鞠秋文

（淄博職業(yè)學(xué)院，淄博 255314）

基于Agent的P2P網(wǎng)絡(luò)管理研究

鞠秋文

（淄博職業(yè)學(xué)院，淄博 255314）

0 引言

隨著因特網(wǎng)/城域網(wǎng)的規(guī)模不斷增大，P2P覆蓋網(wǎng)絡(luò)(Peer to Peer Overlay Network， P2P)的出現(xiàn)，受到了產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界的關(guān)注。P2P網(wǎng)絡(luò)為建立在因特網(wǎng)基礎(chǔ)上的覆蓋網(wǎng)絡(luò)。和傳統(tǒng)的客戶機(jī)/服務(wù)器（Client/Server，C/S）架構(gòu)應(yīng)用相比，P2P網(wǎng)絡(luò)有許多的優(yōu)點(diǎn)，如可擴(kuò)展性，自組織性，容錯(cuò)性等。然而，伴隨P2P網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用廣泛使用，怎樣有效管理P2P網(wǎng)絡(luò)變成了P2P網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的一個(gè)制約因素。目前因特網(wǎng)的網(wǎng)管技術(shù)手段，主要是通過(guò)SNMP及CMIP技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)的，使用的是C/S架構(gòu)模型，其主要的管理功能在于管理者端，并且代理者與管理者兩者的操作比較固定，該類型的管理模式，具有靈活性不足、擴(kuò)展性差等一些缺點(diǎn)。當(dāng)今的網(wǎng)絡(luò)管理不但要方便、靈活高效，并且還要擁有分布式及智能化等特征。把Agent技術(shù)引入至網(wǎng)絡(luò)管理中來(lái)，為網(wǎng)絡(luò)管理拓寬了新的思路。智能代理，其具備智能性與移動(dòng)性等一些優(yōu)點(diǎn)，能夠極大地提高網(wǎng)絡(luò)管理的智能性與靈活性。通過(guò)其平臺(tái)無(wú)關(guān)性，能夠完成分布式計(jì)算功能，能夠完成過(guò)去的網(wǎng)絡(luò)管理模式不能解決的一些問(wèn)題，可以有效滿足復(fù)雜的大規(guī)模網(wǎng)管需求。本文的主要目的就是研究基于Agent的對(duì)于P2P網(wǎng)絡(luò)的一些拓?fù)?、體系等一些管理。

1 應(yīng)用移動(dòng)代理的P2P網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔芾?/h2>

1.1 移動(dòng)代理

Agent可以用于對(duì)一般的軟硬件系統(tǒng)進(jìn)行說(shuō)明，其擁有很多的特性，例如：社會(huì)性，Agent與另外的Agent或人，以一種Agent語(yǔ)言實(shí)施信息的交流；自治性，Agent能夠在無(wú)其他Agent或人的干預(yù)下正常地運(yùn)行，并且還具有控制其自身行及內(nèi)部狀態(tài)的能力；能動(dòng)性，Agent不但能夠?qū)ν獠凯h(huán)境進(jìn)行一些反饋，還可以這些信息，進(jìn)行一些有目的性的行為；反應(yīng)性，Agent可以針對(duì)外部的環(huán)境，做出及時(shí)的響應(yīng)。

移動(dòng)代理（Mobile Agent），即擁有移動(dòng)性特性的智能代理，通常移動(dòng)代理系統(tǒng)的模型如圖1所示。

圖 1 移動(dòng)代理系統(tǒng)參考模型

移動(dòng)代理系統(tǒng)有4個(gè)組成部分，它們是：移動(dòng)代理部分，主機(jī)（host）部分，通信子系統(tǒng)部分，以及計(jì)算環(huán)境（Computation Environment，CE）部分。其中，host部分包括計(jì)算機(jī)及操作系統(tǒng)；CE指的是運(yùn)行在主機(jī)上的服務(wù)程序，提供給代理運(yùn)行環(huán)境的支持；移動(dòng)代理能夠被動(dòng)或主動(dòng)地利用通信子系統(tǒng)，搬移至不同的host上，然后CE為移動(dòng)代理建立一個(gè)新的進(jìn)程。若CE接收該代理，那么它就對(duì)其實(shí)施認(rèn)證，從而判斷其控制與存取的權(quán)限。當(dāng)建立了代理后，能夠和主機(jī)或CE進(jìn)行交互，實(shí)施遠(yuǎn)程或本地的通信。

1.2 移動(dòng)代理的自構(gòu)建P2P網(wǎng)絡(luò)模型

首先介紹K+查詢樹(shù)的含義。K+查詢樹(shù)為一種自行構(gòu)建的平衡樹(shù)，它是由一個(gè)L層的k查詢樹(shù)與其上一層（L-1）的k查詢樹(shù)累加產(chǎn)生的，而L層的k查詢樹(shù)通過(guò)查詢工作者與主查詢Peer產(chǎn)生的；L的上一層K查詢樹(shù)是通過(guò)候選主查詢Peer產(chǎn)生的。一個(gè)候選主查詢Peer及k個(gè)第i+1層的查詢工作者Peer，是第i層主查詢Peer進(jìn)行管理的。i層的主查詢Peer，同時(shí)也為上層查詢工作者Peer。

采用移動(dòng)代理的P2P網(wǎng)絡(luò)模型如圖2所示。P2P網(wǎng)絡(luò)的依據(jù)一定的策略，生成許多的P2P對(duì)等組，對(duì)等組內(nèi)的節(jié)點(diǎn)延遲低、可信，與JXTA中的安全對(duì)等組比較類似。組中成員時(shí)一般的Peer節(jié)點(diǎn)。所有Peer節(jié)點(diǎn)都能夠以間接或直接的方式，從其它Peer節(jié)點(diǎn)取得信息。每一個(gè)自治系統(tǒng)根據(jù)固定的策略，例如節(jié)點(diǎn)可信度等，挑選一主MSA（Master Server Agent）節(jié)點(diǎn)，同時(shí)還挑選一個(gè)候選CSA節(jié)點(diǎn)（Candidate Server Agent）。MSA不但駐留本地組內(nèi)全部資源的信息目錄外，還具有收集、存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟?guī)劃信息功能。挑選CSA的目的，主要是提高系統(tǒng)的魯棒性。在結(jié)構(gòu)最上層的監(jiān)控站（monitoring station），其功能和CA相似，主要時(shí)對(duì)CSA和MSA層上代理進(jìn)行管理，在安全要求高的情況下，可完成使用移動(dòng)代理的證書方式，來(lái)進(jìn)行密鑰的發(fā)放與共享等。

圖 2 應(yīng)用移動(dòng)代理的P2P網(wǎng)絡(luò)模型

在圖2基礎(chǔ)上，可以在所有的節(jié)點(diǎn)上實(shí)施智能代理設(shè)施的部署，P2P網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的智能代理結(jié)構(gòu)如圖3所示。最下層主要時(shí)由操作系統(tǒng)及一些終端構(gòu)成，例如PC 、PDA等；P2P網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)體制，是構(gòu)建在TCP／IP協(xié)議體系基礎(chǔ)上。目錄服務(wù)利用數(shù)據(jù)庫(kù)能夠獲知節(jié)點(diǎn)中可以運(yùn)行移動(dòng)代理的Peer。一致性服務(wù)主要是針對(duì)網(wǎng)絡(luò)連接、移動(dòng)代理等出現(xiàn)故障時(shí)實(shí)施的措施，例如重啟移動(dòng)代理或者設(shè)置檢查點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)感知服務(wù)，主要是針對(duì)檢查網(wǎng)絡(luò)的一些運(yùn)行情況，例如節(jié)點(diǎn)資源的帶寬，可信度，計(jì)算力，CPU等。消息傳遞服務(wù)，主要是以支持移動(dòng)代理來(lái)進(jìn)行協(xié)議的傳輸。這些信息存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)里，本地節(jié)點(diǎn)規(guī)劃服務(wù)依據(jù)該信息，決定生成訪問(wèn)路線及移動(dòng)代理的數(shù)量，移動(dòng)代理可以根據(jù)路線實(shí)施搬移，當(dāng)搬移至某節(jié)點(diǎn)，需要進(jìn)行資源節(jié)點(diǎn)信息的咨詢，有時(shí)還要和其他的移動(dòng)代理實(shí)施通信。代理管理服務(wù)，為動(dòng)態(tài)的自構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)路由實(shí)施方案，完成在各個(gè)移動(dòng)代理之間路由的優(yōu)化及物理拓?fù)湫畔f(xié)商。P2P網(wǎng)絡(luò)里的Peer為自治的獨(dú)立實(shí)體，自身有動(dòng)態(tài)異構(gòu)的特性，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼耙?guī)模變化較快，在有必要時(shí)，需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)的狀況實(shí)施感知，以進(jìn)行自身資源、路線的調(diào)整，Agent恰好實(shí)現(xiàn)了這些要求。

圖 3 P2P節(jié)點(diǎn)中的智能代理結(jié)構(gòu)圖

對(duì)于代理，本文設(shè)計(jì)了兩種代理，即移動(dòng)代理與靜態(tài)代理。靜態(tài)代理運(yùn)行在所有的節(jié)點(diǎn)上，同時(shí)將資源的信息報(bào)告給用戶。如果一個(gè)Peer節(jié)點(diǎn)收到查詢請(qǐng)求以后，通過(guò)本地節(jié)點(diǎn)的靜態(tài)代理（task agent，TA）建立IA（information agent），在遷移至server agent層。IA首先在本地的MSA共享目錄中開(kāi)始查詢，查詢成功后就將結(jié)果返回給用戶，否則就建立探查代理（probe agent，PA），有探查代理進(jìn)行對(duì)本層的P2P網(wǎng)絡(luò)實(shí)施網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭澐?；然后依?jù)劃分的子網(wǎng)個(gè)數(shù)，通過(guò)本地MSA的探查代理建立查詢代理（Search Agent，SA），同時(shí)分發(fā)至所有子網(wǎng)，從而完成查詢?nèi)蝿?wù)。全部查詢代理完成任務(wù)后，把結(jié)果返回到靜態(tài)代理，最后發(fā)送給請(qǐng)求的Peer。

1.3 域間中間層拓?fù)鋭澐?/h3>

如果用戶的查詢請(qǐng)求沒(méi)有查詢到本地MSA的共享目錄中所需要的目標(biāo)時(shí)，就由MSA建立一個(gè)探查代理，實(shí)施對(duì)本層網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋭澐帧Ｍǔ澐值亩攘繕?biāo)準(zhǔn)由很多，例如網(wǎng)絡(luò)延遲，節(jié)點(diǎn)資源的共享數(shù)目，節(jié)點(diǎn)信任值等。網(wǎng)絡(luò)切割目標(biāo)為提高查詢效率，減少網(wǎng)絡(luò)的流量。

影響查詢響應(yīng)信息的路由延遲開(kāi)銷，有兩個(gè)方面，即網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)Peer的負(fù)載及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。通過(guò)綜合的分析，對(duì)于任何的節(jié)點(diǎn)i，j，其延遲函數(shù)可以用yi,j＝ NumberjL (Si, Sj)來(lái)表示。

在上式中， 為歸一化因子，Numberj為節(jié)點(diǎn)j資源數(shù)目，L (Si, Sj)為節(jié)點(diǎn)i、j二者間的時(shí)間延遲。該函數(shù)雖然沒(méi)能直接對(duì)網(wǎng)絡(luò)的物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行反映，卻更加有效地滿足了查詢響應(yīng)的效率高要求。而對(duì)P2P網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行拓?fù)鋭澐值乃惴ǎ饕獣r(shí)對(duì)MSA節(jié)點(diǎn)層實(shí)施切割，構(gòu)建出最小延遲圖，加入其中某節(jié)點(diǎn)和源節(jié)點(diǎn)間的最小延遲比預(yù)先設(shè)定的 要大，那么在探查過(guò)程中，就不予考慮這個(gè)節(jié)點(diǎn)。

1.4 域內(nèi)Peer自組織

針對(duì)不同自治域來(lái)說(shuō)，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，將性能優(yōu)良的節(jié)點(diǎn)升級(jí)成MSA/CSA節(jié)點(diǎn)，因而生成一個(gè)中間層次。此層次主要功能為管理一般的Peer節(jié)點(diǎn)，而且可以方便遷移、部署移動(dòng)代理，同時(shí)以平臺(tái)的角度，提升移動(dòng)代理的安全性。針對(duì)組內(nèi)普通節(jié)點(diǎn)，使用K+查詢樹(shù)實(shí)施組織，組內(nèi)的Peer節(jié)點(diǎn)可以自無(wú)組織狀態(tài)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，變成K+查詢樹(shù)結(jié)構(gòu)的ad hoc網(wǎng)絡(luò)。K+樹(shù)為本文設(shè)計(jì)的針對(duì)P2P網(wǎng)絡(luò)的自構(gòu)建的任務(wù)調(diào)度拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。所有的Peer節(jié)點(diǎn)，均能夠接受來(lái)自用戶的查詢請(qǐng)求。如果本地Peer節(jié)點(diǎn)沒(méi)能滿足用戶資源，則可以通過(guò)IA把任務(wù)遷移至MSA上。依據(jù)K+查詢樹(shù)定義，能夠分析出K+查詢樹(shù)相關(guān)性質(zhì)。若一個(gè)P2P組含有N個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)，其平均層高是L，那么一個(gè)主查詢Peer具有一個(gè)候選主查詢Peer，以及K個(gè)查詢工作者Peer。

2 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，伴隨P2P網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)廣泛應(yīng)用，基于因特網(wǎng)/城域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)流量有了很大的變化。為了降低因?yàn)橥負(fù)湔`配生成的冗余網(wǎng)絡(luò)流量，本文提出了一種新的采用移動(dòng)代理實(shí)施網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋬?yōu)化的自構(gòu)建P2P網(wǎng)絡(luò)模型。

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Agent-based P2P network management

JU Qiu-wen

P2P是構(gòu)建在物理網(wǎng)絡(luò)上面的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，它改變了Internet以大網(wǎng)站為中心的格局，但同時(shí)也因節(jié)點(diǎn)對(duì)等的思想而面臨著怎樣有效對(duì)P2P實(shí)施拓?fù)涔芾淼膯?wèn)題。本文在基于Agent的P2P網(wǎng)管模型結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，開(kāi)展了對(duì)P2P網(wǎng)絡(luò)管理中拓?fù)涔芾砑夹g(shù)的研究。對(duì)于當(dāng)前P2P網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的管理情況，構(gòu)建了采用移動(dòng)代理技術(shù)的P2P網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔芾砟Ｐ?，從而能夠有效提高P2P網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫阅芄芾?。利用?gòu)建層次式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使用移動(dòng)代理來(lái)進(jìn)行拓?fù)涞陌l(fā)現(xiàn)，以降低拓?fù)涔芾硇实拖露纬傻拇罅繑?shù)據(jù)流量。

P2P；網(wǎng)絡(luò)管理；拓?fù)涔芾?；移?dòng)代理

鞠秋文（1970－），女，山東榮成人，實(shí)驗(yàn)師，本科，主要從事電教相關(guān)研究工作。

TN915

B

1009-0134(2011)4(下)-0086-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2011.4(下).25

2010-11-28