基于XML的网络管理方案研究

摘 要 SNMP是目前广泛使用的一种网络管理协议，它具有简单、易于实现等优点，已成为网络管理领域中事实上的工业标准。然而随着网络的逐步发展，SNMP自身的缺陷不断显露出来，已不能对现代网络进行有效地管理。为弥补SNMP的缺陷，基于XML的网络管理被提到研究日程上来，XML的出现为网络管理的发展带来了新的契机，成为网络管理发展的新趋势。本文从XML的基本知识出发，透过XML技术在网络管理中的优势，给出了基于XML网络管理的四种方案，并对每种方案做了相应分析。 关键词 XML 网络管理 优势 网络管理方案

RESEARCH OF XML_BASED NETWORK

MANAGEMENT SCENARIO

Abstract SNMP is a network management protocol widely used currently with the virtues such as simplicity and easy realization, which has become the de facto industrial standard in the filed of network management. However, with the gradual development of the network, the weaknesses of SNMP are increasingly appeared out, it can not management the network efficiently now. To complement the weaknesses, XML_based network management is being put on the research agenda. The occurrence of XML brings a new chance for the development of network management, and has been a new tendence of the development of network management. In this paper, we begin with the basic knowledge of XML, present four scenarios of XML_based network management on the basis of the advantages of XML technologies, and do the corresponding analysis for each one.

Key words XML, network management, advantage, network management scenario

1 引 言

近几年来，局域网的广泛使用，特别是国际互联网络Internet在全球范围的不断推广，计算机网络越来越成为世人所关注的一大热点，被认为是信息社会标志性的生产工具。网络管理是网络发展中一个关键技术，是使网络可靠、安全、高效运行的保障，对其发展有着很大的影响，并已成为现代信息网络中最重要的问题之一。但随着网络的逐步发展，规模不断扩大，复杂性不断增加，异构性越来越普遍，使得网络管理越来越困难，网络管理技术的发展明显滞后于网络自身的发展。SNMP在计算机网络中应用非常广泛，成为事实上的计算机网络管理标准，但是SNMP有许多自身难以克服的缺点，如不适合大型网络管理，不适合查询大量的数据，受到通用性、可扩展性方面的约束，功能和性能的两难导致网络管理系统的效率降低等等，导致它已不能对日益扩大的现代网络进行有效的管理，为

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了弥补这些方面的缺陷，基于XML的新一代网络管理应运而生了。 XML是互联网联合组织（W3C）创建的一组规范，以便于软件开发人员和内容创作者在网页上组织信息。作为一种新兴技术，它的目的不仅在于满足不断增长的网络应用需求，而且希望借此能够确保在通过网络进行交互合作时，具有良好的互操作性与可靠性。因此把XML技术引入到网络管理中，已成为当今网络管理发展的新趋势。本文首先对XML进行了简单的介绍，然后从多方面阐述了XML用于网络管理的优势，最后给出了基于XML网络管理的四种方案，并对其加以分析和研究。

2 XML内容简介

2.1 XML的产生与发展

XML(eXtensible Markup Language，可扩展标记语言)是由W3C（World Wide Web Consortium，互联网联合组织）于1998年2月发布的一种标准，它是一种数据交换格式，允许在不同的系统或应用程序之间交换数据，通过一种网络化的处理机构来遍历数据，每个网络节点存储或处理数据并且将结果传输给相邻的节点。它是一组用于设计数据格式和结构的规则和方法，易于生成便于不同的计算机和应用程序读取的数据文件。

XML是一套定义语义标记的规则，这些标记将文档分成许多部件并对 这些部件加以标识。它也是元标记语言，不像HTML那样，仅提供一组事先已经定义好的标签来描述一定数目的元素，而是提供了一个标准，是用来自动描述信息的一种新的标准语言，利用这个标准用户可以根据实际需要定义自己的标签，如定义其他与特定领域有关的、语义的、结构化的标记语言的句法语言，使计算机通信把Internet的功能由信息传递扩大到人类其他多种多样的活动中去。XML解决了HTML不能解决的两个Web问题，即Internet发展速度快而接入速度慢的问题，以及可利用的信息多，但难以找到自己需要的那部分信息的问题。XML能增加结构和语义信息，可使计算机和服务器即时处理多种形式的信息。因此，运用XML的扩展功能不仅能从Web服务器下载大量的信息，还能大大减少网络业务量。

2.2 XML相关文档和技术

要明确地读懂XML文档，还需配套有描述标记语言语法和各个标记 含义的文档类型说明文档（DTD/Schema）以及样式单文档（stylesheet）。XML中的标记是没有预先定义的，使用者根据自己的需求定义需要的标记，新创建的标记可在文档类型定义（Document Type Definition，DTD）或Schema中加以描述，DTD定义了文件的整体结构以及文件的语法，XML文件必须遵从DTD中定义的种种规定。Schema是将DTD重新使用XML语言规范来定义，保留并扩充了DTD原有文档结构说明能力，可增加数据类型和命名空间等新技术支持更多管理信息的表示。

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在XML中内容与表现形式是分开的，这就使得不同的用户可以根据他们自己的需要来定义数据的表现形式。在一个XML的源文件中并没有关于它表现形式的信息，XML文件的所有表现信息放在stylesheet文件中。stylesheet文件全权负责XML源文件的表现形式，由它来向应用程序，比如浏览器，提供如何处理显示的指示说明。目前主要的两种stylesheet语言为：CSS（Cascading Style Sheets）和XSL（XML Style Language）。它们各有特色，互为补充。

从XML产生至今，有关XML各方面的技术层出不穷，这里简单介绍 后面将用到的XML parser和XPath。目前XML解析器有两种机制：基于树模型的解析器和基于事件驱动的解析器，它们分别提供了与应用程序交互的DOM（Document Object Model，文档对象模型）接口和SAX（Simple APIs for XML，XML简单应用程序接口）接口。在应用程序中，基于树模型的解析器将一个XML文档转换成一个对象模型的集合（通常称DOM树），应用程序正是通过对这个对象模型的操作，来实现对XML文档数据的操作。通过DOM接口，应用程序可以在任何时候访问XML文档中的任何一部分数据，因此，这种利用DOM接口的机制也被称作随机访问机制。而SAX提供的访问模式是一种顺序模式，这是一种快速读写XML数据的方式。当使用SAX分析器对XML文档进行分析时，会触发一系列事件，并激活相应的事件处理函数，应用程序通过这些事件处理函数实现对XML文档的访问，因而SAX接口又被称作事件驱动接口。

XPath也是一种由W3C开发的工业标准，为查找XML文档中的单个信息定义了一套语法规则的集合，对XML文档各部分进行定位，在XSLT和XPointer标准中得到了具体应用。XPath使用一个紧凑的、非XML的语法来方便实现XPath在URL和XML属性值中的使用，它基于XML文档的逻辑结构，遵循文档对象模型的路径格式，把一个XML文档看成一棵拥有许多结点的树，并在该结构中进行导航。XPath的基本语法由表达式构成，和在文件系统中寻找文件基本上类似。

3 运用XML进行网络管理的优势

作为网络管理的新型研究技术，XML具有其他网络管理技术所不能比拟的特性，主要表现在以下几个方面：

⑴网管数据的统一格式存储

XML是未来Web平台中的关键技术，将网管数据以标准的XML格式存储可以做到网管技术与WWW技术的真正融合。以XML格式存储的数据不仅有良好的内在结构，而且由于它是W3C提出的国际标准，因而受到广大软件提供商的支持，易于进行数据交流和开发。现有网管标准如TMN、SNMP等的管理信息库规范决定了网管数据符合层次结构和面向对

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象原则，在这两点上与XML标准不谋而合，这使得以XML格式存储网管数据非常自然，易于实现。 ⑵不同网管系统间数据的共享和交互 在当前的网络管理中，不同厂商的管理系统只能管理自己的设备，管理人员不得不通过不同的操作平台来管理每一个子网，并且当本管理系统与其他管理系统之间进行信息交互时，只有通过操作员手工实现，这无疑给网络管理人员带来了很大的不便。XML凭借其自身的平台、语言性，成为解决这些问题，实现网管数据发布和交互的最佳手段。只要我们定义一套描述各项网管数据和网管功能的XML语言，用Schema对这套语言进行规定，并且共享这些数据的管理系统的XML文档都必须遵从这些Schema，那么管理数据和管理功能就可以在多个管理系统之间共享和交互。

⑶底层数据更具可读性和标准性

目前网络中传输的底层数据通常根据网络协议的不同，而采用的不同 的编码规则，虽然最终在传输的时候都转化为二进制位流，但是不同的应用协议需要提供不同的转换机制，将协议所能理解的数据转换为二进制数据。这种情况导致网络管理站在对采用不同协议发送管理信息的被管对象之间进行管理时很难实现兼容性。但是如果这些协议在数据表示时都采用XML格式进行描述，这样网络之间传递的都是简单的字符流，可以通过相同的XML解析器进行解析，然后根据不同的XML标记，对数据的不同部分进行区分处理，使底层数据更具可读性和标准性。 ⑷复杂数据的简单处理

XML是一种自我描述语言，其标签具有明显的含义，它的简单编码规则可以使用ASCII文本描述数据的任何层次。DTD和Schema定义了XML文档的数据结构，其中Schema可增加数据类型支持多种管理信息的表示，克服了DTD不能定义新的数据类型的。因此通过使用Schema可以很好地描述和处理管理信息的复杂数据，管理应用程序还可使用这个标准的Schema文件来验证接收到的管理数据是否有效。

⑸现有的协议和技术对其支持

基于XML的网络管理在管理者和代理之间可通过HTTP的GET和POST操作执行基本的管理功能，没有必要重新开发一种新的管理协议。HTTP GET操作用于从代理端收集管理信息，HTTP POST则用于修改管理信息，当代理端发生故障时，代理主动通过POST操作通知管理者。XML文档格式的管理信息可以很容易地通过HTTP协议传输，由于HTTP是建立在TCP之上的，故管理数据为可靠传输。XML支持访问XML文档的标准API，如DOM，SAX，XSLT，XPath等。我们可以使用标准的DOM接口操作XML文档，执行管理操作，很容易地获取必要的管理数据并加以分析；使用XSLT提供的转换XML文档和格式化XML文档的方法对XML文档进

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行必要的转换处理；使用XPath定位XML文档中的部分内容，匹配XML文档中的一组结点。

4 基于XML网络管理的四种方案

1998年10月，当DMTF发布一项将其CIM方案融入到XML中的规范时，把XML推到了实现方便网络管理的中心位置。如今经过几年的研究与发展，利用XML进行网络管理已成为网络管理领域新的发展趋势。下面将沿用传统网络管理的管理者－代理模型，探讨基于XML网络管理可能采取的四种网管方案。

4.1 SNMP Manager－SNMP Agent方案

第一种方案为SNMP管理者－SNMP代理，其简单结构模型如图1所示。

图1 SNMP管理者－SNMP代理模型

从上图中我们可以看到这种方案与基于SNMP的传统网络管理方案非常相似，它仅在管理用户接口上做了修改，网络管理工作站与SNMP管理者以XML格式交换信息。SNMP给出了作为标准的管理信息模型和管理协议，但并未涉及管理信息的显示机制。现有的方法一般是提供一个设备特有的图形用户接口，因而提供一个有效的方法支持管理用户接口是必要的。考虑到管理站可能是运行的Java应用程序，也可能是基于WEB需要通过浏览器执行管理命令的小应用程序，将从GUI或API中得到的信息统一采用XML形式描述，从而达到信息描述的标准化，使系统可以非常方便地采用不同模式实现用户数据与系统的交换。具体地可以先将SNMP管理信息转化为一个XML文档，XML文档自身不能决定如何显示信息，需用XSL工具将显示格式从XML转化为HTML，HTML是一个理想的显示语言。 另外，此方案与传统方案还有一个显著不同（图中未显示），就是数据在系统内部的处理主要以XML数据流为主。SNMP管理者收到NMS发出的以XML数据格式传递的信息后，在MIB树中查找要访问对象的OID，之后按照SNMP报文格式构造出以XML格式书写的报文。一旦XML报文构造成功，将其进行XML/ASN.1的转换，根据事先定义好的XML DTD或Schema映射规则，将具有实际意义的XML信息转换为无描述意义的用于BER编码的XML事件流，最后转换为BER编码，放入报文发送队列准备发送。接收到的报文则按照发送的逆过程将信息反馈给NMS管理工作站。

鉴于XML具有灵活性、可扩展性、交互性等多方面的优点，越来越多

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的厂商直接提供以XML格式描述的MIB文件，故在此方案中我们也加入了这类MIB文件的解析。解析时，使用现成的XML解析器进行词法和语法分析，我们只需把精力花费在语义分析上，大大减少了数据处理的复杂度。

4.2 XML_based Manager－SNMP Agent方案

第二种方案保留了SNMP 代理，用XML_based管理者代替SNMP 管理者，是目前考虑得较多的一种方案，其主要结构模型如图2所示。

图2 XML_based Manager－SNMP Agent模型

在此方案中采用XML DTD或Schema描述管理信息结构（类似于SNMP SMI），HTTP作为传输数据的手段。管理数据以XML文档格式存取，并用标准的XML技术进行处理。借助网上免费可用的XML软件工具，XML_based管理者在实现网络管理功能时可以容易的进行基本数据的存储和检索，由于该管理者和SNMP代理双方所采用的技术不同，在他们之间需要增设一个XML/SNMP 网关，管理者通过此网关来使用和管理现有的SNMP代理。XML/SNMP网关提供了XML_based管理者管理SNMP代理网络的方法，主要在于管理者和代理之间管理信息和交互操作的转换。管理信息的转换就是将传统的ASN.1描述的MIB文件转换为XML格式的MIB文件，包括SNMP SMI到XML Schema的转换，编写一个SNMP MIB到XML的转换器即可达到此目的。交互操作的转换则是在信息转换的基础上实现的，是XML操作与SNMP操作的转换。

从模型图可以清楚地看到该方案的简单运行机制，管理者向网关发送基于URL的HTTP请求（HTTP GET或HTTP POST），在URL中用XPath表达式指明要访问的被管对象，即DOM树中的结点，每个DOM结点都代表了SNMP代理中MIB树中的结点，如“HTTP GET IF-MIB/interfaces/ifTable/ifEntry[index=’1’]”，表示访问由IF-MIB转换的XML文档的第一个接口。网关接收到此请求后，经过XPath handler解析处理，在DOM树（DOM树类似于一个虚拟的管理数据仓库，是所有被管对象数据的集合）中定位要操作的结点，然后根据DOM API与SNMP操作的映射，将原请求转换为相应的SNMP原语操作(SNMP GET或SNMP SET)发送给SNMP代理，代理对其响应（由于为SNMP代理，代理方操作与传统网管代理操作一样），在网关中生成一个响应XML文档，再发送回管理者。发送到网关的SNMP TRAP用同样的方法处理，通过HTTP

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POST请求以XML文档转发给管理者。

4.3 SNMP Manager－XML_based Agent代理方案

第三种方案是SNMP管理者管理XML_based代理，其简单结构模型如图3所示。

图3 SNMP Manager－XML_based Agent模型

在这种方案中，SNMP/XML网关是必需的，它支持从XML Schema到SNMP SMI的转换，但因为XML Schema在数据类型和结构方面比SNMP SMI复杂得多，这种转换是极其困难的。并且这种方案仅提高了SNMP管理者和XML_based代理间的交互，并未弥补SNMP的缺陷，所以这种结构广泛应用的可能性不大，况且至今有关这方面的研究和开发报道微乎其微，该方案就不详细讨论了。

4.4 XML_based Manager－XML_based Agent方案

当不考虑现有网管系统，开发一个新的网络管理者和代理时，利用XML_based管理者管理XML_based代理是充分发挥XML网络管理优势的最理想方案，其主要结构模型如图4所示（其中虚线部分为一种可选方法，后面会说明）。

图4 XML_based Manager－XML_based Agent模型

在此方案中我们选用XML Schema 来描述管理信息结构，管理者和代理之间采用HTTP协议进行通信，管理数据以XML格式存放。管理者通过不同的URL执行发出请求、接收回复和陷阱等各种功能。管理者向代理发出请求信息的方式与前面提到的第二种方案中管理者发给XML/SNMP网关的是一样的，故不赘述。代理方使用XPath handler解析从管理者发来的XPath表达式，并通过DOM接口在事先解析好的DOM树中定位所要操作的结点，之后DOM树利用管理后端接口向系统应用程序发出取值请求，获得响应后将该结点的值层层返回发送给管理者。

图中的虚线给出了一种常用的管理后端接口，即SNMP Agent，使用它

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充分体现了在网络管理中XML技术和SNMP的有效结合。由于SNMP Agent发出的管理信息使用SNMP MIB定义并通过SNMP通信协议获取，而我们的方案是依赖于XML技术处理管理信息的，所以我们需要设置一个

XML/SNMP网关，实现MIB到XML的转换以及DOM API与SNMP操作的映射。

在这四种方案中我们仅仅给出了只有一个代理的情况，对于多个代理加入线程同步一样可处理。

5 结束语

XML才刚刚开始起步，却已显示出了广泛的应用前景，基于XML的网络管理已经初露端倪，成为网络管理系统实现的一种新的发展趋势。可是由于XML用于网络管理的研究现在仍处于初期，还存在某些方面的不足，目前只能作为SNMP的有力补充，有待于进一步发展。本文分析和研究了基于XML的网络管理的四种基本方案，我们在实际工作中已实现了第一种，后一阶段的工作将更进一步地研究其它方案并加以实现。

参 考 文 献

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