19、网络管理系统性能评估与实验解析

网络管理系统性能评估与实验解析

在网络管理领域，一个优秀的网络管理系统（NMS）需要具备多方面的性能，如灵活性、可扩展性、健壮性等。下面将详细介绍网络管理系统相关性能的评估以及相关实验。

1. NMS的性能特性

1.1 灵活性与模块化

灵活性意味着系统能够适应遗留或新系统的存在和持续运行，并且能够应对运行时的变化。例如，系统可以动态重新配置以适应不断变化的环境。模块化则是指系统由软件模块组成，这些模块可以在不影响其他模块的情况下进行移除、替换和升级，避免了创建难以修改的整体式应用程序。

为了评估NMS系统的灵活性和模块化，设计了一个场景。期望的实验结果是，当从不同工作站启动或关闭不同管理应用程序时，NMS能够正常运行；组成NMS的软件模块可以停止、移除、替换、重新编译并重新集成到系统中；引入的新应用程序或模块可以使用现有的管理信息库和历史数据。

1.2 可扩展性

可扩展性指的是当更多实体（管理应用程序、进程和网络节点）添加到系统中时对性能的影响。系统性能通常与吞吐量相关，并且功能和吞吐量之间往往需要进行权衡。系统的扩展方式在很大程度上取决于其通信复杂性、计算复杂性、数据复杂性和时间复杂性。

为了测试WINMAN解决方案的可扩展性，设计了一个场景，其具体目标是验证网络元素数量的增加不会给NMS带来重大性能问题。期望系统在管理大量对象时仍能无中断运行，且不会出现重大性能问题。实验使用的基础设施需要具备模拟额外网络元素的能力，以便处理包含约一千个WDM和IP节点的网络。

1.3 健壮性

健壮性是指系统处理意外事件的能力，也与系统完整性相关。一个健壮的系统能够应对各种突发情况并继续运行，而脆弱的系统则容易在大多数操作环境中出现故障。

评估健壮性是一项困难的任务，尤其是对于分布式应用程序。可以通过向系统输入极端数据、虚假数据以及对系统施加相当大的压力来评估其健壮性。

2. 功能行为评估

WINMAN NMS测试过程的一个重要目标是证明WINMAN解决方案能够根据相关功能要求提供和管理综合通信服务（ICS）。WINMAN的功能主要集中在配置、故障和性能管理领域，具体如下：
- 配置管理 ：网络供应和网络库存管理。
- 故障管理 ：网络维护和恢复。
- 性能管理 ：网络数据管理。

实验主要旨在展示和验证网络供应和网络库存管理功能。同时，也考虑了单域功能，即仅处理IP或WDM的功能，这对NMS操作员很有用。

2.1 配置管理 - 网络供应

• 创建光路径 ：WINMAN操作员需要能够手动提供端到端光路径，这在IP over WDM网络的初始化和配置过程中，或者在NMS无法自动解决某些问题（如故障、性能下降或容量耗尽）时非常重要。该实验的目标是评估和演示系统操作员在WDM网络中创建端到端光路径的能力，以及WDM - NMS与测试平台相应EMS通信的能力。
• 创建IP/MPLS路径 ：该实验用于验证IP - NMS能够通过MPLS LSP提供具有保证带宽和QoS的IP连接的所有连续过程。这对于测试IP设备的基本IP - NMS功能很有帮助。
• ICS供应 ：不同的最终用户服务（如MoIP、VoIP和VPN）需要不同的网络连接服务。该实验旨在证明NMS解决方案能够接受和处理VPN服务。以下是该实验的详细信息：
  | 字段 | 值 |
  | ---- | ---- |
  | 优先级 | 高 |
  | 目标 | NMS响应SMS的请求，为最终用户提供支持VPN服务的IP网络连接。展示其流程式供应能力，确保请求从接收至服务运行完全自动处理。通过最终用户应用程序使用网络连接来验证服务的可操作性，并检查NMS数据库中数据的有效性和一致性。 |
  | 背景 | 一家在全国有多个站点的公司希望通过高速、高安全和特定QoS的IP网络互连各站点的LAN，解决方案是基于IP的VPN，该VPN需支持实时和非实时服务，SMS系统通过公开指定的接口订购网络连接。 |
  | 所需工具 | 能够生成流量的最终用户应用程序，以及可以测量用户流量QoS参数的流量分析仪。 |
  | 所需基础设施 | 如之前描述的IP over WDM网络。 |
  | 预期结果 | 通过网络提供IP连接，最终用户应用程序能够使用所提供的网络服务，通过IP流量分析仪测量网络连接的性能，并通过最终用户应用程序的质量感知来反映。 |
  | 实验设置 | 最终用户设备连接到IP边缘路由器，运行VoIP、MoIP等实时应用程序以及文件传输、数据库访问和互联网浏览等非实时应用程序。SMS连接到NMS，IP和WDM NMS通过南向接口连接到测试平台的IP和WDM EMS，测试设备连接到网络中的特定测量点，GUI上有辅助窗口用于监控数据库内容。 |
  | 场景 | 该场景可以使用不同服务属性值的服务请求执行。
  前提条件 ：
  - 被管理的网络正常运行，基本网络配置已完成。
  - NMS、GUI和数据库正常运行，数据库包含网络的所有相关数据。
  - SMS系统、最终用户设备和应用程序正常运行。
  场景步骤 ：
  1. 最终用户向SMS发送VPN连接请求。
  2. SMS向NMS发送请求。
  3. NMS处理请求并自动执行流程式供应过程的所有步骤。
  4. 在供应过程中，技术相关的NMS通过DCN与EMS通信。
  5. 监控最终用户应用程序的启动和性能。
  6. 读取测试设备的数据。
  7. 读取NMS数据库。
  8. 实验场景结束。
  相关实验 ：创建光路径和创建IP/MPLS路径。 |

2.2 网络库存管理

该场景用于评估NMS系统的网络库存功能，即NMS能够准确、一致地维护网络库存，使其与底层网络基础设施保持一致。NMS在初始化时应正确发现底层网络基础设施并存储到网络库存中，并且持续检查其一致性。通过GUI，NMS操作员可以评估网络库存中存储的信息。

3. WINMAN配置管理解决方案评估

为了在接近真实网络运行环境的条件下评估WINMAN系统，利用网络测试平台进行了实验。除了IP/WDM测试平台和WINMAN系统外，还纳入了应用层设备，以在实际业务场景中评估WINMAN的功能。

3.1 验证WINMAN功能的集成实验

为了验证WINMAN的功能属性，设计了一个集成网络供应场景。该场景的主要目的是在QoS约束下，使用中间节点P - 3在路由器PE - 1和PE - 2之间建立ICS，而不是使用最短路径。因为PE - 2和P - 3之间的IP链路虽然已配置但由于缺乏物理（WDM）连接而无法运行。

启动条件 ：
1. 有两个LAN站点：
- LAN - 1包含多媒体客户Demo - 1和用于创建干扰流量的流量发生器IXIA - 1。
- LAN - 2包含多媒体客户Demo - 2和用于创建干扰流量的流量发生器IXIA - 2。
2. 路由器PE - 1 - PE - 3和PE - 1 - PE - 2之间存在纯三层（IP）连接，但PE - 2和P - 3之间的IP链路因无物理（WDM）连接而未运行，只能通过PE - 1进行通信。
3. 核心路由器之间的10/100以太网端口配置为10 Mbps，以便轻松饱和PE - 1 - PE - 2之间的直接链路，同时将每个WDM λ的可用带宽限制为10 Mbps，这仅用于测试目的，不影响网络功能。
4. WINMAN系统激活了以下策略：
- 干扰流量授权策略：为了在PE - 1和PE - 2之间建立干扰流量的IP链路，需要有相应的授权策略。
- 拒绝ICS建立策略：在建立干扰流量并展示拥塞链路上的低视频质量后，WINMAN操作员尝试为多媒体流量建立ICS时，将应用两个策略，即拒绝在WDM层的节点2和3之间建立新的波长路径，以及禁用用于预期ICS的备用IP链路。

场景步骤 ：
1. 在无拥塞情况下，网络使用传统的尽力而为IP路由和转发在Demo - 1和Demo - 2之间建立视频会议，此时视频会议质量良好，各方发送1.5 Mbps的视频/语音流量。
2. IXIA - 1客户请求在PE - 1 - PE - 2之间建立9.5 Mbps保证带宽的ICS，这涉及在两个路由器之间创建具有该带宽约束的双向LSP。
3. WINMAN操作员向WINMAN发送创建该ICS的请求。
4. 第一个策略（干扰流量授权策略）允许创建该ICS，WINMAN开始在相关路由器之间建立LSP并进行必要的带宽预留。
5. 两个干扰发生器开始注入流量，使用所有请求的带宽。
6. 在这种网络条件下，Demo - 1和Demo - 2之间的尽力而为视频会议质量受到影响，这表明WINMAN预留的MPLS流量优先于部分被丢弃的尽力而为视频流量，导致视频接收质量不佳。
7. WINMAN客户DEMO希望将其服务从尽力而为升级到“黄金”级，请求在其两个客户端DEMO - 1和DEMO - 2之间预留1.5 Mbps的带宽。
8. 相关人员向WINMAN请求新的ICS。
9. 由于可用的10 Mbps带宽中已有9.5 Mbps为IXIA客户预留，WINMAN系统决定在节点2和3之间创建新的光路径，以创建IP链路，从而实现PE - 2 - P3 - PE - 1和PE - 1 - P3 - PE - 2的双向LSP。
10. 由于第二个策略（WDM层CTP之间的负授权）不允许创建新的光路径，WINMAN操作员收到系统的失败消息。操作员检查当前策略，将特定策略从负授权更改为正授权，并再次触发ICS创建。
11. 创建了WDM光路径（节点2和节点3），新光路径的创建导致自动发现新的IP链路。IP - EMS检测到新链路并通过相应的WINMAN南向接口发送通知，最终到达WINMAN INMS。
12. IP - NMS对新链路进行检查。
13. WINMAN系统尝试通过路由器P - 3建立ICS，但由于当前的负授权路由策略，无法创建PE - 2/P - 3/PE - 1和PE - 1/P - 3/PE - 2的双向连接。
14. WINMAN操作员再次检查活动策略，将负授权策略更改为正授权。
15. WINMAN操作员重新触发DEMO客户的ICS创建，请求成功。
16. 尽管IXIA客户仍在注入相同数量的流量，但DEMO客户端站点之间的视频会议质量恢复良好，实验结束。

在这个集成场景中，还涉及到以下几个方面：
- 网络供应 - 创建光路径 ：为了支持DEMO客户请求的ICS，需要创建新的光路径。WINMAN系统在检查库存后发现最短路径的可用资源不足，于是决定在WDM网络中创建连接PE - 2和P - 3的额外光路径，并将创建请求转发给WDM - EMS。
- 网络供应 - 创建IP/MPLS路径 ：在集成场景中，创建了两个双向ICS，每个ICS由IP层的双向SNC支持，因此总共创建了四个IP/MPLS单向路径。
- 网络供应 - ICS供应 ：
- IXIA客户的ICS ：干扰发生器作为WINMAN客户，请求在PE - 1和PE - 2之间建立9.5 Mbps的ICS。WINMAN系统创建ICS，进行带宽预留并建立LSP，干扰发生器使用所请求的全部带宽。
- DEMO客户的ICS ：新光路径创建和新IP链路检测后，WINMAN系统识别出两条IP路径。由于最短路径带宽不足且WDM容量耗尽，选择通过P - 3的路径来容纳新的ICS，多媒体客户端产生的流量通过新的ICS转发，视频质量达到预期。
- 网络库存 - 网络库存与网络基础设施的一致性 ：新的光路径创建后，IP EMS发现了PE - 2和P - 3之间的新IP链路。WINMAN网络库存更新了新的WDM和IP链路，GUI显示了实际的网络配置。

通过这些实验和评估，可以全面了解网络管理系统的性能和功能，为网络的稳定运行和优化提供有力支持。同时，实验也展示了策略在网络管理中的重要作用，不同的策略设置会导致不同的实验结果。

网络管理系统性能评估与实验解析（续）

4. 实验流程与关键技术点分析

为了更清晰地理解整个实验过程，下面通过流程图和进一步的分析来展示关键步骤和技术要点。

4.1 集成实验流程图

graph LR
    classDef startend fill:#F5EBFF,stroke:#BE8FED,stroke-width:2px;
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    classDef decision fill:#FFF6CC,stroke:#FFBC52,stroke-width:2px;

    A([实验开始]):::startend --> B(无拥塞视频会议):::process
    B --> C(IXIA-1请求ICS):::process
    C --> D(WINMAN操作员请求创建ICS):::process
    D --> E{授权策略允许?}:::decision
    E -->|是| F(建立LSP并预留带宽):::process
    E -->|否| G(修改策略):::process
    G --> D
    F --> H(干扰发生器注入流量):::process
    H --> I(视频会议质量受影响):::process
    I --> J(DEMO请求升级服务):::process
    J --> K(请求新ICS):::process
    K --> L{资源足够?}:::decision
    L -->|否| M(尝试创建新光路径):::process
    M --> N{光路径创建策略允许?}:::decision
    N -->|否| O(修改光路径策略):::process
    O --> M
    N -->|是| P(创建光路径并发现新IP链路):::process
    P --> Q(IP-NMS检查新链路):::process
    Q --> R{路由策略允许?}:::decision
    R -->|否| S(修改路由策略):::process
    S --> R
    R -->|是| T(成功创建ICS):::process
    T --> U(视频会议质量恢复良好):::process
    U --> V([实验结束]):::startend

这个流程图展示了集成实验的主要步骤，从最初的无拥塞视频会议开始，到后续的各种请求、策略判断和资源分配，最终实现了DEMO客户ICS的成功创建和视频会议质量的恢复。

4.2 关键技术点分析

• 策略管理 ：策略在整个实验中起到了关键作用。不同的授权策略和拒绝策略决定了网络资源的分配和使用。例如，干扰流量授权策略允许了IXIA客户的ICS创建，而拒绝ICS建立策略则在某些情况下限制了新光路径和IP链路的创建。操作员需要根据实际情况调整策略，以满足不同的业务需求。
• 资源发现与分配 ：WINMAN系统在处理ICS请求时，需要不断地检查网络库存中的资源情况。当发现最短路径资源不足时，系统会尝试在WDM网络中寻找新的资源，如创建新的光路径。同时，系统还需要进行带宽预留和LSP的建立，以确保服务的质量和可靠性。
• 网络库存管理 ：网络库存的准确性和一致性对于网络管理至关重要。在新的光路径和IP链路创建后，WINMAN网络库存能够及时更新，确保GUI显示的网络配置与实际情况相符。这有助于操作员实时了解网络状态，进行有效的管理和决策。

5. 实验结果与应用启示

通过上述实验，我们可以得到以下实验结果和应用启示。

5.1 实验结果总结

• 功能验证 ：实验成功验证了WINMAN系统在网络供应、故障管理和性能管理等方面的功能。例如，系统能够根据不同的请求创建光路径、IP/MPLS路径和ICS，并且能够处理资源不足和策略限制等问题。
• 策略影响 ：不同的策略设置对实验结果产生了显著影响。合理的策略配置可以确保网络资源的有效利用和服务质量的保障，而不合理的策略则可能导致服务失败或性能下降。
• 库存一致性 ：WINMAN系统能够准确地维护网络库存，使其与底层网络基础设施保持一致。这为网络的监控和管理提供了可靠的基础。

5.2 应用启示

• 策略优化 ：在实际网络管理中，需要根据不同的业务需求和网络状态，优化策略配置。例如，在高峰期可以适当调整带宽分配策略，以确保关键业务的服务质量。
• 资源规划 ：提前进行网络资源的规划和预留，以应对突发的业务需求。例如，在设计网络时，可以考虑预留一定的WDM容量和IP带宽，以满足未来的增长。
• 实时监控与调整 ：建立实时的网络监控系统，及时发现网络故障和性能问题，并根据实际情况调整策略和资源分配。例如，当发现某个链路拥塞时，可以及时调整流量路由，避免服务中断。

6. 总结

本文详细介绍了网络管理系统的性能评估和实验过程，包括NMS的灵活性、可扩展性、健壮性等性能特性，以及WINMAN系统在配置管理、网络库存管理等方面的功能验证。通过集成实验，我们展示了策略管理、资源发现与分配、网络库存管理等关键技术点的重要性，并得到了相应的实验结果和应用启示。

在实际网络管理中，我们需要综合考虑各种因素，合理配置策略，优化资源分配，确保网络的稳定运行和服务质量的保障。同时，不断进行技术创新和改进，以适应不断变化的业务需求和网络环境。

以下是一个简单的总结表格，概括了本文的主要内容：
| 方面 | 详细内容 |
| ---- | ---- |
| NMS性能特性 | 灵活性、可扩展性、健壮性 |
| 功能行为评估 | 配置管理（创建光路径、IP/MPLS路径、ICS供应）、网络库存管理 |
| 集成实验 | 启动条件、场景步骤、涉及方面（网络供应、网络库存） |
| 关键技术点 | 策略管理、资源发现与分配、网络库存管理 |
| 实验结果与启示 | 功能验证、策略影响、库存一致性；策略优化、资源规划、实时监控与调整 |

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