（计算机应用技术专业论文）基于p2p模型的协同架构实现方法.pdf

浙江大学硕士学位论文摘要 摘要 隧着计算机隧络技术和通信技术的相互融合，以这两顼技术为基础的计冀机 支持协同工作( c o m p u t e rs u p p o r t e dc o o p e r a t i v ew o r k ，c s c w ) 技术，得到了快速 的发展。传统的协同架构，广泛采用了客户端n 务器( d s ) 酌模型，在这种架 构孛，系统的整体运行情况在一定程度上受到服务器性能的限制，审心s e r v e r 节点的负载往往成为系统的瓶颈，可扩展性较差。同时，蠢于结构过于单一，使 得系统无法满足不冠瘦瘸糕亭的特殊要求，翔流媒体协同需要离厨步性与低延迟， 而资源共享则需要保证系统网络负载的平衡等。 p 2 p 技术的发展逐渐改变了入朝的交流方式。p 2 p 嬲终使每个惩户既箨力客 户端，又作为服务器，很大程度上提高了每个节点的利用率，降低了整个网络的 负载。因此，把p 2 p 网络应用予协阕，研究基予p 2 p 模型的协同架构，具有重 要的研究意义和应用价值。 本文设计了一种基于双层混合式p 2 p 模型的协瞄絮构，它结合了本地缀的 传送树结构和缕构化骨干网结构，其中骨干网结构是由每个本地组选举出一个关 键节点构成。通过仿真实验及分析，证明了这种双层混合式结构具京较好的可扩 襞性、鲁棒性和负载均德能力。 在本文所设计的协阕架构中，关键节点用于联络本地组和骨干网，因两发挥 了鼍 常重要的作照。在本地组志，关键节点保存了每个成员节点麓信息，并依此 建立了传送树的结构。在传送树的建立上，依据实际不同应用的需要建立了不同 的树结构。在骨于溺串，采取了结橡证的模型，弥褡了单一的传送树结掏在可扩 展性上的缺陷。这种协同架构的实现，熊够充分利用p 2 p 网络的优势，实现一 种安全、高效、稳定的协弱应用环壤。 关键字p 2 p ，计算机支持的协同工作，关键节点，传送树，结构化模型 浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t t h eg r e a td e v e l o p m e n to fc o m p u t e rt e c h n o l o g yb r i n g st h eh u m a ns o c i e t yt ot h e i n f o r m a t i o ne r a a f t e rt h ei n t e g r a t i o no fc o m p u t e rn e t w o r ka n dc o m m u n i c a t i o n t e c h n i c a l , an e wa r e ab a s e do nt h e s et w ot e c h n o l o g i e se m e r g e di nc o m p u t e rs c i e n c e ， c o m p u t e rs u p p o r t e dc o o p e r a t i v ew o r k ( c s c w ) i ti so f t e ni m p l e m e n t e d 弱c sm o d e l t os u p p o r tc s c w b u ti th a sm a n yd i s a d v a n t a g e s i t sp e r f o r m a n c ei sm u c hr e s t r i c t e d b yt h es e r v e ri n t h es y s t e m i t a l w a y sh a sb o t t l e n e c k ，a n dl a c ko fs c a l a b i l i t y m e a n w h i l e ，c sm o d e li sc h a n g e l e s ss t r u c t u r es ot h a ti tc a n tf i tf o rd i f f e r e n t a p p l i c a t i o n s a c c o r d i n gt ot h i s ，w eu s ep 2 pt oi m p r o v et h ec s c ws y s t e m t h ed e v e l o p m e n to fp 2 pt e c h n o l o g yg r a d u a l l yc h a n g et h ew a yo fp e o p l e s c o m m u n i c a t i o n i na d d i t i o n , w i t ht h eu s e rb a n da n da b i l i t yo fc o m p u t e ri n c r e a s i n g ， p 2 pt e c h n o l o g yh a s , s om a n ya d v a n t a g e st h a ti tc a nb eu s e di nm a n ya r e a s t h e r e f o r e i t sv a l u a b l et os t u d ya n da p p l yt h ec o l l a b o r a t i v es t r u c t u r eb a s e do np 2 pm o d e l i nt h i sp a p e r , w eh a v ed e s i g n e dap 2 pb a s e dh y b r i dc o l l a b o r a t i v em o d e lw h i c h c o m b i n e sl o c a ld e l i v e r yt r e ea n ds t r u c t u r e db a c k b o n en e t w o r k e a c hl o c a lg r o u pw i l l s e l e c tan o d ea sc r i t i c a ln o d et oc o n s t r u c tt h eb a c k b o n en e t w o r k t 如t w o t i e r s t r u c t u r ep r o v i d e sa ne n v i r o n m e n tw i t hg o o ds c a l a b i l i t y , r e l i a b i l i t ya n dr o b u s t n e s s i no u rd e s i g n , c r i t i c a ln o d e sa r es oi m p o r t a n tt h a ti t st h eb o r d e ro ft h el o c a l d e l i v e r yt r e ea n ds t r u c t u r e db a c k b o n en e t w o r k i nl o c a lg r o u ps i d e ，c r i t i c a ln o d e sh a v e k e p tt h em e m b e r si n f o r m a t i o na n dc o n s t r u c tt h ed e l i v e rt r e e w ec o n s t r u c td e l i v e r y t r e e so nd e m a n da c c o r d i n gt od i f f e r e n tr e q u i r e m e n t so fa p p l i c a t i o n sa n dt a r g e t s i n b a c k b o n es i d e ，w ec o n s t r u c tas t r u c t u r e dm o d e lt os o l v es c a l a b i l i t ya n dr e l i a b i l i t y p r o b l e m k e y w o r d s ：p 2 p , c s c w , c r i t i c a ln o d e ，d e l i v e r yt r e e ，s t r u c t u r e dm o d e l 浙江大学硕士学位论文图目录 图目录 图1 1p 2 p 结构和c s 结构的比较3 图2 1 中心化拓扑结构9 图2 2 全分布式非结构化拓扑1 0 图2 3 完全分布式结构化拓扑1 1 图2 4 半分布式结构化拓扑1 2 图2 5n a r a d a 模型结构控制过程1 6 图2 6c a n 模型结构2 0 图3 1 双层混合式p 2 p 协同模型2 6 图4 1 基于双层混合式p 2 p 模型协同架构的骨干网结构。3 2 图4 2 基于最小生成树本地组节点添加方法3 4 图4 3 基于二叉树的本地组节点添加方法3 5 图4 4 骨干网插入新节点n 3 5 图5 1p o s a 的界面4 2 图5 2 基于p o s a 的p 2 p 模拟网络4 3 图5 35 分位点三种模型平均延迟时间比较4 4 图5 45 0 分位点三种模型平均延迟时间比较4 4 图5 59 5 分位点三种模型平均延迟时间比较4 5 图5 6 观察节点网络带宽占用情况4 6 图5 7 节点失效稳定性测试4 7 浙江大学硕士学位论文表目录 表目录 表5 1 实验环境硬件配置一4 3 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声暖新呈交麓学整论文是本人在导师指导下进行鹪研究工佟及墩褥的研究戏暴。 除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包禽其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得逝姿态茎或其他教弯机构的学位或证书丽使用过的材料。与我一 羼工撵麴霹恚黠本研究所徽的任何贡献均避在论文中谗了髑确酶说躜并表示谢意。 学位论文作者魏f 稚啦签字冁桫g 年月7 避 学位论文版权使用授极书 零学位论文作者完全了解堂逛基堂有权傈壁并溺国家有关部f _ 】或机构送交本 论文麴复印件窝磁盘，允许论文拔查阕露借霹。本人授权鼗姿基鲎霹以将学位论文熬 全部或部分翅容编入毒关数据库进行检索和传攘，哥馘采用影印、缩簿或扫搂等复翻手段 保存、汇编学位论文。 ( 保密豹学槛论文在解密嚣逶嗣本授权书) 学位论文作者签名：( 请琵氍 导师签名： 签字霹瓣：硼年 6 月7 露 签字黧鲻： | 豸 推汨鄂蝣 咤 函 浙江大学硕士学位论文 第l 章绪论 1 1 引言 第1 章绪论 人类社会是一个群体社会，人们在这个群体中是相互影响的，并且在社会化 分工日益精细的今天，人类社会已经成为一个相互依存的紧密群体。特别是在当 今信息化社会中，更能够体现出入们的活动方式具有群体性、交互性、分布性和 协作性的特点。在很多情况下，人们为了完成一项共同的工作，必须进行相互的 协作，比如流水线形式的生产方式就是一种协同工作。 随着计算机网络的迅速发展，越来越多的计算机被连接到一起。在这种情况 下，通过计算机网络进行协同工作成为可能。因此，近些年来逐渐提出了计算机 支持的协同工作模型( c o m p u t e rs u p p o s e dc o o p e r a t i v ew o r k ，c s c w ) ，并受到 越来越多的重视。但是现有的c s c w 模型存在着可扩展性，鲁棒性和负载均衡 方面的不足，而p 2 p 技术的发展，为这些问题提供了解决方案。 p 2 p 是具有许多优良特性的网络组织模型，把p 2 p 应用于协同架构，有较好 的负载平衡能力和鲁棒性，因此，本文提出的基于p 2 p 模型的协同实现方法是 有较强的科研价值和实用性。 1 2 p 2 p 介绍 1 2 1 p 2 p 的定义 p 2 p t l 2 , 3 1 是英文p e e rt op e e r 的缩写，p 2 p 并不是一种全新的技术，在网络兴 起的初期，互联网中的基础协议t c p i p 协议并没有客户端和服务器的概念， 理论上只要遵守t c p i p 协议的计算机之间就可以实现连接。然而随着类似y a h o o 、 l y e o s 之类的大型门户网站和搜索引擎的建立，互联网的拓扑结构很自然演变成 浙江大学硕士学位论文第l 章绪论 了典型的c s ( c l i e n t s e r v c r ，简称c s ) 架构，并且一直流行到现在，目前网络上 的大型的服务架构基本都是基于c s 的。p 2 p 重新兴起源于6 年前美国的一场著 名的官司，被告是n a p s t e r 提供的一种免费共享音乐的软件，p c 机安装联网后即 变成一台m p 3 服务器，实现本地m p 3 资源的全球共享，它的控告原因是侵犯了 美国唱片协会的权益，因而被告上了法庭，最后由于败诉，n a p s t e r 被迫关闭。 然而正是n a p s t e r 的出现开启了互联网络的一个新的领域叫2 p 。 目前学术界和工业界对p 2 p 的一个常见的定义为：p 2 p 是一种分布式网络， 网络的参与者共享他们所拥有的一部分硬件资源( 处理能力、存储能力、网络连 接能力、打印机等) ，这些共享资源需要由网络提供服务和内容，能被其它对等 节点( p e e r ) 直接访问而无需经过中间实体。在此网络中的参与者既是资源( 服 务和内容) 的提供者( s e r v e r ) ，又是获取者( c l i e n t ) 。 p 2 p 打破了传统的c l i e n t s e r v e r ( c s ) 模式，在网络中的每个节点的地位都 是对等的。每个节点既充当服务器，为其他节点提供服务，同时也享用其他节点 提供的服务。 1 2 2 p 2 p 与c s 结构的比较 目前，绝大多数的i n t e m e t 服务采用c s 结构，c s 的结构需要在网络上有 一个强大处理能力和高带宽的计算机作为服务器( s e r v e r ) ，服务器在集中处理 数据的同时为连在它上面的计算机( c l i e n t ) 提供服务。 c s 结构的主要缺点是容易造成网络的计算和带宽的负载集中化，作为服务 器的计算机需要进行大量的运算和处理众多的客户端的请求。当网络中的客户端 增加时，服务器的计算负载和带宽要求都要增加，从而当客户端过多时，造成了 服务器对客户端的响应变慢，甚至阻塞。由于c s 结构太过依赖服务器的能力， 而客户端仅仅是向服务器发送请求并等待服务器送回结果，计算能力的要求很少， 这就造成了客户端资源的浪费。 2 浙江大学硕士学位论文 第l 章绪论 不同于c s 结构喇，p 2 p 结构不依赖于一个中心的服务器来提供服务，p 2 p 不像c s 结构那样有集中的组织结构，而是将服务分布到了网络中的各个对等体 ( p e e r ) 上，这样的体系避免了单一的集中式服务器的存在，每个节点既充当服 务器，为其它节点提供服务，同时也可作为客户端，获得其它节点提供的服务， 整个网络的资源能够通过对等主机充分地被其它主机所利用。相对于以往的c s 结构，p 2 p 具有菲中心化，负载平循，可扩展性，鲁棒性以及隐私保护等优点。 p 2 p 结构和c s 结构的比较如图1 1 所示。 c t s 缕橡我p 结构 图1 1p 2 p 缩构和c s 结构的比较 l 。2 。3p 2 p 的应用 p 2 p 主要应用于对等计算、协同工作、搜索引擎、文件共享等领域 ( 1 ) 文件共享 文件共享的需求壶接引发了p 2 p 技术热潮。在传统的w e b 方式中，要实现 文件交换需要服务器的支持，通过将文件上传到某个特定的网站，用户再到某个 网站搜索需要的文粹，然后下载，这种方式的不便之处是步骤繁琐，实时性不高，。 电子邮件方便了个人间文件传递问题，却没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 的m p 3 文件交换直接引发了网络的p 2 p 技术革命。当前广 泛使用的规p 文件交换软 牛包括b i t t o r r e n t 父，e m u l e t 6 1 e d o n k e y f 截，k a z a a l 5 , 9 1 等。 1 浙江大学硕士学位论文第l 章绪论 ( 2 ) 计算能力共享 通过结合众多计算机来完成超级计算机的功能，一直是科学家重点研究的领 域。采用p 2 p 技术麴对等计算，正是把网络中筋众多计算机空闲的计算能力连 结起来，执行高性能计算的任务。加入对等网络的节点不仅能共事存储能力，还 可以共享c p u 处理能力，霹前已经有了一些基予对等网络的计算能力共享系统， 比如s e t i h o m e l l 0 1 等，这类计算能力共享系统可以用于进行基因数据库检索和 密码破解等需要大规模计算能力的应用。 ( 3 ) 协同工作 由于社会化分工的日益明显，无论是办公还是科研甚至是学习，每一个项目 的参与者越来越多，参与者的地区也目益分散，所以对协同工作的需求将越来越 迫切，而网络的出现，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，这些活动可以是同时进行，也可以交互进行。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 技术的协燕工作也受到了极大的重视。 ( 4 ) 搜索引擎 搜索警| 擎是目前人镌在阙络中搜索信息的主要工具，嚣前的搜索弓| 擎如 g o o g l e ，百度等都是集中式的搜索引擎。这种搜索模式往往由一个机群在亘联网 上盲西读取信息，然蕨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， 当用户提交搜索请求的时候，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。p 2 p 网络 中节点之间的动态而又对等的互联关系使得搜索可以在对等点中直接地，实时地 进行，这样既可以保证搜索地实时性，又可以达到传统目录式搜索引擎所无法达 到的深度。 4 浙江大学硕士学位论文第l 章绪论 l 。3 计算机支持的协同工作( c s c w ) 重。3 1c s c w 的产生 协同i l l j 2 】，就是指势调两个或者两个以上的不同资源或者个体，协同一致地 完成某一目标的过程或能力。 “计算机支持的协同工作”( c o m p u t e rs u p p o r t e dc o o p e r a t i v ew o r k ，c s c w ) 这一概念最早是在1 9 8 4 年由美国m i t 的i r e n eg r e i f 和d e c 公司的p a u lc a s h m a n 两位研究人员提出来的，用予描述健们所组织安排的如何用计算规支持来自不同 领域与学科的人们共同工作的课题，并缩写为c s c w 。它的基本含义是在计算机 技术支持的环境中，一个群体协同地完成一项共同的任务。从它的出现之初， c s c w 就被认为是一个全新的研究领域，它是由计算机科学、系统工程、心理学 和社会学等多个学科综合而成的新的交叉学科。c s c w 为在时空上分散的人们提 供了一个“面对面( f a c et of a c e ) 和“你见即我见 ( w y s i w i s ，w h a ty o us e e i sw h a tis e e ) 的协同工作环境，支持多个时间上分离、空间上分布而工作又相 互依赖的协作成员的协同工作，使计算机系统从传统的只能提高个体工作效率变 为能提高群体工作效率，因而受到日益广泛的重视。 1 3 2c s c w 的分类 c s c w 按照时间和空闻的概念可以分为交互合作方式和合作者的地域分布， 其中交互合作方式是指同步或是异步；合作者地域分布是指远程或是本地。基于 这些分类下的c s c w 实现使人们之间的交流更容易，因此被系统设计开发者所 广泛使用。此外，( 1 ) 像在电子邮件中样，参加者分布在几个以知的地点；( 2 ) 像消息邮寄给一个网络新闻组一样，一些参加者的地点是已知的，一些参加者的 地点是未知的。异步活动也分为两种：( 1 ) 异步执行，傻是要严格在预定的或限 5 浙江大学硕士学位论文第l 章绪论 定的时间内，比如向一个同事发送信件并期待他在当天阅读；( 2 ) 可以不限定时 间，合作成员之间可以自由问答。 1 4 本文研究内容及意义 本文基于p 2 p 模型和协同架构，提出了基于双层混合式p 2 p 模型的协同架 构实现方法，它作为一种计算机支持的多人协同工作模型，很好地解决了传统的 协同模型中命令传送延迟和各个节点的负载不均衡的问题，并采用了合适的算法 来保证消息传送的一致性，使协同工作的结果具有较高的准确性。 本文以该模型的总体架构入手，重点介绍了它的双层混合式结构，并对该结 构的实现进行了详细的阐述，其中包括本地组的建立，关键节点的选取，骨干网 的实现和各种节点操作协议内容，本文的主要贡献为： ( 1 ) 把p 2 p 技术应用于协同架构，解决了传统c s 结构存在的可扩展性和鲁 棒性方面的不足。 ( 2 ) 提出了基于双层混合式p 2 p 模型的协同架构。 ( 3 ) 针对不同的协同需要实现了不同的节点拓扑组织。 1 5 本文组织结构 本文共分为六章。第一章是引言，简单地介绍了一些p 2 p 和计算机支持的 协同工作的背景知识并对本文的研究内容和定义进行了介绍。 第二章是相关工作，介绍了当前在p 2 p 领域和协同工作领域的主要工作。 第三章是基于混合式p 2 p 模型的协同实现的总体架构的介绍，总结了当前 已有研究成果一些存在的问题并提出了改进。 第四章是本文所阐述的模型的具体实现，其中包括本地组的实现，关键节点 的选举，骨干网的实现和各种节点的操作协议。 6 浙江大学硕士学位论文 第l 章绪论 第五章是仿真实验结果及性能分析，介绍了实验环境的搭建和实验结果，并 对实验结果进行了分析。 向。 第六章是总结和展望，总结了该模型的主要优势，并提出了本模型的改进方 7 浙江大学硕士学位论文第2 章相关工作 第2 章相关工作 随着计算机网络技术的发展和协同领域的深入研究，p 2 p 技术与计算机支持 的协同工作已成为当前的研究热点。国内外许多专家学者在p 2 p 模型的体系结 构、共享的表达与显示方法，以及协同工作的冲突检测与解决策略，支持协同工 作的数据管理进行了广泛的理论研究，并建立了一系列的模型。 2 1p 2 p 领域的相关工作 p 2 p 网络按照他的拓扑结构可以分为四种类型，本节主要从这四种类型分别 介绍他们的相关工作 ( 1 ) 中心化拓扑( c e n t r a l i z e dt o p o l o g y ) 中心化的p 2 p 模型有一个中心服务器，用来记录共享的信息和对来自客户 端的这些信息的查询做出回应。中心化拓扑的典型代表是n a p s t e r l l 3 , 1 4 】，它有一 个专门中心服务器用来记录所有用户的文件索引和存放位置的信息，当有用户需 要某个文件时，该用户先连接到n a p s t e r 服务器，在服务器上进行检索，并由服 务器返回存有该文件的用户信息，再由请求者直接连到文件的所有者传输文件。 n a p s t e r 首先实现了文件查询与文件传输的分离，有效地节省了中央服务器的带 宽消耗，减少了系统的文件传输延迟，但同时由于该系统仍然由中央服务器维持 的，所以当中央服务器失效的时候，仍然会造成整个系统的崩溃。尤其是当系统 的规模变得很大的时候，系统的性能会大幅下降。中心化p 2 p 结构的拓扑如图 2 1 所示。 8 浙江大学硕士学位论文第2 章相关工作 图2 1 中心化拓扑结构 ( 2 ) 全分布式非结构化拓扑( d e c e n t r a l i z e du n s t r u c t u r e dt o p o l o g y ) 在全分布式非结构化拓扑中，对等节点通过与相邻对等节点之间的连接遍历 整个网络。每个对等节点在功能上都是相似的，并没有专门的服务器，而对等节 点必须依靠它们所在的分布网络来查找文件和定位其它对等节点。这类系统的代 表是g n u t e l l a ”】，该系统是一种完全的分布式、无等级结构的p 2 p 网络模型，能 够适应p 2 p 网络中节点频繁加入和离开的自然特性，它具有健壮性、实时性、 可靠性、负载平衡等优势。但同时，g n u t e l l a 网络协议采用泛洪式( f l o o d i n g ) 消 息传播机制，这种消息传播机制产生了呈指数级增长的冗余消息，非结构化的网 络无法保证资源发现的效率，即使需要查找的目的节点存在也可能导致发现失败， 搜索效率低，可扩展性差。全分布式非结构化拓扑如图2 2 所示。 9 浙江大学硕士学位论文第2 章相关工作 搜索某一资源 点有 资源 图2 2 全分布式非结构化拓扑 ( 3 ) 完全分布式结构化拓扑( d e c e n t r a l i z e ds t r u c t u r e dt o p o l o g y ) 结构化p 2 p 模式是一种采用纯分布式的消息传递机制和根据关键字进行查 找的定位服务，目前的主流方法是采用分布式哈希表( d h t ) 技术，这也是目前 扩展性最好的p 2 p 路由方式之一。d h t 结构的各节点并不需要维护整个网络的 信息，只在节点中存储其临近的后继节点信息，因此较少的路由信息就可以有效 地实现到达目标节点，同时又取消了泛洪算法。该模型有效地减少了节点信息的 发送数量，从而增强了p 2 p 网络的扩展性。d h t 类结构能够自适应节点的动态 加入和退出，有着良好的鲁棒性、节点i d 分配的均匀性和自组织能力。由于重 叠网络采用了确定性拓扑结构，d h t 可以提供精确的发现。但是d h t 类结构的 维护机制较为复杂，节点的频繁加入和退出将会极大的增加d h t 的维护的代价。 完全分布式结构化拓扑如图2 3 所示： 1 0 浙江大学硕士学位论文 第2 章相关工作 图2 3 完全分布式结构化拓扑 ( 4 ) 半分布式结构( p a r t i a l l yd e c e n t r a l i z e dt o p o l o g y ) 半分布式结构( 又称为混合式结构) 吸取了中心化结构和全分布式非结构化 拓扑的优点，选择性能较高( 处理、存储、带宽等方面性能) 的节点作为超级点， 每个超级节点辖下又有若干普通节点，普通节点的文件搜索先在本地所属的簇内 进行，只有查询结果不充分的时候，再通过超级节点之间进行有限的泛洪，这样 就可以有效地消除纯p 2 p 结构中使用泛洪算法带来的网络拥塞、搜索迟缓等不 利影响。半分布式结构也是一个层次式结构，超级点之间构成一个高速转发层， 超级点和所负责的普通节点构成若干层次。最典型的案例就是k a z a a 。半分布式 结构化拓扑如图2 4 所示： 浙江大学硕士学位论文 第2 章相关工作 图2 4 半分布式结构化拓扑 2 2 c s c w 领域的相关工作 2 2 1 协同应用软件 当前学术界对c s c w 领域的关注越来越高，并取得了长足的发展，很多协 同的软件都已经深入到人们各项工作应用中，协同软件一般具有以下特征： ( 1 ) 完全的移动性：各种分散的、移动的用户都可以利用各种通讯网络，包 括局域网、互联网、有线网、无线网、宽带网、窄带网等，真正实现随时随地接 入系统，并达到在办公室内几乎一致的工作效率、安全性与管理效果。 ( 2 ) 动态的延伸性：不同部门、不同组织可以先行建立各自的协同应用系统， 一旦需要实现各种交叉或关联的应用，应该可以快速、无缝地建立相应的跨系统、 跨组织的应用体系，从而实现动态的延伸型组织的管理。 ( 3 ) 高度的柔性：以动态的团队协作的管理为基础，建立以人为中心的通用 管理平台，快速实现各种临时性的、半规范化的项目或业务的管理，实现以不变 应万变的柔性管理，并与e r p 等刚性管理系统相结合，达到刚柔结合的效果。 从产品的功能角度看，协同软件又可分为以下几类： 1 2 浙江大学硕士学位论文第2 章相关工作 协同工具软件：是指独立的，功能相对简单，部分实现协同软件目标的软件 产品，例如企业电子邮件，企业即时通讯，网络会议系统软件等等。主要功能是 协作沟通，例如腾讯r t x 、以及众多的邮件和通讯等管理软件。 ， 协同应用软件：是指最终用户实现相互沟通和协作、提高管理效率、实现企 业协同管理的协同办公、协同商务、协同政务等软件，例如：协达基于自主c a p 平台的c t o p 协同应用软件、蓝凌协同化的知识管理软件、泛微协同化的办公和 c r m ，h r 软件等。通常，协同应用软件是建立在协同平台软件之上，并利用协 同平台软件所提供的协同引擎作为支持。 2 2 2 研究技术 在c s c w 领域主要解决两个方面的关键技术问题。 ( 1 ) 高速多媒体通信网络及协议 多媒体信息的特征及其应用领域的特征要求具有高服务质量q o s 的通信网 络。q o s 包括网络的吞吐量、带宽、允许的迟延即抖动( j i t t e r ) 、允许的差错率等。 设计一综合的协议体系结构并从工程上实现满足q o s 要求的通信网络是全部工 作的基础，而高速、大容量、宽频带网络则是关键。 ( 2 ) 同步机制 在多媒体系统中有两类同步问题必须解决，即连续同步和实时事件同步。前 者用来描述两个或多个实时连续媒体流之间的连续同步关系，例如声音与图像之 间的同步，所谓“唇同步”f 1 6 l ( l i ps y n c h r o n i z a t i o n ) 就是其中一例。后者则描述一 个或一组相关事件发生，以及因此引起的相应动作之间的同步关系。例如图像在 网上的动态传输、源端的实时动态图像在宿端的完全实时动态接收，就需要解决 好实时事件同步关系。当然，实现完全的同步服务支持是不可能的。而只能根据 实际的需要提供现实可能的同步服务。 1 3 浙江大学硕士学位论文第2 章相关工作 2 2 3 体系结构 但是现存的大部分c s c w 的系统，还是建立在c s 架构上的，通过一个中 心服务器和众多的客户端来实现。但自从n a p s t e r 系统获得成功以后，新型的p 2 p 架构开始受到人们广泛的关注，并把p 2 p 的技术应用到协同中来。相对于以往 的基于c s 架构的c s c w 系统，系统的性能很大程度上受限于中心服务器的性 能，因此而产生瓶颈，而基于p 2 p 的c s c w 系统则不存在这些问题，同时还有 更多的优越性。 c s 架构是当前大多数的计算机支持的协同系统所采用的架构，现在已经发 展得较为成熟，但它也存在着许多缺点，当节点数目大幅增加的时候，网络带宽、 c p u 负载和存储介质的限制，都将影响到协同系统的性能。由于这些问题的存 在，现在的协同领域逐渐开始使用p 2 p 架构来代替c s 架构，并提出了许多优 秀的模型如n a r a d a ，o v e r c a s t ，c a n ，p a s t r y 1 刀，y o i d 1 8 , 1 9 1 等。 2 3 n a r a d a 模型 n a r a d a t 2 0 】是一个由美国c m u 大学研制的实用的组播系统。这个系统采用了 一种称为终端系统组播的技术，并且基于它开发了实用的视频转播系统。以下介 绍了n a r a d a 系统的体系结构。n a r a d a 采用了的终端系统组播结构( e n ds y s t e m m u l t i c a s t ) 。在终端系统中实现了所有的组播相关的功能，包括成员管理 ( m e m b e r s h i pm a n a g e m e n t ) ，包复制( p a c k e tr e p l i c a t i o n ) 等。这种把由路由器支 持组播，转变到由终端系统支持组播的结构，能够解决i p 组播的大部分问题。 2 3 1n a r a d a 模型的设计目标 n a r a d a 在设计时为了对以往的模型进行改进，一直遵循以下几个目标： 1 4 浙江大学硕士学位论文第2 章相关工作 ( 1 ) 自我组织。因为n a r a d a 终端系统的连通图是建立在完全分布式的广域 网上的，必须要有足够的健壮性来适应组成员的变动。 ( 2 ) 建立连通图的效率。传送树的建立必须考虑到在网络上和应用程序层面 都要有高效率，同时要求所建立的连通图在物理层上要保持最小的冗余。 ( 3 ) 自我组织。所建立的终端系统要求自行收集网络的状况，并根据当前所 收集到的情况做出判断，自行调整日前的组织结构，以达到最佳状态。 ( 4 ) 对动态变化的网络的适应。该系统必须能够适应长期的网络动态变化 ( 比如带宽和延时的变化) ，并对这种变化有一定的容错性。 2 3 2n a r a d a 模型的建立 组播树是n a r a d a 系统实现客户端组播的重要结构，它的创建主要分为两个 步骤：第一，它首先创建一个连通图，称为网( m e s h ) 。并保证使其具有一些特 性；第二步，n a r a d a 在m e s h 上面创建生成树( s p a n n i n gt r e e ) 。每棵树以对应的 源节点为根。n a r a d a 模型的相关操作协议主要包括如下四类 ( 1 ) 网格( m e s h ) 的建立 在n a r a d a 模型里，数据传送树是完全建立在m e s h 所表述的路径里，所以 网建立的好坏会极大程度上影响到所建立的传送树的质量。 我们要求建立的m e s h 要符合下述两个特性：第一，在任何一对节点之间的 路径的质量是要求能和单播的路径质量相比较的。第二，在m e s h 里的每一个节 点的邻居数量是有一定限制的。 ( 2 ) 成员的加入 当一个节点想加入到一个组的时候，n a r a d a 假设这个节点能取到该组的成 员的成员列表，这个列表不需要非常完整和精确，但必须至少要包括一个当前活 动的节点。新加入的节点随机地选择一些组内的成员并向他们发送消息，以请求 浙江大学硕士学位论文第2 章相关工作 成为邻居，当新节点成功地加入以后，就开始和其他节点互传数据，这个机制能 够很好的确保新加入的成员较快和原有成员互相感知。 ( 3 ) 成员的离去或失效 当一个节点从组内离开的时候，它会通知它的邻居，这个信息会随着邻居逐 渐传播给整个组，然后整个组的成员都能随之更新组的成员列表。 当一个成员失效的时候，就需要现有的成员能主动探测，并能够及时地通知 其他成员。现假设成员c 失效了，成员a 和b 将不会再收到来自于c 的更新信 息，这时a 和b 都会各自向c 发送冗余的探测信息，如果a 和b 一直未收到来 自于c 的反馈信息，那么a 和b 将假定c 已经失效，并将c 失效的消息传播给 其他组内的成员。 ( 4 ) 修复m e s h 分割 当一个成员离去或者失效的时候，很可能会造成m e s h 图的分割，在这种情 况下，m e s h 的成员必须先探测到m e s h 分割的存在，然后在图上添加至少一条 边，使m e s h 图重新成为连通图。 n a r a d a 模型的结构控制过程如图2 5 所示。 ( 1 ) 原n a r a d a 拓扑结构 ( 3 ) 节点g 新加入系 统，重新调整了链接 图2 5n a r a d a 模型结构控制过程 1 6 ( 2 ) 节点d 失效，b 和e 之间建立新的链接 浙江大学硕士学位论文第2 章相关工作 2 3 3n a r a d a 模型的优点 n a r a d a 模型相对于以往已存在的模型，具有以下优点。 ( 1 ) 可扩展性。相对于i p 组播，路由器不需要维护每个组播组的状态。由 终端系统来维护组播组的状态，但是它们只参与到很少的组当中去，所 以具有可扩展性。 ( 2 ) 容易部署。由于i s p 不愿意部署i p 组播，而终端系统组播更容易部署。 ( 3 ) 能够简化对更高层功能的支持。终端系统组播可以利用终端系统的计算 和存储能力，比如说缓存包，改变编码等，所以更加容易对更高层功能 进行支持。 2 。4 o v e r c a s t 模型 2 4 1o v e r c a s t 模型概述 o v e r c a s t i 2 1 是在c i s c o 公司支持下开展的一个研究项目，是解决因特网内容 分布的一个体系结构，实现可靠的组播业务。通过在网络中战略性地部署 o v e r c a s t 节点，然后由应用层组播机制将该节点组成一个骨干转发网络，能够以 可靠的方式实现内容的分发。o v e r c a s t 和s c a t t e r c a s t l 2 2 ，2 3 1 思想类似，采用在网络 边界部署应用层组播节点组成一个业务网络的策略，两者在实现应用层组网的机 制不同，并且o v e r c a s t 侧重于实现组播数据的可靠分发。 o v e r c a s t 被设计用于单源组播，一个o v e r c a s t 覆盖网络由一个源服务器( 为 了应付可能出现的故障一般会有备份) 、任意数目分布在因特网上的o v e r c a s t 中 间节点和标准的h t t p 客户端构成。o v e r c a s t 使用一个简单的建树协议 1 7 浙江大学硕士学位论文第2 章相关工作 ( t r e e - b u i l d i n gp r o t o c 0 1 ) 将中间节点组织成一棵转发树，使用一种叫做“上下行 协议”( u p d o w np r o t o c 0 1 ) 的协议来有效地维护o v e r c a s t 网络的全局状态。 2 4 2o v e r c a s t 模型的建立 o v e r c a s t 模型构建过程主要有如下几个方面。 ( 1 ) 系统初始化 一个o v e r c a s t 系统是一个覆盖网，组成部件包括一个中心源( 为容错可能有 多个复制) ，许多点缀的分布在整个网络结构的内部o v e r c a s t 节点( 标准的带有 永久存储的p c ) ，以及网络中标准的h t t p 客户端。 当一个节点新加入到系统或者移动到一个新的位置的时候，该节点必须要进 行初始化，并且和o v e r c a s t 系统的根进行联系。在初始化的过程中，第一步要配 置好该节点的i p 和网关，使该节点能和系统正常通信，然后该节点将和o v e r c a s t 系统里的注册机联系，将自己注册到o v e r c a s t 系统里并获取o v e r c a s t 系统的节点 列表。 ( 2 ) 建树协议 节点之间的虚拟链接是建立在下层的因特网上的，因此转发树的构造对于覆 盖网络的性能有很大的影响。在o v e r c a s t 中建立转发树的原则是尽量增大从根节 点( 源服务器) 到所有中间节点的带宽。当一个新的节点加入覆盖网络时，建树 协议便开始工作了。新节点要连接根节点，根节点现在就被看作“当前节点”， 接着这个新节点便开始一次次地试探，在不牺牲到根节点的带宽的前提下尽量将 自己定位到远离根节点的节点上，成为其子节点。每次试探中新节点都检测其到 “当前节点”的带宽和到“当前节点的每一个子节点的带宽，如果到一些子节 点的带宽和到“当前节点”的带宽一样高，则其中距离该新节点网络距离最短( 跳 数最少) 的一个子节点成为“当前节点 ，新的一次试探开始。除此之外，节点 还通过周期性地测量到当前兄弟节点、父亲节点、和祖父节点的带宽来估计自身 1 8 浙江大学硕士学位论文第2 章相关工作 的位置。节点直接测量到祖父节点的带宽，作为对做当前父亲节点的子节点是否 正确的一个测试。如果必要的话，节点向上移动一层，成为它原来父亲节点的兄 弟节点。这就是o v e r c a s t 建树协议的基本思想。 ( 3 ) 上厂f 行协议 为了让客户快速方便地加入，o v e r c a s t 网络必须实时掌握o v e r c a s t 节点的状 态，这就需要用到“上下行协议”。网络中的每个节点，包括根节点，都维护一 张信息表，记录所有在树的层次结构中低于自己的节点，并保存网络变更的日志。 协议的基础是每一个节点周期性地向其直接父节点报告自己的存在，如果一个子 节点在一定的时间间隔内没有报告，则父节点认为该子节点失效，其原因可能是 节点自身的故障或链路故障。 当一个客户想要加入组播组时，它使用一个组的u r l 来发送h t t p g e t 请 求，根节点根据节点的位置和组播树的状态来决定该用户应连接到哪一个节点上 去。组播树的状态信息能够实时传到根节点，所以根节点可以很快做出决定，这 就实现了快速加入。 2 4 3o v e r c a s t 的优点 o v e r c a s t 作为一个优秀的传送树结构模型，具有以下几方面的优点。 ( 1 ) 单一源的多播 o v e r c a s t 是一个单一源的多播系统。这与i p 多播允许任何一个多播组成员 发送信息包到其他所有成员形成对比，它结构简单，性能优良，同时单一源的多 播组相对于受限的i p 多播地址空间，提供了一个