（船舶与海洋结构物设计制造专业论文）船舶生产设计管理系统中文件服务子系统的研究与开发.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 文件服务子系统是船舶生产设计管理系统的重要组成部分，它为船舶生产设 计管理系统提供文件存储、版本化，为系统任务项提供对等文件等服务。 针对文件服务子系统的设计，本文做了以下一些工作： 首先，根据船舶企业生产设计的特点，进行了文件服务子系统的需求分析； 给出了文件服务子系统的结构框架，并定义了各个功能模块。 然后，针对企业局域网环境，以t c p i p 协议为基础，确定了功能模块间协调 工作的通信协议，为文件服务子系统的功能实现提供了保证。 接下来，应用面向对象分析和设计的方法和u m l ( 统一建模语言) ，完成了 对象关系的设计、类的设计，并得到了描述对象间协作情况的顺序图，建立了文 件服务子系统的静态模型和动态模型。 最后，针对文件服务子系统的编程实现中的几个关键问题：传送信息的加密 机制，文件服务器单位文件存储和查找机制，进行分析，给出了解决方案。 经过设计的文件服务子系统能够满足设计需要。为船舶生产设计管理系统提 供有效、安全、快速的文件共享服务。本文研究工作将为船舶生产设计管理系统 的实现打下了坚实的基础，将对船舶企业信息化发展起到一定的推动作用。 关键词：文件服务 t c p 璎协议 v 面匀菇数q v 一一 设计 i 华中科技大学硕士学位论文 ! = = = = ! = = = = = = = = ! = = = = = = = = = = = = = ! ! = = = = ! = = ! = ! ! ! ! ! = ! ! ! ! = ! ! ! ! ! a b s t r a c t t h ef i l e s e r v i c es u b s y s t e mi st h ei m p o r t a n tp a r to ft h em a n a g e m e n t s y s t e mo fs h i p d e s i g n i tp r o v i d e st h es e r v i c e si n c l u d i n gf i l e s t o r e ，e d i t i o n c o n t r o lt om a n a g et h e d e s i g nf i l eo f t h ec o r r e s p o n d i n gt a s k t h er e s e a r c hw o r ki nt h i sp a p e ri sl i s t e da sf o l l o w s ： f i r s to f a l l ，a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i co n t h ed e s i g no ft h es h i pe n t e r p r i s e ，w e g o tt h ed e m a n do ft h es e r v i c es u b s y s t e mo ff i l eb yd e m a n da n a l y s i s t h es t r u c t u r e f r a m eo ft h ef i l es e r v e dt h es u b s y s t e mh a sb e e ng i v e n ，t h ef u n c t i o nm o d u l e sh a v eb e e n d e f i n e d t h e n a c c o r d i n g t ot h ei n t r a n e te n v i r o n m e n to fe n t e r p r i s e ，w ed e f i n e dt h e c o m m u n i c a t i o np r o t o c o lo ft h ef u n c t i o nm o d u l e sb a s e do nt c p f l pa g r e e m e n t ，t om a k e t h e m w o r k i n gi nl i n e a n dt h e nb yu s i n gt h eo b j e c t o r i e n t e da n a l y s i s & d e s i g nm e t h o da n du n i f i e d ! v l o d e l i n gl a n g u a g e ( u m l ) ，w ef i n i s h e dd e s i g no f t h es y s t e mc l a s s e sa n do b j e c t s ，g o t t h ec l a s s d i a g r a m ，o b j e c t r e l a t i o n d i a g r a m a n dh a sr e c e i v e da n dd e s c r i b ea n d c o o p e r a t e dt h eo r d e rp i c t u r eo f t h es i t u a t i o na m o n gt h et a r g e t a f t e ra l lt h e s ew o r k s ，t h e , ；t a t i cm o d e l sa n d d y n a m i cm o d e l so f t h ef i l e s e r v i c es u b s y s t e mh a v eb e e ns e tu p a tl a s t ，w es o l v e ds e v e r a lk e yp r o b l e m si nt h ep r o g r a m m i n gr e a l i z a t i o no f t h e f i l e s u b s y s t e m ：c o n v e yt h ee n c r y p t i o nm e c h a n i s mo ft h es e r v e ru n i to ft h ef i l e a n d m e c h a n i s mo f l o o k i n gf o r , a f t e ra n a l y s i s ，t h es o l u t i o nh a sa p p e a r e d t h ef i l e s e r v i c es u b s y s t e mw e d e s i g n e d o f f e r st h ee f f e c t i v e ，s a f e w , f a s tf i l es e r v i c e l b rt h em a n a g e m e n ts y s t e mo fs h i pd e s i g nw h i c hw i l lp l a yac e r t a i nr o l e t ot h e i n f o r m a t i o n b a s e dd e v e l o p m e n to f s h i pe n t e r p r i s e k e y w o r d s ：f i l e s e r v i c e t c p i p ( t r a n s f e rc o n t r o lp r o t o c o l i n t e m e tp r o t o c 0 1 ) p r o t o c o l o o a d ( o b j e c t - o r i e n t e da n a l y s i s & d e s i g n ) 华中科技大学硕士学位论文 1 概论 1 1 课题背景及意义 随着信息技术在企业的推广应用，我国的企业信息化建设已取得了阶段性成 果，信息技术已广泛地应用到了企业的研发、生产、经营及管理等各个方面。事 实证明，运用信息技术改造传统产业，能够加快结构调整和产业升级、增强企业 的技术创新和管理创新能力、提高企业竞争力。而开发完善的企业管理系统( m i s ) 对推动企业信息化建设来说具有重要的意义。 所谓企业信息化是指企业利用电子、计算机、通信等一系列现代化技术，通 过对信息资源的深度开发和广泛利用，不断提高生产、经营、管理、决策效率和 水平，从而提高企业经济效益和企业竞争力的过程。企业信息化不仅是使用信息 技术装备的过程，同时还是开发利用信息资源的过程，而其中，企业管理信息化 尤其如此。 为了适应激烈的市场竞争，在企业管理中逐步形成一种以生产计划与控制为 主导的管理模式，管理思想和方法。在电子计算机的帮助下，对企业生产经营诸 要素，进一步进行优化组合，使生产和经营活动过程中的人流、物流、资金流、 信息流处于最佳状态，达到以最少的投入获得最大的产出。 完善的m i s 运转后，会给企业带来哪些好处? 一般说来，可以保证按期交货， 降低库存积压，加速资金周转，缩短生产周期，提高设备利用率，降低产品成本， 增强产品竞争能力，提高企业管理水平，从而获得显著的经济效益和社会效益j 。 本课题的工作是船舶生产设计管理系统中文件服务子系统的研究与开发。船 舶生产设计管理系统通过对生产设计的过程进行计算机化管理，实现对设计进度 和设计质量的控制，它由w e bs e r v e r 端的应用逻辑模块、设计用户端的浏览器和 守护程序，以及后台的数据库服务器和文件服务器组成。 根据船舶企业的特点，船舶生产设计管理系统可由图i 1 所示的基本框架或 华中科技大学硕士学位论文 ! ! = ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! = 2 1 = ! ! ! ! = = ! = = = = = = = = = ! = = = 内容组成 一 图1 - 1 船舶生产设计管理系统与文件服务子系统 船舶生产管理系统采用3 层的i n t r a n e t 模型。作为后援的o r a c l e 服务器提供 关键的任务树数据和访问控制数据并以其良好的并发性能可同时为其它系统服 务；应用服务器提供客户端页面表示、利用数据库服务器的数据进行业务逻辑分 析、根据客户端的要求通知文件服务器将客户端所需的文件传递给客户端并控制 客户端的访问【2 】【3 1 。 由于船舶设计的复杂性，以及分段设计，并行处理的广泛应用，设计过程中 文件共享的频率很高。大的三维模型和总体装配需要提供共享服务的多文件支持。 设计用户的文件共享需求必须得到保证，文件服务器是不可或缺的，它同时能为 系统提供文件存储、版本化，为系统任务项提供对等文件等服务。 另外，船舶企业基于市场竞争的需要，技术保密的要求较高；同时不少船舶 企业涉及军工产品建造，保密工作的敏感性不言而喻。因此文件共享过程必须考 虑安全：既要防止不明身份者对文件服务器的非法访问和破坏，又要保证文件在 企业局域网的传送过程中不被窃听。 船舶设计的复杂性，还带来文件传送的另一个问题：共享的文件数量多，文 件容量大小不一。因此必须就不同的文件共享要求，采用合适的文件传送方式。 2 华中科技大学硕士学位论文 若选择不当，将导致企业网络的堵塞，文件服务器的负载过大而难以承受，这也 是一个优化设计的问题。 综上所述，船舶生产设计管理系统的文件共享，绝非简单的网络文件传送一 句话能概况。它包含了角色访问控制、文件传送方式优化、并发处理等一系列要 求。因此，建立以专门处理上述要求的文件服务子系统是有必要的【。 可以看出船舶生产设计管理系统这样一个系统的研究和开发是一项庞大的系 统工程，它需要集中一定的人力和时间，并非一个人在短时间内所能完成。本课 题的工作是船舶生产设计管理系统中文件服务子系统的研究与开发。即图i - 1 中 的阴影部分，它是船舶生产设计管理系统中的一个不可缺少的组成部分，下面将 就这个子系统为研究对象，进行展开。 文件服务子系统包括文件服务器的硬件部分和负责管理文件传送过程的软件 部分，以及数据库的控制信息支持和企业局域网网络设备等。本文所述的文件服 务子系统特指其中的软件部分。 1 2 国内外概况 文件服务子系统的设计实质上是一个包含特定企业应用逻辑的网络应用软件 的设计问题，了解计算机网络在企业应用中的发展是必要的【5 i 。 i n t e m e t 的历史可追溯本世纪6 0 年代，美国国防部高级计划局d a r p a ( d e f e n s e a d v a n c e dr e s e a r c hp r o j e c ta g e n c y ) 为了实现异种网络问的互连，以应付战争的需 要，大力支持网络互连技术的研究，为此开发了大量的网络硬件和软件。1 9 6 9 年， d a r p a 建立了著名的a r p a n e t 网络。从此计算机网络的发展进入了一个崭新的 纪元。 a r p a n e t 的巨大成功极大地促进了网络互连技术的发展，到1 9 7 9 年已基本 完成了t c w i p 体系结构和协议规范。1 9 8 0 年开始在a r p a n e t 上全面使用t c p i p 协议，并建立了以a r p a n e t 为主干网的早期i n t e r a c t 。1 9 8 5 年，美国国家科学基 金会开始涉足i n t e m e t 技术的研究和开发，并在全国建立了6 个计算机中心和主干 华中科技大学硕士学位论文 ! ! = = = = = = = = = = = ! = = 烹= = = = ! = ! ! ! ! ! = ! ! ! ! ! ! ! ! 詈詈! 竺皇! ! ! = ! ! ! ! 竺! ! = ! 竺! = ! ! ! = ! 网n s f n e t ，并逐渐取代a r p a n k t 网。由此，i n t e m e t 翻开了新的一页【2 】。 随着i n t e m e t 的迅猛发展，i n t e m e t 在企业管理中得到了广泛应用。但在当今 的信息社会，企业对信息的需求与日俱增，i n t e m e t 已经不能满足企业信息化发展 的需求，这表现在：一方面，由于i n t e m e t 的爆炸性增长，使信息传输的速度太慢； 另一方面，i n t e r n e t 是全球性的网络，任何人都可以访问，通过i n t e m e t 传输信息， 存征许多不安全的因素【6 】。 为了克服上述问题，1 9 9 5 年下半年，计算机和通信领域的一些之士考虑将 i n t e m e t 技术( 例如w w w 和e m a i l 等) 应用于集团企业的信息管理系统和政府部 f q 的办公系统，并将这项技术命名为i n t r a n e t 。它和i n t e m e t 的区别可由图1 2 看 出。 图1 - 2i n t t l n e t 与i n t e r n e t 关系 生产设计管理系统应用于企业局域i n ( i n t r a n e t ) e 0 ，系统用户不可避免的与系统 会产生以设计文件为主的信息交互，从而要求文件服务子系统必须能够较好的完 成用户上传和下载所需文件的需要，并能保证安全与快捷的要求。 企业局域网从本质上说是一种通信n ( c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k ) ，通信网是一 4 华中科技大学硕士学位论文 ：= = = ! ! 1 2 = ! ! ! ! ! ! = = ! ! = = = = = ! ! ! ! ! = = = ! ! ! ! ! ! ! ! = ! ! = ! ! = = = = = ! ! ! ! = ! 种使用交换设备、传输设备，将地理上分散用户终端设备互连起来实现通信和信 息交换的系统。分散用户之间的交互必须遵循一定的网络协议。所谓计算机网络 协议( p r o t o c 0 1 ) ，是指实现计算机网络中不同计算机系统之间的通信所必须遵守的 通信规则的集合。例如，什么时候开始通信，采用什么样的数据格式，数据如何 编码，按什么顺序交换数据，如何处理差错，如何协调发送和接收数据的速度， 如何为数据选择传输路由等。 目前，本系统所在局域网的建立基于国际互联网网络协议集- t c p i p 协议。 t c p i p 协议是一套国际互联网上各种系统之间互联时使用的协议，目前，t c p i p 协议已经成为事实上的计算机网络互联标准。它当作为分层的模型来看时，t c p i p 通常可以被视为四个层次组成，从上往下依次为：应用层、传输层、i p 层和网络 接口层。每一层包含了一定的网络服务，下一层提供给上一层网络服务，上一层 利用下层提供的服务开发本层的功能。在协议的控制下，两个对等实体的通信使 得本层能够向上一层提供服务【7 】【8 1 。 以t c p i p 协议的分层概念，文件服务子系统的功能模块处于网络应用层，应 用层是网络分层结构的最高一层，它为应用程序访问i i a t e m e t 环境提供手段，我们 将定义出保证文件服务子系统功能模块协调工作的通信协议，并应用其它层的协 议实现。 1 3 本文的主要研究工作 围绕船舶生产设计管理系统中文件服务子系统的设计，本文主要进行了以下 一些工作： 1 ) 通过研究生学习阶段在船舶企业的调研学习，了解了船舶企业生产设计的 概况，掌握了船舶企业生产设计的需求。 2 ) 通过阅读相关文献，了解了企业网络计算的相关理论，和软件开发有关的 书籍掌握了面向对象分析设计的方法。 3 ) 根据船舶企业的实际需求，设计了文件服务子系统的结构框架，将功能分 华中科技大学硕士学位论文 配到各个功能模块中，并对每个模块的设计要求给出了定义 4 ) 以t c p ，i p 协议为基础，确定了功能模块间协调工作的通信协议，为文件 服务子系统的功能实现提供了保证。 5 ) 应用面向对象分析和设计的方法，对文件服务子系统进行了系统设计，得 到了文件服务子系统的静态和动态模型。 6 ) 对文件服务子系统的编程实现中的几个关键问题进行了分析，给出了解决 方案。 6 华中科技大学硕士学位论文 2 文件服务子系统体系结构 本章将从船舶企业生产设计的特点出发，进行文件服务子系统的需求分析， 结合企业局域网环境，设计文件服务子系统的系统结构。并定义文件服务子系统 的功能模块以及各自的功能。 2 1 船舶生产设计管理系统总体结构简介 船舶生产设计管理系统构建于企业局域网之上，采用3 层的1 1 1 仃a 1 1 e t 模型。作 为后援的o r a c l e 服务器要求提供关键的任务树数据和访问控制数据并以其良好的 并发性能可同时为其它系统服务；由于船舶设计的复杂性，大的模型和装配需要 多文件的共享支持，文件服务器是不可或缺的，它同时为系统任务项提供对等文 件；应用服务器提供客户端页面表示、利用数据库服务器的数据进行业务逻辑分 析、根据客户端的要求通知文件服务器将客户端所需的文件传递给客户端并控制 客户端的访问；用户在客户端使用如m i c r o s o f ti n t e r n e t e x p l o r e r 或n e t s c a p e c o m m i m i c a t o r 等通用w w w 浏览器访问和控制任务树，系统使用客户端本地方法 提供对c a d d s 5 、m d t 等各种专用文件的访问。 2 2 文件服务器和文件服务子系统的概念 文件服务是网络最基本的网络服务，例如建立共享文档库、共享程序库、共 享图像库、共享视频库、共享音频库等。文件服务器是专门提供文件服务的网络 计算设备。一言以蔽之，文件服务器提供文件的存储和共享服务【9 】【1 0 1 。 文件服务子系统在文件服务器的基础上，对文件的查找和传输( 上传下载) 进行控制。通过文件服务子系统的控制和传送模块，客户能将文件服务器中的共 享文件下载到自己的计算机中，客户也能将自己的文件上载到文件服务器中。， 船舶生产设计管理系统中以节点描述设计过程中的某项工作内容，节点宿主 描述负责该项工怍的人员。每个节点包含了具体的工作文档( 设计图纸、设计文 档、上级要求，通用规范，节点摘要等) ，工作文档存储在文件服务器中。当节点 宿主( 节点工作任务的完成者) 需要打开某项工作文档时，他会向文件服务子系 华中科技大学硕士学位论文 = ! ! = = = = = = = 苎= ! = ! = 毫= ! ! 巴! 烹! ! ! ! ! ! 暑! ! ! ! ! ! = 烹= = = ! ! ! ! = 竺! 竺鼍! = ! ! ! = ! ! 苎! ! = ! 统发出请求，文件服务子系统响应该请求，从文件服务器中找出该文件，在进行 有关的权限判断，传输通道安全建立后，传输给该工作节点宿主所在计算机。 ：! 3文件服务的设计要求 生产设计管理系统应用于企业局域网( l a n ) 中，系统用户不可避免的将会与 系统产生以设计文件为主的信息交互，基于并发的文件服务器必须能够较好的完 或设计用户上传和下载所需文件的需要，还要保证安全与快捷的要求。 船舶行业与其他行业相比，有其自身特点，其本身属于单件小批量生产类型 行业，船舶产品体积大，零部件多，技术难度高，设计图纸繁多。经过分析，船 舶生产设计中的文件传输服务有以下几点要求： 1 ) 船舶产品设计技术种类繁多，管理层次复杂，图纸量大，各专业分工相互 交叉，因此，在生产设计过程中，文件调用次数是很频繁的。 2 ) 船舶生产设计图纸量大，文件格式多样，文件的容量大小不一。目前生产 设计技术部门已全部实现计算机化设计，主要技术设计工作有a u t o c a d 绘图设 计c a d d s 5 、p r oe n g i n e e r i n g 三维建模设计。因此文件传输涉及* d w g ，c a d d s 5 、 p r oe n g i n e e r i n g 设计文件以及+ d o e 文本、表格等文件格式和文件夹。这就给计算 机文件系统中文件名映射文件内容的能力，特别是在文件量大的情况下寻找待传 文件，提出了较高的要求。 3 ) 船舶企业通常涉及军工产品制造，其保密性不言而喻。文件服务器储存 的设计文件必然会成为不怀好意之徒窃取的重要目标。这就要求文件服务子系统 在安全保密方面至少做到两点：首先，要防止非信任用户的非法访问；其次，要 保证文件传输过程中通道的安全，最好是点对点( 用户对文件服务器) ，能够防止 窃听。为保证以上要求，因此在系统构造过程中，必须考虑网络安全问题，系统 提供合理的安全机制，通过授权来防止非法登录，通过b s ( 浏览器服务器) 间 数据加密来防止窃听。 4 ) 设计用户可能同时提出文件访问请求，文件服务器应具有同时为多个用户 服务的并发能力。 华中科技大学硕士学位论文 2 4 文件服务子系统体系结构 文件服务子系统由客户端文件传输守护程序、应用服务器( w e b s e r v e r ) 端的 文件传输控制连接模块、文件服务器端的文件名映射模块和文件传输守护程序等 功能模块组成。 图2 l 描述了文件子系统的整体结构。整个子系统呈现3 层的客p i i 务器结 构，正好内嵌于船舶生产设计管理系统的总体3 层结构之下。处于客户端的“客 户端文件传输守护程序”负责收发文件和文件传输相关的控制信息；客户端通过 船舶生产设计管理系统提供的文件子系统界面提出“上传”或“下载”请求。 w e bs e r v e r 端负责相应客户端的“上传”或“下载”请求，它解析出文件传 输信息后，交给文件服务器端处理【5 1 【“】。 i l 传输经过验证的j：件请求信息 f lj f 、7 y ) 文件名映 十黧黼i 一企业局域网 射模块 、一 7 0 扩 图2 - 1 文件服务子系统结构图 9 华中科技大学硕士学位论文 文件服务子系统以w i n d o w s ( n t ) 服务( s e r v i c e ) 或者u m x 的守护进程 ( d a m o n ) 的形式在服务器端运行，启动后，等待客户端的请求。 客户端通过船舶生产设计管理系统提供的用户界面，发出上传下载设计文件 的请求，经过w e b s e r v e r 解析后，产生一个界面动作事件，根据界面设计时约定 的“事件监听器”模式，运行于w e b s e r v e r 上的监听器( 文件传输控制连接模块) 将触发“处理文件上传下载请求方法”，该方法对客户进行身份验证，获取“待 传文件信息( 用户计算机所在地址、文件名称、用户计算机所开通讯端口等) ”， 并将该信息传递给文件服务器。 文件服务器包括文件名映射模块和文件传输守护程序两部分，文件名映射模 块依据w e bs e r v e r 提供的“待传文件信息”搜索文件服务器本地文件，文件传输 守护程序向客户端文件传输守护程序发出文件传输请求，客户端文件传输守护程 序在客户端建立通信端口，接收从文件服务器传来的文件或向文件服务器上传下 载已经设计完毕的文件。 从以上分析可以看出，在文件服务器向客户端传送文件的过程中，在“身份 验证”和“文件名映射”过程中，文件服务器实际上扮演的是响应并处理请求的 服务器角色。而在“传送文件”过程中，文件服务器发出请求，它扮演的是客户 角色，而客户端文件传输守护程序才是扮演处理请求的服务器角色。由此可见， 在网络分布式计算的客户服务器模式中，客户端和服务器的身份是非常灵活的。 2 5 文件服务子系统中各模块功能分析 雾户崭弦萨痒秀争铲护寰舅庐运行于设计用户使用的客户端计算机上。客户端 文件传输守护程序的工作过程如下：接收文件服务器守护程序发出的连接请求和 传输控制信息，在本地计算机建立接收目录和生成接收文件，打开通信端口接收 文件。 客户端设计用户随时都有可能需要与文件服务器互传文件，而文件服务器守 护程序发出连接请求和传输信息，有赖于文件名映射模块依据w e bs e r v e r 提供的 1 0 华中科技大学硕士学位论文 = = = ! = = = ! ! ! = = ! ! = = ! = = ! = = = ! ! = = ! = = = ! = = 2 = = = = = = = ! ! = = “待传文件信息”搜索到文件服务器本地文件，这个时间通常是不确定的，文件 服务器守护程序发出连接请求和传输信息的时间也是不确定的。所以，客户端文 件传输守护程序必须时刻等待文件服务器的连接请求。因此，我们采用这样一种 方案：客户端文件传输守护程序以w i n d o w s ( n t ) 的服务( s e r v i c e ) 或者u n i x 的守护进程( d a m o n ) 的形式存在，启动后自动等待连接。 同时，客户端计算机是异构的。以船舶企业为例，客户端计算机包括普通的 p c 、用于三维图形建模的图形工作站等，这就给文件传输带来了以下的问题：( 1 ) 计算机存储数据的格式不同：( 2 ) 文件命名规则不同；( 3 ) 对于相同的功能，操 作系统使用的命令不同：( 4 ) 访问控制方法不同。因此，客户端文件传输守护程 序的实现涉及到跨平台运行的需要。我们决定采用j a v a 语言编程实现。 客户端文件传输守护程序还要能区分连接控制信息和文件。由于连接控制信 息和文件都以网络字节流的形式传输，如何区分它们必须考虑。一般情况下，可 以采用对传输内容进行自行编码的办法，但这样增加了文件服务器的负荷，也提 高了开发难度，故我们采用在客户端开启两个通信端口的做法，一个接收控制信 息、另一个接收文件。这样不仅解决了问题，同时由于客户端文件传输守护程序 是在单机上运行，通信负荷的增加是可以承受的。 w e bs e r v e r & 应历鼹务器期学传耢控确缝锼：樊樊其功能是：负责对发出文件 上传下载的客户进行身份验证，获取客户的信息( 计算机网络位置，端口号，所 需文件的名字等) ，向文件服务器传递“待传文件信息”。 w e bs e r v e r 文件传输控制连接模块是船舶生产设计管理系统w e bs e r v e r 应 用服务器的一个子模块，它的实现是内嵌于应用服务器之中的。 身份验证判断提出文件传输申请的用户是否是合法的系统与用户，判断通过 后根据用户的角色身份判断其是否具备读写权限。通过身份验证的用户的请求才 会被响应，否则被拒绝。由于用户进入船舶生产设计管理系统时，系统会进行身 份判断，并得出其相对于某工作节点的读写权限，所以文件传输控制连接模块中 华中科技大学硕士学位论文 = 鼍= = = = 竺兰芒= = = ! ! ! = = ! 苎= = 暑! = ! ! 詈= = = ! = ! 皇喜苎墨墨暑! = = = ! = = 苎烹竺! ! ! ! ! ! = ! ! ! 的身份验证工作将调用船舶生产设计管理系统的身份验证模块来完成，在此不再 详述。 由于文件服务器搜索待传文件、建立与客户端的连接需要一系列用户信息， 所以获取客户信息( 计算机网络位置，所开通信端口号，所需文件的名字等) 是 必须的。在客户端用户进入船舶生产设计管理系统后，已经建立了同w e bs e r v e r 的网络连接，应用服务器可以获取该网络连接的会话对象，文件传输控制连接模 块可以实现从该会话对象中提取用户信息。 w e bs e r v e r 文件传输控制连接模块将一部分与文件传输有关的工作提取出 来放在w e bs e r v e r & 应用服务器中实现。这样做的目的是为了减轻文件服务器的 宜担：同时，由于该部分的工作较之单纯的文件传输要泛化一些，将其放在一个 独立的模块中，可以为更多的相关模块提供服务，提高了软件的复用性。这样做 是符合软件工程的模块化思想的。 足斧名爱移蘑荧其主要工作是根据w e bs e r v e r 文件传输控制连接模块传来 的“待传文件信息”，从文件服务器本地查找待传文件。 由于船舶生产设计种类繁多、层次复杂，图纸量非常大，设计文件数量多。 由文件名直接查找本地文件是一件棘手的事情。在此，我们设计文件服务器采用 “文件名一文件编码一本地文件“的存储机制，文件名映射模块将文件名转换为 对应的文件编码。再由文件编码查找本地文件。单纯这样并不能保证文件查找的 快捷，必须在文件编码中包括文件存储位置的信息，所以必须建立文件编码机制， 可由文件编码直接解析为存储位置。 文件名与文件编码的对应关系存储在数据库表中，该表由文件服务器自身维 护，文件名映射模块通过数据库访问器( 如j d b c ) 访问该表。 文件名与文件编码是“一对多”的关系，即一个文件名对应一个文件编码， 而个文件编码对应多个文件名( 同一文件具有多个设计文件名) 。这样的存储机 制保证具有不同设计文件名的文件只被存储一次，有效的消除了存储冗余。 1 2 华中科技大学硕士学位论文 之斧废务器艾殍黼守护j 虽事其主要工作是接收“待传文件信息”，建立 与客户端的文件传输通道。 由于同一时间也许会有多个客户端提出上传下载请求文件服务器文件传输 守护程序必须能够响应多个客户，而非一次只执行于一个用户的通信。对服务器 一个接一个的处理请求，我们称之为迭代；对同时可以处理多个请求的服务器应 用程序，我们称之为并发服务器应用程序。在文件服务器文件传输守护程序中， 并发操作是很重要的。它直接关系到船舶生产设计能否并行进行。 2 6 小结 本章完成了文件服务子系统的体系结构的构筑，并且针对船舶生成设计的特 殊性，分析了文件服务的设计需求，给出了各个功能模块的设计要点和实现设想。 下一章将介绍保证功能模块间协调工作的模块通信规则，并进行设计。 华中科技大学硕士学位论文 = = = = = = = = = ! ! ! ! ! 皇= = = = = ! ! = ! ! ! ! ! ! ! ! ! = ! ! ! = = ! ! ! = ! ! ! ! 竺! 竺苎! 苎! = = 竺= = = = = ! ! 1 3 功能模块间通信协议的设计 生产设计管理信息系统应用于企业局域网( l a n ) 中。文件服务子系统从本质 上讲，是在i n t r a n e t 提供的应用层编程接口实现各个功能模块，在文件服务子系统 宕动后，各个功能模块程序运行产生应用进程( 进程是正在运行的应用程序) ，这 些应用进程使用互联网络提供的多种服务进行相互通信和协同工作，来完成网络 资源信息在具体应用逻辑( 生产设计管理信息系统) 中的共享和交换。 为保证文件子系统各功能模块能够协同工作、互相交互信息( 控制信息、数 据信息) ，必须确定功能模块交流信息时的一套规则。在网络环境下，这种为保证 网络实体( 实体是特定的软件模块) 准确进行信息交互而制定的规则被称之为协 议。在i n t e m e t 分层结构下，协议是同一层上两个对等实体通信的规则的集合。 在i n t e m e t 环境下，采用分层形式描述网络体系结构。每一层包含了一定的网 络服务，下一层提供给上一层网络服务，上一层利用下层提供的服务开发本层的 功能。在协议的控制下，两个对等实体的通信使得本层能够向上一层提供服务。 不同主机上的系统进行交互时，位于对等层次的网络实体通过本层协议进行 交互：层与层之间通过层间接口进行通信：下层通过接口向上一层次提供网络服 务，上一层次通过接口向下一层次提交服务请求。这样保证了最上层的请求能一 层一层的传递给底层得以实现【8 1 。 应用层是网络分层结构的最高一层，它为应用程序访问i n t e m e t 环境提供手 段，应用层协议提供了应用程序间的通信规则，并利用下层的服务实现。应用层 协议也可以理解为保证应用程序模块之间协调同步的一种通信机制。 为实现文件服务子系统，必须设计系统自己的应用程序通信的应用层协议， 利用其它层的服务来实现( 网络编程语言通常提供了调用层间通信接口的方法) 。 但是由于网络实体和网络应用环境的多样化，各层提供的网络协议的形式是多样 的，必须选择适合本系统的协议。本章将介绍如何选择应用层以下的网络协议， 并在此基础上设计自己的应用层协议。 1 4 华中科技大学硕士学位论文 3 1 网络协议介绍和t c p i p 协议 实现网络信息共享和交互，就需要实现不同系统中的实体的通信。实体包括 应用程序、文件传送包、数据库管理系统、电子邮件设备以及终端等。系统包括 计算机、终端和各种设备等。一般说来，实体是能够发送和接收信息的任何东西。 而系统是物理上存在的物体，它包含一个或多个实体。对于我们的文件传输子系 统来说，各个功能模块就是实体，它们包含于船舶生产设计管理系统之内。 两个实体要想成功的通信，它们必须具有相同的语言。交流什么、怎样交流 及何时交流，都必须遵从有关实体间某种互相能够接受的一些规则。这些规则的 集合称为协议，它可以定义为两实体间控制数据交互的规则的集合。协议的关键 部分是： 署罄( s y n t a x )包括数据格式。编码及信号电平等 孝义( s e m a n t i c s )包括用于协调和差错处理的控制信息 局r 步( t i m i n g ) 包括速度匹配和排序【1 4 j i n t e m e t 采用t c p i p 协议( t r a n s f e rc o n t r o lp r o t o c o l & i n t e m e tp r o t o c o l 国际互 联网网络协议集) ，t c p i p 协议为各种不同的网络设备提供了通用的编程接口。 目前，t c p i p 协议已经成为事实上的计算机网络互联标准。人们经常提到的 t c p f i p 并不一定是指t c p 和i p 这两个具体的协议，而往往是表示因特网所使用 的体系结构或是整个的t c p i p 协议族。 t c p i p 是一种分层模型描述网络。由基于硬件层次上的四个概念层次构成， 即应用层、传输层、p 层和网络接口层。如图3 i 所示： 概念性层次层次之间传输的对象 一 报文或字节流 一 传输协议分组 一 i p 数据报 一 特定网络帧 图3 - 1t c p f l p 概念性层次结构 1 5 一一一一一 华中科技大学硕士学位论文 = = 苎! = = = = = = = = = = = = = = = ! = = = ! ! 竺竺! = ! ! ! = 苎! = ! ! ! ! 皇! ! ! = 寰竺! ! ! ! 竺! = = ! ! ! 竺! 竺竺苎! ! 竺竺! ! ! ! ! ! = 1 ) 应用层。位于最高层，用户调用应用程序来访问t c p i p 互联网络提供的 多种服务。应用程序负责发送和接收数据。每个应用程序选择所需的传输服务类 型，可以是独立的报文序列，或者是连续的字节流。应用程序将数据按要求的格 式传送给传输层。网络应用程序依靠一个清晰的对话定义。在客户服务器系统中， 客户应用程序知道如何请求服务，并且服务器也知道如何响应。实现该层的协议 包括h t t p 、f t p 和t e l n e t 等。 2 ) 传输层。传输层的基本任务是提供应用层之间的通信，即端到端的通信。 传输层管理信息流，提供可靠的传输服务，以确保数据无差错的、按序到达。传 输层软件将要传送的数据流划分成分组，并连同目的地传送至下一层。t c p i p 中 实现该层的两个协议是传输控制协议( t c p ) 和用户数据协议( u d p ) ： 3 ) i p 层。i p 层处理机器之间的通信。它接收来自传输层的请求将带有目的 地址的分组发送出去。它允许将数据向相邻的t c p i p 网络上的任一宿主机上传 递，而不管每个网络在物理上的差别。网间协议( i p ) 是在该层中的机制。 4 ) 网络接口层。也称数据链路层，这是t c p d 的最底层。该层负责接收m 数据报并发送至选定的网络。它由用于向同一个物理网络上传输数据的低级协议 组成。非t c p i p 协议比如e t h e m e t ( 以太网) 、t o k e n r i n g ( 令牌环) 、f d d i ( f i b e r d i s t r i b u t e dd a t ai n t e r f a c e 光纤分布式数据接口) 和a t m ( a s y n c h r o n o u st r a n s f e r m o d e 异步传输模式) 实现了这一层1 1 5 j 。 包括在这些层中的数据是使用普通机制封装的：协议拥有一个头，用于标识 下述元信息，比如源、目标和其它属性，另外协议还有包含真实信息的数据部分。 在t c p i p 的四层结构中，i p 层和网络接口层提供的是面向硬件连接的网络 协议，我们开发文件服务子系统，并不需要过多考虑这两层协议，因为我们无需 关心实际网络的硬件结构，连接方式实现的细节，开发所采用的实现语言( 如j a v a ， d e l p h i 等) 的应用编程接口( a p i ) 已经提供了特定操作系统中调用这两层网络服 务的语法( s y n t a x ) 。而是应该考虑如何协调文件服务子系统中各个功能模块在网 1 6 华中科技大学硕士学位论文 络通信中的行动【”1 1 1 6 1 。 应用层的具体内容是规定应用程序在通信时所遵循的协议。传输层提供与应 用层程序的对话，并提供了数据划分、屏蔽下层网络传输细节的端到端的通信。 所以，我们应该考虑传输层与应用层协议的选取和设计。 从以上分析可以得出，文件服务子系统中各功能模块与i n t e r n e t 网络协议的 关系： 客户端 服务器端 c ：= ：令跫鼬漶 = = = 物理连接 图3 - 2 文件服务子系统网络连接图 从上图可以看出，要设计文件服务子系统，需要做的工作是：选择应用进程 之间通信的传输层协议，自行设计功能模块之间通信的应用层协议，并使用程序 语言实现。 3 _ 2 文件服务子系统传输层协议的选择 本节将介绍传输层协议中t c p 协议和u d p 协议的异同，针对文件服务的要求 进行选择。 1 7 华中科技大学硕士学位论文 ! 竺：= = 竺= = = = = = 竺竺竺= = 竺! ! = = ! ! ! ! 竺= ! 竺! ! ! ! = 竺! 苎= = ! = ! ! 竺= = ! ! 竺= ! ! 竺= = ! 竺= 竺= 竺= 3 2 1t c p 协议和u d p 协议 传输层协议是整个网络体系结构的关键之一。从通信的角度看，传输层向上 面的应用层提供通信服务，它利用i p 层提供给它的服务去开发本层的功能，实现 对应用层的服务【7 i i ”1 。 t c p i p 的传输层由两个不同的协议，即：用户数据报协议u d p ( u s e r d a t a g r a m p r o t o c 0 1 ) 、传输控制协议t c p ( t r a n s m i s s i o nc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) 【”】【”】。 根据o s i r m ( o p e ns y s t e mi n t e r c o r m e c t i o nr e f e r e n c em o d e l 开放系统互联基 本参考模型) 的术语，两个对等传输实体在通信时传送的数据单位叫做运输协议 数据单元t p d u ( t r a n s p o r t p r o t o c o ld a t au n i t ) 。但在t c p i p 体系中，则根据所使 用的协议是t c p 或u d p ，分别称之为t c p 报文段( s e g m e n t ) 或u d p 数据报。 u d p 和t c p 都使用了与应用层接口处的端口( p o r t ) 与上层的应用进程进行 通信。端口是个非常重要的概念，它将运行在同一个系统中的各种t c p 通信流分 开，有了端口，传输层就能进行复用和分用。因为应用层的各种进程是通过相应 的端口与传输实体进行交互。当传输层收到i p 层交上来的数据( 即t c p 报文段 或u d p 数据报) ，就要根据其首部中的端口号来决定应当通过哪一个端口上交给 应当接收此数据的应用进程。没有端口就无法分开应用层的不同进程。 u d p 彭i a u d p 在传送数据之前不需要先建立连接。远地主机的传输层 在收到u d p 数据报后，不需要给出任何确认。虽然u d p 协议不提供可靠交付， 但在某些情况下切) p 是一种最