Keywords ：Network management interface;protocol adaptation;Protocol Buffers

0 引言

随着移动互联网、物联网、云计算在近年的兴起，数据业务超越语音业务成为运营商网络承载的主体。面对带宽需求的飞速增长，传统承载网已经无法满足需求，网络向IP 化演进已是大势所趋。伴随着带宽的提升，未来基站的覆盖密度将大大增加，在大型网络中对大量设备进行配置管理，是当前亟需解决的问题。本文分析了目前常用的网管配置下发接口现状，介绍了一种新的数据编码方式，并结合现有的网管接口，给出了一种适配方法与应用模型。

1 网管配置接口现状

目前比较普遍使用的网络配置管理接口有命令行接口（CLI）、简单网络管理协议（SNMP）、基于XML 的网络管理。

CLI 是被绝大多数的路由器和交换机所支持的网络管理接口，可以完成设备配置和性能告警查询等功能。它结构简单，易于功能扩展、对客户端要求低、具有良好的人机交互特性。

SNMP 简单实用，易于实现且成本低，在数据网络领域得到广泛的应用。SNMPv2 改进了管理信息结构，增强了管理信息通信协议的能力。SNMPv3 在兼容SNMPv2 基本功能的基础上，增加了安全性描述，改善了SNMP 久为诟病的安全性问题。

XML（可扩展标记语言）是近年来计算机技术上的一个重大突破，它是一种数据交换格式，允许在不同的系统或者应用程序之间交换数据。XML 编码规则简单，通过数据类型定义（DTD）或者XML Schema 来定义元素的顺序和结构，在处理复杂数据时具有优势。

在配置管理这一方面，SNMP 很少被用于配置管理；XML 虽然具有良好的自解释性，同时也带来了大量的开销。Protocol Buffers 是Google 公司开发的开源的数据编码方式，在性能上与XML 和ASN.1 相比具有诸多优势。

2 Protocol Buffers 简介

2.1 Protobuf 的特点

Protobuf 使用一种叫做varints 的紧凑整数编码方法。每个Protobuf 消息都是一系列key-value 对。编码时，key 和value 都被封装到二进制流里。解码时，解析器需要通过key 来判断消息的类型和长度。这种方式能最大限度的将字段的key 和value 压缩存储，让字段的key 中包含这个字段中索引、值类型、长度等信息。

Protobuf 使用.proto 文件来定义数据的结构，使用自带编译器编译后，可以轻松的使用Protobuf 提供的API 对数据进行操作。

Protobuf 具有良好的向前兼容性和向后兼容性。对于旧版本中没有的字段，新版本可以将其设为非必填或者设置默认值。对于新版本中新增的字段，旧版本会忽略，以保证兼容。

2.2 Protobuf 与现有编码方式的比较

ASN.1 和Protobuf 属于基于二进制的编码，XML 属于基于文本的编码。

基于文本的编码使用字节来编码字符，最大的优势就是具有良好的可读性，降低了调试难度，容错性好。不过，既能被机器理解又能被人类阅读的数据也带来了大量的冗余。

基于二进制的编码使用比特来表示数据，改善了编码后的数据长度和处理速率，但是编码后的二进制信息内容是人类不可读的，需要借助额外的工具进行翻译。

总的来说，避免使用XML 能带来更好的性能。ASN.1 的传输语法支持多种编码方式，但是与同为二进制编码的Protobuf 相比，ASN.1 的调试以及部署十分复杂。

3 基本应用模型

Protobuf 解决了数据在网络中传输时的编码效率问题，但是由于现有设备并不支持直接使用Protobuf 进行操作，必须进行适配。在配置下发方面，CLI 是目前应用最为广泛的接口，所以我们提出一个Protobuf/CLI 的适配层。适配层部署在设备侧， 能实现Protobuf 的信息描述与CLI 方式的数据转换， 并且能保存通过网管下发的数据到本地数据库。

3.1 适配方法

CLI 的工作原理如下：用户通过telnet 或者串口把键盘按键传送给设备，设备把按键转换成字符串发送给命令外壳（Command Shell）。命令外壳通过把字符串解析成CLI 命令传递给CLI 解析器（CLI Parse），解析器按照命令行的语法对CLI 命令进行检查，如果检查通过，则调用执行协议栈的功能函数。功能函数直接给命令外壳返回执行结果。

要进行Protobuf 与CLI 的适配，适配层必须将Protobuf 的数据格式适配成CLI 的数据格式，然后发送给相关功能函数，以达到与CLI 配置同样的效果。Protobuf 本身所支持的数据类型和操作是完全兼容CLI 的。

3.2 适配层实现实例

适配层内部可以划分为3 个模块：

网管Client 模块：完成适配层与网管之间的交互功能，包括与网管的通信协议的适配、对收到数据的检查与异常处理等； Protobuf 适配模块：完成从把Protobuf 数据适配成CLI 能识别的数据结构，并且将成功配置的数据写入本地数据库；协议栈Client 模块：完成适配层与协议栈之间的交互功能，包括与协议栈的消息通信等。

对于网管下发的新建配置的命令， 网管Client 模块解析报文头部，把数据发给Protobuf 适配模块进行解析，转换成C 的数据结构后进行封装，发送给协议栈。协议栈解析后发给Protobuf 适配模块，把报文封装成Protobuf 格式后发送给网管。对于返回成功的配置，保存到本地数据库。

对于网管下发的获取当前配置的命令，网管Client 模块收到网管下发的同步配置的命令，解析报文头部，把数据发送给Protobuf 适配模块。Protobuf 适配模块在本地数据库获取相应模块的配置，编码成Protobuf 后，返回给网管。

4 结束语

Protocol Buffers 以其小巧、快速、简单的特点，是一款非常优秀的数据序列化、反序列化工具，在对数据大小非常敏感的网络传输领域，有着非常广阔的应用前景。文中提出的基本应用模型可以在现有的支持CLI 接口的设备上，实现与Protocol Buffers 的适配，在理论上完全可行，并且已经在现网设备中得到验证，今后将得到不断改善。

参考文献

[1] Google.Protocol Buffers,Google's Data Exchange Format[EB/OL].2011.http://code.google.com/p/ protobuf/

[ 2 ] G l i g o r i c N , D e j a n o v i c I , K r c o S . P e r f o r m a n c e eva luation of compact binary XML representation for constrained devices[C]//Distributed Computing in Sensor Systems and Workshops (DCOSS), 2011 International Conference on.IEEE,2011:1-5.

作者简介

寇阳（1989-），男，硕士研究生，研究方向为通信信息工程