

(15) 〈設備類型〉→〈計算機P〉|〈交換機S〉|〈路由器R〉……

(16) 〈廠商編碼〉→〈變長名字起始標志[〉〈廠商名標識〉〈產品型號〉〈變長名字結束標志]〉

(17) 〈所屬部門〉→〈起始標志∈〉〈不超過8位部門名稱拼音首字母大寫〉|ε

(18) 〈責任人標識〉→〈起始標志@〉〈不超過15位責任人名字全拼小寫〉|ε

(19) 〈部署位置〉→〈起始標志&〉〈位置〉|ε

名字空間G中，全部規則構成分層結構的全局名字空間，每一個規則可看作一個局部名字空間。如規則(1)將高校網絡設備分為通信鏈路標識、網絡設備兩大類型，對應兩個局部名字空間，還可根據實際應用類型進一步擴展。規則(16)中設備生產廠商編碼是按廠商產品命名規則設置為變長局部名字空間，使用變長名字起始標志‘[’、變長名字標識結束標志‘]’進行定界。

4.3　高校網絡設備名字空間語義描述

(1) 通信鏈路名字空間語義描述。如表1所示，通信鏈路標識是永久性名字空間，由網絡信息中心建設和維護，為便于其他部門應用，在綜合布線文檔中定義、引用通信鏈路標識時應使用完整名字。

如：#LO⊕B06F03R03D02K11⊙B01F02R02D02K24。通過⊕B⊙B判定是樓間鏈路類型。

表1　通信鏈路語義描述表

通信鏈路按綜合布線標準從建筑群子系統到工作間子系統的順序，將鏈路兩端分成上行端、下行端。在現場鏈路一端貼標簽時，只需本端粘貼對端端口標識，以便現場維護。

如：上行端貼#LO⊙B01F02R02D02K24，下行端貼#LO⊕B06F03R03D02K11。

(2) 網絡設備名字空間語義描述。如表2所示，網絡設備名字空間采用分層命名結構，它的完整名字包含廠商產品型號是永久性局部名字空間。校實驗設備中心設備登記、分配、監管過程中使用全局名字是：

#SS[H3C S3600-28-EI]∈JSJXY⊕yetao&B10F02R42

表2　網絡設備名字空間語義描述表

在網絡工程建設技術文檔中不關注設備所屬部門和責任人，在定義、引用網絡設備名字時可只使用設備的永久名部份。如：#SS[H3C S3600-28-EI]。

在重要設備現場貼標簽時，分成4個獨立標簽連貼，當所屬部門、責任人、部署位置發生變化時便于立即更換相應標簽。

4.4　名字編碼與合法性驗證

假設新采購H3C網絡設備S3600交換機，分配給計算機學院使用，設備部署在10號樓2樓42號房間，指派葉濤負責管理，給出該設備的名字編碼。

〈高校網絡實體標識〉=>〈網絡設備標識〉規則(1)替換

=>〈起始標志#S〉〈設備類型〉〈廠商編碼〉〈所屬部門〉〈責任人標識〉〈存放位置〉

使用規則(14)替換

=>#S〈交換機S〉〈變長名字起始標志[〉〈廠商名標識〉〈產品型號〉〈變長名字結束標志]〉〈所屬部門〉〈責任人標識〉〈存放位置〉

規則(16)替換

=>#SS[H3C S3600-28-EI]〈起始標志∈〉〈不超過15位部門名稱拼音首字母大學〉〈起始標志@〉〈不超過15位責任人名字全拼小寫〉〈起始標志&〉〈位置〉

使用廠商編碼及規則(17)(18)(19)替換

=>#SS[H3C S3600-28-EI]∈JSJXY@yetao&B10F02R42

使用設備分配部署信息編碼

通過匹配推導完成了名字編碼，同時驗證了該名字的合法性。

5　命名系統應用實踐成效

(1) 名字空間引入文法描述、規則匹配的科學手段，便于信息抽取、檢索、機器翻譯，加強信息化智能管理水平，提高了實驗設備管理部門資產管理能力。

(2) 名字空間應用實踐過程中明確指定職能部門負責學校網絡設施管理名字空間建設，形成了全局統一命令標準，明確了名字分配機構和權限，規范名字分配流程，提升了網絡設備管理工作的規范化水平。

(3) 名字中攜帶了設備責任人和地址信息，便于第一時間定位網絡故障，提高網絡運維和綜合管控工作效率。

(4) 名字空間采用分層內部結構設計，永久分配與動態分配結合，增加了系統實體命名的靈活性、擴展性和兼容性。

6　結　語

本文分析了高校網絡設備管理中命名方式存在的問題，自主設計了一套基于文法描述、規則匹配的設備命名系統。該系統設計科學嚴謹，規范合理，靈活易于擴展，有效解決了傳統網絡設備命名方法導致的各類問題，通過學校資產管理和網絡建設運維證明了所設命名系統規范、實用。網絡實體命名系統建設是一個長期工作，完善名字空間規則和擴展服務類實體名字空間是下階段研究的主要內容。

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