Xây dựng hệ thống quản trị mạng dựa trên phần mềm mã nguồn mở cacti và ứng dụng tại trường đại học hải phòng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG TRẦN QUANG HUY XÂY DỰNG HỆ THỐNG QUẢN TRỊ MẠNG DỰA TRÊN PHẦN MỀM MÃ NGUỒN MỞ CACTI VÀ ỨNG DỤNG TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHỊNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Thái Nguyên - 2014 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG TRẦN QUANG HUY XÂY DỰNG HỆ THỐNG QUẢN TRỊ MẠNG DỰA TRÊN PHẦN MỀM MÃ NGUỒN MỞ CACTI VÀ ỨNG DỤNG TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHỊNG Ngành: Cơng nghệ thơng tin Chun ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60.48.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:PGS TS NGUYỄN VĂN TAM Thái Nguyên - 2014 LỜI CAM ĐOAN Học viên xin cam đoan luận văn cơng trình nghiên cứu thân học viên Các nghiên cứu luận văn dựa tổng hợp kiến thức lý thuyết học, hiểu biết thực tế hướng dẫn khoa học Thầy giáo PGS TS Nguyễn Văn Tam Các tài liệu tham khảo trích dẫn đầy đủ nguồn gốc Học viên xin chịu trách nhiệm trước pháp luật lời cam đoan Thái Nguyên, ngày 10 tháng năm 2014 Học viên thực Trần Quang Huy Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ LỜI CẢM ƠN Trước hết học viên xin gửi lời cảm ơn tới thầy cô giáo trường Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông, Đại học Thái Nguyên nơi thầy tận tình truyền đạt kiến thức quý báu cho học viên suốt trình học tập Xin cảm ơn Ban chủ nhiệm khoa cán tạo điều kiện tốt cho học viên học tập hoàn thành đề tài tốt nghiệp Đặc biệt, học viên xin gửi lời cám ơn đến thầy giáo hướng dẫn học viên PGS TS Nguyễn Văn Tam, thầy tận tình bảo giúp đỡ học viên suốt trình nghiên cứu để hoàn thành luận văn Cuối cho phép học viên cảm ơn bạn bè, gia đình giúp đỡ, động viên ủng hộ học viên nhiều tồn q trình học tập nghiên cứu để hồn thành luận văn Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ i MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ iii MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN VỀ QUẢN TRỊ GIÁM SÁT MẠNG 1.1 Khái niệm quản trị mạng……………………………………………………… 1.2 Một số kiến trúc quản trị mạng………………………………………………… 1.2.1 Mô hình OSI……………………………………………… …………… 1.2.2 Kiến trúc quản trị mạng OSI…………………………… ……………… 10 1.2.2.1 Mơ hình tổ chức ( Organization Medel)………… ………………… 11 1.2.2.2 Mơ hình thơng tin (Information Model)……………….………….… 12 1.2.2.3 Mơ hình truyền thơng (Comunication Model)………………… …… 13 1.2.2.4 Mơ hình chức (Fucntionnal Model)………………………….… 14 1.2.3 Kiến trúc mơ hình quản trị mạng SNMP… …………………………… 16 1.2.4 Kiến trúc quản trị mạng dựa WEB….……………………………… 20 1.3 Kết luận………………………………………………………………………… 23 Chương KIẾN TRÚC QUẢN TRỊ MẠNG MÃ NGUỒN MỞ 24 2.1 Thiết kế tổng thể hệ thống quản trị mạng thích hợp Web SNMP…………… 24 2.1.1 Sơ đồ chức hệ thống…………………………………… 24 2.1.2 Quy trình thực hệ thống…………………………………… 25 2.1.3 Sơ đồ modul quản lý thông tin máy tính thiết bị mạng… 26 2.2 Hệ quản trị mạng mã nguồn mở Nagios……………………………….…… 27 2.2.1 Giám sát máy tính cài hệ điều hành Windows…………………………… 27 2.2.2 Giám sát máy tính cài hệ điều hành Linux………………………………… 28 2.3 Hệ quản trị mã nguồn mở Cacti………………………………………………… 30 2.3.1 Cấu trúc hệ thống Cacti……………………… 30 2.3.2 Hoạt động hệ thống Cacti…………………… …………… 32 2.3.3 Lưu trữ xử lý liệu hệ thống quản trị Cacti…………… 34 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ii 2.4 Lựa chọn mơ hình thử nghiệm………………………………………………… 36 2.5 Kết luận ……………………………………………………………………… 39 Chương ỨNG DỤNG HỆ QUẢN TRỊ MẠNG CACTI 40 TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHÒNG 3.1 Tình hình quản trị mạng trường Đại học Hải Phòng………………… 40 3.1.1 Các thiết bị mạng tại………………………………………… 40 3.1.2 Mơ hình mạng trường…………………………………………… 40 3.2 Đề xuất mơ hình………………………………………………………… 42 3.3 Mơ hình thử nghiệm……………………………………………………… 42 3.4 Triển khai thử nghiệm…………………………………………………… 43 3.5 Phân tích trình hoạt động Cacti mơ hình thử nghiệm……… 56 3.6 Kết thử nghiệm………………………………………………………… 57 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh API Interface Application Programming CIM Common Information Model DNS Domain Name System DOM Document Object Model DTD Document Type Definition FTP File Tranfer Protocol HTML Hyper Text Markup Language HTTP Hyper Text Tranfer Protocol IETF Internet Engineering Task Force IP Internet Protocol LAN Local Area Network MIB Management Information Base MO Managed Object OID Object Identifier OSI Open Systems Interconnection SMI Structure of Management Information SNMP Simple Network Managerment Protocol SOAP SOAP Simple Object Access Protocol TCP Tranfer Control Protocol WAN Wide Area Network WBM Web Base Manager WIMA Web-based Integrated Management Architecture XML Extensible Markup Language NRPE Nagios Remote Plugin Executor WSDL Web Services Description Language UDDI Universal Description Discovery and Integration Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ H×nh1 Hỡnh1.2 - Mô hình quản lý mạng tập trung - Mơ hình OSI tầng Hình1.3 - Mơ hình quản trị mạng OSI 10 Hình1.4 - Management truyền Communication Model 13 Hình1.5 - Mơ hình chức OSI 14 Hình1.6 - Quản lý mạng Microsoft sử dụng SNMP 17 Hình1.7 - Các tác vụ SNMP 18 Hình1.8 - Cách thức làm việc SNMP 19 Hình1.9 - Kiến trúc quản trị mạng dựa Web 20 - Sơ đồ chức hệ thống 24 Hình 2.2 - Sơ đồ quy trình thực hệ thống 25 Hình 2.3 - Sơ đồ quy trình thực hệ thống góc nhìn kỹ thuật 25 - Sơ đồ thực quy trình nhận kết thơng qua SNMP 26 H×nh 2.5 Hình 2.6 - Mơ hình chế làm việc NSClient++ 28 - Mơ hình chế làm việc RNPE 28 Hình 2.7 - Kiểm tra trực tiếp 29 Hình 2.8 - Kiểm tra gián tiếp 29 Hình 2.9 - Sơ đồ khối hệ quản trị Cacti 30 Hình 2.10 - Các thành phần hệ quản trị Cacti 32 Hình 2.11 - Hoạt động hệ quản trị Cacti 32 Hình 2.12 - Nguyên lý sở liệu RRD (RRA) 35 Hình 2.13 - Biểu diễn đồ thị RRD 36 Hình 3.1 - Mơ hình mạng 40 Hình 3.2 - Đề xuất Mơ hình 42 Hình 3.3 - Mơ hình thử nghiệm 43 3.4 - Màn hình giao diện Cacti khởi động cài đặt 44 Hình 3.5 - Màn hình giao diện Cacti kiểm tra cơng cụ 45 Hình 3.6 - Màn hình đăng nhập hệ thống 45 2.1 2.4 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 3.7 - Giao diện Cacti 46 3.8 - Cài đặt dịch vụ SNMP cho thiết bị 46 - Tìm file SNMP services 47 - Đặt cấu hình cho SNMP services 47 Hình 3.11 - Thêm thiết bị máy vào Cacti 48 Hình 3.12 - Danh sách nội dung cần giám sát 49 3.13 - Trạng thái kết nối thiết bị Cacti 49 3.14 - Lựa chọ thiết bị cần tạo đồ thị 50 3.15 - Thể việc lựa chọn thiết bị cần tạo đồ thị 50 Hình 3.16 - Đồ thị phân vùng ổ đĩa D máy 51 Hình 3.17 - Danh sách máy có đồ thị 52 - Tình trạng thiết bị đồ thị 52 Hình 3.19 - Impost Templates 53 Hình 3.20 - Impost Templates Data Cacti 53 Hình 3.21 - Thơng tin quản lý thiết bị hệ thống mạng 54 Hình 3.22 - Quản Lý theo lịch thời gian 54 Hình 3.23 - Thiết lập ngưỡng cảnh báo cho hệ thống 55 Hình 3.24 - Thơng tin gới hạn cho hệ thống 55 Hình 3.9 3.10 3.18 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Sự bùng nổ Công nghệ thông tin Truyền thông năm gần mang lại phát triển vượt bậc mặt đời sống kinh tế xã hội, đặc biệt mạng Internet Internet hệ thống thông tin tồn cầu truy nhập cơng cộng, bao gồm mạng máy tính đơn lẻ liên kết với Hệ thống truyền thông tin theo gói liệu dựa giao thức liên mạng chuẩn hóa giao thức IP Internet bao gồm hàng ngàn mạng máy tính lớn, nhỏ doanh nghiệp, viện nghiên cứu trường Đại học, người dùng cá nhân, phủ tồn cầu Mặc dù mạng máy tính với cơng nghệ tin cậy có nhiều thách thức cần quan tâm giải Ví dụ, mạng bị chậm so với khả thiết bị mạng gặp khó khăn việc truyền thông với thiết bị khác, vấn đề lấy thông tin trái phép Những nguy cơng mạng từ phía bên bên ngồi khó kiểm sốt ln nhức nhối người quản trị mạng Trong vai trò người quản trị hệ thống hay chuyên gia bảo mật thơng tin cơng tác quản lý mạng ln công việc cần thiết Quản lý mạng cho biết tình trạng băng thơng sử dụng mạng, xác định người dùng chạy ứng dụng chia sẻ tài nguyên liệu hay có virus âm thầm hoạt động mạng hay không Để mạng hoạt động an tồn, hiệu tính sẵn sàng cao, người quản trị cần phải trang bị công cụ mạnh, phù hợp với yêu cầu mạng cụ thể Hiện nay, thị trường có sản phẩm quản trị mạng thương mại (mã nguồn đóng) SolarWinds, CiscoWorks, HPOpenView… nhiên giá thành thường cao khả tùy biến hạn chế Trong đó, có nhiều giải pháp phần mềm mã nguồn mở cho phép triển khai giám sát mạng hiệu Nagios, Cacti, Zabbix, Zenoss Đối với phần mềm mã nguồn mở, người quản trị Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Hình 3.9 Tìm file SNMP services - Nhấn chuột phải chọn Properties cho SNMP services cấu hình Hình 3.10 Đặt cấu hình SNMP services Trong Tab Security ta đặt tên truy cập cho SNMP cấu hình quyền cho dịch vụ Sau cấu hình xong ta quay lại phần giao diện web Cacti để thêm thiết bị vào hệ thống giám sát qua SNMP chọn “add” ( thêm thiết bị mới) ta có giao diện: Hình 3.11 Thêm thiết bị máy vào Cacti - Description : Nhập tên thiết bị: “may6” - Hostname: IP máy trạm là: “10.0.1.2” - Hosttemplate: chọn : “Windows 2000/XPHost” - Downed Device Detection: phương pháp Cacti sử dụng để lấy thông tin là: SNMP version: “version2” - SNMP Community: setup SNMP Service host với tên:”may6” Sau chọn liệu mà cần add vào danh sách để, sau Click Save để hồn tất q trình add new devices Hình 3.12 Danh sách nội dung cần giám sát Hệ thống xuất kết thực ghép nối thiết bị: Hình 3.13 Trạng thái kết nối thiết bị Cacti Bước : Tạo đồ thị cho thiết bị mới: học viên tạo đồ thị cho máy Sau thêm xong thiết bị học viên chọn Device vừa tạo - Add Data Query: Thêm dạng truy vấn cho host “ may6” - Add Graph Template Name: Tên mẫu đồ thị cho host “may6”, cuối nhấn Create để hoàn thành - Màn hình thể Device“may6” click chọn Create Graphs for this Host để tạo Graphs cho Data “may6” - Host: lựa chọn thiết bị muốn tạo đồ thị - Graph Types: chọn đồ thị hiển thị liệu (thông tin lấy từ việc thêm liệu truy vấn) - Data Query: Lựa chọn thành phần cần giám sát Ở học viên chọn phân vùng ổ đĩa C với tên: anh phân vùng ổ đĩa D với tên :ANH1 Hình 3.14 Lựa chọn thiết bị muốn tạo đồ thị - Sau hoàn tất việc chọn thiết bị cần tạo đồ thị chọn Create Màn hình hiển thị hình 3.19 Hình 3.15 Thể việc lựa chọn thiết bị cần tạo đồ thị - Host: thể máy chọn IP: 10.0.1.2 “may6(10.0.1.2)” - Click vào Graph tiltle để xem đồ thị tạo Hình 3.16 Đồ thị phân vùng ổ D máy Hoàn toàn tương tự với máy chủ linux tên máy: thp.edu.vn, IP 10.0.0.64 Bước : Lập danh sách thiết bị giám sát (quản lý hệ thống ) - Sau có Divicescủa hệ thống mạng học viên cần phải xây dựng sơ đồ hình tree để thể tất liệu thu thập hệ thống - Trong cửa sổ Web Console chọn mục Graph Tree để xây dựng sơ đồ hình cho liệu Graph hệ thống - Tùy theo tính cách thiết kế hệ thống mà học viên cần xây dựng sơ đồ Tree cho hệ thống - Ở học viên thử nghiệm với máy chủ Centos máy trạm máy máy + Click Graph tree chọn add + Click Defaul tree Hình 3.17 Danh sách máy có đồ thị Sau tạo lập đồ thị tình trạng thiết bị thể sau: Hình 3.18 Tình trạng thiết bị đồ thị Bước : Cacti_Graph_Templates - Click Import Templates menu Console Hình 3.19 Impost Templates Trong mục Browse chọn đường dẫn chứa file vwuaf dowload: Cacti_Graph_Template_aggregagate.XML Sau Impost Templates thành cơng thể hình 3.24 Hình 3.20 Impost Templates data Cacti : Memory, CPU, proceses… Hình 3.21 Thơng tin quản lý thiết bị hệ thống mạng kiểm tra thiết bị theo Hình 3.22 Quản Lý theo lịch thời gian Bước 5: Tạo Hình 3.23 Thiết lập ngưỡng cảnh báo cho hệ thống ù Hình 3.24 Thơng tin giới hạn hệ thống 3.5 Phân tích q trình hoạt động Cacti mơ hình thử nghiệm Trong khn khổ luận văn hình ảnh chụp kết học viên thử nghiệm mơ hình hoạt động hệ thống mạng có sử dụng máy chủ Centos cài Cacti chạy ứng dụng RDDTool, Mysql, Apache, PHP… chạy dịch vụ quản trị hệ thống mạng dựa SNMP 02 máy tính cài hệ điều hành WindowsXP thiết bị switch Cissco 2960, 01 router đóng vai trò thiết bị cần giám sát Q trình hoạt động mơ hình dựa vào máy chủ cài đặt hệ điều hành Centos phần mềm Cacti sử dụng công cụ RRDTool để hoạt động, RRDTool thiết kế với mục đích chung “khả lưu liệu hoạt động tốt lập đồ họa cho toàn hệ thống” Về bản, ta cần giám sát thiết bị khoảng thời gian xác định, việc sử dụng RRDTool lựa chọn hợp lý Bản chất RRDTool không tự hoạt động độc lập Nó đóng vai trò phần mềm thu thập liệu dạng (background) RRDTool sử dụng để hiển thị thiết bị giám sát dạng đồ họa Cacti hệ thống ngoại vi kết hợp với RRDTool sử dụng sở liệu MySQL để lưu trữ thông tin RRDTool cần để tạo đồ thị Cacti cho phép người dùng tạo nguồn liệu (thông thường kết nối SNMP để giám sát thiết bị), thu thập liệu từ thiết bị này, cho phép người dùng nhóm đồ họa lại giống hệ thống, cho phép quản lý phân quyền cho người dùng liệu giám sát nhiều tính khác Cacti cung cấp cho người dùng nhiều khoảng thời gian để xem thông tin thu thập Trong hình ta biết Cacti thực tốt công việc hiển thị xu hướng thông tin dạng đồ thị, xem cách Cacti cho phép nhóm đồ thị để giúp người quản trị theo dõi quan sát hệ thống cách tốt 3.6 Kết thử nghiệm đạt Sau tiến hành triển khai thử nghiệm hệ quản trị mạng Cacti môi trường thử nghiệm trường, học viên thu kết sau: - Xác định nhanh nguyên nhân cố mạng trường cách nhanh chóng dễ dàng Giảm thiểu cơng sức tìm kiếm, di chuyển nhân viên quản trị mạng Người quản trị ngồi máy trạm hệ thống mạng kiểm tra phát cố hệ thống mạng - Thiết lập trật tự logic địa IP cho tồn hệ thống máy tính mạng - Giám sát, can thiệp lưu lượng liệu truyền qua thiết bị như: router, Switch, CPU, nhiệt độ, HDD… - Là mã nguồn mở nên hạn chế việc lây lan virus mạng - Cảnh báo cố hệ thống - Cài đặt cấu hình hệ thống giám sát mạng mã nguồn mở Cati - Xác định xu hướng xảy tương lai Tối ưu hóa định mức đầu tư lúc, chỗ tiết kiệm chi phí đầu tư vào phần mềm sở hạ tầng hệ thống mạng Mơ hình quản trị mạng SNMP dựa tảng quản trị web Cacti xây dựng chạy thử nghiệm mơ hình thử nghiệm trường Đại học Hải Phòng hệ thống thử nghiệm giám sát 01Switch, 01 router truy cập Internet Hệ thống hoạt động tốt giúp cho người quản trị khắc phục cố như: q tải băng thơng, nguy an tồn nút đó… từ đưa đề xuất hướng khắc phục kịp thời Như vậy, qua số hình ảnh chụp từ hình giao diện cơng cụ quản trị mạng dựa tảng web Cacti, thấy Cacti giám sát hầu hết kiện, thông số mạng thiết bị cần giám sát (Agent) cách hiệu hiển thị qua biểu đồ báo cáo cụ thể KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận Với đề tài: “Xây dựng hệ thống quản trị mạng dựa phần mềm mã nguồn mở Cacti ứng dụng trường Đại học Hải Phòng” thu kết sau: - Hiểu tổng quan hệ thống quản trị mạng - Hiểu giao thức SNMP - Nắm chế hoạt động hệ thống quản trị giám sát mạng mã nguồn mở Nagios, Cacti Sự tiện lợi, nhanh chóng hiệu việc giám sát hoạt động mạng nhu cầu lớn người làm quản trị hệ thống mạng Nhất hệ thống mạng lớn nhu cầu trở nên công cụ thiếu Với mơ hình đề xuất luận văn này, sử dụng công cụ phần mềm mã nguồn mở Cacti tạo hệ thống giám sát mạng trực quan, nhanh chóng tiện lợi đáp ứng nhu cầu thực tế Cacti công cụ mạnh việc giám sát theo dõi chi tiết tình trạng hoạt động hệ thống, đặc biệt theo dõi lưu lượng mạng vận chuyển qua thiết bị switch, router, server Cho phép người quản trị theo dõi tình trạng hoạt động thiết bị mạng cách trực quan thông qua nhiều dạng thể khác Hướng phát triển Hoàn thành luận văn với kết đạt tương đối theo yêu cầu đề tài đưa Tuy nhiên trình thực đề tài, học viên nhận thấy nhiều vấn đề liên quan cần tìm hiểu nghiên cứu thêm Học viên xin đưa vài đề xuất hướng phát triển tương lai sau: - Xây dựng hệ thống lọc thư rác, chống lây lan vius mạng - Xây dựng hệ thống cảnh báo chống cơng từ bên ngồi vào hệ thống mạng Để xây dựng hệ thống mạng hoạt động tốt đáp ứng nhu cầu thực tiễn cơng việc TÀI LIỆU THAM KHẢO - Tài liệu tiếng việt: [1] Nguyễn Thành Cương –Mai Thành, Hướng dẫn thiết lập quản trị mạng, Nhà xuất Thống kê, 2002 [2] Tống Văn On, Mạng máy tính, Nhà xuất Thống kê, 2004 -Tài liệu tiếng anh website: [3] Douglas Mauro, Kevin Schmidt, Essential SNMP, 2nd Edition, Publisher: O'Reilly, Pub Date: September 2005 [4] Mani Subramanian ,Network Management: Principles and Practice, Publisher: Addison-Wesley, 2000 [5] Haifeng Xi, “JAVA-BASED INTELLIGENT NETWORK MONITORING”, Thesis for the degree of Master of Science, Faculty of the Graduate School of the University of Maryland at College Park, 2000 [6] Thomas Urban, Cacti 0.8, Publisher: Packt, 2011 http://ithutech.net/threads/cai-dat-va-cau-hinh-cacti-tren-centos-6-4.90/ http: //Cacti.net ...ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG TRẦN QUANG HUY XÂY DỰNG HỆ THỐNG QUẢN TRỊ MẠNG DỰA TRÊN PHẦN MỀM MÃ NGUỒN MỞ CACTI VÀ ỨNG DỤNG TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHÒNG... nêu trên, mạng máy tính trường Đại học Hải Phòng phải có hệ quản trị mạng thích hợp Từ phân tích học viên lựa chọn đề tài:” Xây dựng hệ thống quản trị mạng dựa phần mềm mã nguồn mở Cacti ứng dụng. .. Nagios, Cacti ứng dụng b Phạm vi nghiên cứu: + Tìm hiểu cơng nghệ, mơ hình, giao thức quản trị mạng + Kiến trúc quản mạng mã nguồn mở + Xây dựng mơ hình hệ thống quản trị mạng trường Đại học Hải Phòng