（通信与信息系统专业论文）基于校园网的网络支付平台及缴费系统的设计与开发.pdf

中文摘要 目前，天津大学校园网用户数量大，采用传统的现金缴费方式存在诸多不便 的问题。网上缴费是未来缴费的主流模式，它解决了传统收费方式在时间和地点 的局限性，极大地方便了网络用户。 本文设计开发了基于校园网的网络支付平台和缴费系统，并基于校园卡构造 了一套网络中心信息费缴费平台，包括网络中心信息费缴费平台、校园卡支付接 口、支付平台等主要部分。系统设计采用l i n u xa s 平台服务器和o r a c l el o g 数 据库，通过软硬件防火墙维护系统的安全稳定，并采用s s l 加密和用户c a 认证 机制来确保网络通信的安全。支付平台是一个中间平台，一方面连接各单位的交 费应用，另一方面又连接后台多个消费卡平台。 随着网络的发展，网络支付越来越普遍，此系统在校园网内的应用也会越来 越广泛，前景很好。 关键词：校园网、c a 证书、网络支付平台、缴费系统 a b s t r a c t c u r r e n t l ym e e t i n gt ot h eh u g en u m b e r so f t h en e t w o r ku s e r s ，t h et r a d i t i o n a lc a s h p a y m e n ts y s t e m a l w a y sg i v es o m et r o u b l e s t ot h es u p e r v i s o r si n t h e t i a n j i n u n i v e r s i t yn e tc e n t e r t h en e t w o r kp a y m e n ts y s t e mw i l lb e c o m et h em a i np a y m e n t m e t h o di nf u t u r e ，w h i c hw i l ls o l v et h el i m i t a t i o np r o b l e m sa b o u tt i m ea n dp l a c e ，c a n a l s og r e a t l yf a c i l i t a t ev f i t hn e t w o r ku s e r s t h i ss y s t e mp r o d u c e sap a y m e n ts y s t e mb a s e do nt h ec a m p u sn e t w o r k sa n da n e tc e n t e rp a y m e n tp l a t f o r mb a s e do l lt h ec a m p u sc a r do f t i a n j i nu n i v e r s i t y , m a i n l y i n c l u d i n gt h ew e bc e n t e ri n f o r m a t i o np a y m e n tp l a t f o r m , c a m p u sc a r dp a y m e n t i n t e r f a c e ，p a y m e n tp l a t f o r ma n ds oo n t h es y s t e ma d o p t st h el i n u xa sp l a t f o r m s e r v e ra n do r a c l el o gd a t a b a s et e c h n i q u e ，i tn o to n l yi n t r o d u c e st h es o f t w a r ea n d h a r d w a r ef i r e w a l lt om a i n t a i nt h es a f e t ya n ds t a b i l i t y ，b u ta l s ou s e st h es s l e n c r y p t i o ns o f t w a r ea n dc ai d e n t i f i c a t i o nm e c h a n i s mt oi n s u r et h es e c u r i t yo f c o m m u n i c a t i o ni nt h ei n t e r n e t t h ep a y m e n tp l a t f o r mi sam i d p l a t i tc o n n e c t s t h ec h a r g i n ga p p l i c a t i o no fe v e r yd e p a r t m e n t sa n dt h ec o n s u m p t i o nc a r d p l a t f o r mo nt h eb a c k g r o u n d w i t l lt h ed e v e l o p m e n to fi n t e m e t , t h i ss y s t e mw i l lb ea p p l i e dw i d e l yi nt h e c a m p u sn e t w o r k s k e y w o r d ：c a m p u sn e t w o r k ，c ai d e n t i f i c a t i o n ，p a y m e n ts y s t e m ，n e t w o r k p a y m e n tp l a t f o r m 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨洼盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签 签字f i 二f 期：v 6 年p 月f j 二1 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨盗盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权盘洼盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签佩 导师签名 签字同期： 卵年萝月玎日签字日期加，年p 月西日 3 v 第一章绪论 1 1 国内外研究现状 第一章绪论 网上交费是最新的缴费方式，也必是将来的缴费主流，网上交费是为了解决 传统收费的时间和地点限制，节省开设收费点的巨大开支，提高服务质量和水平， 是面向各种公众收费系统向i n t e r n e t 拓展的整体电子商务解决方案，使收费系统 的用户可以在任意的地方( 只要拥有上网电脑) 、任意的时间，缴纳及查询各种 费用，极大地方便了用户。 目前在全国高校中，网费的收缴绝大多数还是以手工交费为主，很难满足用 户集中交费的需求，只有部分学校采取了网上缴费的方式，如重庆大学等。这些 学校的网上交费系统的功能比较单一，同能扩展能力非常有限。 1 1 1 国内网络计费系统简介 1 概述 在我国高校中采用的网络缴费系统一般是采用具有自主知识产权的 “l i n u x f l o w 流量采集技术”、“用户分级管理技术”、“用户操作行为回滚技 术”等核心技术进行开发；系统采用软硬件一体化设计，软件采用b r o w s e r s e r v e r 结构、多层架构、先进的j 2 e e 技术，设计时进行了数据结构优化和分析算法优 化、支持s s l 加密技术等设计技术或理念，具有先进性和可靠性。赛尔宽带计 费管理系统是一整套完整的计费与用户管理方案，适用于校园网、企业、政府机 关和智能小区，现已在多所高校中得到应用，由于低成本和高效率而深受用户好 评。 计费系统通过透明转发的计费网关将用户局域网与i n t e r n e t 连接起来，完成 对用户的认证、管理、计费等功能。它工作在网络上的三层设备之上，无需对现 有网络作任何改造，用户端也不需要安装任何专用软件或硬件，用户通过浏览器 进行认证。 宽带计费系统具有以下特性： 采用开放式架构，提供分布式计算能力 通过浏览器与系统交换数据，增强系统界面的友好性 系统支持千兆级接入，支持大规模网络( 1 0 万用户以上) 应用 大量采用智能化自动处理机制，使用更简单、更方便 详细记录数据修改前后的明细资料 建立审核流程，保证计费过程数据可靠性和准确性 提供多种开发式数据接口，包括数据库接口，a p i 程序接口 实用、简洁的加密、授权机制，保证系统安全 第一章绪论 支持s s l 加密技术，建立1 2 8 位加密长度的登录会话密钥，保证了数据 。 通信安全 2 系统结构 计费系统由网关、数据库服务器和w e b 服务器组成。计费管理系统的抽象 网络结构图如图1 - 1 所示。 图1 - l 系统结构图 网关工作在i p 层，负责侦听网卡上传来的数据信息，并根据i p 地址判断 是否进行转发。网关同时还负责接收w e b 服务器发来的认证请求并修改相应i p 属性，采集流量、时长并传输给数据库服务器。此外，还对用户进行超时检查并 断开超时用户。网关的配置完全满足百兆要求，经过系统升级后可满足千兆需求， 网关能够长时间稳定运行，延时一般不超过3 毫秒，除非到达瓶颈，否则丢包 率为零。 数据库服务器负责保存数据。 w e b 服务器负责接收用户的请求并进行处理，提供界面友好的管理系统和 用户自服务系统。 管理系统由管理员进行操作，实现以下主要职能： 用户管理：修改用户账户佣户销户、录入用户信息、修改用户密码、在 第一章绪论 线用户管理 费用管理，用户缴费、财务扣费 系统设置：设置产品、设置优惠政策、设置网关、设置用户组、设置管 理员、个性化设置、自定义用户信息字段 信息查询：查询用户信息、查询管理员信息、查询在线用户信息、查 询系统日志、查询网络使用 信息统计：统计网络使用、统计费用发生、统计用户变化、导出数据( 流 量、费用、用户信息) 、银行对账、流量统计 修改密码：修改管理员密码 用户自服务系统：用户通过该系统登录网络实现以下主要职能： 查看服务详细信息：查看用户当前产品的使用情况 查看用户联网状态：查看用户的联网状态、余额是否充足 查询费用：查看用户的上网记录和用户缴费的记录 修改密码：修改用户的密码 3 功能特性 计费系统是一套集流量采集，费用计算，用户管理为一体的宽带网络计费和 管理平台。它面向最终用户的互联网综合业务服务，以经济高效的方式满足”以 数据通信为基础的综合业务”的提供、转接、处理、计费、管理等功能，以经济 高效的方式满足最终用户接入网络的需要。使其具有高速的接入能力、对业务透 明的承载传输能力、为多业务提供管理能力，具有标准接口。计费系统具有以下 优势： 多单位管理 特有的多单位管理理念，在一套系统中可以分别管理多个计费单位，每个单 位独立核算，互不影响，使有多个需要独立核算单元的学校更加方便。 全w e b 界面操作 全部操作都通过w e b 页面进行，无需安装客户端软件，方便用户使用。 透明接入 网关接入时对原有网络结构无影响，可直接连接使用，对原有网络性能无任 何影响。 国内国外流量分别统计计费 根据网关采集的流量数据，可以准确的记录国内和国外的流量，并以此制定 相应的价格政策。尤其适合校园网使用。 多种计费政策和优惠政策 以时长、流量和产品时间跨度为条件，组合设置。可以设置出包时段( 包月、 第一章绪论 包季、包年等) 产品，包时段限时产品，包流量( 国内、国外可分开设置) 产品。 用户分组管理 可以按组来设置产品和优惠政策，设置单独的用户余额警告值和锁定值。可 根据i p 或用户名查询详尽的上网记录。 完善的超时机制 可以监测每个使用者的流量和时长，如果长时间没有流量则自动断开用户网 络连接，时长监测可以在用户费用不足时，停止继续使用。 灵活的可扩展性 采用中间层架设应用服务器层，从而形成多层体系结构，将处理业务请求的 大部分工作交给应用服务器，每一层都具有高度的扩展能力，从而整个系统能够 通过简单增加配置做到无限升级扩容。 严格的安全控制 对管理员的每项操作均有详尽日志记录，系统的每一项功能均有相应的权限 对应。可以对管理员进行i p 限制和权限控制，用户和管理员通过s s l 访问w e b 服务无法被窃听，多种安全手段保证系统安全。 丰富的统计和报表 显示网络使用情况，费用情况，分账单，用户情况等多种使用情况和报表， 并能够直接导出到其他分析工具中，给学校的网络运营管理员带来极大便利。 4 技术说明 计费管理系统的软件结构如图1 - 2 所示。 图1 - 2 软件结构图 w e b 服务器提供操作平台。用户管理模块提供用户账户的修改、增删等功能。 4 第一章绪论 产品策略管理模块提供各种通过流量或时长的计费方式供客户选用。费用管理模 块完成用户的缴费功能。查询统计模块从数据库取出各种统计数据供管理员参 考。安全认证模块为用户提供安全模式访问，防止账户被盗用。系统设置模块配 置各种自定义设置。自服务系统使用户与系统的交互接口。应用服务器与数据库 交换数据并进行系统安全控制，记录日志。 5 解决方案 网络管理计费系统可以在各种需要提供i n t e r a c t 接入服务的场合下应用，如 智能小区、酒店、企业网、校园网、城域网、i d c 等等。 ( 1 ) 校园网接入i n t e r n e t 校园网接入i n t e r a c t 需要区分不同院系、社区或员工的网络使用量以便分摊 接入成本，并针对不同用户制定不同的计费策略，如图1 3 所示。 图1 - 3 校园网接入i n t e m e t ( 2 ) 城域网用户接入i n t e r a c t 在城域网接入i n t e m e t 时，需要对多种用户根据使用方式进行控制和计费， 如限定服务、控制访问站点、不同服务单独计费、用户实时计费控制等。上图中， 分散于各地的城域网用户直接访问位于数据中心的服务器，并接受数据中心的监 管，如图l - 4 所示。 第一章绪论 幽1 4 城域网用尸接入i n t e r n e t 1 1 2 网络银行的分析与研究 2 0 世纪9 0 年代以来，随着信息技术革命的不断深入，推动了以互联网为基 础的网络经济的蓬勃发展。新经济时代的到来、信息的开放和共享，带来了一种 全新的经济模式，在这种全新的模式下，整个金融领域的竞争态势发生了极大的 变化，以网络为核心的信息技术革命，使网络银行成为网络时代全球银行业发展 的必然选择。 1 网络银行的定义 网络银行又称互联网银行( i n t e m e tb a n k i n g ) 、网上银行( o n l i n eb a n k i n g ) 、 电子银行( e b a n k i n g ) 或在线银行，是以互联网为渠道，为客户提供多种金融服务 的银行。美联储对网络银行的定义是：利用互联网作为其产品、服务和信息的业 务渠道，向其零售和公司客户提供服务的银行。网络银行提供的服务和产品包括： 存贷、帐户管理、金融顾问、电子帐务支付、以及其他一些诸如网络货币等电子 支付的产品和服务。从理论上说，网络银行将提供全功能的服务模式，为客户提 供超越时空的“a 从”式服务，即在任何时候( a n y t i m e 卜一为客户提供每年3 6 5 天，每天2 4 小时；任何地方( a n y w h e r e ) _ 一家里、办公室、旅途中；以任 何方式( a n y h o w 卜- 电话、互联网、手机、传真、电子邮件、短消息，提供 全天候金融服务。 2 国外网络银行的发展模式 6 第一章绪论 ( 1 ) 大银行的网络化发展模式 大银行在发展网络银行业务时可以通过两种方式：一是收购已有的纯网络银 行；二是组建自己的网络银行分支机构。 加拿大皇家银行是加拿大规模最大、盈利能力最强的银行之一。它收购了美 国安全第一网络银行，目的在于扩大其在美国金融市场的业务和份额，并顺理成 章地步入了美国金融零售业务的市场，利用安全第一网络银行吸收的存款投资于 加拿大的中小企业，获取收益；更重要的一点是，它利用这次收购，将业务拓展 至一个新兴的、飞速发展的领域。这次收购使加拿大皇家银行立即站在网络银行 发展的最前沿，成为一次低成本、高效益兼并的典范。 威尔士法戈银行是美国最大的银行之一。其建立网络银行的战略目的在于 适应客户变化了的交易偏好和降低经营成本。至2 0 0 0 年末，威尔士法戈银行拥 用1 0 0 万的网络用户，随着客户从分行向低成本的网络转移，他们节约了大量的 费用。 ( 2 ) 社区银行的网络化发展模式 信托银行是一家位于肯萨斯卅i 的社区银行。他们建立网络银行是将其视为防 止当地客户流失的一种手段。当新兴的网络银行出现，并对以地理位置确定目标 客户市场的策略产生强大冲击时，发展自己的网络银行以保证在目标客户市场中 的份额，是信托银行最好的选择。今天他们的网络客户可以进行远程交易，并随 时检查交易情况。 ( 3 ) 纯网络银行的发展模式 对于纯网络银行的发展模式而言，也有两种不同的理念：一种是以印第安那 州第一网络银行为代表的全方位发展模式；另一种是以休斯敦的康普银行为代表 的特色化发展模式。 印第安那州第一网络银行并不认为纯网银行具有局限性。他们认为随着科技 的发展和网络的进一步完善，纯网络银行完全可以取代传统银行? 这些纯网络银 行一直致力于开发新的电子金融服务，以满足客户的多样化需要。为了吸引客户 和中小企业，纯网络银行必须提供传统型银行所提供的一切金融服务。 纯网络银行若想在竞争中获取生存，必须提供特色化的服务。这类银行的代 表就是康普银行，该银行只提供在线存款服务。在康普银行的高级管理人员看来， 纯网络银行应该专注于具有核心竞争力的业务发展，至于其他的业务可以让客户 在别的银行获得。他们认为，客户可以在互联网上发现想要的一切，如果一家银 行想将客户只局限在自己提供的业务中是绝对错误的。 3 我国网络银行业务发展现状 自1 9 9 8 年3 月，中国银行和世纪互联有限公司联合推出国内首家网络银行 7 第一章绪论 以来，我国网络银行的发展十分迅速。目前，据统计，我国已有2 0 多家银行的 2 0 0 多个分支机构拥有了网址和主页，其中开展实质性网络银行业务的分支机构 已达5 0 多家，客户超过4 0 万户。 当前我国网络银行提供的服务主要包括以下几个方面：( 1 ) 信息服务：包括 新闻资讯、银行内部信息及业务介绍、银行分支机构导航、外汇牌价、存贷款利 率等，个别银行( 如工行) 提供特别信息服务，如股票指数、基金净值；( 2 ) 个人银 行服务：包括账户查询、账户管理、存折和银行卡挂失、代理缴费等；( 3 ) 企业 银行服务：包括账户查询、企业内部资金转账、对账、代理缴费等；( 4 ) 银证转 账服务：提供银行存款与证券公司保证金之间的实时资金转移。目前，我国有一 些网络银行，如招商银行北京分行和深圳分行等正在或即将推出网上证券交易委 托平台，以便于其客户直接在其网站上从事股票买卖、查询和投资管理；( 5 ) 网 上支付：包括b 2 b 和b 2 c 两类；大部分网络银行只提供b 2 c 服务。这种服务一 般与网上商城相结合，一些银行设定了一些网上商城的链接，但是，还没有一家 网上银行直接从事网上一般商业活动。支付方式一般有三种：银行卡直接支付， 专用支付卡支付，( 招行) 和电子钱包( 中行) 。 总之，网络银行为国内商业银行发展带来了机会，也充满挑战。面对入世后 中国金融市场的国际化，如何调动自我，超越竞争者，将考验国内所有银行。当 前，国内商业银行在经营方式上应当充分体现集约化，从专注于抢占“地理空间”， 转变到致力于开拓“电子空间”，以便在与外资银行的竞争中占据主动。 1 2 课题的意义 目前天津大学校园卡已经在学校普及应用，并且得到了广大教师和学生的认 可，尤其是在学生中，更是人手一卡，每张卡均与学生学号、教师员工号及身份 证号一一对应，从这方面来看，校园卡已经可以作为学生或教师的一种身份标识。 天津大学校园卡推广的很早，但目前推广的范围还不是很全，大多数学生还只是 把校园卡仅作为饭卡来使用。故推广校园卡的应用范围，也是当前学校信息化建 设的一个重要方面，有利于天津大学走在全国各高校信息化建设的前列。 目前，天津大学校园网用户量非常大，用户交纳网络费用均采取到网络中心 现金交费的方式。每到交费高峰，交费人数太多，交费队伍排的很长很长，一方 面增加了用户的交费难度，另一方面也为网络中心的工作带来了很大困难。 天津大学是天津教育科研网的主节点，学生及教学网络都非常完善。为了提 高服务质量，提高工作效率，充分利用先进的互联网技术，在天津大学财务处的 统筹规划和支持领导下，天津大学后勤集团与天津大学网络中心共同开发了基于 校园卡和建行龙卡的支付平台，天津大学网络用户可以利用便利的网络条件随时 随地的交纳网络服务费。支付平台的使用，可显著提高有关部门的工作效率，减 第章绪论 少现金流量，方便师生和校内各单位进行交费、结算。 天津大学网上支付平台主要用于解决各天津大学各单位采用校园一卡通进 行网上交易的付费问题。网上支付平台定义了一个和合作单位的开放接口，合作 单位系统通过这一接1 2 1 就可以和网上支付平台联通，完成网上交易的资金结算。 网上支付平台对合作单位系统没有任何附加要求。 此应用作为校园卡的一个扩展功能，也为校园卡的其它应用打下了基础，必 将会推动校园卡“一卡通”其它应用的发展。 本系统为整体校园网络服务管理体系，可以解决以以太网为接入方式的校园 网络的以下问题： 用户接入控制：以改进的i e e e 8 0 2 1 x 协议为基础，可以有效的防止i p 地址盗用。 一次认证两级控制：对校园网和i n t e r n e t 分别作访问控制，用户可 以选择一次认证或分级认证模式。 服务质量管理：不同的用户登录享受不同的带宽，可以基于用户、组、 时段来设置访问不同网络的带宽。 网络应用管理：可以基于用户、组、时段来设置不同网络应用的访问权 以及带宽( 如用户组1 白天的b t 下载速率控制在1 0 0 k b s ，晚上控制 在1 m b s ) 。 用户自助服务：用户可以自主选择或变更其所采用的服务模型，包括计 费方式( 计时、计流量) ，带宽，以及可以使用的应用。用户还可以根 据自己账户中的费用情况自主增加自己的访问限额，修改账户信息等。 在线交费：通过支付平台用户可以使用校园卡或银行卡交费。 网络实时监控：可以实时查看当前及历史网络流量，协议分析及用户访 问记录等。 9 第二章交费平台系统架构 第二章交费平台系统架构 为融合多卡种的需求以增强系统的扩展性，在我校财务处的支持下，开发了 支付平台，支付平台可面对多卡种，而一般商户只需与支付平台连接即可。 网络中心信息费交费平台为天津大学校园网用户提供交费接口，作为支付平 台的一部分，此平台的功能以后可以扩展到各个部门，即学校其它部门也可以采 取这一方式为用户提供服务。 交费平台系统设计架构： 服务器操作系统：l i n u xr e d h a ta s 3 0 数据库服务器：o r a c l e1 0 g 开发语言：j 2 e e 架构+ s t r u t s 框架 应用服务器：o r a c l e i a s 2 1 服务器操作系统：l i n u xr e d h a t a s 3 0 l i n u x 是这个操作系统内核的名称。l i n u sb t o r v a l d s 于1 9 9 1 年开始编写程 序并将其o 0 2 版本在互联网的新闻组上发布，并与互联网上的志愿开发者协同 工作，在1 9 9 4 年发布了标志性的1 0 版本。 通常一个l i n u x 操作系统包含l i n u x 内核，使用工具和开发源代码程序。 l i n u x 的一个最大特点是它的价格，通常是免费的，l i n u x 内核的版权受g n u ( 自 由软件基金会组织) 通用公共许可证保护( g p l ) 。l i n u x 志愿开发协会编写了很 多实用程序和工具，这些程序和工具可以移植到其他的发布版本。这个协会的宗 旨是共享和改善应用程序。由于这些源代码可以永久使用，其他人为了提高软件 的质量，可以对软件进行分析并优化。 l i n u x 最初为i n t e l3 8 6 体系结构开发，由于它有卓越的可移植性，很多硬件 厂商很容易使用l i n u x 来支持他们的平台。目前，它已经可以运行在p c ，p c 服 务器，u n i x 服务器，中型机，大型计算机上，几乎涵盖了所有的计算机平台。 l i n u x 是一种开放源代码的操作系统，其自1 9 9 1 年以自由和开放源代码的 形式问世以来，不管是从功能上，还是从流传的广度上，都得到了稳步的增长， 这对集中规划和控制的产权操作系统是一个挑战，在历史上还没有其他的操作系 统像l i n u x 这样如此快速而广泛的成长，它的广泛使用，很自然的改变了应用 开发和应用部署经济的性质。 作为一个操作系统，l i n u x 业已成为u n i x 家族中发展最快的一员，目前 因特网( i n t e r n e t ) 上运行的服务器有相当一部分采用的就是l i n u x 操作系 统。中国已把l i n u x 操作系统作为政府上网的指定网络操作系统， 1 0 第二章交费平台系统架构 l i n u x 的优点很多，其中主要的有以下几个方面： 1 低成本 1 ) 低软件成本： 由于l i n u x 是开放源代码的操作系统，除了k e r n e l 免费以外，它的许多系 统程序以及应用程序也是自由软件，可以从网上免费获得。所以它的软件成本非 常低廉。 2 ) 低移植成本： l i n u x 能够在几乎所有的计算机平台上运行，包括p c 、p c 服务器、u n i x 服务器、中型机、大型计算机上，给用户的应用软件在不同的平台之间的移植创 造了极为便利的条件。 3 ) 低管理成本： 同理，由于众多的企业级的用户的计算环境是低端和高端计算机共存，不同 厂商的计算机共存，如果将操作系统都统一成l i n u x ，系统的一致性，可降低 管理的成本。 同时，任何一个操作系统，都不是完美的，都有一些或大或小的漏洞甚至是 错误。由于l i n u x 是一个开放源代码的软件，有众多的互联网上志愿开发者在协 同工作，使得l i n u x 的功能的完善和漏洞的发现和修改的速度非常快，降低了使 用和管理的风险，从而降低了管理的成本。 2 高性能 l i n u x 高性能方面的特点表现在l i n u x 系统资源的低占用率和在高性能运算 的优势。 1 ) 操作系统的低占用率 l i n u x 是由内核( k e r n e l ) 以及在其之上的实用程序构成的，内核负责管理 计算机的各种资源，如处理器和内存，而且必须保证合理地分配资源。当l i n u x 启动时，内核被调入内存，并一直驻留在内存中直到关机断电。同大多数的u n i x 或者类u n i x 系统类似，l i n u x 的内核在设计的时候被设计的尽量很小，把许多 工作交给内核以外的实用程序执行。通过利用l i n u x 这个特点，用户在安装l i n u x 的时候可以定制安装的应用程序的多少，在某些情况下用户可以仅安装一个 l i n u x 的核心。 2 ) l i n u x 在高性能运算方面的优势 在科学计算和石油勘探等高性能计算领域应用最为广泛的是高性能计算群 集技术( h i g hp e r f o r m a n c ec o m p u t i n gc l u s t e r ，简称h p cc l u s t e r ) 。它是一种并行 计算群集的实现方法。近年来，新的h p c 系统正迅速崛起，这就是使用运行l i n u x 操作系统的i n t e l 平台的计算机来构建h p cc l u s t e r 。由于使用l i n u x 操作系统， 第二章交费平台系统架构 通用的硬件平台和标准的网络组件，群集中的各个结点价格相对低廉，扩展容易 实现，从而可以得到更高的性价比。l i n u x 可以运行在p c 、p c 服务器上这些传 统上是w i n d o w s 操作系统垄断的领域，在这一领域，l i n u x 的出现好似一股春 风吹来，不仅打破了w i n d o w s 的垄断，而且它在功能和性能上，都优于w i n d o w s 操作系统，而更接近与高端的u n i x 系统。使低端的用户，也能享用到某些只有 高端系统才能带来的好处。 3 高可扩展性、高可维护性 1 ) 高可扩展性 标准的l i n u x 实用程序有着大量的功能，开发人员可以通过修改源代码来进 行功能的扩展。l i n u x 可以在广泛的硬件平台上运行且有类似的接口，用户可以 把应用程序从一个l i n u x 系统很方便的移植到另外一个l i n u x 系统。 2 ) 高可维护性 由于l i n u x 的用户界面与各个商业版本的u n i x 非常相近，几乎所有的i t 技术人员都对其操作界面有相当的了解。此外，由于l i n u x 可以在各种硬件平台 上运行，熟悉l i n u x 的技术人员可以很容易地管理多种硬件平台上的应用。目前 很多版本的l i n u x 比如红旗l i n u x 的用户界面都在模仿w i n d o w 进行开发，因此 可以方便非i t 技术人员实用。 4 开放的标准 l i n u x 是一个从公开源代码发展来的操作系统，因此奠定了l i n u x 相较其他 诸如w i n d o w s 、以及各商业版本u n i x 操作系统的先天优势，由于全世界无数的 技术人员都可以帮助l i n u x 修改系统错误，提升性能，因此到目前l i n u x 已经迅 速成为一个相对健壮的操作系统，并且也越来越多的跻身各种的企业关键业务之 中。 基于l i n u x 的各类商用软件已经就绪。在中间件、数据库领域有i b m 、甲骨 文、b e a 、s y b a s e 、s u n 等都对l i n u x 提供了良好的支持；在i t 管理领域有c a 、 h p 、b m c 等；而在应用软件领域，这个名单更是长长的一串，数不胜数。 2 2 数据库服务器：o r a c l e10 g 如何降低建立和使用信息技术基础架构所需的高昂成本，这几乎是所有i t 技术用户最关心的问题。然而，要降低i t 成本，必须解决“过剩的计算容量、 昂贵的容量扩展以及高额的管理成本”三大难题。受到现有信息技术基础架构所 限，用户只能针对高峰容量构建计算容量，而无法在平时有效地使用多余的容量。 同时，由于传统的系统结构很复杂，需要专门的管理工具、过程和技能，进行大 量人工管理。同时，用户事实上也不能在必要时以较低成本迅速地向模块单元增 第二章交费平台系统架构 加容量。所有这些因素造成i t 成本居高不下。 i b m 、o r a c l e 、s y b a s e 、c a 、n c r 、m i c r o s o f t 和s a s 等有实力的公司相继 ( 通过收购或研发的途径) 推出了自己的数据仓库解决方案，b o 和b r i o 等专业 软件公司也在前端在线分析处理工具市场上占有一席之地。 2 2 1o r a c l e 数据库的构成 o r a c l e 数据仓库解决方案主要包括o r a c l ee x p r e s s 和o r a c l ed i s c o v e r e r 两个 部分。o r a c l ee x p r e s s 由四个工具组成：o r a c l ee x p r e s ss e r v e r 是一个m o l a p ( 多 维o l a p ) 服务器，它利用多维模型，存储和管理多维数据库或多维高速缓存， 同时也能够访问多种关系数据库；o r a c l ee x p r e s sw e ba g e n t 通过c g i 或w e b 插 件支持基于w e b 的动态多维数据展现；o r a c l ee x p r e s so b j e c t s 前端数据分析工具 ( 目前仅支持w i n d o w s 平台) 提供了图形化建模和假设分析功能，支持可视化 开发和事件驱动编程技术，提供了兼容v i s u a lb a s i c 语法的语言，支持o c x 和 o l e ；o r a c l ee x p r e s sa n a l y z e r 是通用的、面向最终用户的报告和分析工具( 目 前仅支持w i n d o w s 平台) 。o r a c l ed i s c o v e r e r 即席查询工具是专门为最终用户设 计的，分为最终用户版和管理员版。 在o r a c l e 数据仓库解决方案实施过程中，通常把汇总数据存储在e x p r e s s 多 维数据库中，而将详细数据存储在o r a c l e 关系数据库中，当需要详细数据时， e x p r e s ss e r v e r 通过构造s q l 语句访问关系数据库。 o r a c l e 应用服务器1 0 9 ( o r a c l ea p p l i c a t i o ns e r v e r1 0 9 ) 是o r a c l e 应用基础 架构软件集成套件的下一代产品，可以在计算网格中运行企业应用程序。通过从 软件供应、用户供应、应用程序管理与监控、工作负载管理、系统管理和监控等 方面入手实施网格计算功能，o r a c l e 应用服务器1 0 9 能够大幅度降低建立、使 用信息技术基础架构所需的高昂成本。 2 2 2 o r a c l e1 0 9 的特点 1 高效使用计算容量 随着性能和工作负载需求的变化，o r a c l e 应用服务器1 0 9 提供了客户急需的 可伸缩性和端到端的高可用性，以及硬件故障、软件故障、人工错误和灾难间的 故障切换。o r a c l e 应用服务器1 0 9 集成了自动化工作负载管理，能够有效地使用 现有的软件容量，在提供优化的可伸缩性和高可用性的同时限制了空闲的计算容 量。 o r a c l e 应用服务器1 0 9 提供了许多实用工具来确保系统和应用程序能够有效 地使用现成的系统资源，在低成本的服务器和存储器上提供最高的可伸缩性。这 些实用程序包括：应用服务器优化、工作负载监控、基于策略的工作负载管理、 特定应用策略、服务供应和动态资源分配。同时，o r a c l e 应用服务器1 0 9 还提供 第二章交费平台系统架构 了诸如零计划停机时间、零意外停机时间、故障切换通知等大量功能，从而能确 保系统和应用程序在低成本服务器和存储器上以最高的可用性运行。 2 降低容量扩展成本 典型的网格计算环境在初始阶段可以只有少量的服务器，在资源合并时可以 增至数百个服务器。不难想象，人工安装和维护数百个服务器上的软件既费时费 力又极容易出错。 为使软件安装流程化，o r a c l e 在o r a c l e 应用服务器1 0 9 中提供了完全自动 化的安装过程，不用人工干预就可将应用服务器的所有组件安装在许多机器上。 除安装以外，及时的补丁和升级也是日常工作中最为繁重的两个部分。为了减轻 这两部分的工作强度，o r a c l e 提供了实用工具来自动将一台或多台服务器上的软 件补丁程序应用于一个或多个o r a c l e 应用服务器。系统可查看m e t a l i n k 补丁程 序网站，检测本身是否正确安装了补丁程序，以修补任何已知错误或潜在的安全 性问题。同时，o r a c l e 应用服务器1 0 9 提供的图形化升级助手可以自动将应用服 务器从9 i a s 升级到l o g ，不用人工干预，并自动检测哪些应用服务器的组件需 要升级。此外，o r a c l e 应用服务器1 0 9 通过实现操作任务自动化、软件配置流 程化，提供实用工具来克隆应用服务器的配置及其部署的应用程序，成功地解决 了容量扩展成本问题。 3 降低管理成本 建立企业计算网格的基本需求是严格定义并实施的安全性策略和过程。网格 计算在资源动态调配和资源复杂性方面的特性，在显著提高资源使用效率的同 时，也使计算网格中的安全性实施变得极具挑战性并且极其昂贵。为了简化计算 网格中的安全性供应和管理，o r a c l e 应用服务器l o g 提供了一个统一的基于标 准的端到端安全性和身份管理基础架构。 o r a c l e 应用服务器1 0 9 的安全性与身份管理服务自动处理提供用户的过程、 自动创建和删除他们的身份，并自动授予他们的访问控制权限。这些实用程序降 低了用于安全性管理的人力成本、减少了漏洞，并加速了用户访问他们得到授权 的应用程序和网格资源。 2 2 3o r a c l e 与计算网格 计算网格支持大量的企业应用程序和用户，该环境中诸如低性能和运行中断 等服务质量问题同时影响着大量的用户，因此在计算网格中以集中和前瞻性的方 式监控和管理应用程序就成为关键。 o r a c l e 公司多年来一直致力于支持和实现网格计算( g r i dc o m p u t i n g ) 的技 术研究，其中一些技术是在o r a c l ed a t a b a s e l o g 中新出现的，其他技术则是o r a c l e 数据库固有的，而且已经存在了很多年。以下技术特性反映了o r a c l e 如何在网 1 4 第二章交费平台系统架构 格中实现其功能。提供计算资源是网格最重要的功能之一，它能在需要时动态地 将计算资源提供给应用程序。根据业务优先级和需要，必须正确地分配这些资源。 o r a c l e 提供了许多用于提供计算资源的特性，包括： 1 真正应用集群( r e a la p p l i c a t i o nc l u s t e r s ，r a c ) o r a c l er a c 是标准网格的关键。r a c 是具有共享缓存体系结构的集群数据 库，它运行在通过集群互联和共用存储器子系统连接在一起的多台机器上。对于 用户来说，o r a c l er a c 数据库不仅看起来像一个独立的标准o r a c l ed a t a b a s e1 0 9 ， 而且用于维护独立的o r a c l ed a t a b a s el o g 的工具和流程同样可以用于整个集群。 所有标准的备份和恢复操作，包括使用恢复管理器( r e c o v e r ym a n a g e r ) ，都通 过r a c 透明地进行。对于两种配置，所有s q l 操作( 包括数据定义语言和完整 性约束) 都是相同的。然而，r a c 最重要的特性是它能够根据业务处理需要管 理工作量一根据需要添加或删除节点。 2 自动存储管理( a u t o m a t i cs t o r a g em a n a g e m e n t ，a s m ) o r a c l e 建议将自动存储管理用于数据库文件和o r a c l e 根目录的集群文件系 统。作为o r a c l ed a t a b a s e1 0 9 的新特性，a s m 简化了o r a c l e 数据库文件的管理。 a s m 只要求管理少量的磁盘组，而不是管理许多数据库文件。a s m 提供了许多 与存储技术( 如r a i d ) 相同的好处。与这些技术一样，a s m 允许在一组独立磁 盘设备上创建一个单独的磁盘组。与r a i d 不同，a s m 在文件级别进行条状划 分和镜像存储。 3 o r a c l e 资源管理器( o r a c l er e s o u r c em a n a g e ) 虽然o r a c l ed a t a b a s e1 0 9 在很大程度上是一个自我管理的数据库，但管理员 还是需要对数据库资源的使用方式进行控制。在o r a c l e 数据库内管理资源的重 要工具之一就是数据库资源管理器，它使资源管理员能够改变将o r a c l e 数据库 资源分配给网格用户的方式。 4 o r a c l e 调度器( o r a c l es c h e d u l e r ) o r a c l ed a m b a s el o g 还引入了o r a c l e 调度器，它提供了许多在网格中安排和 执行业务及i t 任务( 称为作业) 的功能。信息供应是由o r a c l e 特性支持的另一 个重要功能，它意味着无论用户什么时候需要信息，也不管信息存储在网格上的 什么地方，都能把信息提供给用户。要处理任何可用资源上的信息，网格就必须 跨分布式系统有效地共享信息。网格还必须使用户能够访问存储在不同系统( 来 自多个供应商和文件系统的数据库系统) 中的数据。 o r a c l e 提供了大量特性和工具用于提供网格上的信息，这些特性和工具包 括： 1 ) o r a c l e 可移动表空间( o r a c l et r a n s p o r t a b l et a b l e s p a c e s ) 第二章交费平台系统架构 o r a c l e 可移动表空间使o r a c l e 数据文件能够从一个数据库中取出，移动或复 制到另一个位置，然后插入到另一个数据库中。取出或插入数据文件只涉及读取 或装载少量元数据。可移动表空间还支持两个或多个数据库同时安装只读表空 间。 2 ) o r a c l e 流( o r a c l es t r e a m s ) 一些数据在创建或修改时需要被共享。o r a c l e 流能够使数据在网格中的数 据库、节点或刀片场之间流动，并且能够在更新时使两个或多个备份保持同步。 它还提供了一个统一框架，用于信息共享，并将消息排队、复制、事件、数据仓 库装载、通知以及发布订阅组成一个单一的技术。随着o r a c l ed a t a b a s e1 0 9 的发 布，流同移动表空间特性的结合实现了b r a j e s hg o y a l 所谓的”白驱动数据库”。 3 ) 轻松