基于移动代理的网络管理方案

1、第19卷第3期成都大学学报(自然科学版Vol119No13 2000年9月Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Chengduensis Sep12000基于移动代理的网络管理方案陈涛(成都大学都江分部计算机科学系都江堰611830刘跃江(电子科技大学计算机科学与工程系成都610054摘要网络管理在今天迅速发展的网络环境中是一个关键方面,传统的集中式管理方法在可扩展性、可靠性、灵活性方面存在一定的不足。本文提出的应用移动代理的网络管理方案可以很好地解决这些问题。网管站派遣移动代理到各被管节点上去收集数据和执行网管操作,这样可以减少网络上不必要的中间

2、数据传输,从而可以明显地节省网络带宽并减小网络迟延。关键词网络管理移动代理移动计算简单网络管理协议Java1引言计算机网络在当今和未来的社会生活中起着举足轻重的作用,这种重要性使得对网络管理的要求越来越高1。当前两种主要的网络管理方案是IETF的SNMP2和OSI的C MIP3。它们都采用C/S计算模式,大部分的网管计算都由网管站来完成,都是集中式的网管方案,采用这种方式进行网络管理至少在以下两个方面存在缺陷:p网管站和Agent之间大量的交换信息造成网络带宽的极大浪费,在网络负载重的时候,网管操作却会加剧网络的繁忙程度。p由于在服务器上描述服务被执行的代码和客户端上描述怎样请求远程服务的代码

3、是与主机静态绑定的,一旦管理协议、管理信息库(MIB或Agent本身需要改进,更换部署在网络中的Agent将是一件费力的工作,这种结构不能动态地扩展服务器方的能力。采用分布式计算方法可以缓解以上的不足,IE TF的RMON4和SNMPv25在这方面均有所改进。但是由于RMON和SNMPv2的功能极大地取决于所定义的MIB,而MIB的定义又是通过Agent的代码实现的,增加新的功能就意味着修改原有的代码来生成新的Agent,所以收稿日期2000-03-01RMON 和SNMPv2仍没有从根本上解决集中管理带来的问题。移动代理是一种新的分布计算的技术,具有很多优点6,7,本文提出了一种利用移动代理

4、技术代替传统的C/S 结构的网络管理方案,克服了当前网管方案的局限性。同时,Java 8的出现为移动计算提供了很好的平台:通过虚拟机实现了系统无关性;远程方法调用(RMI9为访问远程对象提供了支持;对象串行化(Object Serialization为对象的编码和存储提供了底层支持;另外,Java 本身的安全机制也保证了网络管理的安全性,所有这些为在Java 平台上实现这一网管方案提供了足够的支持。2 移动代理(Mobile Agent每个移动代理(MA是具有唯一的名字并可以在网络上各节点之间自由迁移的程序实体。它拥有一定的智能和判断能力,能自主地决定下一个迁移的目的地。它可以在执行的任一点挂

5、起,等迁移到另一个节点后再继续执行。需要指出的是,MA 与Applet 不同,MA 可以在网络上自主地漫游,而Applet 只能从服务器下载到客户机上执行。MA 在保持内部数据、状态的同时,将代码和数据在网络节点之间独立、自治地迁移的能力极大地增强了网络管理功能的分布特性和灵活性。3 使用移动代理的网络管理结构模型基于移动代理的网络管理模型由三个主要的部件组成:(1网管站(Manager,(2移动代理(MA,(3具有移动代理执行环境的被管节点(Managed Node。网管站负责生成并派遣移动代理并处理它收集到的数据。移动代理可以按照网管站预先规定的路线和策略在各被管节点间迁移并进行网管操作和

6、收集数据。被管节点上存在移动代理执行环境和系统Agent,执行环境接受移动代理并且提供对本地资源的访问,移动代理与系统Agent 交互完成 网管站赋于它的网管任务。图1 使用移动代理的网络管理结构模型网管站给用户提供一个接口(如GUI来根据用户的要求生成一个移动代理,指定移动代理的任务和执行策略并将它派遣出去。移动代理的另一些特性如迁移路线(计划以及管理信息的安全等都要在网管站派遣代理之前确定。当移动代理收集到所需的信息回到网管站后,网管站处理这些信息并将结果反馈给用户(管理员。当网管站派出一个移动代理后,它又可以向其它的代理分派任务,这样就实现了网络管理操作的异步性。同时,网管站跟踪移动代理

7、的活动并随时准备响应来自其他网管站的请求。#16#成都大学学报(自然科学版移动代理是可以自由迁移的代码和数据,它在被管节点上执行预先安排好的网管任务。在派遣移动代理之前,管理员在网管站上已经安排了这些任务。移动代理的迁移计划是一些将被访问的被管节点的列表。移动代理具有一定的智能,它必须具备足够的知识来处理各种管理情况,因为一旦网管站派遣出移动代理后,它将很少干预代理的行为,移动代理要能够根据各被管节点和线路的具体情况做出动态的判断和决定,如寻找下一个目的节点、选择最优的迁移路径以及处理在迁移过程中发现异常情况等,移动代理可以决定是执行预先指定的任务还是选择其它更合适的操作,这样可以提高移动代理

8、的响应性能并能更加有效地利用网络资源。4 被管节点的结构模型图2 被管节点的结构模型411 泊位(Place泊位是移动代理执行环境上的一个虚拟的位置,它管理移动代理的到来和离开并为其提供可以访问的资源。同时,它还为Agent 之间的信息交换提供支持。一个移动代理总是要么驻留在某个泊位上,要么在两个泊位之间迁移。泊位在移动代理执行环境的安全策略下通过赋于迁移到这个泊位上的移动代理一定的权限对它的行为进行约束。每个泊位也有一个唯一的名字,为了使此网管系统与现有的其他应用共存,我们用DNS 名字作为泊位的标识,移动代理系统用DNS 服务解析这些名字。另外,一个执行环境可以有多个泊位。412 移动代理

9、执行环境(Mobile Agent Execution Environment移动代理执行环境是支持代理系统的关键部分,移动代理与系统Agent 的交互及完成网管操作以及对本地资源的访问均由它来控制和支持,它包括以下几个部分:p 认证服务 每当一个移动代理迁移到某个泊位上时,它就要对它的身份域以及对资#17#陈涛 刘跃江 基于移动代理的网络管理方案源的请求进行验证,以决定是接受这个移动代理还是拒绝它的访问。p 资源管理 为这个执行环境中的活动的Agent 分配资源,同时对这些资源进行管理。p 通信模块 实现各Agent 之间、Agent 与系统Agent 之间的通信和数据交换。413 系统Ag

10、ent在SNMP 中,管理应用与SNMP Agent 进行通信来完成各种网管操作。为了减少移动代理自身的体积,在我们的系统中将MIB 的实现以及具体的网管操作独立出来,由一个系统Agent 来实现。系统Agent 是一个静态的Agent,驻留在某个Place 上,实现与SNMP Agent 类似的功能。当MA 到达Place 后,它与系统Agent 交互,完成网管应用赋于它的各种任务。这样,移动代理只需携带少量必要的代码和数据,避免了Agent 迁移时大量重复代码在网络上的传输。同时,系统Agent 也可与Proxy 交互,完成对不具备执行环境的设备的管理。为了实现系统的扩展灵活性,我们的系统

11、Agent 用COD (C ode on Demand的方式从代码服务器上下载安装到各被管节点上,每当网络的管理需要发生变化而要改变网管Agent 的功能或者其他方面的特性时(如MIB 需要定义新的事件而被修改,就可以根据网络管理员的安排轻易地将新的系统Agent 部署到各被管节点上去。5 性能分析在很多情况下,评价一个网络应用和服务和性能时,响应时间(Response Time是主要的指标。网络管理应用的总响应时间主要取决于以下几个方面:远程节点的CPU 速度和内存容量、网络带宽、消息的类型以及应用的复杂程度等,所以总响应时间可近似表示为:T S =t m +t a +t d其中t m 为网

12、管操作在网管站上的执行时间,ta 为代理(SNMP Agent 或Mobile Agent完成具体的网管任务消耗的时间,t d 为网络延迟。图3说明了应用SNMP (传统的C/S 模式(a和应用移动代理的时间分配情况。t m1为从网管站到代理A1的迟延,t 1m 为从代理A1 到网管站的迟延。图3 SNMP 和移动代理系统的时间分配#18#成都大学学报(自然科学版在SNMP 中,对于n 个节点代理的情况,网管站需要创建n 次请求,而在移动代理系统中只要1次。所以网管站的本身时间消耗为:T m SNMP=nt mT m MOBILE=t m另外,假定各分布的节点间传输数据的时延相同(t m1=t

13、 1m =,=t mn =,=t 12=t 23,=t,则SNMP 的总网络迟延t d 为2nt,移动代理为(n+1t,则两个系统的T S 分别为:T S SNMP=2nt+nt m +t aT S MOBILE=(n+1t+t m +t a我们测量了移动代理的响应时间(移动代理从出发到回到网管站的时间,并将其与Carnegie Mellon 大学的SNMP 代理10作对比。在移动代理的代码和数据总长度为115K 的情况下,对System 组进行get 操作,在SNMP 和MOB LE 中,平均网络迟延t 约为015秒。从图4可以看出,当被管节点数目增大时,应用移动代理的网络管理系统的总响应时

14、间大大低于SNMP 代理。图4 响应时间对比6 结束语基于移动代理的网络管理方案很好地解决了当前集中式网络管理所带来的问题,将原本完全或大部分由网管站承担的管理计算任务分布到网络各节点上,从而减轻了网管站的计算负载,减少了网络管理对带宽的要求,同时提高网络管理功能的灵活性和可重构性,适应管理功能的发展和变化,尤其适合于当今在地理上越来越分布的网络环境,具有很好的实用和研究价值。在以后的研究中,我们将要在移动代理系统的安全性方面做进一步的研究,集中在对移动代理的合法性验证、对移动代理所携带的数据的保护以及防止某些恶意攻击及对执行环境非授权的修改等方面。另外,对于地理上分布的多个有层次的域进行管理

15、时,各域的网管站之间、同域中各移动代理之间的分工协作和信息交换也需要进行更深入的的探讨。#19#陈涛 刘跃江 基于移动代理的网络管理方案# 20 # 成都大学学报 ( 自然科学版 参 1 2 3 4 5 6 7 8 9 考 文 献 Allan Lein wand and Karen Fang Connroy, / Network Management: A Practical Perspective0 , 1993 Addison- Wesley1 Case, J1 , M1 Fedor, M1 Schoffstall , and J1 Davin, / The Simple Network

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