基于nagios网络监控管理系统的设计与实现

毕业设计论文

基于nagios网络监控管理系统的设计与实现

摘要

大型企业和学校的IT信息系统，其规模往往非常庞大，服务器总数量可以达到1000-3000台之多，在日常的运行维护工作中，对这些服务器的运行情况进行监控和管理就是非常具有挑战性的工作。而高可用系统采用负载均衡等方式将故障节点对用户进行自动屏蔽，这种设计就要求监控系统必须及时发现故障点并通知处理。而Nagios是一个基于Linux平台的通用计算机服务监控系统。其具有松散藕合、跨平台、接口标准、高扩展性、可基于HTTP协议灵活访问等特点。

本课题立足于洛阳理工学院西区校园网，以开源网络监控软件nagios为基础，搭建校园网络监控系统。通过对开源网络监控软件nagios的二次开发，实现可以满足自身校园网需求的网络监控系统。详细分析了nagios的架构原理、工作流程、强大报警和插件扩展方式的同时，也丰富了nagios的绘图效果，在原有的邮件报警基础之上，增加了飞信报警、声音报警功能，并且对主机和服务状态进行更直观的监控。

关键词：通用，网络监控，监控利器nagios，报警

DESIGN AND IMPLEMENTATION BASED ON NAGIOS NETWORK MONITORING MANAGEMENT SYSTERM

ABSTRACT

Large enterprises and campus often has a large-scale IT information system, it maybe have 1000 to 3000 servers. It's a very challenging work to monitor and manage these servers in daily operation and maintenance. High Availability system use load balance to shield the failed node automatically, this design require monitoring system must detect failures automatically. Nagios is a Linux-based general-purpose computer service monitoring system. It has loosely coupled, cross-platform, standard interface, highly scalable, flexible access via HITTP protocol Features.

Based on west of luoyang institute of technology campus network, based on the open source network monitoring software nagios, build campus network monitoring system. Through the open source network monitoring software nagios of secondary development, can meet the demand of campus network of their own network monitoring system. In detailed analysis of the principle of the architecture of nagios, work process and at the same time, the way of a powerful plug-in extension also enriched the nagios alarm way, based on the original email alarm, increased the fetion alarm, voice alarm function，and the entire network traffic state more intuitive monitoring.

KEY WORDS: General，network monitoring，monitor Nagios，alarming

目录

前言 (1)

第1章绪论 (3)

1.1 论文选题背景 (3)

1.2 选题研究内容和意义 (5)

1.3 本文的结构安排 (6)

第2章监控系统及相关技术概述 (7)

2.1 计算机网络监控系统概述 (7)

2.2 主流监控软件的比较和研究 (8)

2.3 nagios监控系统的介绍 (9)

2.4 nagios监控系统的工作原理 (11)

第3章基于Nagios网络监控系统的分析 (17)

3.1 系统总体需求分析 (17)

3.2 基于nagios网络监控系统的架构分析 (17)

第4章基于nagios的校园网络监控系统的设计 (18)

4.1 监控系统的基本功能模块设计 (18)

4.1.1 主机和主机组的管理 (18)

4.1.2 服务和服务组的管理 (18)

4.1.3 时间规则的管理 (19)

4.1.4 用户和用户组的管理 (20)

4.2 基于nagios的校园网络监控系统的对象论述 (20)

4.2.1 直接监控 (20)

4.2.2 通过客户端插件实现远程linux主机的监控 (21)

4.2.3 通过客户端插件实现远程windows主机的监控 (21)

4.2.4 nagios监控系统性能分析图表 (21)

第5章基于nagios的校园网络监控系统的实现 (24)

5.1 nagios监控系统的搭建 (24)

5.1.1 搭建前的准备工作 (24)

5.1.2 环境搭建启动相关服务 (25)

5.1.3 nagios监控系统的搭建 (25)

5.1.4 nagios监控系统的环境搭建 (27)

5.2 使用nrpe插件监控linux主机上的本地信息 (30)

5.2.1 nagios监控系统在被监控linux主机上的实现 (31)

5.2.2 nagios监控系统在监控主机上的实现 (31)

5.3 使用nsclient插件监控windows主机系统 (33)

5.3.1 nagios监控系统在windows被监控主机上的实现.. 33

5.3.2 nagios监控系统在windows监控主机上的实现 (33)

5.4 使用snmp插件监控网络核心交换机 (34)

5.5 nagios监控系统的报警功能 (34)

5.5.1 nagios监控系统使用邮箱报警 (35)

5.5.2 nagios监控系统使用飞信报警 (35)

第6章基于nagios的校园网络监控系统的测试与分析 (35)

结论 (40)

谢辞 (41)

参考文献 (42)

外文资料翻译 (43)

前言

商业化的网络管理平台已经具备了比较完善的网络监测与管理功能，比较著名的商业化网络管理平台有惠普公司的Open-View、IBM 公司的NetView、SUN 公司的SunNet Manager等等。HP 的OpenView 是一个跨平台的企业级的网络管理平台，它的最大特点是被第三方应用开发广泛接收，已经成为网络管理领域的领导者；IBM 的NetView 是一个相对比较新，同时又具有良好兼容性的网络管理系统，它可以作为一个跨平台、即插即用的系统提供给用户，也可以作为一个开发平台，在上面开发新的网络管理应用；SUN 的SunNet Manager 是第一个重要的基于Unix 的网络管理系统，它主要作为开发平台而存在，仅仅提供很少的应用功能。

网络管理软件也叫做设备管理软件，它有别于网络管理平台，是众多网络管理设备厂商为用户管理该厂家设备设计的管理软件。比较著名的网络设备提供商Cisco 公司针对自己的产品开发了CiscoWork，它基于SNMP 业界标准，利用嵌入式特征，在不同的异构性网络内提供Cisco 管理方案。Quidview 网络管理软件是华为公司针对其数据通信设备进行统一管理和维护的网管产品，它为华为公司的数据通信设备产品提供了全网解决方案。

在开源领域，现在也出现了很多出色的网络监测与网络管理软件。比较著名的Mrtg(Multi Router Traffic Grapher)是由Tobias Oetiker 编写的一个监控网络链路流量负载的工具软件，它用perl 编写的，源代码完全开放，可以运行在大多数Unix 系统和Windows 系统之上，Mrtg采用了Simon Leinen编写的具有高可移植性的SNMP实现模块，不依赖于操作系统的SNMP 模块支持。

RRDTool 也是由Tobias Oetiker 编写的监测网络流量负载的开源软件。RRDTool 使用RRD 存储格式，可以定义任意时间段画图，可以任意处理RRD 文件中的数据。RRDTool 的绘图功能非常强大，不过由于RRDTool 的命令复杂繁多，缺少数据采集功能，因此不便于使用。

Cacti 是一套完全面向RRDTool 的B/S 系统，它在MySQL 数据库

中存储了所有RRDTool 创建图像时需要用到的信息，使用snmpget 命令采集数据，使用RRDTool 绘图。它的界面简洁直观，弥补了RRDTool 命令复杂的缺点。此外，它还提供了强大的数据管理和用户管理功能。在图像管理上，Cacti 采用了树状结构的查看界面，用户还可以为某项监测内容建立模板，也可以导入别人做好的模板。

Nagios 是一款开源的企业级系统监控软件，可以监控主机状态、服务状态，以及网络状态。对于不在默认监测范围的服务，可以通过自己编写插件实现监控。开源软件最大的优势是代码开放并且大多数是免费，用户可以根据自身监测需要，在开源网络监测软件的基础上打造自己的网络监测平台。开源网络监测软件也因此受到越来越多网络管理人员的青睐。

本课题以校园网监测为研究对象，通过使用开源网络监测软件Nagios，在linux系统上建立基于开源软件Nagios 的校园网监测系统。该监控系统实现了对校园网络状态的监控、cpu负载情况的监控、web服务器的运行状况监控，以图形化的友好界面进行显示，并安装了短信报警机制、邮件报警机制等功能。

本课题为园区网络监控系统提供了基于开源网络监测软件的实施方案，在获得与商业网络监测系统相仿功能特点的同时，也缩短了独立开发网络监控软件的实周期，节约了开发成本；同时通过飞信和邮件的报警机制，使管理员能够动态知道校园网络的运行情况，服务器的负载情况，确保校园网络正常运转。

第1章绪论

1.1 论文选题背景

随着高校扩招后的快速发展，校园网络的规模也相应不断扩大，作为校园网络管理和维护人员，面对网络设备不断增多的情况下，传统的网络管理方法已经显得力不从心。以前网络规模小，故障少，处理简单，随着校园网经过一定时间的建设后，网络设备数量增多，型号多样，导致网络问题日益复杂化，问题层出无穷。作为网络管理人员，最重要的任务就是要随时了解网络的运行情况。运行情况是否异常的最直观判断来自于对网络流量的监测，这是因为通过对网络出口和各主干网的流量进行监测，才能获得网络设备以及主干网的流量数据，对这些数据进行分析，就能发现整个网络运行情况是否异常，判断网络的故障，并根据所掌握的情况进行一些适当的调整。

同时随着我国各行各业信息化的迅速普及，机房作为信息化的重要标志其数量日益增多，银行、电信运营商等传统的 IT 大户自不必说，就是普通的大中企业.政府、院校以及大型医院等在机房建设的投入上也是日渐增多，机房的规模越来越大。而作为机房的主角-各种服务器的数量更是迅猛增加。怎样有效地管理好这么多的服务器成为摆在各 IT 部门面前的一道棘手的难题，在管理这些服务器的工作中有很重要一环是怎样实时监测它们的运行状态以及性能，如果单靠人工去监测这么多服务器显然既不科学也不现实。

对于系统管理员来说，网络监控系统的意义和作用主要在于以下两点:一个是可以及时的关注到服务器的一些异常情况，并根据预设置的阀值进行告警，比如磁盘空间不足、CPU和内存利用率异常增高、运行的进程突然增多等等。发现这些问题后，可以在业务尚能正常运行的情况下对潜在问题提前进行处理;还有一个是在较为复杂的应用环境中出现问题时，比如网络中断、应用程序出错、系统崩溃等情况发生时，面对大量服务器和应用程序，可以根据监控系统给出的告警信息快速定位到问题所在，为排除

故障赢得宝贵的时间。

随着高校数字化校园建设的深入, 校园网络信息服务的重要性日益彰显, 如何保证各种网络应用系统为此提供稳定可靠的服务, 是校园网络管理者所面临的重要课题. 校园网信息服务已从提供丰富的信息系统种类转变为提供高效而稳定的信息服务。

随着当前各行业对系统安全和灾难备份的逐渐重视，当前企业和中的服务器往往分布在不同的地域，且根据安全级别的划分将应用部署于不同安全级别的网络分区内，常见的操作系统平台有AIX、 SCO UNIX，LINUX 及各版本的Windows，还有Vmware、Hyper-V等虚拟机，其上运行了大量应用程序。部分关键业务系统己经部署了监控程序，但是往往存在以下局限性:

（1）是所能监控的项目有限，局限于简单的CPU负载、内存使用、磁盘空间等项目;

（2）是监控程序的局限性，即监控程序针对专门的应用程序进行开发，虽然通常具有高效可靠实时的优点，但是不能推而广之对其他的系统进行监控，因此仅能应用于部分核心系统；

（3）是各个应用系统所专用的监控程序信息不能相互沟通，数量繁多，甚至需要整整一面监控墙来展示各类监控信息，容易顾此失彼，造成遗漏和监控上的盲点；

（4）是监控系统和应用系统部署之间的矛盾:传统监控程序要求能够直接探测到应用所在的服务端口远程读取SNMP等系统信息，在对网络安个要求较高的证券行业中的部署和安全性提出了挑战；

基于以上情况，需要建设一套通用计算机服务监控系统来实现对企业中数量庞人的服务器进行全面监控，且监控目能够涵盖绝大部分主机及各类应用。

因此，一个能够实时监测服务器系统的软件对于服务器管理人员就显得尤为重要。Nagios 就是一个运行于 Linux 系统上的开源服务器监控系统。它强大的功能可以实现对网络上的服务器进行全面的监控，包括服务器上运行的服务( Apache、MySQL、FTP、DNS 和 sshd 等) 的状态和服务器系统资源的状态。

1.2 选题研究内容和意义

本课题以洛阳理工校园网监控为研究对象，通过使用开源网络监测软件 nagios，在linux系统上，建立基于开源软件 Nagios 的校园网监测系统。该监控系统实现了对校园网络状态的监控、cpu负载情况的监控、web 服务器的运行状况监控、路由交换设备的监控等以图形化的友好界面进行显示，充分利用其报警功能，并安装了声音报警机制、邮件报警和飞信报警机制等功能。

分析现有的各类应用监控系统，尤其是当前己经部署的各类监控系统的现状和不足，立足于洛阳理工校园网络，并服务整个校园网络为目标，研究并构建基于Nagios的网络监控管理系统，比较和探索采用新技术后在架构部署、工作方式等方面的改进、根据网络分布情况采用分别部署设计实现的方式方法以及关键技术问题的解决。具体研究内容包括:

(1)分析现有各类监控系统现状和问题，对当前主流的商业监控软件、

开源监控软件进行比较和研究;

(2)介绍Nagios软件的技术特点，确立采用Nagios技术架构构建统一

监控服务平台的必要性与意义;

(3)分析统一监控服务平台的整体需求，包括告警、处理流程和功能要

求等;

(4)基于Nagios软件建立监控系统的基本技术架构，解决实现过程中

可能遇到的技术问题;

(5)根据校园网络IT系统部署的实际情况，分析、规划和部署监控系

统技术架构，尽可能实现跨地域、多层次网络结构下的系统服务器

监控平台，对实施过程中遇到的问题给出解决方法;

(6)根据校园网络的实际工作需求对监控系统进行附加功能设计，实现

状态揭示、通知扩展、性能曲线绘制等功能。在设计和实施过程中

将nagios与现有服务系统(如邮件系统、短信系统)进行了整合;

(7)针对校园网络中的部分特殊业务和监控需求对监控平台进行了定

制扩展，尽力实现实际应用环境中通用性的目标;

(8)对比分析新建应用监控平台和原有监控系统，并就相互的优缺点评

述该系统为校园网络IT运行管理工作带来的效率和水平等方面的

提升。

通过nagios技术架构构建校园网络级的统一应用系统监控平台，提供高可靠性、及时的告警和处理:

(1)提供直观的用户界面，方便快速掌握整个校园网络内的系统运行情

况，提高监控系统对应用程序的覆盖度;

(2)提供多样化的告警手段从而使维护人员能够及时获得报警信息;

(3)减少手工检查和监控的工作，提高工作效率，减少出错和遗漏的可

能;

(4)减轻监控系统服务端的网络、处理负荷，从而有效的提升整个监控

系统的运行效率及可靠性;

(5)采用成熟的框架技术，方便后续监控点的增加和维护，提供开放接

口，便于自行开发定制监控插件。

1.3 本文的结构安排

论文共分六个章节，首先介绍了论文的背景情况、建设该系统的必要性，以及主要工作内容，之后介绍了nagios系统的相关概念和技术原理。然后对统一监控平台进行了需求分析与设计，建立整体系统框架结构，在此基础上进行详细设计步并实现了系统的主要功能。最后对该系统的设计和实施情况进行了总结和展望。

第2章监控系统及相关技术概述

2.1 计算机网络监控系统概述

计算机网络监控系统是指通过计算机网络，对管理范围内的计算机运转情况进行探测、分析，并可视需要根据预先设定对某些预期情况进行报警的系统。其随着近些年企业网络规模逐步扩大、应用系统复杂化而逐渐被关注。随着现代社会的高度信息化进程，大到物流、小到餐饮的诸多企业都依赖计算机网络系统进行运转，而金融、银行、保险等信息密集型企业更是视计算机网络系统为生存的命脉。如果计算机系统尤其是IT数据中心的核心系统失效或运行状态不佳，企业的业务数据就不能有效传递，使正常的业务流程受到影响，严重的更会给企业经营带来巨大损失，两年前某国有大型银行数据中心服务器故障导致整个业务系统停用大半天时间，就是一个很好的例子。

因此，在大型企业的IT数据中心，如何保障各应用系统的正常运行，及早发现并排除潜在的故障隐患，管理好整个系统，成为管理人员必须面对的问题，而对现在网络规模越来越大、复杂度越来越高的管理压力，不得不付出极大的人力来对众多的系统进行管理。为使用最少的资源对整个企业中的应用系统进行有效维护，以保持其性能和可靠性，管理人员必须选择有效的网络监控系统来最大程度地发挥管理工具的价值，以减轻日常的重复性劳动和工作压力，提高工作效率，将更多的精力用在系统管理上。

随着高校扩招后的快速发展，校园网络的规模也相应不断扩大，作为校园网络管理和维护人员，面对网络设备不断增多的情况下，传统的网络管理方法已经显得力不从心。以前网络规模小，故障少，处理简单，随着校园网经过一定时间的建设后，网络设备数量增多，型号多样，导致网络问题日益复杂化，问题层出无穷。作为网络管理人员，最重要的任务就是要随时了解网络的运行情况。运行情况是否异常的最直观判断来自于对网络流量的监测，这是因为通过对网络出口和各主干网的流量进行监测，才能获得网络设备以及主干网的流量数据，对这些数据进行分析，就能发现

整个网络运行情况是否异常，判断网络的故障，并根据所掌握的情况进行一些适当的调整。

管理员经常会碰到的问题有:服务器设备硬件故障(包括磁盘阵列、网卡、电源或其他故障)、磁盘空间不足、内存和CPU使用率异常导致服务不响应或非常慢、操作系统故障，如常见的Windows系统蓝屏、应用程序意外崩溃或僵死导致服务中断，由网络设备、网络链路、运营商等问题引起的通讯中断，最终表现为业务系统无法正常运转，服务无法访问，冗余架构系统中的故障情况不能及时发现，延误了处理时间。

随着业务系统数量不断增加，相互之间的融合交互日渐增多，应用架构体系越来越复杂，出现问题的概率也越来越高，使得管理员疲于奔命，却仍然无法及时发现和解决问题。因此，需要功能完善、安个可靠、使用方便的网络监控系统来保证整个业务系统处于严密的监控之下。使用监控系统可以通过网络实现自动化的监控，实时查看全系统中应用和服务的状态，发现系统性能的瓶颈，进行自动处理或告警，保证整个业务系统高效、可靠地运转，减轻管理人员的工作强度，提高工作作效率，减少因故障带来的损失，有效的保障了企业的整体利益。

2.2 主流监控软件的比较和研究

在启动本校园网络监控系统项目之前，对当前主流的监控软件进行了比较调查，主要有HP OpenView和IBM TiVoli等商业软件、国产的SiteView ECC以及开源软件Cacti和Nagios，其中OpenView、Tivoli和Siteview ECC都曾在上述为例的证券公司某应用系统的实际监控工作中进行过实验性的配置。作为商用软件，为了达到最佳的兼容性，OpenView、Tivoli和SiteView ECC都使用SNMP一协议来实现网络监控和管理功能，其中Tivoli可视为OpenView的更新和扩展。而开源监控软件Cacti和Nagios各有所长，Cacti胜在界面美观，可以方便的生成各类图表，非常适合用来监控网络流量、Cpu使用率、硬盘空间等持续变化的动态项目。而Nagios则擅长同时监控大量服务器上的服务是否运行正常，并提供多种报警手段。

OpenView和Tivoli作为老牌的监控软件，提供了大而全的解决方案，但由于产品本身过于复杂，更注重网络管理方面的应用，在配置和使用过程中必须经过系统的学习，且具有一些内在的缺点，不适合作为单纯的大规模应用监控平台来部署。

SiteView ECC作为一款国产软件，从界面到操作都非常人性化，易于上手，支持分布式部署，可通过SNMP协议监控大量主机运行情况，但其也具有监控指标单一、定制性扩展性较差、新增监控项受到产品授权约束等缺点，且在实际使用中表现一般，尚无法满足通用监控平台的要求。

开源监控软件Cacti的工作逻辑较为简单，通过SMNP协议获取主机信息后进行保存和图形化描述，直观形象，但其功能较为单一，扩展性较差，在大规模监控和报警管理等方面均存在较多不足。

同样是开源软件的Nagios提供了不同的思路，其摒弃了使用传统而复杂的SNMP协议，转而使用监控客户端与服务端配合工作的机制，实现了简单而有效的监控手段，通过将监控插件与程序本体分离的做法，提供了极佳的监控扩展性和便利性，更出于其系统资源占用小、支持分布式架构、强大的主机服务状态监控能力和丰富的报警手段，使得其非常适合作为校园网络和企业内部通用应用监控平台。虽然Nagios也存在文本配置不够人性化、界面功能较为简单、对性能图表绘制能力较差的缺点，但由于其本身具备高可定制性的特点，因此可在实际应用过程中根据需要对其进行扩展。

2.3 nagios监控系统的介绍

官方网站介绍：nagios? is a system and network monitoring application. It watches hosts and services that you specify,alerting you when things go bad and when they get better.Nagios was originally designed to run under Linux, although it should work under most other unices as well.

Some of the many features of Nagios include:

（1）Monitoring of network services (SMTP, POP3, HTTP, NNTP, PING, etc.) 监控网络资源

（2）Monitoring of host resources (processor load, disk usage, etc.) 监控主机资源

（3）Simple plugin design that allows users to easily develop their own service checks

（4）Parallelized service checks

（5）Ability to define network host hierarchy using "parent" hosts, allowing detection of and distinction between hosts that are down and those that are unreachable

（6）Contact notifications when service or host problems occur and get resolved (via email, pager, or user-defined method)

（7）Ability to define event handlers to be run during service or host events for proactive problem resolution

（8）Automatic log file rotation 自动日志轮滚

（9）S upport for implementing redundant monitoring hosts支持冗余

（10）Optional web interface for viewing current network status, notification and problem history, log file, etc.

Nagios是一款开源的免费网络监视工具，能有效监控Windows、Linux 和Unix的主机状态，交换机路由器等网络设置，打印机等。在系统或服务状态异常时发出邮件或短信报警第一时间通知网站运维人员，在状态恢复后发出正常的邮件或短信通知。同时Nagios是一个监视系统运行状态和网络信息的监视系统。Nagios能监视所指定的本地或远程主机以及服务，同时提供异常通知功能等。Nagios可运行在Linux/Unix平台之上，同时提供一个可选的基于浏览器的WEB界面以方便系统管理人员查看网络状态，各种系统问题，以及日志等等。

Nagios的功能是监控服务和主机，但是它仅仅是整个监控体系的框架，真正对服务的监控和检测功能都是由其调用插件来实现的。作为监控系统，发现问题必须能够通过声、光、电等报警手段提示管理员及时处理，因此通知和报警也是NagiOS的重要功能之一。

Nagios的主要功能包括:

（1）对常见的网络服务进行监控(PING.、HTTP、SMTP、POP3、FTP等);

（2）监控主机木地资源(处理器负荷、内存使用、用户登录数、服务进程数、磁盘空间等);

（3）提供接口以便用户编写专有检测插件来实现对特殊服务的检测;

（4）具备定义网络分层结构的能力，可以表达出网络主机间的层次关系，并利用这种关系来分辨主机的宕机或不可达状态;

（5）支持通过标准接口编写脚本，在服务或主机发生问题时使用多样化的手段将告警信息发送给指定联系人或群组(E-Mail、短信、MSN、QQ等自定义方式);

（6）自动的日志一记录和保存查询功能;

（7）支持通过结构扩展来实现对主机的冗余监控;

（8）提供方便的WEB界而用于查看监控状态、故障通知和日志文件;

（9）可通过WEB界而进行常用监控命令操作:

（10）支持分布式部署，可以应用于大规模和多网络层次的环境中。

（11）可选的时间段检查：可以自定义时间周期对服务器检查；颗粒度为秒，周期可由管理员自行定制。

（12）外部命令界面，通过事件操作者,网络界面和第三方的应用，允许在传输过程中有修改监控和通知的行为。

2.4 nagios监控系统的工作原理

Nagios通常由一个主程序(Nagios)、一个插件程序(Nagios-plugins)和四个可选的ADDON(NRPE、NSCA、 NSClient++和NDOUtils)组成。Nagios 的监控工作都是通过插件实现的，因此，Nagios和Nagios-plugins是服务器端工作所必须的组件。各插件具体描述如下：

（1）NRPE：用来在监控的远程Linux/Unix主机上执行脚本插件以实现对这些主机资源的监控

（2）NSCA：用来让被监控的远程Linux/Unix主机主动将监控信息发送给Nagios服务器(这在冗余监控模式中特别要用到)

（3）NSClient++：用来监控 Windows主机时安装在Windows主机上的组件