面向物联网环境的网络设备消息转换机制分析
面向物联网环境的网络设备消息转换机制分析
1 引 言
物联网在当前互联网的基础上有了许多新的特点，因此对于物联网网络管理提出了新的需求．
ISO 定义的网络管理 5个系统管理功能在物联网时代难以满足新的需求，传统的基于简单网络
管理协议( SNMP，Simple Network Management Pro-tocol) 的网络管理系统，不管在扩展性方面
还是管理效率方面的局限性日益突出，因此迫切需要新的网络管理系统模型．可扩展标记语言
［1］( XML，eXtensible Markup Language)的出现为构建物联网环境下的网络管理模型提供了
可能． 基于 XML 的网络管理系统具有其他网络管理系统无法比拟的特性，这些特性使得它非
常适用于物联网网络管理．基于上述优势，为了统一规范基于 XML 的网络管理，IETF 在
2006 年提出了基于XML 技术的NETCONF［3］( RFC4741) 协议． NETCONF 的提出不仅
使基于 XML 新一代网络管理配置方面的功能得以加强，形成了结构明晰的规范，也使得 XML
网络管理的效率得到显着提升． 基于 NETCONF 的网络管理已经得到广泛认可，事实上一些
IT 公司也开发并实现了支持 NETCONF 的相关系统，如 Juniper 公司的 JU-NO［4］产
品、Cisco 公司的 IOS［5 ］产品，相关开源产品有 en-suite［6 ］的 yencap + manager 和
yuma［7］等．
对于物联网这种融入各种异构网络的网络系统，更加迫切需要基于 NETCONF 的网络管理系统
实现对网络设备跨网络、跨系统的高效管理．物联网相对于传统的互联网具有自身的一些显着
特征，比如，网络拓扑变化很快; 网络节点可以高速移动; 节点间的链路状态变化频繁; 节点能
量、计算能力、存储能力有限等．NETCONF 取代事实上的工业标准 SNMP 协议将会是一个漫
长的过程，有必要通过一种转换机制，实现既能管理 SNMP 的网络设备，又能对基于其他网络
协议的设备进行有效管理． 将 NETCONF 应用于物联网网络管理，首先必须实现对 SNMP 的
兼容，能将基于 NETCONF 的管理报文转换为 SNMP 管理报文． 目前，协议转换研究吸引了
许多网络管理专家的注意，但是大多数停留在理论阶段，或者研发的系统扩展性较差，针对物
联网这一复杂网络环境下的消息转换方法研究很少． 本文设计的消息转换机制可以实现对目前
广泛采用的 SNMP 协议，非 SNMP 协议( 比如 ANMP，NETCONF) 的支持，并且结合物联网
特点设计 NETCONF 管理端、代理端，便于今后在物联网这个大环境下实现网络设备的统一管
理．
2 相关工作
在转换网关方面，为了弥补 SNMP 协议在网络管理扩展性以及效率上的不足，文献［8］提出
一种 SNMP MIB 到XML 的转换算法，并将转换算法应用于 SNMP-XML 转换网关． 文献
［9 ］重点讨论了 SNMP-XML 翻译网关中的MIB 转换技术，并实现了 MIB 文件到XML 文件
的转换． 文献［10 ］提出一种基于 NETCONF 的网络管理系统对 SNMP 和CLI 设备进行管理
的方法，文章主要分析数据模型的转换以及消息映射． 文献［11］提出了一种通用网关模型，
实现基于 XML 网络管理对 SNMP 代理和非 SNMP 代理的统一管理．在 NETCONF 协议的分析
和应用开发方面，文献［12 ］通过实验分析证明了 NETCONF 在复杂网络环境下的强大性能，
实验结果显示了NETCONF 相对于 SNMP 和CLI，在网络管理上更高效、更安全、扩展性更
强、更容易开发新的应用． 文献［13 ］对 NETCONF 的三种建模语言 XML Schema、Relax
NG 和YANG 进行了对比分析，得出尽管YANG 是专门为NET-CONF 设计的建模语言，但是
仍然有些地方考虑不足，比如转换工具设计得并不完善．上述文献大多数停留在理论架构阶
段，或者仅仅对某个单一功能进行实现，例如文献［8］提出的转换器安全性不高，数据在传
输过程中容易被劫取，而且使用的 XML 管理报文没有形成统一规范． 文献［9-10］主要针对
数据模型转换，文献［11］主要停留在管理消息转换的架构设计上，在实现方面只做了简单的
描述． 尽管NETCONF 有众多优点，但是 SNMP 作为事实上的网络管理工业标准有很多不可
替代的特性，比如它的简易性、实用性，以及它对设备的实时监控性优于 NET-CONF 协议，
这些决定了未来 SNMP 协议将长期存在于网络环境中，单纯地将NETCONF 应用于物联网不
切实际． 本文基于 NETCONF 协议，提出面向物联网网络管理的消息转换机制，实现对
SNMP 的兼容，同时也考虑了对其他网络管理协议的支持和系统的扩展性，为物联网环境下网
络设备的统一管理提供了参考．
3 基于 NETCONF 网络管理架构
3 ．1 基于 NETCONF 管理端
管理端一共包含 3 个模块，如图1 所示，分别是交互界面、管理消息处理层、会话通信层．交
互界面负责与管理员进行信息交互． 消息处理层是管理端的核心模块，负责将管理消息封装成
基于 NETCONF 的管理报文，并传送给会话通信层．另外还负责验证收到的报文格式，解析
出操作结果．内容层封装是根据采用的数据模型对报文进行封装．操作层封装、RPC 封装则
根据用户选择的操作类型将报文封装到相应的 RPC 报文中去． 会话通信层对应 NETCONF 逻
辑模型中传输层，负责将管理消息传输给消息转换器，并等待消息转换器的响应，将响应结果
返回给消息处理层．【1】
3 ．2 消息转换器架构
本文的消息转换器基 于 Web Service 进行通信．基于对XML 的广泛接 受，Web Service
成 为 使用标准传输、编码和协议来交换信息的应用 程 序．选 择 WebService 作为管理端与消
息转换器之间报文的传递，符合在物联网下网络管理消息传递的特性要求，更容易实现跨平
台、跨设备、跨网络对网络设备的监管．消息转换器对发送过来的管理报文进行相应转换，使
得网络管理端可以与不同类型的代理端进行通信，消息转换器以Web Service 的方式发布，实
现与管理端交互，并且直接与物联网环境下不同类型的代理进行信息交互．消息转换器的整体
架构如下页图 2 所示．主要分为三个功能模块，即消息分类器 SNMP，报文转换模块，其它代
理报文转换模块．
3 ．2 ．1 NETCONF-SNMP 管理消息转换负责将NETCONF 管理报文转换为 SNMP 管理报文
的转换器主要由6 个模块构成，分别是请求分析器、MIB-XML 翻译器、XML DOM、XML 询
问器、trap 处理模块( 由trap 接收器、trap 分析器和trap 过滤器组成) 以及报文生成器．请求分
析器结合 XML Schema 判断管理报文的合法性，并且结合操作类型映射表提取操作类型．
MIB-XML 翻译器负责将SMI MIB 转换为 XML ，转换后的 XML，可以实现查找操作对象对应
的OID ，和操作对象的映射．XML DOM 是转换器的核心，对 XML 文件进行分析，将得到的
设备地址、操作类型，操作对象OID 等，传给SNMP 轮询器，还负责接收 trap ，实现 trap 中
参数映射后，传递给 XML 报文生成器．SNMP 轮询器将得到的参数包装成SNMP PDU 传给
SNMP 代理，并且接受来自SNMP 代理的响应． 为了减少管理端与转换器之间的通信流量，
对SNMP trap 处理上采用过滤机制，trap 处理器由 3 个模块组成，将接收到的 trap 进行分类，
并建立分级制度来判断紧急程度，最后过滤掉一些重复或者失效的 trap 报文，并传递给 XML
DOM 报文生成器生成相应的响应报文或通知报文后传给NETCONF 管理端．NETCONF-
SNMP 转换器也可以实现对 ANMP 代理的兼容性，这在于 ANMP 使用与SNMP 相同的PDU
格式，而且同样使用 UDP 作为传输协议来发送ANMP 消息，在数据收集和控制方面，ANMP
扩展了 SNMP MIB 以便记录Ad Hoc 网络特有的信息． 若要对 ANMP 代理进行管理，首先管
理端载入对应的 MIB 文件，消息分类器判断管理报文中的IP 地址，若对应的是 ANMP 代理
时，将管理报文传给转换器，可以实现对 ANMP 代理对应设备的有效管理．
摘要：
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面向物联网环境的网络设备消息转换机制分析1引言物联网在当前互联网的基础上有了许多新的特点，因此对于物联网网络管理提出了新的需求．ISO定义的网络管理5个系统管理功能在物联网时代难以满足新的需求，传统的基于简单网络管理协议(SNMP，SimpleNetworkManagementPro-tocol)的网络管理系统，不管在扩展性方面还是管理效率方面的局限性日益突出，因此迫切需要新的网络管理系统模型．可扩展标记语言［1］(XML，eXtensibleMarkupLanguage)的出现为构建物联网环境下的网络管理模型提供了可能．基于XML的网络管理系统具有其他网络管理系统无法比拟的特性，这些特性使得...
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作者：闻远设计
分类：其它行业资料
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时间：2024-03-06
