tìm hiểu và ứng dụng mô hình mobile agent vào xây dựng ứng dụng phân tán

GVHD: Thầy Lê Quốc Tuấn SVTH: Nguyễn Tuấn Tài – Hà Thị Bạch Yến MỤC LỤC Chương mở đầu: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 3 Đặt vấn đề 3 Yêu cầu của đề tài 3 Giải quyết vấn đề 3 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MOBILE AGENT 6 TÓM TẮT 6 1.1. Sự cần thiết của mô hình Mobile Agent 6 1.2. Sự tiến hóa từ các mô hình ứng dụng phân tán 8 1.3. Kiến trúc hệ thống Mobile Agent 9 1.4. Các đặc tính của Mobile Agent 11 1.5. Ứng dụng của Mobile Agent 12 1.5.1. Các lợi thế của Mobile Agent 12 1.5.2. Các ứng dụng của Mobile Agent 14 1.6. Các hệ thống Mobile Agent hiện hành 16 1.6.1. Aglets 16 1.6.2. Voyager 17 1.6.3. Mole 19 1.6.4. ZEUS 20 1.6.5. So sánh các hệ thống Aglet, Mole, Voyager và Zeus 21 1.7. Vấn đề khó khăn và thách thức 22 KẾT LUẬN 24 Chương 2: BẢO MẬT TRÊN MOBILE AGENT (MOBILE AGENT SECURITY) 25 TÓM TẮT 25 2.1. Đe dọa sự an toàn bảo mật (Security Threats) 25 2.1.1. Sự tấn công từ một Agent đến Agent Platform (Agent-to-Platform) 26 2.1.2. Sự tấn công từ một Agent đến một Agent khác trong cùng một Platform (Agent to Agent) 28 2.1.3. Sự tấn công từ Platform đối với Agent (Platform-to-Agent) 29 2.1.4. Những thực thể khác tấn công vào hệ thống Agent Platform (Other-to-Agent Platform) 31 2.2. Những yêu cầu về an toàn bảo mật (Security Requirements) 32 2.3. Biện pháp đối phó (Countermeasures) 35 2.3.1. Việc bảo vệ Agent Platform (Protecting the Agent Platform) 35 2.3.2. Việc bảo vệ các Agent (Protecting Agents) 39 KẾT LUẬN 42 Chương 3: CÁC MẪU THIẾT KẾ CỦA AGENT (AGENT DESIGN PATTERNS) 43 TÓM TẮT 43 Trang 1 GVHD: Thầy Lê Quốc Tuấn SVTH: Nguyễn Tuấn Tài – Hà Thị Bạch Yến 3.1. Mẫu thiết kế đặc trưng cho sự di chuyển 43 3.2. Mẫu thiết kế đặc trưng cho sự phân công các tác vụ 44 3.3. Các mẫu thiết kế đặc trưng cho sự tương tác 45 3.4. Một số mẫu thiết kế đặc trưng 46 3.4.1. Mẫu thiết kế Master-Slave 46 3.4.2. Mẫu thiết kế Itinerary 51 KẾT LUẬN 57 Chương 4: KIẾN TRÚC AGLET CỦA IBM 58 4.1. Mô hình của Aglet 58 4.1.1. Các yếu tố cơ sở (Basic Elements) 58 4.1.2. Các sự kiện lắng nghe trong Aglet 60 4.2. Aglet API (Aglet - Application Programming Interface) 61 4.3. Giới thiệu về ATP (Agent Transfer Protocol) 67 KẾT LUẬN 71 Chương 5: XÂY DỰNG ỨNG DỤNG ĐỊNH THỜI GIAN BIỂU CHO CUỘC HỌP 72 TÓM TẮT 72 5.1. Giới thiệu 72 5.2. Các chức năng chính 73 5.2.1. Chức năng lập lịch tại máy cục bộ 73 5.2.2. Chức năng quản lý danh sách người dùng trong mạng 73 5.2.3. Chức năng lập lịch phân tán 73 5.3. Kết quả minh họa ứng dụng 77 KẾT LUẬN 80 Chương 6: CẤU HÌNH HOÀN CHỈNH ỨNG DỤNG 81 6.1. Cài đặt Aglet-2.0.2 (Server Tahiti) 81 6.2. Hoàn chỉnh ứng dụng 82 Chương 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 84 7.1. Kết luận 84 7.2. Hướng phát triển 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 PHỤ LỤC 87 Trang 2 GVHD: Thầy Lê Quốc Tuấn SVTH: Nguyễn Tuấn Tài – Hà Thị Bạch Yến Chương mở đầu: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Đặt vấn đề Trong mô hình Client-Server, một giao dịch hoặc truy vấn giữa Client và Server sẽ yêu cầu nhiều vòng chu trình để hoàn tất. Mỗi chu trình sẽ tạo ra nhiều lưu thông trên mạng và làm tốn băng thông. Trong một hệ thống có nhiều Client hoặc nhiều giao dịch, tổng băng thông yêu cầu có thể sẽ vượt quá băng thông hiện có, điều đó sẽ làm giảm hiệu suất của ứng dụng. Mà đối với các ứng dụng phân tán, băng thông của mạng rất quan trọng và là một tài nguyên vô giá. Mô hình Mobile Agent ra đời dùng để giải quyết vấn đề này. Nó sẽ quản lý các truy vấn hay giao dịch bằng cách gửi các Agent từ Client đến Server, sau đó Client có thể ngắt nối kết và các Agent sẽ bảo vệ kết quả trả về cho Client khi các nối kết được thiết lập trở lại. Kiến trúc của Mobile Agent sẽ làm giảm sự tiêu tốn băng thông. Yêu cầu của đề tài  Yêu cầu về lý thuyết: - Tìm hiểu các mô hình của ứng dụng phân tán. - Tìm hiểu sâu về mô hình tính toán phân tán Mobile Agents. - Khai thác chuẩn Java Aglet của IBM.  Yêu cầu về chương trình: - Xây dựng một ứng dụng phân tán minh họa theo mô hình Mobile Agents như: truy xuất nhiều CSDL, định thời biểu cuộc họp phân tán - Ngôn ngữ lập trình: Java. Giải quyết vấn đề Dựa trên những yêu cầu đề tài trên nhóm nghiên cứu chúng tôi đã tiến hành triển khai nghiên cứu về lý thuyết cũng như viết chương trình và đã đạt được một số kết quả. Trang 3 GVHD: Thầy Lê Quốc Tuấn SVTH: Nguyễn Tuấn Tài – Hà Thị Bạch Yến Trong luận văn này chúng tôi sẽ trình bày lại toàn bộ kết quả nghiên cứu mà chúng tôi đã triển khai. Do những tài liệu tham khảo hoàn toàn bằng tiếng Anh nên có một số thuật ngữ chuyên ngành không thể dịch sang tiếng Việt được, chúng tôi đã cố gắng chú thích kèm theo. Luận văn bao gồm 5 chương. Chương 1. Giới thiệu tổng quan về Mobile Agent  Sự cần thiết của mô hình Mobile Agent  Sự tiến hóa của các mô hình phân tán  Kíến trúc của hệ thống Mobile Agent  Đặc tính của Mobile Agent  Các loại ứng dụng trên Mobile Agent  Các hệ thống hỗ trợ Mobile Agent  Vấn đề khó khăn và thách thức của Mobile Agent Chương 2. Bảo mật trên Mobile Agent  Vấn đề đe dọa đối với sự an toàn bảo mật trên Mobile Agent  Nhu cầu bảo mật trên Mobile Agent  Các phương pháp giải quyết vấn đề bảo mật Chương 3. Các mẫu thiết kế của Agent  Mẫu thiết kế đặc trưng cho sự di chuyển  Mẫu thiế kế đặc trưng cho sư phân công tác vụ  Mẫu thiết kế đặc trưng cho sự tương tác  Một số mẫu thiết kế đặc trưng (Master – Slave và Itinerary) Chương 4. Kíến trúc Aglet của IBM  Mô hình của Aglet  Giới thiệu Aglet API (Aglet - Application Programming Interface) Trang 4 GVHD: Thầy Lê Quốc Tuấn SVTH: Nguyễn Tuấn Tài – Hà Thị Bạch Yến  Giới thiệu về giao thức ATP (Agent Transfer Protocol) Chương 5. Xây dựng ứng dụng định thời gian biểu cho cuộc họp  Giới thiệu mô tả ứng dụng  Giới thiệu về các chức năng chính  Kết quả minh họa ứng dụng Chương 6. Cấu hình hoàn chỉnh ứng dụng  Cài đặt Aglet-2.0.2 (Server Tahiti)  Cấu hình hoàn chỉnh ứng dụng Chương 7. Kết luận và hướng phát triển Trang 5 GVHD: Thầy Lê Quốc Tuấn SVTH: Nguyễn Tuấn Tài – Hà Thị Bạch Yến Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MOBILE AGENT TÓM TẮT Mobile Agent là một trong những hướng nghiên cứu thu hút nhiều sự quan tâm nhất từ những năm 90 đến nay với những đặc điểm rất thích hợp cho việc phát triển các ứng dụng phân tán. Trong chương này, chúng tôi điểm lại những khái niệm cơ bản về Mobile Agent đồng thời đề cập đến những loại ứng dụng phù hợp với mô hình Mobile Agent đã và đang được nghiên cứu và phát triển trên thế giới. Thông qua việc xem xét các hệ thống hỗ trợ phát triển ứng dụng dựa trên Mobile Agent, chương này cũng bàn tới đến những khó khăn và thách thức cần phải giải quyết để có thể đưa Mobile Agent vào ứng dụng trong thực tế. 1.1. Sự cần thiết của mô hình Mobile Agent Sự phát triển không ngừng của các kỹ thuật tiên tiến về máy tính, đặc biệt là các giải pháp mạng, cùng với sự bùng nổ nhanh chóng các dịch vụ và nguồn thông tin trên mạng đã làm gia tăng số người sử dụng Internet đến con số hàng trăm triệu (theo International Data Corp, tính đến cuối năm 2002 sẽ có hơn 600 triệu người trên toàn thế giới kết nối Internet). Các đặc điểm của nguồn thông tin, tổ chức mạng, cũng như việc khai thác, xử lý thông tin ngày càng trở nên phức tạp và đa dạng hơn, có thể kể đến các khuynh hướng chính yếu: - Các thiết bị di động (Mobile devices): Việc cung cấp các phần mềm, các dịch vụ hỗ trợ hiệu quả cho các thiết bị di động (Laptop, PDAs đến điện thoại di động hay sổ tay điện tử ) này vẫn đang phải đối mặt với nhiều khó khăn vì các thiết bị di động thường có tài nguyên hạn hẹp, và thường dựa trên các kết nối với băng thông thấp, độ trễ cao của đường điện thoại, hay mạng không dây. Trang 6 GVHD: Thầy Lê Quốc Tuấn SVTH: Nguyễn Tuấn Tài – Hà Thị Bạch Yến - Người dùng di động (Mobile users): Ngày nay người dùng thường có nhu cầu truy cập vào máy tính của mình, tài khoản của mình từ bất cứ đâu, vì thế việc hỗ trợ kết nối ở mọi nơi, mọi lúc và trên mọi thiết bị là một thách thức được đặt ra. - Nhu cầu chuyên biệt hoá: Việc khai thác thông tin, sử dụng dịch vụ đã không còn thỏa mãn với các cơ chế thụ động, mà người dùng thường có khuynh hướng muốn chuyên biệt hoá nhu cầu của mình một cách chủ động. Internet là cơ sở để thực hiện mong muốn này, vấn đề còn lại là khả năng hỗ trợ chuyên biệt hoá của các ứng dụng mạng dành cho người dùng. - Nguồn tin đa dạng, khối lượng cực lớn: Đã xuất hiện sự bùng nổ thông tin trên mạng với sự xuất hiện của nhiều kho dữ liệu khổng lồ. Các kho dữ liệu này lại được cung cấp từ nhiều nguồn nên thường không đồng nhất về tổ chức, đây sẽ lại là một khó khăn mới đối với người dùng khi truy vấn. - Gia tăng sử dụng mạng cục bộ: Việc các mạng Intranet được xây dựng phổ biến là một điều kiện tốt để triển khai các kỹ thuật mới trong việc xây dựng các ứng dụng mạng, vì Intranet cho phép việc thiết lập an toàn hệ thống dễ dàng hơn trong một tập hợp mang tính cộng tác và tin cậy. - Môi trường không đồng nhất: Khi kết nối các máy tính, các mạng cục bộ vào Internet, các ứng dụng và người dùng phải đối mặt với một môi trường không đồng nhất cả về phần cứng, lẫn về kiến trúc hệ điều hành…Và bài toán tương thích, dễ mang chuyển sẽ là vấn đề cần giải quyết ở đây. - Sự khập khiễng về đường truyền: Mặc dù ngành viễn thông đã đạt đến những tiến bộ đáng kinh ngạc, và cho ra đời các loại cáp quang với tốc độ truyền tải nhanh đáng kể, đa số người dùng vẫn bị giới hạn với các thiết bị kết nối như modem hay các đường truyền băng thông thấp với mạng không dây. Với tất cả các đặc điểm trên đây, các ứng dụng phân tán phát triển theo mô hình Client-Server truyền thống tỏ ra một số bất lợi vì đòi hỏi làm việc đồng bộ, đòi hỏi đường truyền băng thông cao, độ trễ thấp và cuối cùng là các dịch vụ thiếu linh động, khó thay đổi hay bổ sung. Mobile Agent là một mô hình trong đó các tiến trình, được Trang 7 GVHD: Thầy Lê Quốc Tuấn SVTH: Nguyễn Tuấn Tài – Hà Thị Bạch Yến gọi là Agent, có tính tự trị và khả năng di động từ máy chủ này sang máy chủ khác để hoàn tất tác vụ. Ý tưởng chủ đạo của Mobile Agent là di chuyển xử lý đến gần nguồn dữ liệu, nhờ đó có thể giảm tải mạng, khắc phục tình trạng trễ, hỗ trợ xử lý không đồng bộ và tạo ra sự tương thích mạnh trên các môi trường không đồng nhất. Mobile Agent với các ưu điểm này hứa hẹn một giải pháp mới, hiệu quả và dễ dàng hơn trong việc phát triển ứng dụng phân tán. 1.2. Sự tiến hóa từ các mô hình ứng dụng phân tán Mobile Agent có thể được xem như là sản phẩm kết hợp của kỹ thuật Software Agent và kỹ thuật xử lý phân tán. Mobile Agent khác với mô hình xử lý mạng truyền thống. Theo truyền thống, một ứng dụng phân tán có cấu trúc xây dựng trên mô hình Client-Server sẽ thực hiện việc giao tiếp thông qua cơ chế truyền thông điệp hoặc các lời gọi hàm từ xa (RPCs). Các mô hình giao tiếp này thường phải đồng bộ, nghĩa là phía Client tạm ngưng hoạt động của mình trong thời gian gửi yêu cầu đến Server và đợi đến khi nhận được kết quả trả về từ Server. Một kiến trúc tiến bộ hơn là Remote Evaluation (REV) do Stamos và Gifford đưa ra vào năm 1990. Trong mô hình REV, thay vì yêu cầu thực hiện các hàm từ xa thì Client chỉ việc gởi mã nguồn các hàm của nó đến Server và yêu cầu Server thực hiện rồi trả về kết quả. Một số hệ thống gần đây cũng đã giới thiệu khái niệm thông điệp chủ động (Active Messages) có thể di trú giữa các vị trí trên mạng, mang theo mã của chương trình để thực thi tại những vị trí này. Mobile Agent là mô hình tiến hóa tiên tiến nhất so với các mô hình trước đó. Mobile Agent là danh từ ghép giữa Agent (trợ lý) và Mobile (di động). Một Mobile Agent là một chương trình có khả năng di chuyển một cách tự trị từ nút mạng này sang nút mạng khác và thực hiện các xử lý thay thế cho con người để đạt được mục tiêu được giao phó. Khi di chuyển, các Mobile Agent đóng gói mã nguồn, dữ liệu và cả trạng thái thi hành, nhờ vậy Mobile Agent có thể dừng việc thi hành đang thực hiện tại máy này, di chuyển sang máy khác và khôi phục lại sự thi hành tại máy đích. Hình 1.1 cho thấy sự khác biệt của Mobile Agent so với RPC và REV. Trang 8 GVHD: Thầy Lê Quốc Tuấn SVTH: Nguyễn Tuấn Tài – Hà Thị Bạch Yến Hình 1.1 1.3. Kiến trúc hệ thống Mobile Agent Mobile Agent khác với các xử lý phân tán, vì các xử lý phân tán không quyết định địa điểm và khi nào thì nó di chuyển còn Mobile Agent có thể di chuyển tới bất kỳ nơi đâu và bất kỳ khi nào. Mobile Agent cũng khác với Java Applet, Applet chỉ có thể di chuyển một chiều từ Server đến Client, trong khi Mobile Agent thì có thể di chuyển giữa Client và Server và có thể tự định hướng. Thậm chí ngay trong kiến trúc của hệ thống Mobile Agent cũng có sự khác biệt, hầu hết tất cả hệ thống Mobile Agent đều chứa một Mobile Agent (MA) và một Mobile Agent Environment (MAE). Như hình 1.2 Trang 9 GVHD: Thầy Lê Quốc Tuấn SVTH: Nguyễn Tuấn Tài – Hà Thị Bạch Yến Hình 1.2 MAE tạo ra một môi trường thực thi chắc chắn và thích hợp cho MA, sau đó cung cấp cho MA các dịch vụ căn bản bao gồm tạo (creation), vận chuyển (transportation) và thực thi (execution). Nó cũng bao gồm các cơ chế như: chiến lược chịu đựng lỗi, điều khiển bảo mật và các kỹ thuật kết nối. Khả năng giải quyết vấn đề của các MA phụ thuộc vào trên các dịch vụ mà nó được MAE cấp. Một cách tổng quát thì MAE có các dịch vụ cơ bản sau: - Business service: các dịch vụ tạo, di chuyển, khả năng chịu đựng và thực thi trên môi trường phân tán. - Event service: cung cấp các giao thức truyền, kết nối và hỗ trợ các tương tác giữa các Agent. - Directory service: duy trì các thông tin về trạng thái về sự cục bộ của một Mobile Agent, và một thông điệp định tuyến dùng để phân phát các thông định tới Mobile Agent. Trang 10 [...]... chương này chúng tôi đã giới thiệu về mô hình Mobile Agent- một mô hình mới cho phép xây dựng nhiều ứng dụng phân tán hiệu quả hơn những kỹ thuật cũ Tuy còn những khó khăn trong việc triển khai Mobile Agent vào thực tế, nhưng Mobile Agent có nhiều tiềm năng trong một số loại ứng dụng phù hợp, và nên là một công cụ cần có khi xây dựng các ứng dụng phân tán quy mô lớn Trong vòng năm năm gần đây đã có... được xây dựng với ngôn ngữ Java tại đại học Stuttgart (CHLB Đức) Phiên bản đầu tiên (Release 1.0) đã hoàn thành vào năm 1995, năm 1997 phiên bản Release 2.0 được hoàn thành, bản Release 3.0 được hoàn tất vào năm 1998 và đề án đã kết thúc với kết quả là môi trường ổn định để xây dựng ứng dụng theo mô hình Agent trên các hệ phân tán Được xây dựng trên Java, Mole có khả năng thực thi trên tất cả các môi... lĩnh vực Mobile Agent đa số tập trung phát triển các hệ thống Agent hỗ trợ khả năng di động và những vấn đề của các môi trường này như tính an toàn, cơ chế tự di chuyển của Agent, cơ chế giao tiếp giữa các Agent Việc vận dụng mô hình Mobile Agent vào các ứng dụng thực tế gần như vẫn dừng lại ở mức thử nghiệm mà chưa có được những sản phẩm thương mại hoàn chỉnh Nhìn chung, mô hình Mobile Agent vẫn chưa... quyết để có thể đưa mô hình Mobile Agent vào những ứng dụng thực tiễn Trang 24 GVHD: Thầy Lê Quốc Tuấn SVTH: Nguyễn Tuấn Tài – Hà Thị Bạch Yến Chương 2: BẢO MẬT TRÊN MOBILE AGENT (MOBILE AGENT SECURITY) TÓM TẮT Kỹ thuật Mobile Agent cung cấp một mô hình xử lý mới mà có thể tạm ngưng việc thi hành của nó tại một host và di chuyển nó đến một host khác trên mạng Sự phức tạp của Mobile Agent gia tăng theo... dùng trong các ứng dụng phân tán đương thời, cũng có ứng dụng trong phạm vi mô hình Mobile Agent Ngoài ra, có một số mở rộng của kỹ thuật thông thường và kỹ thuật được phát minh (devised) đặc biệt cho việc điều khiển mã di động (mobile code) và nội dung có thể thực thi (executable content) mà có thể ứng dụng cho việc bảo mật của hệ thống Mobile Agent Chúng ta xem lại các biện pháp đối phó và xem như các... khác trong những môi trường khác 1.5 Ứng dụng của Mobile Agent 1.5.1 Các lợi thế của Mobile Agent Có bảy lợi ích chính đối với việc ứng dụng Mobile Agent: 1.5.1.1 Mobile Agent làm giảm tải mạng Kỹ thuật Mobile Agent cho phép người dùng đóng gói cuộc trao đổi, gởi nó đến đích và thực hiện xử lý, trao đổi dữ liệu cục bộ tại đó Như thế sẽ góp phần làm giảm những dòng dữ liệu thô trên mạng, và như thế tải... của Mobile Agent 1.5.2.1 Thu thập dữ liệu từ nhiều nơi Tìm dữ liệu từ cơ sở dữ liệu phân tán là một ứng dụng phổ biến của Mobile Agent Thay vì di chuyển một lượng dữ liệu đến bộ xử lý tìm kiếm (search engine) để tạo chỉ mục tìm kiếm, ta sẽ gửi các Agent đến nguồn chứa thông tin từ xa, nơi mà chỉ mục tìm kiếm sẽ được tạo Một trong những khác biệt giữa Mobile code – như là Applets – và Mobile Agent là... để tìm mua chiếc xe cho bạn 1.5.2.6 Xử lý song song Vì các Mobile Agent có thể tạo ra nhiều bản sao của nó trên mạng, một ứng dụng đầy tiềm năng của Mobile Agent là quản trị các tác vụ song song Một ứng dụng đòi hỏi quá nhiều tài nguyên bộ xử lý có thể được phân bố cho các Mobile Agent mang đi thực hiện trên nhiều máy tính khác nhau để tận dụng các tài nguyên rảnh rỗi và cân bằng tải Hệ Mobile Agent. .. và tầng vận chuyển, chỉ phụ thuộc vào tầng thi hành, nên chúng cung cấp một điều kiện tối ưu cho việc liên kết các hệ thống không liên quan gì lại với nhau 1.5.1.7 Mobile Agent mạnh mẽ và khả năng chế ngự lỗi cao Với khả năng phản ứng năng động, với những sự kiện và những thay đổi bất lợi, Mobile Agent giúp cho việc xây dựng hệ thống mạnh mẽ và chịu lỗi cao được dễ dàng hơn 1.5.2 Các ứng dụng của Mobile. .. tấn công một Agent khác trong một Agent Platform và những thực thể khác tấn công vào hệ thống Agent Trong đó loại cuối cùng bao gồm các trường hợp một Agent tấn công một Agent trên một Agent Platform khác và một Agent Platform tấn công vào các Agent Platform khác Những sự tấn công này tập trung trước hết vào khả năng liên lạc của các Agent Platform để lợi dụng những tiềm năng không được bảo vệ Loại đe . thuyết: - Tìm hiểu các mô hình của ứng dụng phân tán. - Tìm hiểu sâu về mô hình tính toán phân tán Mobile Agents. - Khai thác chuẩn Java Aglet của IBM.  Yêu cầu về chương trình: - Xây dựng một ứng dụng. Mobile Agent  Sự cần thiết của mô hình Mobile Agent  Sự tiến hóa của các mô hình phân tán  Kíến trúc của hệ thống Mobile Agent  Đặc tính của Mobile Agent  Các loại ứng dụng trên Mobile Agent . MOBILE AGENT 6 TÓM TẮT 6 1.1. Sự cần thiết của mô hình Mobile Agent 6 1.2. Sự tiến hóa từ các mô hình ứng dụng phân tán 8 1.3. Kiến trúc hệ thống Mobile Agent 9 1.4. Các đặc tính của Mobile Agent