（计算机应用技术专业论文）分布式选课系统的研究与设计.pdf

摘要 摘要 在学分制模式下，学生可以自由选择课程和老师，自主性大大增强，同时也 增加了工作量，加大了管理难度。大部分高校的选课都存在以下特点：学生人数 多，老师和教室的资源有限，学校安排统一选课的时间大概只有一周，所以学生 有抢先选课的倾向。 目前大部分高校的选课系统是基于b s 架构的，当学生大量集中在某个时间 段进行选课时，所有的学生都要从服务器获取学期开课信息以及自己已经修过的 课程等信息；同时服务器要对每个学生选择的课程进行检测，是否上课时间发生 冲突，先修课程是否已经修过等。使得服务器的负担很重，造成系统响应速度变 慢，响应时间增长，甚至导致系统崩溃。这种短期的高负载特性，使得选课系统 在选课高峰期时性能降低，甚至无法进行选课，影响选课的正常进行。 p 2 p 技术作为一种新兴的技术，近些年来得到快速的发展。p 2 p 中的每个节 点既是资源的提供者，又是资源的获取者。与传统的模式相比，具有无可比拟的 非中心化、可扩展性强、健壮性、高性能价格比、安全性高等优势，同时技术具 有广阔的应用前景。 基于此，本文以广东工业大学计算机工程研发中心研发的广西师范成教学院 教务管理系统为背景。在参考大量相关文献的基础上，深入细致地分析了选课系 统的特点，结合现有系统在实际运行中表现出的不足及未来发展的需要，提出采 用分布式技术来提高选课系统的性能。 本文的研究内容主要有： ( 1 ) 对原有选课系统进行分析，找出在未来发展中选课系统存在的不足。 结合分布式技术的特点，提出采用p 2 p 技术将选课的负载分布在客户端，提高选 课系统的性能。 ( 2 ) 对基于p 2 p 的选课系统做了总体设计，包括服务器端、客户端以及数 据库的设计。在学生选课的客户端，实现相同专业的学生可以从其他的客户端共 享学期开课信息。而对学生个人的已修课程、所得学分学时等信息，这些信息是 每个同学都不一样的，则从服务器下载。同时将对学生所选课程的检测转移到客 广东工业大学工学硕士学位论文 户端处理，将负载分布到客户端，减轻服务器的负担，提高选课系统的性能。 ( 3 ) 分析了选课信息的共享，包括j x t a 底层网络的建立和消息的管理， 同时介绍了客户端选课的设计。 论文最后对所做的工作进行了总结，并指出了进一步的研究方向。 关键词：p 2 p 网络；选课系统；j x t a ；客户端；服务器 n a b s t r a c t u n d e rt h em o d e lo fc r e d i ts y s t e m ，s t u d e n t sf e e lf r e et oc h o o s et h ec o u r s e sa n d t e a c h e r sw i t ht h ei n c r e a s eo ft h ei n d e p e n d e n c e b u ta tt h es a m et i m e ，i ti n c r e a s e st h e w o r k l o a da n dt h ed i f f i c u l t yo fm a n a g e m e n t 1 h ec h a r a c t e d s t i c st h a tm o s tu n i v e r s i t i e s h a v ei nc h o o s i n gc o u r s e sa r el a r g ea m o u n to fs t u d e n t sw i t hl i m i t e ds o u r c e so f t o a c h e r s a n dc l a s s r o o m s t h e r ei so n l yo n ew e e kl e f tf o rt h es c h o o l st oa r r a n g et h et i m ef o rt h e c o b r s ec h o o s i n g t h e r e f o r e ，i tg i v e sa r i s et ot h es t u d e n t st e n d e n c yi nt h et i m eo f c o u r s ec h o o s i n g a tp r e s e n t , c o u r s es e l e c t i o ns y s t e m si nm o s tu n i v e r s i t i e sa r eb a s e do nt h eb s s t r u c a t r e w h e ns t u d e n t ss e l e c tc o u r s e si nac o n v e r g e n tp h a s eo ft i m e ，a l lt h es t u d e n t s h a v et oo b t a i nt h ei n f 0 咖a 廿o nf r o mt h es e w v e ro nt h en e wc o u r s e sa n dt h ec o b i s e s t h e yh a v ea l r e m ye l e c t e d a tt h es a m et i m e ，t h es e r v e ri ss u p p o s e dt 0m a k ej u d g m e n t o nt h ec o u r s e sw h i c ha r es e l e c t e db ys t u d e n t st om a k es u r et h a tw h e t h e rt h e r ee x i t s t i m ec o n f l i c ti nc l a s sa r r a n g e m e n to rw h e t h e rt h ec o u r s e st h e yh a v ea l r e a d yc h o s e n b e f o r e ，e t c t h i sp h e n o m e n o nr e s u l t si nt h eh e a v yl o a do ft h es e r v e r , t h es l o ws p e e d a n dt h ep r o l o n g e dt i m eo f t h er e a c t i o no f t h es y s t e m , e v e nl e a d st ot h ec o l l a p s eo f t h e s y s t e m 1 1 1 i sc h a r a c t e r i s t i c so fh j 【曲一l o a di ns h o r tt i m er e s u l t si nt h ei n e f f i c i e n c yo f c o u r s es e l e c t i o ns y s t e mi nt h er u s hh o u ro fc o u r s ec h o o s i n g ，e v e ng e n e r a t e st h ef a i l u r e o rt h ei n f l u e n c e so f n o r m a lp r o g r e s si nc o u r s es e l e c t i n g p 2 p , a sak i n do f n e wt e c h n o l o g y , d e v e l o p sr a p i d l yi nr e c e n ty e a r s e v e r yn o d ei n t h ep 2 ps y s t e mc a nb o t hp r o v i d er e s o u r c e sf o ro t h e r sa n da c q u i r er e s o u r c e sf r o m o t h e r s t h e r e f o r e ，c o m p a r e dw i t ht h el r a d i t i o n a li n t e m e tw o r k i n gm o d e l ，p 2 pi s i n c o m p a r a b l ei nt e l t i l so fi t sd e c e n t r a l i z a t i o n , s a f e t y , r o b u s t n e s s ，c o s t - e f f e c t i v e n e s s ， a n de x p a n s i b i l i t ya n dso n h e n c ei ti se s t i m a t e dt oh a v eab r i l l i a n tf u t u r e o nt h eb a s i so fe d u c a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mo fg u a n g x in o r m a lu n i v e r s i t y d e v e l o p e db yc o m p m e re n g i n e e r i n gr e s e a r c h a n dd e v e l o p m e n tc e n t e ri n g u a n g d o n gu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y , t h i sp a p e rd o e ss o m ei n - d e p t ha n a l y s i so nt h e i i i 广东工业大学工学硕士学位论文 c h a r a c t e r i s t i c so fc o u r s es e l e c t i o ns y s t e n aa f t e rr e f e r r i n gt oal a r g ea m o u n to f d o c u m e n t s a f t e ra n a l y n n gt h ep e r f o r m a n c eo ft h ep r e s e n ts y s t e m , t h ea u t h o r p r o p o s e su s i n gd i s t r i b u t e dt e c h n o l o g yt oi m p r o v et h ec a p a b i l i t yo fc o u r s es e l e c t i o n s y s t e mi nv i e wo f t h ef u t u r en e e d s n l em a i nc o n t e n t so f t h i sp a p e ra r e ： ( 1 ) a f t e ra n a l y z i n gt h eo r i g i n a lc o n r s es e l e c t i o ns y s t e m ，f i n do u tt h ed e f i c i e n c i e s o fc o u r s es e l e c t i o n s y s t e m i nt h ef u t u r e d e v e l o p m e n t c o m b i n i n g w i t ht h e c h a r a c t e r i s t i c so fd i s t r i b u t e dt e c h n o l o g y , t h ea u t h o rp r o p o s e su s i n gp 2 pt od i s t r i b u t e l o a do fc o u r s es e l e c t i o nt oc l i e n t ，a n dt h e ni m p r o v et h ec a p a b i l i t yo fc o u r s es e l e c t i o n s y s t e m ( 2 ) t h i sp a p e rm a k e ss o m ed e s i g no nt h ec o u r s es e l e c t i o ns y s t e mb a s e do np 2 p , i n c l u d i n gt h ed e s i g no fs e r v e r , c l i e n ta n dt h ed a t a b a s e s t u d e n t si nt h es a m em a j o rc a r l s h a r et h ei n f o r m a t i o no ft h e p r o g r a m so p e n e di nt h i ss e m e s t e rf r o mo t h e rc l i e n t s a s t ot h ei n f o r m a t i o no ft h ec o u , l s e sf i n i s h e db ys t u d e n t sa n dt h es c o r e st h e yg o t ，s t u d e n t c a l ld o w n l o a dh i so w ni n f o r m a t i o nf r o mt h es e r v e rs i n c et h ei n f o r m a t i o ni sd i f f e r e n t t h ed i s p o s a lo fc o u r s es e l e c t i o ni sa l s ot r a n s f e r r e dt ot h ec l i e n t d i s t r i b u t el o a do f c o u r s es e l e c t i o nt oc l i e n t b yt h i sw a y , t h ei n f o r m a t i o nf l o wg e n e r a t e db e t w e e nt h e c l i e n ta n dt h es e r v e rc a nb er e d u c e dt oal a r g ee x t e n t , a n dt h ep e r f o r m a n c eo ft h e s y s t e mc a l lb ei m p r o v e dg r e a t l y ( 3 ) a n a l y s i st h es h a r eo ft h ei n f o r m a t i o no nt h ec o u r s es e l e c t i o n ，i n c l u d i n gt h e n e t w o r ko fj x t aa n da d m i n i s t r a t i o no fi n f o r m a t i o n ，a n da l s oi n 廿o d u c et h e r e a l i z a t i o no f c o u r s es e l e c t i o ni nc l i c n t f i n a l l y ，t h i sp a p e rs u m m e du pt h ew o r kh a sd o n e ，a n dp o i n to u tt h ef u t u r e r e s e a r c hd i r e c t i o n k e y w o r d s ：p 2 pn e t w o r k , c o u r s es e l e c t i o ns y s t e m ，j x t a ，s e r v e r , c l i e n t 独剖一降声明 独创性声明 秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师的指导下进行研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标 注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，不包含 本人或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 己在论文中作了明确的说明，并表示了致谢。 本学位论文成果是本人在广东工业大学读书期间在导师的指导下取得的，论 文成果归广东工业大学所有。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任，特此声明。 将教师虢李菊吣 论文作者签名：爿劫缸1 长 。帕矿年牛月v 日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题来源和研究意义 随着高等院校校园网的建设和i n t e r n e t 技术的引进，高校信息系统的开 发正在蓬勃发展。进入2 1 世纪，为适应新世纪人才培养的目标，国内高校教育 体制进行了大规模的改革，校与校之间合并，学校规模不断扩大，专业设置日趋 多样化，招生人数逐年增加。同时，伴随着素质教育的不断推进，很多高校都逐 步由学年制转变为学分制。在学分制的模式下，各高校尽多地开设公共选修课， 以拓宽学生的知识面，培养学生的个性和创造能力，提高学生的综合素质，学生 可以根据自己的能力和兴趣爱好去选择相应的课程。在高校信息系统中，选课系 统是一个重要的组成部分。国内很多高等学校，如清华大学【”、上海交通大学 2 1 、 南京大学、暨南大学【3 】，等都将建设校园信息化系统和建设学校管理信息系统置 于一个至关重要的地位。通过构建学生自主选择的网上选课管理系统，可以大大 减轻教务管理人员的工作量，使教学管理更加科学化，充分提高教务管理工作的 质量。 目前大部分高校的选课系统是基于b s 架构的，当学生大量集中在某个时间 段进行选课时，所有的学生都要从服务器获取学期开课信息以及自己已经修过的 课程等信息；同时服务器要对每个学生选择的课程进行判断，是否上课时间发生 冲突，先修课程是否已经修过了等。使得服务器的负担很重，造成系统响应速度 变慢，响应时间增长，甚至导致系统崩溃。这种短期的高负载特性，使得选课系 统在选课高峰期时性能降低，甚至无法进行选课，影响选课的正常进行。 基于此，以广东工业大学计算机工程研发中心开发的广西师范成教学院教务 管理系统为背景，本文设计了一种基于分布式选课系统，从当前热门的分布式技 术p 2 p 出发，利用p 2 p 网络中，节点之间可以直接交换资源而不必通过服务器的 特点。通过一定的策略，在学生选课的客户端，实现相同专业的学生可以从其他 的客户端共享学期开课信息。而对学生个人的已修课程、所得学分学时等信息， 这些信息是每个同学都不一样的，则从服务器下载。同时将对学生所选课程的检 测转移到客户端处理，减轻服务器的负担，提高选课系统的性能，并使系统能满 广东工业大学工学硕士学位论文 足未来发展的需要。 1 2 国内外研究现状 在计算机普及以前，传统的选课方式过程是：由教务处下发选修课课表到各 学院，让学生事先了解可选的课程及各班的选课时间，然后在选课期间到某一个 固定的教室去报名，再把学生的报名单收集上来，由教务员进行统计和分班。这 种方式要求要有老师专门组织学生，维护秩序，另外由于人为地安排了各班的选 课时间，所以对于选课时间晚的学生就有可能不能选到理想的课程，并且很容易 造成学生挤在一起的情况。同时也容易出错。从选课到维持正常的课程运转是一 个极其繁杂的过程，一个小小的疏漏，就可能影响到全校正常的教学。 在欧美等发达国家中，由于信息化建设起步较早，许多大学的教学管理系统 已比较成熟【4 】。同时，在选课过程中，由于课程多，学生少，单门选修人数较分 散，不易造成使服务器负担过重、响应速度变慢、甚至服务器崩溃等问题。而国 内则由于起步较晚，校园网及其各方面w e b 服务的普及还需一定过程，这方面仍 处于发展阶段。 目前，国内部分高校正在研究开发相关教务信息管理系统，并在逐步投入实 践中，如清华大学、西南交通大学、西南师范大学、暨南大学、广东工业大学等， 选课系统是这些系统中极为重要的模块之一。 就选课系统而言，其具有一定的时间性、地域性、学校性i s ，国内选课系统 的主要问题较集中于因选课人数过多、选课时间集中并有限，而导致的使服务器 负担过重，响应速度变慢，甚至造成服务器崩溃等问题。 针对国内高校选课系统存在的不足，本文设计了一种分布式的选课系统，利 用p 2 p 技术，充分利用其优点，实现在学生选课的客户端进行选课信息的共享， 减轻服务器的负担。 1 3 研究内容 在确定此课题之前，本人在导师李振坤教授的指导下，做了大量的调查工作， 主要集中在国内外研究现状的分析以及课题的可行性分析上面。对分布式技术和 p 2 p 技术有了一定的了解。 2 第一章绪论 同时，在研究生学习阶段我参加了广东工业大学计算机工程研发中心的“广 西师范学院成教管理系统”的研发工作，对教务管理中的网上选课系统有了较深 刻的认识，对于影响系统性能的因素有了一定的了解。 本文的研究内容主要有： ( 1 ) 对选课系统进行分析，找出在未来发展中选课系统可能的不足。随着 学生人数以及课程信息要求的不断增多，当学生大量集中在某个时间段进行选课 时，所有的学生都要从服务器获取学期开课信息以及自己已经修过的课程等信 息；同时服务器要对每个学生选择的课程进行检测，是否上课时间发生冲突，先 修课程是否已经修过了等。使得服务器的负担很重，造成系统响应速度变慢，响 应时间增长，甚至导致系统崩溃。这种短期的高负载特性，使得选课系统在选课 高峰期时性能降低，甚至无法进行选课，影响选课的正常进行。基于此，结合 p 2 p 技术的特点，提出采用p 2 p 技术来提高选课系统的性能。 ( 2 ) 基于p 2 p 的选课系统，主要是为了减轻服务器的负担。通过一定的策 略，在学生选课的客户端，实现相同专业的学生可以从其他的客户端共享学期开 课信息。而对学生个人的己修课程、所得学分学时等信息，这些信息是每个同学 都不一样的，则从服务器下载。同时将对学生所选课程的检测转移到客户端处理， 减轻服务器的负担，提高选课系统的性能。文中，对基于p 2 p 的选课系统做了总 体设计。包括服务器端、客户端以及数据库的设计。 ( 3 ) 分析了选课信息的共享，包括j x t a 底层网络的建立和消息的管理， 同时介绍了客户端选课的设计。 1 4 论文内容组织 本文的组织如下： 第一章阐述了课题的背景，并简要介绍了研究内容，研究的目标，论文组 织结构。 第二章简单介绍了分布式的相关技术，并对p 2 p 技术及j x t a 做了详细的 介绍。 第三章对广西师范成教学院教务管理系统的系统功能、体系结构、数据流 图及运行情况进行描述，探讨了选课系统存在的问题，提出需要对系统性能进行 改进。对比了几种可能的提高系统性能的方案，确定采用p 2 p 技术，实现在客户 广东工业大学工学硕士学位论文 端共享选课信息，提高系统性能。 第四章提出采用p 2 p 技术来对选课系统的性能进行改进，并对系统的解决 方案进行设计。包括服务器端、客户端和数据库的设计，同时对选课信息和客户 端选课的实现进行了详细的描述。 最后，总结与展望，对本课题的主要研究内容进行总结，并指出下一步的研 究方向。 4 第二章相关技术介绍 2 1 概述 第二章相关技术介绍 随着i n t e m e t 和网络技术的迅速发展，基于各种平台的网络应用程序己广泛 应用于各行业中。9 0 年代出现的分布式对象技术为网络计算平台上软件的开发 提供了强有力的解决方案。分布式对象技术是为了解决分布式异构网络环境下， 信息系统集成的异构性、可重用性、互操作性问题，将面向对象技术与分布式计 算技术相结合而形成的分布计算技术。目前，分布式技术已经成为建立服务应用 框架和软构件的核心技术，在开发大型分布式应用系统中表现出强大的生命力。 本文主要介绍3 种具有代表性的技术，即m i c r o s o f t 的d c o m c o m + n 技术、0 m g 的c o b r a c c m 7 技术和p 2 p 技术。本文使用的是p 2 p 技术 8 1 ，下面对p 2 p 的相关 技术进行介绍。 2 2p 2 p 技术的含义 p 2 p 是英文“p e e rt op e e r ”的缩写，称为对等网络或点对点技术 9 1 。是一种 对等网络计算技术，就是利用客户端的处理能力，实现客户端之间的点到点通信， 实现通信与服务端的无关性( 或者说客户端就是服务端) 。它使得网络上的每个用 户直接连接到其他用户的计算机上，从而减轻服务器的负担。因为消除了中间环 节，p 2 p 技术使得网络上的沟通变得更容易、更直接。p 2 p 改变了i n t e r n e t 现在 以大网站为中心的状态、重返“非中心化”，并把权力交还给用户。 在一些应用中，开发者使各个通信节点同时具有服务器和客户端两者的功 能，以此实现对等通信。在i n t e m e t 上，p 2 p 是一种网络类型，它允许运行相同 网络程序的一组计算机用户相互建立连接，直接访问对方硬盘上的文件。n a p s t e r 和g n u t e l l a 都是此类的p 2 p 软件。而许多企业也开始注意到，他们可以采用p 2 p 方式使员工共享文件而不必再花费人力财力去维护中央服务器，也可以用p 2 p 方式与商务伙伴直接交换信息。 广东工业大学工学硕士学位论文 2 3p 2 p 技术的特点 p 2 p 技术提出是技术发展的必然，与其它网络相比，p 2 p 具有以下特点【1 4 1 ： ( 1 ) 非中心化：网络中的资源和服务分散在所有结点上，信息的传输和服 务的实现都直接在结点之间进行，可以无需中间环节和服务器的介入，避免了可 能的瓶颈。p 2 p 的非中心化基本特点，带来了其在可扩展性、健壮性等方面的优 势。 ( 2 ) 可扩展性：在p 2 p 网络中，随着用户的加入，不仅服务的需求增加了， 系统整体的资源和服务能力也在同步地扩充，始终能较容易地满足用户的需要。 整个体系是全分布的，不存在瓶颈。理论上其可扩展性几乎可以认为是无限的【”) 。 ( 3 ) 健壮性：p 2 p 架构天生具有耐攻击、高容错的优点。由于服务是分散 在各个结点之间进行的，部分结点或网络遭到破坏对其它部分的影响很小。p 2 p 网络一般在部分结点失效时能够自动调整整体拓扑，保持其它结点的连通性。p 2 p 网络通常都是以自组织的方式建立起来的，并允许结点自由地加入和离开。 ( 4 ) 高性能，价格比：性能优势是p 2 p 被广泛关注的一个重要原因。采用p 2 p 架构可以有效地利用互联网中散布的大量普通结点，将计算任务或存储资料分布 到所有结点上。利用其中闲置的计算能力或存储空间，达到高性能计算和海量存 储的目的。通过利用网络中的大量空闲资源，可以用更低的成本提供更高的计算 和存储能力。 ( 5 ) 隐私保护：在p 2 p 网络中，由于信息的传输分散在各节点之间进行而 无需经过某个集中环节，用户的隐私信息被窃听和泄漏的可能性大大缩小。在 p 2 p 中，所有参与者都可以提供中继转发的功能，因而大大提高了匿名通讯的灵 活性和可靠性，能够为用户提供更好的隐私保护。 ( 6 ) 负载均衡：p 2 p 网络环境下由于每个节点既是服务器又是客户机，减 少了对传统c s 结构服务器计算能力、存储能力的要求，同时因为资源分布在多 个节点，更好地实现了整个网络的负载均衡。 与传统的分布式系统相比，p 2 p 技术具有无可比拟的优势。同时，p 2 p 技术 具有广阔的应用前景。p 2 p 计算技术正不断应用到军事领域，商业领域，政府信 息，通讯等领域【1 2 1 。 6 第二章相关技术介绍 2 4p 2 p 模型 p 2 p 模型可以分为以下几个种类： ( 1 ) 纯p 2 p 模型 ( 2 ) 带有一个简单的发现服务器的p 2 p 模型 ( 3 ) 带有发现服务器和查找服务器的p 2 p 模型 2 4 1 纯p 2 p 模型 纯p 2 p 模型完全依赖于计算机( c s 模型中的客户) 。这似乎是矛盾的，因为 每个网络模型都像传统的c s 模型一样涉及到客户和服务器，但是纯p 2 p 模型不 依赖任何中心服务器而工作。一旦p 2 p 应用程序下载到计算机内存中，网络中的 端就动态地发现其他连接的端，相连端之间的通信完全不需要来自服务器的任何 帮助。 纯p 2 p 模型打破了c s 模型传统的通信方式，在以前的c s 模型下，客户和 服务器之间整个的通信是基于服务器设定的规则。纯p 2 p 模型允许用户设定他们 自己的规则和建立自己的网络环境。为了与i n t e r n e t 合作，p 2 p 模型提供了近似 的即插即用特性，即你只要连上i n t e m e t ，就能使用p 2 p 的特性。纯p 2 p 模型的 另一个优点就是它不仅能够在i n t e m e t 下有效的工作，而且对于l a n 和i n t r a n e t 也非常有用。 纯p 2 p 模型存在的问题就是网络上的端发现问题，因为没有一个中心管理者 注册登录到网络上的端，所以用户自己必须定位其他的端。 2 4 2 带有一个简单发现服务器的p 2 p 这个名称暗示了这种模型的结构，这种模型中服务器的作用已经下降。服务 器的作用限于为正在加入的端提供已经连接端的名称，正在加入的端通知服务器 它己经登录了。这里服务器仅仅是提供相连端的清单来辅助端，建立连接和通信 仍然是端之间的事情。这样的p 2 p 模型通过提供给端一系列己经相连端的清单而 超出纯p 2 p 模型，这样增加了发现网络上大量端的机会。为了下载资源，端必须 单独与每个相连端接触并发出请求，这样会消耗大量的处理时间。 广东工业大学工学硕士学位论文 2 4 3 带有发现和查找服务器的p 2 p 这种模型中，服务器用来提供相连端的清单和它们的可用资源。因此，这种 模型为增强服务器的功能而继承了纯p 2 p 模型和带有简单发现服务器的p 2 p 两 者的特性。 这种模型减轻了端的负担，因为不再需要通过访问每个端来查找必要的信 息。这种模型中的服务器初始化两个端间的通信，然后，这两个相连端建立通信、 保持连接并执行各种活动，例如登录进入相连端的信息数据库，进入它们共享资 源目录等。 2 5p 2 p 当前的主要应用 由于p 2 p 模式所具有的技术特点，许多计算机公司和研究部门都认为该技术 蕴含巨大的商业和技术潜在价值，并从不同的角度应用和研究该技术。目前主要 的研究包括对等计算、文件交换、搜索引擎、协同工作和即时通信等口0 】。 ( 1 ) 对等计算：通过众多计算机来完成超级计算机的功能，一直是科学家 梦寐以求的事情。采用p 2 p 技术的对等计算，可以把网络中的众多计算机暂时不 用的计算能力连结起来t 1 1 】，使用积累的能力执行超级计算机的任务。任何需要大 量数据处理的行业都可从对等计算中获利，如天气预报、动画制作、基因组的研 究等。有了对等计算之后，就不再需要昂贵的超级计算机了。对等计算的发展本 质上是以p c 机资源的有效利用为根本出发点的，通过网络共享c p u 资源【l 卅。 ( 2 ) 协同工作：公司机构的e t 益分散，给员工和客户提供轻松、方便的消 息和协作的工具，变得日益重要。网络的出现，使协同工作成为可能。但传统的 w e b 方式实现，给服务器带来了极大的负担，造成了昂贵的成本支出。p 2 p 技 术的出现，使得互联网上任意两台p c 都可建立实时的联系，建立了这样一个安 全、共享的虚拟空间，人们可以进行各种各样的活动，这些活动可以同时进行， 也可以交互进行。g r o o v e 是基于i n t e m e t 的p 2 p 协同应用软件的典型代表0 4 1 15 1 。 p 2 p 技术可以帮助企业和关键客户，以及合作伙伴之间建立起一种安全的网上工 作联系方式，因此基于p 2 p 技术的协同工作也受到了极大的重视，。 ( 3 ) 搜索引擎：搜索模式是由一个机群在互联网上盲目读取信息，然后按 照某种算法根据关键字将信息保存在一个海量数据库内。用户提交的搜索请求， 第二章相关技术介绍 实 际上是在海量数据库内部进行搜索。这种机制虽然能尽快获得搜索结果，但不能 保证搜索范围的深度和结果的时效性。在p 2 p 网络模式中，节点之间的动态而又 对等的p 2 p 技术使用户能够深度搜索文档，而且这种搜索无需通过w e b 服务器， 也可以不受信息文档格式和宿主设备的限制，可达到传统目录式搜索引擎( 只能 搜索到2 0 3 0 的网络资源) 无可比拟的深度( 理论上将包括网络上的所有开放的 信息资源) 。以p 2 p 技术发展的先锋g n u t e l l a 进行的搜索为例：一台p c 上的 g n u t e l l a 软件可将用户的搜索请求同时发给网络上另外1 0 台p c ，如果搜索请求 未得到满足，这l o 台p c 中的每一台都会把该搜索请求转发给另外1 0 台p c ， 这样，搜索范围将在几秒钟内以几何级数增长，几分钟内就可搜遍几百万台p c 上的信息资源。可以说，p 2 p 为互联网的信息搜索提供了全新的解决方案【1 叼。 ( 4 ) 文件交换：文件和数据共享是p 2 p 体系结构应用得最多及最成功的方 式之一，文件交换的需求直接引发了p 2 p 技术热潮。在传统的w e b 方式中，要 实现在某个网站上搜索所需要的文件，然后下载，这种方式的不便之处不言而喻。 电子邮件虽然方便了个人间文件传递问题，但却无法解决大范围的交换。这也是 w e b 的重要缺陷，n a p s t e r 就是在此情况下横空出世，抓住人们对m p 3 喜欢的 需求，n a p s t e r 的m p 3 交换直接引发了网络的p 2 p 技术革命。 ( 5 ) 即时通信技术：即时通信技术是网络中重要的通信技术，所谓即时通 信，其实指的就是诸如o i c q 、i c q 等被称为在线聊天的软件。p 2 p 的即时通讯 软件不仅可以随时知晓对方在线与否，而且交流双方的通讯完全是点对点进行， 不依赖服务器的性能和网络带宽。j a b b e r 是一个开放源码的实时通信平台，j a b b e r 提出了一个在不兼容的各种实时通信平台之间进行消息交换的协议，这种协议包 含在一个采用x m i ，表示的路由协议中1 7 1 1 岳】f 1 9 】。 2 6 p 2 p 模式与传统模式的比较 拓扑结构是指分布式系统中各个计算单元之间的物理或逻辑的互联关系，结 点之间的拓扑结构一直是确定系统类型的重要依据。 目前最常见的网络拓扑结构有三种：c s ( c l i e n t s e r v e r ，即客户端服务器) 结构、b s ( b r o w s e r s e r v e r ，即浏览器服务器) 结构和p 2 p 对等结构。由于结构 的不同，他们有着各自的特点。 9 广东工业大学工学硕士学位论文 ( 1 ) c s 结构的特点 c s 结构的是目前应用最流行的一种网络结构。在这种结构中，服务器处于 系统的中心地位。服务器是一个拥有强大处理能力和很大带宽的高性能计算机， 安装了高性能的服务器操作系统和应用软件，并且存储了大量的信息。服务器始 终处于工作状态，它被动地接受客户端连接，根据客户端的请求提供相应的服务。 而客户端则处于系统的边缘地位。客户端处理能力相对较小，一般是个人客户端 主动地连接s e r v e r ，并且向客户端提交请求。 ( 2 ) b s 结构的特点 b s 结构和c s 结构非常类似。b s 结构使用浏览器通过h r r p 协议访问w e b 服务器。在b s 三层结构中，数据库服务器使用关系数据库存储系统中所有的数 据，服务器处理客户端的请求。增加服务器后，易于用户访问异构数据库，并且 加强了系统的安全性。 客户端使用浏览器访问服务器，功能更加简单，它只有显示数据和提供用户 输入界面的功能，绝大多数的计算都在服务器上。这种“瘦客户”的思想非常方 便系统部署：服务器搭建好之后，只要有浏览器就可以访问服务器，不用到处安 装客户端了。 ( 3 ) 综合比较 表2 - 1 从易管理性、安全性等几个方面对p 2 p 技术与c s ( b s ) 结构互联网 技术性能进行了比较。 表2 - 1p 2 p 结构和传统结构比较 t a b l e2 - 1 c o m p a r et h es t r u c t u r eo f p 2 pw i t ht r a d i t i o n a l 比较项目 p 2 p c s ( b s ) 容错性好差 可扩展性好差 数据发布好差 易管理性差好 安全性 差好 数据接收 由 好 数据互动性好 差 1 0 第二章相关技术介绍 数据及时性 好差 数据更新好差 数据质量 由 好 抗干预性好差 成本控制好差 2 7j x l a 技术介绍 j x t a 工程是一个开源项目，它是由j x t a 社区在推动发展【2 2 】。j x t a 将提供 使用户更便捷地访问连接在互联网上的资源的新框架，从而进一步拓展互联网的 空间。j x t a 技术提供了基础性的机制来解决当前分布计算应用中面临的问题， 实现新一代统一、安全、互操作以及异构的应用。j x t a 的目标是要解决几个技 术与商业上的难题。 第一，j x t a 的启动是要寻找一套数量最少、概念最简单的系统构成的“积 木”。如果成功，这几块积木就会是今后构架p 2 p 网络的基本模块。j x t a 还试 图寻找一种能解决许多p 2 p 系统内部潜在缺点的方法，使得众多p 2 p 系统可以 互相兼容。只有互通才能真正发挥出p 2 p 的优势，就好像即时通讯，能互连的人 越多，越有价值。 第二，平台无关性。j x t a 独立于开发语言，当前已提供了c ，j a v a p e r l 等 语言的j x t a 实现参考。独立于系统平台，可在w i n d o w s 和u n i x 等环境下运 行；独立于服务定义，如r m i 和w s d l ；独立于网络协议，如t c p i p 和b l u e t o o t h 。 j x t a 是由一系列协议构成的，只有彻底独立于操作系统、网络传输技术以及程 序设计语言，才能真正达到跨平台，而这样的技术，最容易受到业界的认同。 第三，普适性。j x t a 设计目标是可以在任何具有网络心跳的设备上实现， 如桌面计算机、p d a 、传感器、消费电子产品等。即任何具有联网功能的设备都 可以成为j x t a 中的对等体。 第四，互操作性。j x t a 构建覆盖于物理网络之上的虚拟网络，使得不同的 对等节点之间可以找到对方，互相通信，协同工作，为对方提供各种服务。 广东工业大学工学硕士学位论文 2 7 1j x t a 的基本术语 p x t a 技术是为开发各种应用提供低层服务一个开发平台嘲，体系结构简单 清晰，在这之上可以建立各种功能强大的应用和服务程序，给各类开发人员开发 各种p 2 p 系统提供了很大创新空间口0 】【2 ”。x t a 体系结构的基本元素包括p e e r ( 对 等体) 、p e e rg r o u p s ( 对等体组) 、n e ts e r v i c e s ( 网络服务) 、p i p e s ( 管道) 、m e s s a g e s ( 消 息) 和a d v e n i s e m e m s ( 广告) 等1 。它们之间相辅相成、缺一不可，共同为p 2 p 网 络提供基础的功能。下面具体描述各个基本元素。 1 对等体( p e e r ) 对等体是实现了一个或多个j x t a 协议的设备【2 3 1 ，而该设备并不一定代表一 台实际的计算机。一台独立的计算机可以驻留多个j x t a 程序，每个程序都是一 个对等体，同时也是一个虚拟的设备。对等体是一个虚拟的通信点。 2 对等组俾e e r g r o u p ) 对等组是一种组织对等体并且发布组内特定服务的方式。对等组可以被对等 体创建、加入和退出，在一个组里还可以更新一个组成员的关系。对等组使我们 能将协议和服务的概念加入到j x t a 平台中，对等组提供了一组对等体可以使用 的服务，如发现服务、成员资格服务、访问服务、管道服务、解析服务、监控服 务等。对等组在j x t a 网络中具有很重要的作用，它为对等体提供一个资源共享 的环境和安全通信的区域。对等组在内部定义一组服务和资源，对等体要想使用 该服务和资源时，就必须先加入到对等组中。 3 管道伊i p e ) 管道是用于对等体之间发送和接收应用消息或者服务的虚拟通道口5 】【3 1 1 。通常 认为对等通信是单个的通信连接，但是也并不是总是这样的，因为防火墙和其他 障碍的存在，许多对等体并不能直接连接。这时，管道更像一个在多种通信协议 之上的虚拟层，可以通过起网关作用的对等体为通信提供中继支持。管道是j x t a 最基本、最重要的特性，它提供了一种很好的方案，使对等体在大多数网络情况 下都可以通信，而不用去管防火墙或者其他的障碍。即使你不知道另外一个对等 体的位置以及它所使用的协议等信息，通过管道仍然可以与之通信；管道作为一 种抽象的方法，隐藏了一些细节，比如在多个连接的时候可能会有多个对等体参 与进去，管道也可以重新定位，找到原来的对等体。 第二章相关技术介绍 管道提供两种通信模型：点到点管道和传播管道。此外，j x t a 核心层还提 供了一个安全单点管道。 ( 1 ) 点到点管道( p o i n t - t o - p o i n tp i p e s ) 一个点到点管道连接到两个对等体的端点上。一个输入管道接收来自另一个 对等体输出管道的消息，并且一个输入管道可以绑定到多个对等体中。包含在消 息中的有效载荷带有一些额外的信息，例如表示消息顺序的d 号和管道通告( 该 通告用于打开一个管道来发送或回答消息) 。 ( 2 ) 传播管道( p r o g a g a t ep i p e s ) 传播管道将一个输出管道连接到多个输入管道上。消息从输出管道( 传播源 对等体) 流到输入管道中。所有的传播管道都只能在一个对等组中起作用，即输