（通信与信息系统专业论文）大容量移动邮件系统的设计和实现.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 电子邮件作为i n t e r n e t 最基本、最流行的服务之一。随着网民与日俱增，特 别是，随着移动设备的广泛使用，使用移动设备来访问i n t e r n e t 资源已经成为一 种趋势。传统的邮件系统存在着种种的局限性，在负载不断增加时日益明显， 加上对移动设备支持不够。为此研究了大容量移动邮件系统，它有扩展性强、 可移植性好、速度快、性能稳定和支持移动设备等特点。 本文旨在开发一种不仅能够以一般w e b 方式接入，还能够以w a p 和s l i s 方 式接入的大容量移动邮件系统。论文首先分析了对于移动数据业务，特别是移 动邮件系统的来自用户和移动服务提供商的需求驱动，然后详细介绍了移动邮 件系统的主要协议，包括w a p 协议族，w a p 的承载网络，短消息接口协议以及基 本邮件协议。并探讨了邮件系统的用户认证、负载均衡及邮件存储。应用l i n u x 虚拟服务器实现了基于第四层交换的邮件系统的负载均衡，并且进行了性能分 析。 在论文的第四章和第五章，作者结合自己参与设计和实现的一种大容量移 动邮件系统，讨论了如何保持传统的邮件系统体系结构不变，通过功能扩展使 其支持移动业务，以及移动邮件系统的功能需求，并给出了这种移动邮件系统 的详细设计方案。论文还进行了w a p 邮件和s m s 邮件的功能和可扩展性测试， 测试结果表明w a p 邮件和s m s 邮件模块不仅达到了全部功能要求，而且系统吞 吐率高，在单一服务器的情况下能够支持很高的并发访问率。 关键词：大容量移动邮件系统，w a p ，短消息，w e b ，l i n u x 虚拟服务器 负载均衡 a b s t r a c t e - m a i lh a sb e e no n e t h em o s tb a s i ca n dp o p u l a r i n t e r n e ts e r v i c e s a s t h 。 p o p u l a r i t yo fi n t e r n e tg r o w sw i t he a c hp a s s i n gd a y ，e s p e c i a l l y ，w i t hm o v i n g m a 8 8 u s eo fe q u i p m e n t ，u s em o b i l ed e v i c e st o v i s i ti n t e r n e lr e s o u r c e st ob e c o m e ak i n do f t r e n d t h et r a d i t i o a lm a i ls y s t e mh a sa ns o r t s o fl i m i t a t i o n ，o b v i o u sd a yb yd a y w h i l ei n c r e a s i n gc o n s t a n t l yi nl o a d ，i na d d i t i o n ，i t i sn o te n o u g ht os u p p o r tm o b i l e d e v i c e s t os 0 1 v et h i sp r o b l e m ，t h e a u t h o rs t u d i e da n dd e v e l o p e d a l a r g e 。s c a l 。 m o b i l ee m a i is y s t e m i th a v ep e r s o nw h oe x p a n d t ob eb e t t e r , t h ep o r t a b i i i t yi sf i n e ， f a s t ，p e r f o r m a n c e s t a b i l i z e s a n d s u p p o r t s c h a r a c t e r i s t i c s ，s u c h a sm o b i l e d e v i c e ，e t c t h i st h e s i si s a b o u tt h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o n o fa l a r g e s c a l e m o b i l e a c c e s s i b l ee m a i ls y s t e m ，w h i c hn o to n l ya l l o w sr e g u l a rw e b b r o w s e rb a s e da c c e s s ， a l s oc a np r o v i d ew a p a n ds m sa c c e s st oc e l lp h o n eu s e r s t h et h e s i ss t a r t sw i t h t h ei n t r o d u c t i o no ft h eb a s i ct e c h n o l o g i e so fm o b i l ee m a i ls y s t e m ，m a i n l yo nw a p a n ds m p p 口r o t o c o l s a n dt h ea u t h e n t i c a t i o n ，u s e ra u t h e n t i c a t i o n ，l o a d b a l a n c ea n d s t o r a g et e c h n o l o g y ，w i t h l i n u xv i r t u a ls e r v e r , t h i sp a p e ri m p l e m e n t s l o a d b a l a n c e b a s e do ul a y e r 一4s w i t c h ，a n dh a sc a r r i e d o nt h ea n a l y s i so fp e r f o r m a n c e c h a d t e rf o u ra n dc h a p t e r f i v ei nt h e s i s ，t h et h e s i sp r e s e n t s t h e d e s i g n o fa l a r g e - s c a l em o b i l ee m a i ls y s t e m w h e r et h ea u t h o ro n c ep a r t i c i p a t e da sa c o r em e m b e r t h et h e s i sf o e u s e s0 1 1h o wt om a k eat r a d i t i o n a l m a i ls y s t e m “m o b i l ea c c e s s i b l e ” t h r o u g hf u n c t i o n a le x t e n s i o n sw i t h o u tc h a n g i n gm a i nu n d e r l y i n g a r c h i t e c t u r e s tt h e t h e s i sh a sa l s oc a r r i e do nw a p m a i la n dt h ef u n c t i o no fs m sm a i la n de x p a n s i b i l i t y t t 华中科技大学硕士学位论文 t e s t ，t h et e s tr e s u l ti n d i c a t e st h a tw a pm a r la n ds m sm a i lm o d u l ea r en o tm e r e l yu p t oa l lf u n c t i o n st o r e q u i r e ，a n d t h e h a n d l i n gu pr a t e i s h i g hs y s t e m a t i c a l l y , c a n s u p p o r tv e r yh i g hc o m p l i c a t e d r a t eo f p e o p l el o g g i n gi ni nc a s eo fs i n g l es e r v e r k e yw o r d s ：l a r g e s c a l em o b i l ee m a i ls y s t e m , w a p , s h o r t m e s s a g e ，w e b ， l i n u xv i r t u a ls e r v e r ( l v s ) ，l o a db a l a n c e r i i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的 研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意 识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：石遵譬 日期：w 吖年，月f 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许 论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存和汇编本学位论文。 保密口，在 本论文属于 不保密翻。 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者签名：天扒 年解密后适用本授权书。 指导教师签名：锰卞哆 日期：b 吵年r 月7 目 华中科技大学硕士学位论文 ：= ：= = = ：= = = ：= = = = = = = ：= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = 1概述 1 1 大容量移动邮件系统研究的技术背景和意义 随着移动通信在国内飞速发展，严峻的问题也已摆在面前一“增量不增收”， 即用户数量虽仍在增长，但速度已趋缓，同时新增用户的贡献率持续走低，a r p u 值( 用户平均消费额) 呈下降趋势。如何解决这一问题? 业界达成共识：移动 数据通信业务是刺激用户更多使用移动运营服务并最终提高a r p u 值的有效手 段。移动数据通信业务的种类有很多，现在可以开展的有：第一、移动i p 电 话；第二、短消息，它是目前发展最快的数据业务之一。有消息称，今年上半 年中国移动短消息量已达到了二百亿条，非常的快；第三、统一消息业务，这 也将成为新一代移动i p 业务的生力军；第四、移动的即时通信( m i m ) 和多媒 体信息服务( m m s ) ；第五、g p r s 移动数据业务，g p r s 是通用分组无线业务 ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ) 的简称，g p r s 是g s m 数据业务的关键技术，是 向第三代移动通信发展的重要一环。它突破了g s m 网只能提供电路交换的思维 方式，只通过增加相应的功能实体和对现有的基站系统进行部分改造来实现分 组交换，这种改造的投入相对来说并不大，但得到的用户数据速率却相当可观。 第六、移动的邮件业务，因为电子邮件已经是传统互联网上最重要的应用之一。 在移动互联网上，它仍将是一个非常重要的服务。举一个例子来说，在比较成 功的日本企业里面，去年十一月有一个统计，就是说用户每天打电话是4 5 次， 而每天收发电子邮件是1 2 次，每天在其网络上传输的电子邮件就有4 亿封。移 动数据业务应用领域可以用图1 1 来表示，从图可以看出：移动数据通信业务 种类繁多、应用非常广泛”。 笔者研一时曾有幸参与华中科技大学电信系通信软件与交换技术中心为郑 州移动通信有限公司开发、设计的大容量移动邮件系统项目，所以本文将主要 研究大容量移动邮件系统的设计与开发。 华中科技大学硕士学位论文 图1 1 移动数据业务应用领域示意图 1 1 1 电子邮件是移动数据业务的重要内容 在移动互联网上，移动电子邮件和传统互联网上的电子邮件一样仍是非常 重要的服务。有人说电子邮件造就了i n t e r n e t ，这样说虽然有点夸张，但它的重 要性是勿庸置疑的。有实力的公司都在尽力为i n t e r n e t 用户提供尽可能完善 的免费e - m a i l 服务。主要原因在于e - m a i l 服务是整个i n t e r n e t 服务的基础。 一个网民可以没有自己的个人主页，可以不迸聊天室，可以不访问b b s ，也可 以不看网络新闻。但是，他不能没有一个e - m a i l 信箱。所以有人说：“谁占领了 e - m a i l 软件的市场，谁就拥有了一半互联网的市场。”而现在一由于i n t e r n e t 在 很短的时间内就已经成为我们生活中不可缺少的一部分一电子邮件对促进稳定 的无线数掘通信将起着举足轻重的作用。 由此可见，作为移动数据业务最重要的组成部分，移动邮件可能成为移动 服务提供商在数字通信时代的新的业务竞争点”3 。 2 华中科技大学硕士学位论文 1 ，1 2 用移动邮件助推多媒体信息 在我们的邻国日本，n t td o c o m o 以另外种方式，就是一种基于邮件的 信息服务方式，为它的几千万用户提供多媒体信息服务。 不少人将m m s 称为多媒体短信，原本没错，但其实，m m s 已经突破了多 媒体短消息的概念，因为它所能传递的内容非常的广泛，传递的信息也非常大。 从技术上讲，短信息服务是通过信令来传递文本信息的，而多媒体信息服务主 要是通过移动互联网来传递多媒体信息。在标准的层面，多媒体信息服务采用 的是3 g p p 2 3 1 4 0 标准。 多媒体信息服务和移动邮件的服务，它在传递的内容上都是各种多媒体信 息，包括文本、声音、图片、动画、视频结构的一些东西。那么在内容上是相 同的。从传递手段上来看，都是基于无线的互联网作为载体的，不管g p r s 也 好，还是将来的3 g 也好，我们可以看到这两种信息交流的方式是移动通信的“3 。 另外，在多媒体信息服务开展的初期，会面临用户的认知度问题，用户的 接受程度的问题。中国移动在九月份开展新服务时也会遇到。 般来讲，在新服务的启动阶段，用户群规模都是相对较小。这种状况就 会导致这样的情形发生：某个使用m m s 手机和m m s 服务的用户，很想将一张 很好的图片发给别人与之共享，可遗憾的是，他的朋友还大多没有用上m m s ， 如何解决这个问题呢? 这时候，邮件服务就能起到很好的作用了，完全可以把 它发到对方的邮箱里面去，这样接收方不仅可以看到发来的一个多媒体信息的 内容，同时也促进了更多的人去了解多媒体信息服务，也促进了今后的使用。 现在中国移动已经大力推广移动邮件服务和多媒体信息服务，笔者认为中 国移动完全可以将多媒体信息服务和邮件服务进行结合，这可以促进彼此的业 务发展。首先，邮件是解决多媒体信息存储的有效手段。大家都知道多媒体信 息内容非常多，我们的手机容量是有限的，如何才能鼓励用户多用这种服务， 就是说他要从各种地方收集到这种内容，然后不断转发给朋友，这时候就需要 他把更多的、已经做好的多媒体信息的内容存储下来，而邮件就是这样一个很 好的存储方式。 华中科技大学硕士学位论文 1 1 3 邮件服务一移动多媒体的“支持者” 移动邮件服务和多媒体信恩服务有许多共同点：传的内容上，都是各种多 媒体信息，包括文本、声音、图片、动画、视频等；从传递手段上看，都是基 于无线互联网为载体，无论g p r s 或将来的3 g ，都将以移动通信的方式进行。 现在中国移动已经开始推广移动邮件服务，也将在9 月份推广多媒体信息服务， 这两种服务实际上有很大关联，笔者认为中国移动完全可以将多媒体信息服务 和邮件服务相结合，这可以促进彼此的业务发展。首先，邮件是解决多媒体信 息存储的有效手段。多媒体信息量非常大，然而手机存储空间是有限的，用户 希望能够不断的转发多媒体信息的内容，这就需要非常大的存储量一实际上也 正是这种信息在用户中不断传递扩大着用户群和业务量，邮件正好解决了存储 空间的问题。部件是一个已经被大家广泛使用的、习惯的、很好的存储方式。 二，邮件可以帮助运营商扩大使用群体。多媒体信息服务开展的初期，运营商 会面临如何扩大用户群、提升用户接受度的问题。利用邮件形式，就可以帮助 多媒体信息来扩展用户群。由于终端的限制，邮件的用户群要大于多媒体信息 服务的用户。m m s 用户完全可以通过邮件与没有支持m m s 终端的用户就一个 多媒体信息进行沟通，同时也促进了更多的人去了解多媒体信息服务，也促进 了今后的使用”1 。 1 1 4 电子邮件是人们通过手机上网最想得到的服务之一 特别是随着电子邮件的广泛使用使人们从两个方面对i n t e r n e t 邮件系统 提出了更高的要求，首先是对邮件服务资源提供者( 它为用户提供空间和服务， 使用户能够拥有自己的信箱地址，邮箱空间) 的要求：要求提供高效、丰富、 安全的服务。其次是对客户端的邮件收发和管理软件的要求：方便、简单和功 能强大。手机用户整天都可相互交谈，但那还不够，互联网专家目前称，手机 能够收发电子邮件才是他们最想要的功能。手机用户整天都可相互交谈，但那 还不够，互联网专家目前称，手机能够收发电子邮件刁是他们最想要的功能。 在线调研公司j u p i t e rm m x i 对英国的手机用户进行调查，当问他们想从移动互联 华中科技大学硕士学位论文 网上获利什么时，电子邮件遥遥领先其它方面的需求。在受调查的人中，有6 5 的人想用手机来收电子邮件，2 7 的人想用无线互联网进行银行业务，2 2 的人 要通过无线网络寻找他们所在的及所要去的地方的地图。只有1 4 的人表示关心 体育或最新的新闻。这是今年8 月开始的场对英国网民习惯的调查。其它国 家的情况又如何呢? 在中国、日本、美国以及欧洲的其它国家，各种不同的调 查也显示出相同的结果：电子邮件是人们通过手机上网最想得到的服务之一。 1 2 大容量移动邮件系统技术研究的现状及发展需求 随着因特网的不断普及，国内的用户数呈指数级增长。e - m a i l 服务是所有 i n t e r n e t 服务中最基本的服务，超过百分之八十的用户使用e - m a i l 服务，电子 邮件系统变得越来越庞大。因此i s p 的e m a i l 系统能否满足大容量的要求，将是决 定整个服务成败的关键”3 。 1 2 1 传统电子邮件系统的局限性 一、功能单一、容量小 我们知道，一个电子邮件系统的构建，除了必要的硬件( 如邮件服务器) 和客户端软件( 如m i c r o s o f to u t l o o k 、f o x m a i l ) 之外，最重要的就是服务器端 的邮件系统软件。在u n i x 平台上，常用的邮件系统软件有s e n d m a i l 和o m a i l ， 这两种软件已被某些u n i x 操作系统所包含，用户还可以通过免费下载得到，使 用广泛。在m i c r o s o f tn t 平台上，常用的邮件系统软件有m i c r o s o f te x c h a n g e 和l o t u sn o t e s ，作为成熟的商业软件，它们拥有大量的用户基础。我国大部分 中小规模的企事业单位、小型i s p ，其邮件服务系统一般都是使用上述软件，对 于这些单位来说，用户数量不多，数量级从几十、几百到几万不等，传统软件 基本能满足此类用户的需求。 但是近年来，随着互联网的飞速发展，电子邮件的用户数量和业务量两方 面的激增，向负载它们的电子邮件系统提出了挑战，s e n d m a j l 这类传统的电子 邮件系统软件的局限性立即暴露了出来。首先，这类邮件系统的体系结构是集 华中科技大学硕士学位论文 中式的，软件模块不能拆分在不同的机器上运行，系统的处理效率较低，当用 户数量超过5 万个时，即使是使用高档的主机设备，系统速度也会明显降低， 会出现访问困难、邮件阻塞的情况。所以从容量和速度两个方面，无法满足新 的需求。其次，邮件系统对邮件传输、存储等方面的安全问题存在隐患，而且 扩展性不够”。 二、服务费用昂贵 许多第一代e 。m a i l 信息结构是建立在免费软件的基础上的。免费软件应用 最初诱人之处在于无直接费用，但是这种无直接费用能在随后带来非常高的人 力资源并丧失很多发展机会。这种系统也可能会因为以下其他原因而效率低下， 这些原因包括：这种系统需要大量的硬件去提升用户的容量；这种系统需要专 业操作人员，而这类人士可能较难找到，且人工费用也较高；这种系统很难适 应新的服务。 第二代商用e m a i l 系统，使用与第一代系统同样的硬件与操作系统，但只 能对结构中比较重要的部分提供商业性支持，这种支持多少改进了管理方而的 困难，但是在维护性、可靠性、安全性方面的低效率仍然会给系统带来危害， 更重要的是，服务提供南面临着许多不同的系统组件，包括硬件、软件、存储 系统以及操作系统。另外，客户程序需要将多个部分连接在一起。 三、对移动设备的支持不够 尽管业界对无线互联业务寄予很大希望，但是我们不得不承认，当前的移 动通信中话音业务依然占据着绝大部分份额。事实上，启动这一市场必须考虑 业务的实用性。在这一点上，短消息就非常值得借鉴。 就固定互联网而言，电子邮件无疑是第一大应用。同样，在移动互联业务 中，电子邮件也有极为旺盛的需求，尤其是商务领域。应该说，利用手机接收 电子邮件并不是什么新鲜事，不过使用者直不多。究其原因，主要是用户要 特地向网络服务提供商申请相应服务才能使用，而且每次发送、接收都要花时 间连线上网，使用起来非常不便。此外，不少无线邮件系统只限于手机到手机， 无法与桌面办公系统无缝互联。再加上无线上网速度较慢、费用比较昂贵。这 些因素都限制了无线电子邮件业务的开展。从用户需求的角度看，最实用的电 子邮件系统不是点对点的，而是端对端的。有关调查显示，6 1 的人希望随时 华中科技大学硕士学位论文 随地接收电子邮件，3 9 的人希望能够下载到p d a ( 个人数字助理) 上。很多公 司都希望自己的员工能够尽快接收指定信息，无线电子邮件无疑是最便捷的途 径。传统的手机制造商也绝对不想错过这一机遇，尽力通过扩展手机的数据收 发功能抢占这市场。特别是随着g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ) 通用分 组无线业务技术的出现，它突破了g s m 网只能提供电路交换的思维方式，只通 过增加相应的功能实体和对现有的基站系统进行部分改造来实现分组交换，这 种改造的投入相对来说并不大，但得到的用户数据速率却相当可观。g p r s 是一 种以全球手机系统( g s m ) 为基础的数据传输技术，可说是g s m 的延续。g p r s 和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包( p a c k e t ) 式来传输，因此使用者 所负担的费用是以其传输资料单位计算，并非使用其整个频道，理论上较为便 宜。g p r s 的另一个特点，就是其传输速率可提升至5 6 甚至1 1 4 k b p s 。而且， 因为不再需要现行无线应用所需要的中介转换器，所以连接及传输都会更方便 容易。如此，使用者既可联机上网，参加视讯会议等互动传播，而且在同一个 视讯网络上( v r n ) 的使用者，甚至可以无需通过拨号上网，而持续与网络连 接，这样就会进一步促进无线电子邮件系统发展和应用”1 。 1 2 2 大容量邮件系统的研究现状 由于电子邮件服务是i n t e r n e t 提供的所有服务中最重要的一种，无论是面向 公众的i s p ，还是企业环境下的电子邮件服务，都需要强大的系统来支撑。在这 一块重要的市场上，各种产品、方案层出不穷，竞争十分激烈。除了商业产品 ( 最典型的如微软的e x c h a n g es e r v e r ，n e t s c a p e 的m e s s a g i n gs e r v e r ，s u n 的 i n t e e r n e t m a i l s e r v e r 等) 和传统的s e n d m a i l ，还涌现出了一些优秀的开放源代码 产品，其中最流行的有p o s t f i x 、q m a i l ) 等。通过对这些产品进行综合测评并 参考用户的实际使用情况可以发现，从性能以及功能特性的角度来看，开放源 代码软件的质量与同类的商业产品比并不逊色，甚至有些方面更加优越。但是 在二次开发、方案设计和安装、维护过程中需要有关人员具有更高的技术素质。 目前国内外有许多厂商都正在丌发，或已经成功开发了大容量单域名e m a i l 服务器。典型的开发成功有国内广东网易及北京亚信，国外有h o t m a i l 等。 华中科技大学硕士学位论文 北京亚信 北京亚信的邮件系统名为a i m a i l d i s p a t c h e r ，它的产品由两个系列组成： a i m a i l d i s p a t c h e r 和a i m a i l d i s p a t c h e rp r o 。a i m a i l d i s p a t c h e r 允许为非u n i x 用户建立信箱，并通过该主机接收e m a i l ；a i m a i l d i s p a t c h e rp r o 在 a i m a i l d i s p a t c h e r 所实现的功能的基础上，进一步提供了对用户组管理的能 力。 广东网易 网易邮件方案不仅提供一般的邮件传送服务器，还提供如w w w 界面的邮件 客户程序，系统邮件过滤，邮件列表，自动回复等多种功能。 这些产品都有它们自己的特点，但是这些邮件系统价格比较昂贵，再加上 硬件设备( 因为邮件服务不同于其它的i n t e r n e t 服务，它不仅需要处理能力、还 需要带宽、认证、存储等多方面的能力) ，而且大容量单域名e - m a i l 服务器系 统应具备良好的可扩充性，充分考虑e m a i l 业务的发展规模，最终能为超过百 万个用户提供服务。因此，大容量单域名e m a i l 服务器从硬件的组成上来说， 必须采用服务器集群的方法，所以一般的运营商是承受不了。 而且目前大多数的邮件系统不提供u m s 服务，因为这些邮件系统在设计时 没有考虑，所以即使对原有系统进行扩展，也给u m s 用户带来很大的不便，系 统效率也不高。所以，为了使i s p 、i c p 等服务提供商给用户提供良好的服务， 更能吸引用户群，不仅仅是在邮件系统上提供简单的增值服务，而且要提高服 务质量，让用户使用方便，容易接受。 1 2 3 新一代电子邮件系统的发展需求 新的需求、新的市场，呼唤新一代电子邮件产品的出现。那么，什么样的 产品能够满足这一市场需求呢? 从一批新一代电子邮件系统，如世纪永联 f o r m a i l 、亚信公司的a i m a i l c e n t e r 等等系统的出现，我们不难看出新一代电子 邮件系统具有的一些技术和性能特点。 第一，新系统是大容量、高速度的，并且具有良好的可扩展性。 新一代邮件系统的结构设计应该是分布式的。系统既可以在一台机器上安 华中科技大学硕士学位论文 = ：= = = ：= = = = ：= = = = = ：= = = = = = ；= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = ：= 装多种服务，为用户提供多种服务，也可以在一组机器上安装种也可以在一 组机器上安装一种服务，为不同的用户群提供相同的服务。通过增加机器的数 量，利用负载动态均衡技术即可增加系统的用户容量( 达到几百万、上千万以上 的用户) 和提高系统的反应速度。分布式体系结构设计使系统具备了很强的灵活 性，可以根据用户的需求和使用模式进行定制，具备良好的可扩展性。 第二，系统具备很高的性价比和安全可靠性。 现在有越来越多i c p 希望能为用户提供免费电子邮件服务，但是i c p 一般 赢利困难、资金紧张。免费为用户提供的服务，自然希望投入越少越好。但同 时，免费邮件系统用户量很大，需要较好的硬件资源支持。如何用最少的投入 换来最高的性能，是众多电子邮件系统用户最为关心的问题。因此，必须通过 采用多种软件技术，使用功能模块，使程序小巧灵活、占用系统资源少。同时 新一代电子邮件系统通常采用新型安全系统，提高系统的可用性。除了能够支 持高档服务器、s n a 高速存储设备之外，还要求能够在低成本的硬件上运行， 软件环境也支持一些免费系统，如f r e e b s d 、l i n u x 和m y s q l ，可以极大地降 低客户的投入成本。此外，邮件系统以非r o o t 权限运行，可以防止系统因资源 耗尽而崩溃。同时系统的容错性也很出色，单节点s m t p 、p o p 服务器宕机后系 统无任何影响，机器恢复后可以自动处理积存邮件。 第三，系统应该全面支持w e b m a i l 功能。 i c p 为用户提供免费邮件服务，目的在于吸引住用户，提高网站的访问量。 这就要求其电子邮件系统，可以完成尽可能多的邮件操作，在方便用户的同时 为服务商提供一个可聚集大量用户和访问量的商业运作载体。因此新一代邮俘 系统要求全面支持w e b m a i l ，并支持以w e b 方式阅读邮件时对邮件进行一个、 多个及整页的删除、移动操作；可以对附件类型进行自动判断，自动识别h t m l 格式邮件，自动进行汉字内码的转换；具有文件夹的创建、重命名和删除等管 理功能和邮件检索功能等等。 第四，系统应提供完善而强大的管理功能。 传统邮件系统管理起来非常麻烦，需要对u n i x 较熟的专业人员来做，而新 一代邮件系统的管理是基于w e b 方式的，无需u n i x 专业知识，操作维护简单实 用，并提供了以下功能：系统级的参数设嚣，主要包括数据服务器的地址、用 华中科技大学硕士学位论文 ：= = ：= = = = = = ：= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = 户主目录和一般用户的信箱容量限制及特殊用户信箱容量的分配：对邮件大小 进行限制，并可以进行邮件过滤；设置虚拟域名；可以统计一天收发邮件的份 数、字节数、成功数与失败数：可以统计邮件系统的负载情况及w e b m a i l 各页 面的p a g e v i e w ，对i c p 网站经营提供重要的参考作用；此外，还需要实时监控 系统中各服务器的c p u 、内存、进程数以及各服务器是否正常工作，并适时提 供故障报告等等。 总的说来，电子邮件的发展经历了远程登录模式、专用客户端模式、基于 w e b 的模式，目前正向w a p 模式迁移。内容则从文本向语音视频、多媒体信息融 合。随着新技术、新产品和新市场的不断出现，电子邮件系统又出现了新的发 展趋势。 首先是对移动设备的支持，包括掌上电脑、单向接收e m a i l 的p d a 设备以 及w a p 手机。许多电子邮件供应商纷纷推出面向移动用户的应用。如世纪永联 的f o r 一】l a i l 系统已经在常青藤免费邮箱上成功地实现了对掌上电脑的支持，掌 上电脑的用户可以像p c 用户一样，在该系统上实现包含w e b m a i l 在内的所有功 能，还将进一步与一些信息服务商联合推出针对w a p 手机及p d a 设备的相应版 本。 其次，安全无病毒的邮件系统是每个邮件系统供应商追求的目标，相信电 子邮件系统也必将随着在线杀毒、数字签名、加密技术的进一步发展而不断完 善。 此外，企业上网已成必然趋势。如何满足越来越多的企业用户的需求，如 何适应用户对邮件系统的安全可靠性、扩展性提出的更高要求? 新一代邮件系 统将越来越要求小规模经济版本，使产品更加平民化，让广大的中小企业用户， 也能享受到大容量电子邮件系统的先进技术。相信随着互联网的飞速发展，让 电子邮件走近每一个中国人，已不再遥远。 1 3 课题背景和主要研究内容 本课题基于作者在研究生期间参与的与郑州市移动通信公司合作的“郑州 移动大容量移动邮件系统”项目。我们在这个项目中，设计和实现了个大容 华中科技大学硕士学位论文 = = = = = ：= = = = = ；：= ：= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = 量的，支持w e b 访问，w a p 访问和s m s ( 短消息) 访问的邮件系统，该邮件系统性 能稳定，使用方便，功能实用而且齐全。系统具有良好的可扩展性，可以很容 易的扩展到支持数目庞大的用户。在邮件服务器端，系统还提供了病毒和垃圾 邮件检测和清除的功能。 论文的主要研究内容在于如何保持现有邮件系统体系结构不变，通过功能扩 展来支持移动业务，包括w a p 手机访问，和s m s 访问。提出大容量移动邮件系统 的设计方案，论文还研究了大容量移动邮件系统的关键技术，包括邮件的存储、 账户存放形式和负载均衡等。 1 4 本文结构安排 本文的文章结构组织如下： 第一章概述讲述了传统邮件系统面对i n t e r n e t 迅速发展的不足和当前 该领域的发展状况，并给出了本文的工作重点和本文各章节的安排。 第二章讲述了实现移动邮件服务系统所必需的几个网络通信协议进行分 析，其中主要包括w a p 、s m t p 、p o p 3 、l d a p 等协议。 第三章讲述了大容量移动邮件邮件系统的关键术：邮件的存储格式、账 户的存放、邮件系统的负载均衡和邮件的存储等方面的技术进行了深入的研究。 第四章描述了整个邮件系统的详细设计。 第五章讲述了系统的性能测试以及评价，并讲述了系系统特点和不足及 需要改进的地方。 1 1 华中科技大学硕士学位论文 2 支持移动邮件服务的主要协议分析 在本章中，主要对实现移动邮件服务系统所必需的几个网络通信协议进行分析，其中 主要包括w a p 协议w a p 协议的承载网络，及与发送邮件有关的s m t p 协议，与接收邮件有 关的p o p 3 协议，以及与邮件报头报体格式有关的邮件格式标准准协议和m i m e 协议组等。 由于邮件服务是网络应用服务的种，出于互联互通性的需要遵循相关国际协议和标准 是必须的，因此这些协议也成为系统实现的重要参考。 2 1w a p 协议 2 1 1w a p 协议的产生 w a p 是无线应用协议( w i r e l e s sa p p l i c a t i o np r o t o c 0 1 ) 的简称。1 ”，是使移动通 讯设备可靠地接入互联网的国际认可标准。它是针对移动互联网提出的标准， 它的出现成功的统一了世界上大多数分散的有关无线数据互联方面的努力。为 了以统一的标准为移动用户提供无处不在的网络信息服务，全球9 0 多家大厂商 于1 9 9 7 年合作开辟了w a p 论坛。1 9 9 7 年9 月，w a p 论坛出版了第一个w a p 标准架构，次年5 月，w a p l 0 版正式推出，紧接着，1 1 版也于1 9 9 9 年6 月正 式发行。目前w a p 已推出2 0 版，在原有的功能基础上增加屏幕动画、滚动多 媒体和音乐文件下载功能，且w a p 2 0 应用程序与w a p i 0 应用程序兼容。 w a p 技术的出现将互联网引进了一个( 无线) 的新世代，同时也把移动电话 的功能扩至更多元化，两者的强劲配合为互联网用户和手机用户带来前所未有 的感受和方便。 2 ，1 ，2 w a p 规范 w a p 规范是一种无线应用程序的编程模型和语言，它第一次定义了一个开 华中科技大学硕士学位论文 放的标准结构和一套用来实现无线因特网接入的协议。w a p 规范的要素主要包 括：w a p 编程模型、遵守x m l 标准的无线标记语言( w m l ) 、用于无线终端的 微浏览器规范、轻量级协议栈、无线电话应用( w t a ) 框架。这个模型在很大 程度上利用了现有的w w w 编程模型，应用开发人员继续使用自己熟悉的编程模 型、能够利用现有的工具( 如w e b 服务器、x m l 工具) 等。另外，w a p 编程 模型还针对无线环境的通信特点，对原有的w w w 编程模型进行了优化和扩展。 w a p 规范优化和扩展了现有的因特网标准。w a p 论坛针对无线网络环境的应用 对t c p i p 、h t t p 和x m l 进行了优化，现在它已经将这些标准提交给了w 3 c 联合会作为下一代的h t m l ( h t m l - n g ) 和下一代的h t t p ( h t t p n g ) 。 遵守x m l 标准的无线标记语言( w m l ) 使得性能严重受限的手持设备能 够提供强大的因特网接入功能。针对手机电话通信的特点，w m l 提供了一套数 量更小的标记标签，这使它比h t m l 适合于在手持设备中使用。使用 n a p 网关， 所有的w m l 内容都可以通过h t t p l 1 请求进行因特网接入，这样，传统的w e b 服务器、工具和技术都可以继续使用“。 2 ，1 3w a p 应用模型3 w a p 专为窄带宽、高时延、小屏幕、有限存储容量、低处理能力的无线环 境量身定制，独立于底层承载的i n t e r n e t 应用协议，它使移动端和i n t e r n e t 相结 合，w a p 的基本应用框架如图2 1 所示。对于在目前的i n t e r n e t 中引入w a p 可 以采用两种策略：一种是使用w a p 代理和过滤器相分离的方式；另一种是将两 者的功能合而为一。这在很大程度上保留了现有的i n t e r n e t 服务模式，能够很快 的引入w a p 服务，并且在最大程度上节省了投资。 一、基本结构 w w w 采用客户机服务器结构，提供了一个十分灵活而强大的应用模型 ( 又称为编程模型) ，并可以使用大量的应用开发工具。w a p 在尽量利用这成熟 技术的基础上，按照无线环境的特点而定制应用模型，包括优化和扩充，如图 2 1 所示。 华中科技大学硕士学位论文 翻2 1w a p 的应用模型 图2 1 所示的是w a p 的一般应用模型，在大多数的w a p 应用中，都采用 这样的一种结构。从图中可以看出它与普通的i n t e r n e t 模型很相似，只是在用户 和i n t e r n e t 之间多了w a d 网关代理这一实体。w a p 网关代理( w a p g a t e w a y p r o x y ) 起到了非常重要的作用，它不仅将两个不同的网络- - _ i n t e r n e t 和 无线移动通信网连接了起来，而且还担负着w a p 与i n t e r n e t 协议的转换，以及 w m l ，w m l s c r i p t 的编码，解码工作”1 。有了w a p 网关，原有的w e b 服务器技 术结构不需做任何改变就可直接应用于无线环境。通过把位于不同服务器上的 数据累计和对常用信息的缓存，w a p 网关可以降低手机端的响应时间，还可以 使用无线网络的用户数据库。 二、代理机制 w a p 的体系结构支持代理机制和c g i 脚本等开发技术，保证移动终端能够 浏览十分广泛的w a p 内容和应用。w a p 代理完成协议网关和内容编解码器两 项功能，其中协议网关将w a p 协议栈( w s p ，w t p ，w t s ，和w d p ) 的请求， 翻译为w w w 协议栈( h t t p 和t c p i p ) ，内容编解码器则在w a p 内容的普 通格式与紧缩二进制格式之间转换，以减少传送数据量。 华中科技大学硕士学位论文 = ：= = = = = = = ：= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = 图2 2w a p 代理的整体应用结构 图2 。2 是一个卿代理的典型应用实例，无线网络中的w a p 客户机与两 个服务器建立通信。w a p 代理将w a p 请求翻译为w w w 请求，从而允许w a p 客户向w e b 服务器发送请求。在相反方向上，w a p 代理还对来自w e b 服务器的 响应进行编码，变成客户机所能理解的紧缩二进制格式。如果w e b 服务器能够 提供w a p 内容( 如h t m l ) ，w a p 代理还需通过一个h t m l 过滤器来将w w w 内容翻译为w a p 内容。w t a ( t e l e p h o n y ) 服务器用于提供到无线网络的w a p 接 入方式，它作为原始服务器或网关服务器，对来自w a p 客户的请求直接作出响 应。 2 1 4w a p 协议栈 1 8 】【1 9 】 w a p 为了实现上面的模型与结构，w a p 定义了一个如图2 3 所示分层的协议 栈，为移动通信设备上的应用开发提供了一个可伸缩的和可扩充的环境。它是 一在i n t e r n e t 上的w i v w 所采用的h t t p h t m l 构架为基本思想，再针对无线通信 的特性：也就是小显示界面，低功率，小存贮空间，低运算性能的移动终端， 以及带宽窄，易延迟，易误码的无线通信网络做出修正的通信协议。这个协议 栈将无线手机接入i n t e r n e t 的带宽需求降到最低保证了各种无线网络都可以使 用w a p 规范。此外，在w a p 标准之外的业务和应用，可以直接使用会晤