基于P2P的TCP/IP网络管理模型研究
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇基于P2P的TCP/IP网络管理模型研究范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
摘 要：在介绍传统TCP/IP网络管理模型与P2P技术的基础上，提出了一种基于p2p的网络管理模型NMMBP。NMMBP可以较好地满足网际间协同管理,提高管理网络的连通性,解决了负载平衡问题，补充了传统网络管理技术在网际分布式协同管理上的不足。
关键词：P2P; 网络管理; 协同管理; 负载平衡
中图分类号： TP393.07文献标识码：A
文章编号：1001-9081(2007)04-0788-03
随着网络技术的飞速发展，网络的数量也越来越多。而网络中的设备来自各个不同的厂家，如何管理这些设备就变得十分重要，计算机网络管理的低效往往会造成巨大的经济损失。现有的网络管理方案只适用于监视和控制在某个特定管理区域内的设备和服务，而面对跨网际的协同管理问题则显得捉襟见肘。随着日益增长的网际互联和大量的机构以Internet作为互联的中间网络，跨越网际的网络管理变得十分重要，传统网络管理系统由于在设计之初只考虑特定区域和环境内的管理而缺乏网际间的协同管理。本文提出一种基于P2P技术的网络管理模型(Network Management Model Based on P2P,NMMBP)，利用P2P网络的灵活和动态性、尤其是直接交互能力解决跨网际的网络协同管理问题。
1 技术背景
TCP/IP网络管理模型用的是“管理站－程序”的模式，如图1所示。
图片图1 TCP/IP网络管理模型
管理站连接程序，程序直接控制目标设备上的管理对象，程序除了可以响应管理站的请求外，可以向管理站异步报告诸如网络掉线或入侵尝试等这样的特定事件和网络状态。应用最广泛的TCP/IP网络管理模型是由Internet工程任务组（IETF）制定的简单网络管理协议（SNMP）框架。SNMP框架包含两个部分：网络管理站和被管设备。被管设备端和管理相关的软件叫做进程。管理站可以显示所有被管设备的工作状态。管理进程和进程之间的通信可以有人工干预和自发两种工作方式。在人工干预工作方式中，管理进程向进程发出请求，询问某个具体的参数值。管理进程除了可以向进程询问某些参数值以外，它还可以按要求改变进程的参数值[1]。在自发工作方式中，进程主动向管理进程报告某些重要事件。
1.2 P2P网络
P2P(Peer―to―Peer)称为点对点连接或对等网络，是一种全新的互联网络技术，它弱化甚至取消服务器，允许处于网络上的任意两台计算机既扮演客户的角色，又扮演服务器的角色[2]，实现对等访问。在B/S和C/S模式中, 服务器是网络的控制核心，容易引起单点失效及产生网络瓶颈，而P2P模式在节点之间直接交换信息避免了这些问题。图2是两种模式节点之间的信息交换方式示意图。
图片图2 节点通信方式对比
采用P2P技术，任意两台PC之间都可建立实时联系，创建安全、共享的虚拟空间，进行交互活动、协同工作和资源共享[2]。
2 基于P2P的网络管理模型(NMMBP)
2.1 系统结构
“管理站―程序”模式的网络管理模型已经有大量的扩展应用，比如授权管理（MbD）通过建立中间层管理站（MLMs）扩展了“管理站―”模型,从而增强了管理的易用性和可扩展性。在MbD中，通过管理站授权给距最近的中间层管理站，大大减少了带宽损耗并分散了管理任务的执行。NMMBP（网络管理模型）的设计理念是通过将P2P网络嵌入到传统管理网络（本文用SNMP框架）而扩展传统管理模型。这样就可以利用P2P网络的特性增强管理网络的管理效率，比如像前文提及的网际间协同管理。
首先我们定义一个简单的NMMBP，它由以下部分/实体组成：
1) 顶层管理站（Top Layer Management,TLM）：响应人工请求的节点，通过和其他管理实体的通信完成管理任务。
2) 中间层管理站（Middle Layer Management,MLM）：只响应TLM或其他MLM请求的节点。
3) （Agent）：实现改变（人工干预）目标设备工作状态和报告（自发）目标设备工作状态的后台管理程序。
尽管TLM和MLM的概念在网络管理界已为大家所熟知，但是这里提出的基于P2P的网络管理模型中的TLM和MLM有着双重身份，一方面是正常管理任务的执行单元，一方面是P2P通信网中的普通节点，这就可以让基于P2P的网络管理系统中的TLM和MLM管理网络时既可以通过传统方式实现，也可以通过P2P网的一些特性实现。由于TLM只与人交互，而MLM与TLM或其他MLM交互，所以TLM与MLM的不同使得它们能更好地胜任以下工作：
1) 支持人工协同管理：管理员通过TLMs协同管理网络
2) 提高消息交换的连通性：管理实体（TLMs、MLMs以及Agents）间的消息路由是通过比TCP/IP网络更灵活、更可靠的方式路由的。
3) 平衡管理任务负载：由多个MLM共同承担某个管理任务。
图3给出了基于P2P的网络管理系统中TLMs和MLMs以及Agents之间的协作关系示意图。
网络管理员只通过向TLMs发出管理服务请求实现网络管理，TLMs实现管理协同，这样，管理员无需知道TLMs是直接还是间接地连接就可以直接实现管理信息的交换。同时TLMs和MLMs之间的接口保证MLMs将管理信息传递到目标设备上的Agents。MLMs在必要的时候可以完成更复杂的任务，由于管理信息往往会耗费大量的处理过程，所以通过将MLMs合理分组以便分担这些处理过程，从而通过给MLM组授权实现很好的负载平衡
2.2 实现人工协同管理
由于人工协同管理工具可以帮助不同的管理员实现一个共同的管理任务，所以在协同管理需要日益增长的情况下，对人工协同管理工具的需求越来越大，Internet上的大量多媒体应用程序由于需要网际间的资源分配，也要受益于协同管理。
在图3中，TLMs可以和P2P网络中的所有节点进行通信，包括和其他TLMs的通信，这样管理员可以忽略中间节点的存在而直接更好地相互协同。甚至传统的P2P的应用程序，如文件共享软件、即时通信软件和语音会话软件等在这里可以直接应用于网络辅助管理。
比如为了实现配置管理，可以将设备配置文件通过P2P文件共享工具在网络管理员之间共享。在NNMBP中我们通过动态建立虚拟共享空间实现网际间的协同管理。
2.3 提高管理网络的连通性
传统网络管理系统中，管理站和程序通过网络层通信。在网际间管理时，网络层路由往往会引发低连通性。低连通性的问题在于：虽然管理站和之间存在多条物理路径，但是负责特定两节点间通信的路径只有一条，如果这条路径失效，除非网络从错误中恢复，否则管理站和之间的通信就中止了。或者如果这条通路出现了拥塞，管理站和之间也找不出一条用以替代的路径。利用专用网络可以解决这一问题，但是代价非常高且只适用于单个网络。
低连通性的另一个主要因素是由于管理实体（比如一个子公司）的网络考虑到安全问题而将网络隔离，比如由于Internet防火墙的阻拦，SNMP消息就不能跨域传送。还有一个原因是网络逻辑分层的问题，比如网络地址翻译（NAT）的问题，如果内部设备只有部分网络地址在外部有映射，外部管理站的管理指令就无法访问所有的内部设备。
而P2P网络的路由请求可以建立在网络的应用层，当有一个节点不通时，马上就有可以用以替代的节点负责完成网络通信。关于P2P网络的路由算法的研究非常多，在设计NMMBP时借鉴文献[3]提出的RLP2P模型。RLP2P网络模型具有典型的小世界模型和幂规律特性，网络模型中对等点的定位与搜索将主要通过主动节点进行，充分利用主动节点的路由表信息，使得查询定位不再以盲目扩散方式进行，从根本上改善了定位搜索效率和网络的可扩展性[3]。
2.4 满足负载平衡请求
P2P网络的一个特性是可以由一组节点来提供服务。只要每个划分好的节点组中有一个节点可用，那么在一般情况下节点组中冗余的节点可以有助于提高网络服务的可用性。为了保证节点组的可用性，在NMMBP中加入节点组数量的监控程序，当节点组中的节点数量少到一个管理员设定的临界值时，监控程序向TLM发出通知消息，如果程序员没有对此进行干预，在节点数量少到危险值时（这里用的是1），节点组自动激活节点调整进程，向临近的节点组“借”一定数量的节点。
利用节点组对实现网络管理的最大好处是当管理任务量大时，P2P网络的分布计算能力可以得到很好的利用，比如进行网络分析时需要大量的计算资源，通过节点组内的分布计算能力，既减轻了单个节点计算和处理的负担，又提高了计算效率。
通过节点组中的主动节点[3]，管理任务可以在节点组内部分布实现，也就是说可以在没有管理员通过TLM对任务的平衡进行干预的情况下，MLMs就可以自主实现请求任务的负载平衡。
3 性能评价
利用JXTA[4]开发了一个基于NMMBP的原型系统，并对原型系统进行了模拟实验，以观察不同负载下的网络使用率和数据延迟。实验结果表明，尽管P2P网络提高了管理实体之间的连通性，但是占用的网络资源相对较多。
图4是对比数据下载时，NMMBP原型系统管理网络和SNMP管理网络的通信量的实验数据，在相同下载量时，NMMBP的通信量更大，这里有一个客观原因是由于JXTA协议是以字符编码通信，而SNMP协议是以二进制码通信，如果以C++专门开发一个NMMBP系统，通信量应该将会有一定的降低。
图5是下载时通信延迟的情况对比，在路由表数据大于23行时，NMMBP的效率比SNMP的效率高。这是由于NMMBP中的MLM网关直接将SNMP消息传送到目标Agent，而SNMP中由于没有TLM到目标Agent的直接通路，而中间节点又多（在实验中用了10个中间节点），所以路由代价逐次增加。
4 结语
提出了一种基于P2P技术的网络管理模型（NMMBP），并通过一个简单的原型系统做了性能实验。实验结果表明，NMMBP能较好地满足网际间协同管理，提高管理网络的连通性，并有较好的网络负载平衡性。下一步的工作将是研究如何将这一模型扩展应用到其他网络如无线网络管理中，并以原型系统为参照开发专用的基于NMMBP模型的网络管理系统。
本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。