Deploying network management solutions in enterprises

SECTION I.

INTRODUCTION

In todays globalized world, networks form the backbone of an enterprise. The backbone network consists of critical devices such as routers, gateways, switches, firewalls and servers from different vendors. Business continuity directly depends on the availability of the network. Even a few minutes of network outage could have direct impact on the revenue as critical business services get affected. As business needs grow, network complexity also grows (Leinwand et al, 1993). Network administrators are under constant pressure to ensure that the network is always up and running to meet the business demands of the organization. Systems are becoming increasingly complex and spread out geographically. As a result, they are exposed to failures, ineffective performance and security issues. Network administrator must manage the complex network to ensure the availability, security, reliability, performance and utilization of the network bandwidth effectively.

As Goers and et al., (2000), stated, activities such as network planning, designing, performance tuning and capacity modeling are required from the business standpoint, base lining network performance, historical usage analysis, SLA reporting and performance management are required from the service management standpoint so as activities such as monitoring, administering network, provisioning and inventory management are required from operations and maintenance standpoint. Network operators have to perform these activities constantly either manually or with the help of network management tools. Since managing enterprise network manually is tedious, time consuming and error prone, network managers heavily rely on the tools to support their daily activities. Either one network management tool must support all the above activities or multiple tools can be integrated to provide these services. In general, network management is a service that assists human network managers in monitoring, troubleshooting and maintaining networks.

As Mo Li and et al, (2005) stated, networks in general can be classified as telecommunication networks and data (IP) networks. Accordingly, network management solutions have followed two different standards, one from ITU-Ts Telecommunication Management Network (TMN) and IETFs Simple Network Management Protocol for data networks (Mo Li et al, 2005). Both of them have pros and cons; however this paper focuses only on challenges and issues restricted to data (IP) network management tools.

Basically there are three basic approaches for network management systems: centralized, hierarchical and distributed (Leinwand and et al, 1993). Currently, most of the network management systems are centralized and often managed via Simple Network Management Protocol (SNMP). Centralized management station collects the information and controls the entire network. In case of failure of central manager, then the network management operation also fails. Network management tools automatically poll network devices, generate real-time graphical views of network topology, changes in topology and traffic patterns which assist the network manager in taking pro-active steps to manage the network. Network management can be broadly divided into five functional categories. They are:

A. Fault and Problem Management

Network faults can cause downtime, network degradation and hence affect the performance of the network users. The goal of fault management is to detect, log, notify users of the problem and remotely fix the problems to keep the network running effectively. Fault management involves determining faults in the network and isolating the problem. Once the problem is identified, it has to be resolved and the solution tested and deployed on all or just the fault systems.

B. Configuration Management

Configuration management function is responsible for remote management of network devices. The goal of configuration management is to monitor configuration information of a device, so that the impact on network operation of various versions of hardware and software elements can be tracked and managed. Example of configuration management includes: Operating system, Ethernet interface type and version, TCP/IP stack version, SNMP version, etc. All these configuration management information are stored in a database for easy access. When a problem occurs, this configuration database can be searched for clues that may help in solving the problem. Some of the configurations such as, interface operational status, routing table forwarding information etc, can be configured remotely.

C. Performance Management

Function of the performance management is to measure the performance of network components such as hardware, software and media. The goal of performance management is to measure various aspects of performance parameters pertaining to network performance and maintain the network at an acceptable level of performance. Examples of performance measurements include network throughput, percentage of utilization, error rates, user response times and line utilization. Performance management involves setting performance threshold parameters such as interface traffic, TCP connections, number of packets transmitted and received, etc so that exceeding these thresholds indicates a network problem worthy of attention or investigation. Performance management can be both reactive and proactive. When performance becomes unacceptable, the system reacts by sending a message. In case of proactive management, network simulation can be used to project the network traffic pattern and growth and accordingly appropriate measures can be taken.

D. Security Management

The goal of security management is to control access to netw

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在企业中部署网络管理解决方案

第一节

介绍

在当今全球化的世界中，网络构成了企业的支柱。骨干网络由关键设备组成，如路由器，网关，交换机，防火墙和来自不同供应商的服务器。业务连续性直接取决于网络的可用性。随着关键业务服务受到影响，即使几分钟的网络中断也会对收入产生直接影响。随着业务需求的增长，网络复杂性也在增长（Leinwand等，1993）。网络管理员始终面临着确保网络始终正常运行以满足组织业务需求的压力。系统变得越来越复杂并且在地理上分散开来。结果，他们面临失败，无效的性能和安全问题。网络管理员必须管理复杂的网络，以有效地确保网络带宽的可用性，安全性，可靠性，性能和利用率。

正如Goers等人，（2000）从业务的角度来看，需要从网络规划，设计，性能调整和容量建模等活动，从服务管理的角度来看基础网络性能，历史使用分析，SLA报告和性能管理，以及监控等活动。从运营和维护的角度来看，需要管理网络，配置和库存管理。网络运营商必须手动或借助网络管理工具不断地执行这些活动。由于手动管理企业网络既繁琐，耗时又容易出错，网络管理员严重依赖这些工具来支持他们的日常活动。任何一个网络管理工具都必须支持所有上述活动，或者可以集成多个工具来提供这些服务。通常，网络管理是一种帮助人类网络管理员监控，故障排除和维护网络的服务。

正如Mo Li等人（2005）所述，网络通常可以分类为电信网络和数据（IP）网络。因此，网络管理解决方案遵循两个不同的标准，一个来自ITU-T的电信管理网络（TMN）和IETF的简单网络管理协议（Mo Li等，2005）。两者都有利弊; 然而，本文仅关注限于数据（IP）网络管理工具的挑战和问题。

基本上，网络管理系统有三种基本方法：集中式，分层式和分布式（Leinwand等，1993）。目前，大多数网络管理系统是集中式的，并且通常通过简单网络管理协议（SNMP）进行管理。集中管理站收集信息并控制整个网络。如果中央管理器发生故障，则网络管理操作也会失败。网络管理工具自动轮询网络设备，生成网络拓扑的实时图形视图，拓扑和流量模式的变化，这有助于网络管理员采取主动步骤来管理网络。网络管理大致可分为五个功能类别。他们是：

A.故障和问题管理

网络故障可能导致停机，网络性能下降，从而影响网络用户的性能。故障管理的目标是检测，记录，通知用户问题并远程修复问题以保持网络有效运行。故障管理涉及确定网络中的故障并隔离问题。一旦发现问题，就必须解决问题，并在所有或仅故障系统上测试和部署解决方案。

B.配置管理

配置管理功能负责网络设备的远程管理。配置管理的目标是监视设备的配置信息，以便可以跟踪和管理对各种版本的硬件和软件元素的网络操作的影响。配置管理示例包括：操作系统，以太网接口类型和版本，TCP / IP堆栈版本，SNMP版本等。所有这些配置管理信息都存储在数据库中以便于访问。出现问题时，可以在此配置数据库中搜索可能有助于解决问题的线索。可以远程配置某些配置，例如接口操作状态，路由表转发信息等。

C.绩效管理

性能管理的功能是测量硬件，软件和媒体等网络组件的性能。性能管理的目标是测量与网络性能相关的性能参数的各个方面，并将网络维持在可接受的性能水平。性能测量的示例包括网络吞吐量，利用率，错误率，用户响应时间和线路利用率。性能管理涉及设置性能阈值参数，例如接口流量，TCP连接，发送和接收的包数等，以便超过这些阈值表示值得关注或调查的网络问题。绩效管理既可以是被动的，也可以是主动的。当性能变得不可接受时，系统通过发送消息作出反应。在主动管理的情况下，可以使用网络模拟来预测网络流量模式和增长，因此可以采取适当的措施。

D.安全管理

安全管理的目标是根据组织准则控制对网络资源的访问，以便不会有意或无意地破坏网络。目标还在于保护敏感信息不被未经适当授权的人访问。安全管理系统应监视登录网络资源的用户，并阻止访问没有适当访问代码的用户。安全管理系统还可以通过将网络资源划分为授权和未授权区域来工作。例如，访问其他部门的人力资源数据是不合适的，因此可以仅限于该部门。

E.账户管理

库存管理/帐户管理的目标是通过拥有用户清单，网络设备，带宽利用率和分析这些数据来了解网络的行为，以提供对当前使用模式的深入了解。根据此分析，可以将使用配额设置为单个用户或组。经过多次迭代和一些校正后，可以达到最佳接入点。一旦达到最佳点，持续测量将产生与计费和评估资源的公平和最佳利用相关的信息。

第二节

网络管理模型

当前的网络管理技术遵循ITU-T的TMN模型或IETF的简单网络管理协议模型。Mo Li（IEEE Con​​ference，2005）在他的论文中讨论了实施这些模型的局限性，缺陷和挑战。TMN模型基于开放系统互连（OSI）七层模型，其中解决方案框架以分层方法实现。在TMN框架中，定义了以下逻辑层：网络元素，元素管理层，网络管理层，服务管理层和业务管理层。基于CMIP和COREA的管理解决方案是TMN模型的两个典型代表。

SNMP应用程序由两个逻辑组件组成：代理和管理器。代理驻留在受管设备中，并将所有设备信息存储在名为管理信息库（MIB）的数据库中。Manager是与代理交互以执行网络管理功能的实体。这两种模型在应对异构，动态和可扩展的网络环境方面存在缺陷。

在Mohsen Kahani和HW Peter Beadle撰写的论文中（ACM SIGCOMM，2006），讨论了集中式网络管理处理异构网络的不足，因此提出了分布式框架方法的建议。这些系统包括：来自密歇根大学的分布式大哥模型，来自维也纳技术大学的分层网络管理模型，来自哥伦比亚大学的委托模型管理，以及来自开放软件基金会的分布式管理环境。分布式大哥模型是一种基于契约协议和自组织网络的系统。虽然它已在密歇根大学实施，但由于其复杂性，尚未商业化部署。分层网络管理使用管理器管理器的概念，并且由于其简单性和SNMP的普及，已经在几个商业系统中成功实现。但是，部署和实施仍然非常复杂。

Paolo Bellavista等人。（IEEE Journal of communications）提出了MESIS框架，这是一个在开放和全球环境中管理资源和服务的集成解决方案。MESIS框架使用基于CORBA的管理系统来提供可互操作且安全的个人通信系统。

所讨论的所有模型都基于COREA或CMIP或SNMP协议来支持网络管理功能，即 - 故障管理，配置管理，性能管理和安全管理（FCAPS）。它们是集中式或分层式模型。为了实现这些模型，网络管理员和管理员应该具备技术，领域特定和工具知识的深入知识。

第三节

问题和挑战

该行业的网络专业人员严重短缺。被雇用的网络专业人员可能没有维护网络所需的所有技能，因此他们依靠网络管理工具来支持和协助他们。市场上的许多商业网络管理工具通过简单网络管理协议（SNMP）支持上述FCAPS（故障，配置，应用/库存，性能和安全管理）功能。使用商业或免费工具的目的是有效地从称为网络运营中心（NOC）的集中位置管理复杂的企业系统和应用程序，而不会中断业务。但是，很多时候使用该工具所需的复杂性和知识会导致挫败感，从而导致根本不使用该工具。

虽然这些工具有助于执行日常任务，有效地部署和使用工具（问题），但是要彻底了解网络概念，例如IP地址和子网，理解SNMP协议和概念，理解工具和它支持的功能，管理信息库（MIB）的性能，配置和故障管理组件的知识是必需的。

网络管理员面临的主要挑战是在不显着增加网络拥有成本的情况下最大限度地提高网络的生产力优势。网络所有权的总成本包括支持人员培训，实施，运营和管理网络的成本，除了资本设备成本和年度维护成本。

我们在本文中介绍的模型描述了部署支持网络管理FCAPS功能的网络管理工具的策略，以解决前面提到的一些部署挑战。

第四节

方法

制定框架所采用的方法是通过案例研究方法，基于我们与利益相关者的面对面讨论，同时执行不同的咨询任务。用于案例研究的组织是大型企业，其实力超过5000名全职员工，并且地理位置分散，至少有三个分支机构。所有分支机构都通过WAN连接。为了验证该框架，采用了一种案例研究方法，并在印度的一家大型企业中实施。

A.拟议框架

网络管理非常复杂，并且特定于每个组织的需求。由于使用现有网络管理工具的复杂性，大多数组织都处于被动模式。与此同时，业务用户更注重服务，而不太关注底层技术。组织需要可靠的网络维护支持服务，以帮助完成工作。尽管使用最新的千兆网络硬件，但企业仍然存在间歇性带宽问题，性能问题以及网络响应缓慢的用户投诉。

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第一步是收集网络管理操作的要求，包括硬件，软件，网络体系结构，网络工具，网络应用程序，要监视的设备，要生成的报告类型以及正在使用的管理工具。在此阶段，识别所有利益相关者，并通过达到阈值来确定每个网络管理功能的关键成功因素（CSF）。

一旦定义了阈值，就选择用于驾驶的LAN段以清楚地了解要监视的设备。建议为试用选择不太重要的LAN网段，以便有足够的时间来验证要求，了解网络行为和使用情况以及用户模式，而不会有正常网络操作的风险。在试验期间，应首先配置FCAPS功能的故障管理。在此过程中，网络管理人员接受了网络自动发现，为可靠，准确，一致和可管理的网络定义管理域等功能的优势。工作人员还接受过如何使用网络地图，管理网络设备的特殊功能，组织跨多个采集站和站点的网络管理的培训，

必须优化配置，直到网络管理站完全反映整个企业网络拓扑。下表（表1）描述了一些要监视的参数：

表1：网络管理参数示例

下表（表2）列出了用于衡量NMS成功部署的样本阈值（CSF），可在与利益相关方讨论后进行演变。

表2：样本关键成功因子值

第五节

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