網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的智能監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)研究

周葉

摘要：隨著教育新基建的推進(jìn)，學(xué)校網(wǎng)絡(luò)設(shè)施種類越來(lái)越多，難以在一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)上統(tǒng)一監(jiān)控預(yù)警，給日常管理運(yùn)維帶來(lái)極大的困難。利用Telegraf、InfluxDB、Grafana 在麒麟操作系統(tǒng)上構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的智能監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，通過(guò)邁普網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驗(yàn)證，監(jiān)控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)的可視化、故障的實(shí)時(shí)預(yù)警，提升了校園網(wǎng)智能化管理水平。

關(guān)鍵詞：Telegraf；InfluxDB；Grafana；麒麟操作系統(tǒng)；監(jiān)控預(yù)警

中圖分類號(hào)：TP393? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2024）07-0098-03

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）

0 引言

隨著《國(guó)家信息化發(fā)展戰(zhàn)略》的提出，依托信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)建設(shè)的新一代網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施已成為網(wǎng)絡(luò)安全建設(shè)的重要載體。目前，信創(chuàng)類網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、操作系統(tǒng)、軟硬件已經(jīng)在政府、教育、工業(yè)生產(chǎn)等多個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用[1]。隨著教育新基建的深入推進(jìn)，高校在多個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景中開(kāi)始采用信創(chuàng)設(shè)備，學(xué)校網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施中信創(chuàng)和非信創(chuàng)的各種服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、信息系統(tǒng)眾多，各設(shè)備需要各自的專用軟件進(jìn)行監(jiān)控。這導(dǎo)致難以在一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)控，不能提供便捷的設(shè)備異常預(yù)警，給日常管理運(yùn)維帶來(lái)極大的困難。本文以信創(chuàng)邁普交換機(jī)為例，在信創(chuàng)銀河麒麟操作系統(tǒng)上，構(gòu)建信創(chuàng)與非信創(chuàng)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的智能監(jiān)控預(yù)警，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控預(yù)警，提升信創(chuàng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的自動(dòng)化管理水平。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的智能監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)主要是解決如何快速發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題、預(yù)防問(wèn)題，來(lái)保障網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行穩(wěn)定[2]。監(jiān)控系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)可視化及預(yù)警組件組成[3]。數(shù)據(jù)采集組件負(fù)責(zé)從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中收集各種指標(biāo)數(shù)據(jù)，包括設(shè)備的狀態(tài)、性能參數(shù)以及其他相關(guān)信息。采集模式主要分為Agent和非Agent模式。Agent采集模式主要是通過(guò)各種腳本采集、主機(jī)日志采集、插件采集、APM探針等，非Agent采集主要有SNMP、IPMI、SSH、ICMP等通信協(xié)議采集。采集的頻率一般根據(jù)業(yè)務(wù)場(chǎng)景實(shí)際需要分為分鐘級(jí)、秒級(jí)等。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)組件主要用于存儲(chǔ)采集到的指標(biāo)數(shù)據(jù)，為開(kāi)展進(jìn)一步分析應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。對(duì)于監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)主要有關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)、時(shí)序數(shù)據(jù)、全文檢索數(shù)據(jù)庫(kù)，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)在傳統(tǒng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中使用居多，因數(shù)據(jù)庫(kù)有性能瓶頸，逐漸被淘汰，時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)非常適合監(jiān)控業(yè)務(wù)場(chǎng)景應(yīng)用，目前主流的監(jiān)控系統(tǒng)均采用時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)，全文檢索數(shù)據(jù)庫(kù)主要應(yīng)用于日志型存儲(chǔ)和搜索。數(shù)據(jù)可視化及預(yù)警組件主要負(fù)責(zé)將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算加工，以人類友好的可視化方式呈現(xiàn)出來(lái)。可以為不同的用戶呈現(xiàn)所需要的監(jiān)控大屏，根據(jù)業(yè)務(wù)場(chǎng)景需要，通過(guò)主流的微信、釘釘、郵件等方式實(shí)現(xiàn)預(yù)警通知，幫助運(yùn)維人員快速掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的智能監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

目前主流的監(jiān)控系統(tǒng)主要有Zabbix、TICK Stack、Nightingale（夜鶯）、Open-falcon和Nagios等技術(shù)棧。TICK Stack提供了一個(gè)完整的端到端的時(shí)間序列數(shù)據(jù)監(jiān)控解決方案，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備監(jiān)控的時(shí)序數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)場(chǎng)景進(jìn)行了優(yōu)化，尤其在處理高頻率的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)時(shí)性能優(yōu)越[4-6]。本文采用TICK Stack結(jié)合業(yè)界廣泛使用的Grafana儀表盤(pán)和數(shù)據(jù)分析工具，使用Telegraf、InfluxDB、Grafana在銀河麒麟信創(chuàng)操作系統(tǒng)上構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的智能監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，提升校園網(wǎng)智能化管理水平。

2 關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 Telegraf數(shù)據(jù)采集器

Telegraf是一個(gè)基于服務(wù)器代理的數(shù)據(jù)采集器，使用Go編寫(xiě)，沒(méi)有外部依賴項(xiàng)，運(yùn)行只需要非常小的資源，非常適合在信創(chuàng)平臺(tái)大規(guī)模部署應(yīng)用[5]。Telegraf擁有大量的內(nèi)置輸入插件，可以采集系統(tǒng)指標(biāo)（CPU、內(nèi)存、磁盤(pán)I/O等）、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、應(yīng)用程序日志等監(jiān)控指標(biāo)，通過(guò)不同的輸出插件可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到不同的數(shù)據(jù)后端存儲(chǔ)，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備監(jiān)控指標(biāo)數(shù)據(jù)的采集。

2.2 InfluxDB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

InfluxDB是一個(gè)專為時(shí)序數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)的開(kāi)源分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，特別適合存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、應(yīng)用性能監(jiān)控、物聯(lián)網(wǎng)（IoT） 設(shè)備產(chǎn)生的大量時(shí)間序列數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫(kù)具有高寫(xiě)入吞吐量和低延遲特性，提供豐富的查詢功能，易于理解和使用，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備監(jiān)控指標(biāo)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和查詢功能[7]。

2.3 Grafana數(shù)據(jù)可視化及預(yù)警

Grafana是目前廣泛使用的儀表盤(pán)和數(shù)據(jù)分析工具，提供強(qiáng)大的儀表板和圖表創(chuàng)建工具，支持豐富的圖形類型和自定義樣式。內(nèi)置了預(yù)警規(guī)則和通知機(jī)制，廣泛應(yīng)用于監(jiān)控、日志分析以及應(yīng)用程序性能管理（APM） 領(lǐng)域[8]。支持從多種數(shù)據(jù)源獲取數(shù)據(jù)，并以豐富的圖表形式展示在儀表板上，提供直觀且高度可定制化的數(shù)據(jù)分析體驗(yàn)，可以為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的智能監(jiān)控提供多個(gè)維度的可視化和預(yù)警功能。

2.4 SNMP協(xié)議

SNMP（簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議）提供了一種標(biāo)準(zhǔn)化的方式來(lái)監(jiān)測(cè)和管理網(wǎng)絡(luò)中的各種設(shè)備和服務(wù)。MIB（Management Information Base）是一個(gè)結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)庫(kù)，每個(gè)MIB對(duì)象都有一個(gè)唯一的OID（Object Identifier） ，定義了可以被SNMP管理的所有可能的對(duì)象和變量，這些對(duì)象對(duì)應(yīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的各種配置、狀態(tài)和性能參數(shù)[9-10]。監(jiān)控設(shè)備采集器通過(guò)SNMP的操作方法和OID，可以獲得信創(chuàng)設(shè)備需要監(jiān)控的數(shù)據(jù)，為監(jiān)控預(yù)警提供數(shù)據(jù)源。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 Telegraf數(shù)據(jù)采集器組件

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備需要監(jiān)控的數(shù)據(jù)主要是設(shè)備運(yùn)行時(shí)間、端口狀態(tài)、端口流量等指標(biāo)數(shù)據(jù)，通過(guò)部署Telegraf數(shù)據(jù)采集組件，使用SNMP的input插件完成數(shù)據(jù)采集，使用計(jì)算和聚合等插件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，使用output插件完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到InfluxDB數(shù)據(jù)庫(kù)。

安裝部署過(guò)程如下：1） 在命令終端使用wget下載 Telegraf 安裝包，命令如下：https：//dl.influxdata.com/telegraf/releases/telegraf-1.29.1-1.x86_64.rpm ;2） 在命令終端執(zhí)行安裝命令：yum localinstall? telegraf-1.29.1-1.x86_64.rpm;3） 修改/etc/telegraf/telegraf.conf 配置文件inputs.snmp 插件下agents、communnity、inputs.snmp.field、inputs.snmp.table等關(guān)鍵參數(shù)；4） 修改/etc/telegraf/telegraf.conf? 配置文件outputs.influxdb 插件下urls、database、username、password、timeout等關(guān)鍵參數(shù)；5） 啟動(dòng)采集組件，在終端執(zhí)行命令：systemctl start telegraf；6） 使用終端執(zhí)行命令：telegraf? --config /etc/telegraf/telegraf.conf --test -input-filter snmp，測(cè)試采集組件工作狀態(tài)。

3.2 InfluxDB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)組件

InfluxDB主要用于存儲(chǔ)Telegraf采集的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)據(jù)，同時(shí)提供給Grafana數(shù)據(jù)可視化及預(yù)警組件查詢監(jiān)控指標(biāo)數(shù)據(jù)使用。它是時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)，為每條采集到的數(shù)據(jù)添加特定的時(shí)間標(biāo)簽。

安裝部署過(guò)程如下：1） 在命令終端使用wget下載 InfluxDB 安裝包，命令如下：wget https：//dl.influxdata.com/influxdb/releases/influxdb-1.8.7.x86_64.rpm；2） 在命令終端執(zhí)行安裝命令：yum localinstall influxdb-1.8.7.x86_64.rpm；3） 啟動(dòng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)組件，在終端執(zhí)行命令：systemctl start influxdb；4） 創(chuàng)建Telegraf采集組件outputs.influxdb的數(shù)據(jù)庫(kù)，在命令終端執(zhí)行influx命令登錄數(shù)據(jù)庫(kù)，執(zhí)行create database telegraf完成數(shù)據(jù)創(chuàng)建，通過(guò)create user "telegraf" with password '123456' with all privileges命令完成用戶創(chuàng)建和授權(quán)。

3.3 Grafana數(shù)據(jù)可視化及預(yù)警組件

Grafana主要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備監(jiān)控指標(biāo)數(shù)據(jù)的可視化，通過(guò)儀表板和圖表創(chuàng)建，直觀呈現(xiàn)出設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。通過(guò)預(yù)警組件，及時(shí)將預(yù)警事件，推送給相關(guān)管理人員，及時(shí)解決相關(guān)問(wèn)題。

安裝部署過(guò)程如下：1） 在命令終端使用wget下載 Grafana 安裝包，命令如下：wget https：//dl.grafana.com/oss/release/grafana-10.2.3-1.x86_64.rpm；2） 在命令終端執(zhí)行安裝命令：yum localinstall grafana-10.2.3-1.x86_64.rpm；3） 啟動(dòng)Grafana 組件，在終端執(zhí)行命令：systemctl start grafana；4） Grafana 默認(rèn)使用3000端口，首次登錄修改密碼；5） 在Grafana數(shù)據(jù)源添加InfluxDB數(shù)據(jù)源。

3.4 SNMP管理測(cè)試工具

SNMP管理測(cè)試工具主要用于探測(cè)目標(biāo)設(shè)備 SNMP 的可用性，常用的有基于命令行的snmpwalk 和基于圖形界面的MIB Browser[11]，本文使用snmpwalk進(jìn)行測(cè)試。

安裝部署過(guò)程如下：1） 在命令終端使用： yum -y install net-snmp-utils；2） 測(cè)試命令格式為：snmpwalk -v 版本 -c 團(tuán)體字 IP OID。

4 功能測(cè)試

4.1 設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控配置

以邁普NSS4330交換機(jī)為例，使用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的智能監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的內(nèi)存、端口狀態(tài)、端口流量等運(yùn)行狀態(tài)。步驟如下：1） 測(cè)試查詢?cè)O(shè)備運(yùn)行時(shí)間和內(nèi)存為例，使用節(jié)點(diǎn)名稱獲取運(yùn)行時(shí)間：snmpwalk -v 2c -c read 172.16.0.30 "RFC1213-MIB：：sysUpTime.0"，使用節(jié)點(diǎn)值獲取內(nèi)存剩余大小snmpwalk -v 2c -c read 172.16.0.30 "1.3.6.1.4.1.5651.3.20.1.1.1.1"；2） 修改/etc/telegraf/telegraf.conf 配置文件inputs.snmp 插件，添加采集項(xiàng)；3） 在Grafana新建面板和配置監(jiān)控預(yù)警。

4.2 設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控

通過(guò)本文介紹的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備智能監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)邁普等網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)、端口流量、端口狀態(tài)、端口速率等關(guān)鍵設(shè)備指標(biāo)的監(jiān)控和預(yù)警。邁普交換機(jī)監(jiān)控儀表板的運(yùn)行圖如圖2所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)在信創(chuàng)麒麟操作系統(tǒng)上，使用Telegraf、InfluxDB、Grafana 等組件，研究網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的智能監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障預(yù)警和智能分析，提升網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。通過(guò)邁普網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的實(shí)際應(yīng)用，驗(yàn)證了基于信創(chuàng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的智能監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的可用性，為下一步統(tǒng)一管理校園網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施奠定基礎(chǔ)，為基于信創(chuàng)解決方案的大型網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供參考經(jīng)驗(yàn)。目前在系統(tǒng)智能化預(yù)警維度和方式尚有不足，下一步將完善系統(tǒng)功能，重點(diǎn)提升系統(tǒng)的智能化水平，拓展應(yīng)用場(chǎng)景。

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