劉益，朱曉民(1 北京郵電大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與交換技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100876；2 東信北郵信息技術(shù)有限公司，北京 100191）

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資源池中CLI模板化網(wǎng)絡(luò)配置管理設(shè)計(jì)方案*

劉益1,2，朱曉民1,2
(1 北京郵電大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與交換技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100876；2 東信北郵信息技術(shù)有限公司，北京 100191）

摘 要本文以浙江移動(dòng)私有云資源池管理系統(tǒng)為研究對(duì)象，分析了原有設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊的缺陷，提出CLI（命令行界面）模板化配置管理方案。該方案主要涉及模板化配置文件和解析引擎。配置文件以XML作為數(shù)據(jù)的編碼方式，封裝CLI命令和業(yè)務(wù)流程；解析引擎使用DOM（文檔對(duì)象模型）解析配置文件，根據(jù)預(yù)設(shè)規(guī)則調(diào)用相應(yīng)的接口實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的操作。該方案使設(shè)備驅(qū)動(dòng)和系統(tǒng)解耦和，有利于設(shè)備驅(qū)動(dòng)的維護(hù)和升級(jí)，并增加了系統(tǒng)的擴(kuò)展性，實(shí)現(xiàn)靈活、高效的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置管理。

關(guān)鍵詞網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；配置管理；CLI模板化

網(wǎng)絡(luò)配置管理即對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)的管理。資源池中大部分網(wǎng)絡(luò)資源的調(diào)度都需要在硬件設(shè)備上進(jìn)行配置，資源池管理平臺(tái)根據(jù)服務(wù)請(qǐng)求選取正確的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，調(diào)用相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，對(duì)該設(shè)備發(fā)送CLI命令進(jìn)行配置，從而使服務(wù)生效[1]。如VLAN（虛擬局域網(wǎng)）服務(wù)需要在交換機(jī)上進(jìn)行配置，NAT（Network Address Translation，網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換）服務(wù)需要在防火墻上進(jìn)行配置。在浙江移動(dòng)私有云資源池管理平臺(tái)早期版本的設(shè)計(jì)中，網(wǎng)絡(luò)配置靠設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊完成，即CLI命令封裝在驅(qū)動(dòng)模塊的代碼中，由于不同硬件設(shè)備的CLI命令集和不同服務(wù)的業(yè)務(wù)流程各不相同，因此對(duì)每個(gè)型號(hào)的硬件設(shè)備都需要開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)模塊。隨著資源池平臺(tái)的擴(kuò)大，底層設(shè)備增多，每增加一類(lèi)設(shè)備就得增加一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊，并且需要暫?，F(xiàn)有服務(wù)來(lái)進(jìn)行軟件升級(jí)。資源池管理平臺(tái)亟需一種靈活、高效的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置管理方案。

1　資源池管理系統(tǒng)

1.1總體設(shè)計(jì)

資源池管理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如圖1所示。

IaaS（基礎(chǔ)架構(gòu)即服務(wù)）云管理平臺(tái)理論上分為3層，由下到上分別是資產(chǎn)層、資源層和服務(wù)層。

（1）資產(chǎn)層：包括了IaaS中的所有硬件設(shè)備，有防火墻、交換機(jī)、負(fù)載均衡器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，塊存儲(chǔ)、日志詳單存儲(chǔ)等存儲(chǔ)設(shè)備，以及支持虛擬機(jī)化技術(shù)的硬件和軟件資產(chǎn)，例如支持x86虛擬化的VMware、KVM等[2]。

圖1　浙江移動(dòng)私有云資源池管理系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

1.2原配置管理方案

如圖2所示，在資源池管理平臺(tái)早期版本中，每一類(lèi)設(shè)備都對(duì)應(yīng)一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊，各驅(qū)動(dòng)模塊直接將CLI命令和代碼耦合在一起，調(diào)用CLI控制模塊的接口完成資源服務(wù)在設(shè)備上的配置。這種設(shè)計(jì)非常不利于軟件架構(gòu)的擴(kuò)展，每增加一套設(shè)備，就得增加一套對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)模塊，即使修改一條命令，都得將軟件重新打包升級(jí)服務(wù)，過(guò)程繁瑣。隨著資源池平臺(tái)的擴(kuò)大，底層設(shè)備增多，維護(hù)將愈加不便。

（2）資源層：實(shí)現(xiàn)了IaaS所有資產(chǎn)設(shè)備的資源化，能夠動(dòng)態(tài)在資產(chǎn)上申請(qǐng)、使用和釋放資源，實(shí)現(xiàn)了對(duì)資源的統(tǒng)一管理和調(diào)度。

（3）服務(wù)層：調(diào)用資源池管理接口，將細(xì)粒度的資源操作以任意形式組裝，最終以服務(wù)的形式向用戶(hù)提供。服務(wù)層不關(guān)心資源和資產(chǎn)層的具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，以標(biāo)準(zhǔn)API與資源層通信，可以同時(shí)對(duì)接多個(gè)資源池管理平臺(tái)[3]。

用戶(hù)通過(guò)資源池管理門(mén)戶(hù)申請(qǐng)網(wǎng)絡(luò)資源，資源池管理平臺(tái)接收到請(qǐng)求消息，調(diào)用相應(yīng)的資源模型模塊選取可用資源，并調(diào)用資源驅(qū)動(dòng)模塊在各類(lèi)硬件設(shè)備上完成實(shí)際的配置，最后將資源返回給用戶(hù)，展現(xiàn)在門(mén)戶(hù)上。

圖2　原網(wǎng)絡(luò)資源配置管理模塊

2　CLI模板化配置管理方案

2.1模塊設(shè)計(jì)

CLI模板化是一種用XML作為數(shù)據(jù)的編碼方式，來(lái)封裝CLI命令，并通過(guò)DOM引擎解析XML，調(diào)用CLI接口實(shí)現(xiàn)操作設(shè)備的方法。CLI模板化將每個(gè)功能操作定義為標(biāo)簽，建立一個(gè)完備的功能集，支持建立SSH（Secure Shell，安全外殼協(xié)議）連接、執(zhí)行命令、斷開(kāi)連接、反饋結(jié)果等功能。如圖3所示，CLI模板化模塊解析配置文件，完成設(shè)備操作。CLI命令和業(yè)務(wù)的代碼邏輯分開(kāi)，有利于底層驅(qū)動(dòng)的維護(hù)，如果需要更換CLI命令，只需在XML配置文件中進(jìn)行修改，不必修改代碼重新升級(jí)系統(tǒng)[4]。

圖3　CLI模板化網(wǎng)絡(luò)配置管理模塊

2.2配置文件規(guī)范設(shè)計(jì)

CLI模板化引擎的核心是一個(gè)基于DOM的XML解析器，DOM解析器是通過(guò)將XML文檔解析成樹(shù)狀模型并將其放入內(nèi)存來(lái)完成解析工作的，而后對(duì)文檔的操作都是在這個(gè)樹(shù)狀模型上完成的。每次遇到一個(gè)標(biāo)簽時(shí)，就會(huì)調(diào)用這個(gè)特定標(biāo)簽的事件處理程序，來(lái)執(zhí)行特定動(dòng)作。配置文件組合了各種基本標(biāo)簽，完成整個(gè)業(yè)務(wù)操作。

模板化配置文件采用了XML的編碼方式。

（1）其根節(jié)點(diǎn)是root，子節(jié)點(diǎn)主要包含Jar包導(dǎo)入（import）和業(yè)務(wù)方法（method）兩個(gè)部分。import指導(dǎo)入模塊外部Jar包的方法，旨在處理解析器處理不了的復(fù)雜邏輯；method包含了設(shè)備執(zhí)行一個(gè)業(yè)務(wù)請(qǐng)求所需的設(shè)備命令及業(yè)務(wù)邏輯，是模板化配置文件的邏輯主體，模板化配置文件可以由多個(gè)標(biāo)簽組成，每個(gè)標(biāo)簽體就是一個(gè)完整的業(yè)務(wù)操作[5]。

（2）method標(biāo)簽包括參數(shù)列表（paralist）和業(yè)務(wù)邏輯（body）兩部分。參數(shù)相當(dāng)于變量，可以把body中出現(xiàn)此參數(shù)的地方替換為參數(shù)的真實(shí)值。body描述整個(gè)業(yè)務(wù)請(qǐng)求的實(shí)際操作過(guò)程，是完成一個(gè)業(yè)務(wù)請(qǐng)求所需的基礎(chǔ)標(biāo)簽的集合。后面的標(biāo)簽都是基礎(chǔ)標(biāo)簽。所有的XML模板化配置文件都應(yīng)是如下結(jié)構(gòu)：

…

…

…

將配置文件的結(jié)構(gòu)定義之后，剩余的工作就是定義功能標(biāo)簽，每個(gè)標(biāo)簽都是一個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)。功能標(biāo)簽可在業(yè)務(wù)邏輯體(body)中自由組合，實(shí)現(xiàn)各類(lèi)業(yè)務(wù)邏輯[6]。

目前設(shè)計(jì)了8種核心功能標(biāo)簽：

（1）：該標(biāo)簽用于需要在設(shè)備上執(zhí)行的命令的基本單元。一個(gè)標(biāo)簽完成一條命令的完整的執(zhí)行過(guò)程，包含了執(zhí)行命令的環(huán)境（執(zhí)行命令前后是否在命令提示符下）、要發(fā)送的指令內(nèi)容、預(yù)期匹配等。

（2）：該標(biāo)簽用于條件判斷的邏輯，類(lèi)似if語(yǔ)句。如果執(zhí)行到此處時(shí)的條件滿(mǎn)足該標(biāo)簽的屬性，則可進(jìn)入該標(biāo)簽內(nèi)解析子標(biāo)簽，如果條件不滿(mǎn)足，則跳過(guò)該標(biāo)簽，即不解析該標(biāo)簽內(nèi)的子標(biāo)。

（3）：該標(biāo)簽用于建立Telnet連接，標(biāo)簽內(nèi)容包括目標(biāo)主機(jī)的IP地址、端口、命令提示符。

（4）：該標(biāo)簽用于建立SSH連接，標(biāo)簽內(nèi)容包括目標(biāo)主機(jī)的IP地址、端口、用戶(hù)名、密碼、命令提示符。

（5）：該標(biāo)簽用于調(diào)用方法，有兩種情況：調(diào)用同一配置文件中的其它方法和調(diào)用外部jar包中的類(lèi)方法，使用條件是業(yè)務(wù)邏輯超出僅靠標(biāo)簽就能處理的范圍，仍需代碼執(zhí)行，且都是定制化的開(kāi)發(fā)，不應(yīng)集成在作為工具使用的CLI模板化模塊中，所以寫(xiě)在外部jar分組中，通過(guò)標(biāo)簽導(dǎo)入jar分組及類(lèi)地址，再通過(guò)標(biāo)簽調(diào)用。

（6） ：該標(biāo)簽用于關(guān)閉CLIClient的連接。

（7） ：該標(biāo)簽用于停止解析，拋出異常，并把標(biāo)簽的內(nèi)容作為異常消息。

（8） ：該標(biāo)簽用于立即結(jié)束配置文件的解析，關(guān)閉連接并返回值。此標(biāo)簽應(yīng)放在一段邏輯的末尾，因?yàn)椴粫?huì)繼續(xù)解析后面的標(biāo)簽了。

以上標(biāo)簽組合成一套完備的語(yǔ)法。各標(biāo)簽在語(yǔ)法規(guī)范下自由搭配，裝配成業(yè)務(wù)流程。資源池管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)DOM解析引擎，就能夠解析CLI模板化文件，操作設(shè)備完成業(yè)務(wù)配置。

2.3關(guān)鍵技術(shù)

2.3.1XML解析器

一般XML文件的解析有兩種模式，SAX（Simple API for XML，一種XML解析接口）和DOM。DOM是基于文檔驅(qū)動(dòng)的，需要讀入整個(gè)的XML文檔，在內(nèi)存中創(chuàng)建DOM樹(shù)，并生成 DOM樹(shù)上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)象。優(yōu)點(diǎn)是易于處理復(fù)雜對(duì)象，并且可以隨意操作節(jié)點(diǎn)對(duì)象；缺點(diǎn)是當(dāng)文檔較大時(shí)，對(duì)DOM樹(shù)的創(chuàng)建和處理會(huì)消耗大量?jī)?nèi)存。SAX基于事件驅(qū)動(dòng)，不需要讀入整個(gè)文檔，而是依序讀入并產(chǎn)生相對(duì)于的事件，優(yōu)點(diǎn)是處理速度快，適用于大型文件的處理；缺點(diǎn)是不支持對(duì)文檔的隨意存取，不能修改文檔[7]。對(duì)于本文研究的模板化的網(wǎng)絡(luò)配置管理，其配置文件基本不超過(guò)50 kB，兩種模式都不會(huì)消耗太多內(nèi)存，由于DOM建立了節(jié)點(diǎn)樹(shù)，可以隨意讀取節(jié)點(diǎn)，更適合處理復(fù)雜邏輯。因此本文選擇DOM作為解析XML的工具。

2.3.2動(dòng)態(tài)加載

業(yè)務(wù)邏輯過(guò)于復(fù)雜時(shí)，可以將這部分邏輯寫(xiě)在代碼里，由于這部分代碼是定制化的開(kāi)發(fā)，不應(yīng)集成在作為工具使用的CLI模板化模塊中，因此可以單獨(dú)打成一個(gè)jar分組。定義標(biāo)簽導(dǎo)入jar分組及其內(nèi)的類(lèi)名稱(chēng)，再通過(guò)標(biāo)簽調(diào)用，實(shí)際上是通過(guò)Java的反射機(jī)制加載這個(gè)jar分組中的類(lèi)。在運(yùn)行外部Jar分組的類(lèi)時(shí)，可以將一些運(yùn)行時(shí)的變量當(dāng)做參數(shù)傳入，這樣被調(diào)用的Jar分組中的方法也能獲取當(dāng)前變量[8]。

動(dòng)態(tài)加載Jar包時(shí)，需要定義類(lèi)加載URLClassLoader，通過(guò)Jar分組的URL路徑加載Jar分組，再通過(guò)類(lèi)路徑找到指定類(lèi)，用getMethod()及方法名得到指定方法，最后用invoke()反射調(diào)用目標(biāo)方法。

3　結(jié)束語(yǔ)

CLI模板化網(wǎng)絡(luò)配置管理方案已經(jīng)應(yīng)用在部署于濱江數(shù)據(jù)中心的浙江移動(dòng)私有云資源池管理系統(tǒng)上，VLAN申請(qǐng)、VLAN刪除、NAT申請(qǐng)、NAT刪除服務(wù)的內(nèi)外防火墻驅(qū)動(dòng)模塊已經(jīng)被CLI模板化配置文件替代了。

參考文獻(xiàn)

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中國(guó)移動(dòng)設(shè)計(jì)院無(wú)線(xiàn)所“音跡”團(tuán)隊(duì)成功參加 “中國(guó)移動(dòng)2015年自主開(kāi)發(fā)大賽”路演

創(chuàng)新才能轉(zhuǎn)型、創(chuàng)新需要實(shí)踐！在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，中國(guó)移動(dòng)高度重視培育創(chuàng)新文化，踐行創(chuàng)新精神，為此，面向全體員工舉辦“中國(guó)移動(dòng)2015年自主開(kāi)發(fā)大賽”，鼓勵(lì)創(chuàng)新開(kāi)發(fā)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品。作為中國(guó)移動(dòng)的創(chuàng)新年度大戲，大賽共分為海選、初賽、復(fù)賽、路演展示、現(xiàn)場(chǎng)決賽等環(huán)節(jié)。中國(guó)移動(dòng)設(shè)計(jì)院無(wú)線(xiàn)所徐佳祥、宋靜川、汪況倫積極響應(yīng)大賽號(hào)召，以旅游過(guò)程中“亂寫(xiě)亂畫(huà)”的不文明行為作為切入點(diǎn)，用手機(jī)APP電子留音為主的方式來(lái)替代“到此一游”的行為，并融合社交元素，策劃了“音跡”產(chǎn)品方案。產(chǎn)品創(chuàng)意和方案是大賽評(píng)選的重點(diǎn)，然而團(tuán)隊(duì)三個(gè)人在三個(gè)不同的省常駐，無(wú)法面對(duì)面討論，大家只能利用社交工具交流，頭腦風(fēng)暴之余卻有意外收獲，“音跡”嶄新的社交功能一躍成為產(chǎn)品亮點(diǎn)。功夫不負(fù)有心人，產(chǎn)品方案最終經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)院所內(nèi)評(píng)選、院內(nèi)評(píng)選，成為設(shè)計(jì)院參與中國(guó)移動(dòng)評(píng)審10個(gè)方案之一。9月，“音跡”在報(bào)送中國(guó)移動(dòng)的42個(gè)單位386個(gè)創(chuàng)意中脫穎而出，更是成為設(shè)計(jì)院唯一進(jìn)入復(fù)賽階段的團(tuán)隊(duì)?！耙糅E”團(tuán)隊(duì)成員終于在北京順利會(huì)師，4人迎難而上，從零開(kāi)始，拿起開(kāi)發(fā)書(shū)籍和資料埋頭苦學(xué)。往往翻遍了書(shū)籍，找遍了網(wǎng)絡(luò)就為了實(shí)現(xiàn)一個(gè)看似簡(jiǎn)單的功能。在連續(xù)的20多天里，團(tuán)隊(duì)成員犧牲晚上，周末等時(shí)間，一筆一畫(huà)地制作圖形素材，不斷地討論、調(diào)試、改進(jìn)，將地圖模塊、語(yǔ)音模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、UI界面等功能模塊一一攻克，在大賽規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成了產(chǎn)品Demo版本的開(kāi)發(fā)。12月8日，關(guān)鍵的時(shí)刻到了，音跡團(tuán)隊(duì)來(lái)到南京參加產(chǎn)品路演展示。本次路演邀請(qǐng)了各省公司技術(shù)主管和專(zhuān)業(yè)風(fēng)投人士作為嘉賓進(jìn)行觀摩。團(tuán)隊(duì)成員準(zhǔn)備充分，分工協(xié)作，在輕松自如的氛圍中向嘉賓闡述了音跡產(chǎn)品的價(jià)值，并現(xiàn)場(chǎng)演示Demo版本的功能。演示完畢后，在場(chǎng)嘉賓饒有興趣地紛紛提問(wèn)，并給予真誠(chéng)建議。

(摘自：中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司網(wǎng)站)

Design scheme of network configuration management of CLI template in resource pool

LIU Yi1,2, ZHU Xiao-min1,2
(1 State Key Laboratory of Networking and Switching Technology, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China; 2 EBUPT Information Technology Co., Ltd., Beijing 100191, China)

AbstractBased on private cloud resource pool system of Zhejiang CMCC, this article analysis the defect of preivous device driver module, and propose a design scheme of network confi gure management of CLI template. The scheme includes template confi guration fi le and parsing engine. Template confi guration fi le uses XML as data coding method, encapsulate the CLI commands and business process. Parsing engine use DOM(Document Object Model) to parse fi le, and call interfaces to operate the devices. The scheme decouples device driver and the system, and is advantageous to maintain and update device driver. It increases the system's extensibility, and implements fl exible and effi cient network device confi guration management.

Keywordsnetwork device; confi guration management; CLI template

* 基金項(xiàng)目：國(guó)家973計(jì)劃項(xiàng)目（編號(hào)：2013CB329102）；國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（No. 61471063, 61372120, 61271019, 61101119, 61121001）；長(zhǎng)江學(xué)者和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)展計(jì)劃資助（編號(hào)：IRT1049）；教育部科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)(重大)項(xiàng)目資助（編號(hào)：MCM20130310）；北京高等學(xué)校青年英才計(jì)劃項(xiàng)目（編號(hào)：YETP0473）。

收稿日期：2015-10-31

中圖分類(lèi)號(hào)TN929.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)1008-5599（2015）11-0044-05