（机械电子工程专业论文）基于web的工业远程实时监控系统研究.pdf

摘要 基于w e b 的工业远程实时监控系统研究 摘要 基于w e b 的远程监控系统是以w e b 作为通信平台的监控系统，是网络技 术、计算机技术和监控技术的结合。i n t e r n e t 技术的迅速发展促使基于网络 的监控技术在工业控制领域得到越来越广泛的应用。 传统的工业远程监控系统往往采用以实时数据库为核心的c s 结构搭 建，客户端需要安装专门开发的软件，给系统维护人员带来了很大的不便； 另外，实时数据库开发的复杂性也大大增加了系统的成本。本文在深入研究 国内外远程监控技术现状的基础上，以北京市科委重点支持的中央空调远程 监控系统项目为背景，提出了基于w e b 的工业远程实时监控系统的结构框 架并开发完成。 在本系统中采用b s 结构的瘦客户端技术和m v c ( m o d e l v i e w c o n t r o l l e r ) 模式构建w e b 服务器，实现了设备维护m i s 系统和客户端在线 实时监控功能，系统用户只需通过访问w e b 服务器就可以完成对现场设备 的各种监控功能，方便了用户使用和系统本身的升级和维护；同对以应用服 务器代替实时数据库作为远程监控系统的数据管理层，专门负责实时数据的 传输和管理。通过用户监控终端页面内嵌的a p p l e t 程序和应用服务器之间 的通信，就可以和被监控设备建立起实时数据通道，从而保证了监控系统的 实时性；远程监控终端采用嵌入式系统开发，并充分利用c 语言运行速度 快、效率高的特点完成现场数据的采集和远程通信功能，在实际测试中取得 了很好的效果。 关键词：远程监控；w e b ；实时性；应用服务器 = ：! 星至些里奎兰! 兰墼墼篓耋堡兰兰= ：= = ! ! ：! ： t h er e s e a r c ho fw e bb a s e dr e m o t er e a l t i m em o n i t o ra n dc o n t r o ls y s t e m a s t r a c t r e m o t em o n i t o ra n dc o n t r o ls y s t e mb a s e donw e bi st h em o n i t o r i n gs y s t e m w h i c hu s e sw c bs e r v e ra sc o m m u n i c a t i o np l a t f o r m i ti st h ei n t e g r a t i o no f c o m p u t e rt e c h n o l o g y , n e t w o r kt e c h n o l o g ya n dm o n i t o ra n d t r o lt e c h n o l o g y w i t ht h er a p i de v o l u t i o no fi n t e r n e t ，t h em o n i t o r i n gt e c l m i q u eb a s e do ni n t e r n e t h a sb e e nu s e dm o r ea n dm o r ei nt h ei n d u s t r yc o n t r o l s t h ec sa r c h i t e c t u r eb a s e d0 nr e a l - t i m ed a t a b a s eh a sb e e nu s e dc o m m o n l y i nt r a d i t i o n a li n d u s t r i a lr e m o t em o n i t o r i n g c o n t r o ls y s t e m s ，t h e r e f o r e s p e c i a l s o f t w a r eh a st ob ei n s t a l l c di nt h ec l i e n t t h u sal o to ft r o u b l ew a sb r o u g h tt ot h e m a i n t e n a n c ee n g i n e e r s ，b e s i d e s ，t h es y s t e mc o s tw o u l db ei n c r e a s e di no r d e rt o d e v e l o pr e a l - t i m ed a t a b a s e t h et e c h n o l o g i e so fw e b - b a s e dr e m o t ec o n t r o la r e d e e p l ys t u d i e di nt h i sd i s s e r t a t i o n t h ei n d u s t r i a lm o n i t o ra n dc o n t r o ls y s t e m a r c h i t e c t u r eb a s e do nw e bh a sb e e nb r o u g h tf o r w a r dw i t ht h eb a c k g r o u n do ft h e s c i e n c ea n dt e c h n o l o g yc o m m i t t e eo fb e i j i n gc i t y s u p p o r t e dc e n t r a l a i r - c o n d i t i o n e rr e m o t em o n i t o ra n dc o n t r o lp r o j e c t t h eb sa r c h i t e c t u r ea n dm v cm o d e lw e r ea d o p t e di nt h es y s t e m a l ls o r t s o ff u n c t i o n sh a v eb e e ne s t a b l i s h e dt h r o u g ha c c e s s i n gt h ew e bs e r v e r t h u st h e u t i l i t y ，u p g r a d ea n dm a i n t e n a n c eo ft h i ss y s t e mh a v eb e e nm a d ee a s i l y a tt h e s a n l et i m e ，t h er e a l t i m ed a t a b a s ew a sr e p l a c e db ya p p l i c a t i o ns e r v e ra sd a t a m a n a g el a y e rw h i c ht a k ec h a r g eo ft h er e a l t i m ed a t at r a n s m i s s i o n n l er e a l t i m e d a t at r a n s m i s s i o nc h a n n c lw o u l db ee s t a b l i s h e db e t w e e na p p l e te m b e d d e di nw e b p a g e sa n dm o n i t o r e de q u i p m e n tt h r o u g ht h ea p p l i c a t i o ns e r v e r b yt h i sm e a n s ， t h es y s t e mr e a l - t i m eq u a l i t yw a si m p l e m e n t e d t h er e m o t em o n i t o rt e r m i n a lu n i t w a sd e v e l o p e dw i t he m b e d d e ds y s t e m w h i c hc o m p l e t e dt h ef u n c t i o n so fd a t a c o l l e c t i o na n dr e m o t ec o m m u n i c a t i o n s 。a l lo ft h e s ep r o m o t e dt h er e a l t i m e q u a l i t ya n dh a v eg o te x c e l l e n te f f e c ti ne x a c tt e s t s k e y w o r d s ：r e m o t em o n i t o ra n dc o n t r o l ，w e b ，r e a l t i m e ，a p p l i c a t i o ns e r v e r 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本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，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 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。 申请学位论文与资料若有不实之处， 本人签名：五至垃 本人承担一切相关责任。 日期：巡盘! 凰三! 鱼 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。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磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：茏皇坠 日期： 丝照! 苴兰! 基 导师签名：乏立涩幺 日期：型3 i l 第l 章绪论 1 1 引言 第1 章绪论 当今社会随着计算机、网络通信技术的快速发展，i n t e r n e t 得到了广泛 的应用，使得人们传统的生活、工作方式也随之有了巨大的改变，远程教 育、网上图书馆、电子商务等许多基于网络的新技术由于给人们带来了前所 未有的舒适、便利的工作和生活环境，已经为人们所接受和认可。同样在工 控领域，网络技术也已经引起了人们极大的关注，并且在电力调度自动化 ( s c a d a ) “3 、机电设备远程监控等领域得到越来越广泛的应用。传统的工业 远程监控系统往往采用专线或者无线的方式作为数据传输的通道，这些传输 方式由于开发时间长、成本高，而且易受周围环境的影响等等其它原因而不 能得到大范围的推广，只适用于一些特殊的场合。髓着i n t e r n c t 的普及范嗣 逐渐扩大，w e b 技术的日趋成熟，基于弼络的工业远程监控方式将对远程 工业监控领域产生巨大的影响。 1 2 基于网络的工业设备远程监控的特点及意义 采用i n t e r n e t 作为远程监控平台，是一项很有前途和潜力的技术，它 不仅充分利用了现有的资源，拓宽了i n t e r n e t 的利用范围，而且也使远程 监控降低了成本、扩大了远程化的距离，并且实现了任意节点的访问机制。 另外一个方面，通常需要远程监控的工业设备，由于分布区域广，造成监控 管理及维护都十分不便，在传统情况下，工程维护人员只能定期到工作现场 检查，却不能及时地检测、发现实际存在的隐患，致使设备长期处于“带 病”状态运行，一旦发生故障常常会带来不可估量的损失。因此，采用基于 网络的工业设备远程监控技术对于传统的工业远程监控系统来说意义重大。 首先，基于网络的远程监控技术可以利用远程的人力资源。远程专家学 者可以通过网络获得远程的j | 矗控数据，并进行分析和处理，找出问题所在， 提出改进的意见，从而可以大大提高产品的科技含量，增强产品的竞争力。 其次，远程监控技术可以充分利用远程的物质资源。任何一个生产实体或科 研单位都不可能拥有全部的生产和科研设备。通过该技术，就可以共享远程 北床邮电大学工学硕士学位论文 设备进行研究和探索。第三，远程监控技术可以对远程设备进行全方面的监 控，获得现场实时的监控数据，为远程故障诊断技术提供详细的参考资料， 确保该设备的安全运行。 随着近年来w e b 及其相关技术的不断成熟，基于w e b 的设备远程实时监 控系统已经成为热门的话题，并正在逐步迈向实施。基于w e b 的设备远程实 时监控系统，是通过计算机网络连接各生产现场和控制系统的信息系统，客 户端只要拥有浏览器就可以方便地进行通信。可以用浏览器来进行过程参数 的设定或控制对象的关闭和开定，从丙实现整个企业监控系统信息的采集、 分析、统计、存储，让管理层和全厂各部门都能看到过去只有操作人员才能 看到的生产现场的实时状况。通过局壤网、广域网、周际互联网，使企业内 部、企业之间、坐落在不同地区的企业各部门之间交流生产信息，使出差在 外的人员能及时了解到生产情况，实现对生产现场的远程调度、指挥决策 ( y 1 3 工业远程监控技术国内外研究现状 1 3 1 国外研究现状 远程监控最早来自于医疗系统中韵远程诊断系统，但随着互联网技术 豹飞速发展，在制造、冶金、石化、电力等领域已经有许多企业采用了设备 远程在线检测和故障诊断系统，并取得了较为显著的成效。对工业过程的远 程监控是工业自动化发展的一个重要方向，国际控制基金会2 0 0 2 年在西班牙 举行了基于i n t e r n e t 控制研究的研讨会，许多学者和开发人员已经开始研究 设计基于i n t e r n e t 的远程监控技术实现对工业过程的监控，基于i n t e r n e t 的 远程监控技术已经逐渐成为新一代的监控模式。 目前，国外在这方面研究已经做了许多的工作： 斯坦福大学和麻省理工学院合作开发了基于i m e m e t 的下一代远程 诊断系统( i n t e r n e t - b a s e dn e x tg e n e r a t i o nr e m o t ed i a g n o s i s ) ，美国的 d m 2 0 0 0 系统和f d s 系统都是网络系统，能对多台设备同时进行监 测和智能诊断多种典型故障，并具有远程通信能力，能与企业的管 理和控制系统联网通信，使企业不同部门都能同时获得设备遥行状 态信息，也能对不同地区不同企业的设备进行监测和诊断等； s u nm i c r o s o f t 和c y b e r o n i c s 研制了一组发酵器的新一代控制系统， 第1 章绪论 在这个系统中，使用西门子p l c 控制发酵器，并由一个s u n j a v a s t a t i o n 瞬络计算机监控，通过j a v a 应用程序控制温度、p h 值 等。“； 美国n a t i o n a li n s t r u m e n t s 公司在其虚拟仪器产品l a b v i e w 中加入了 网络通信处理模块，因而可以在基于网络范围内进行监控数据的传 送： 美国w e s t w o o d 公司在其诊断操作中心可以远程在线检测和诊断全 美二十多个电厂的运行情况： 丹麦的b & k 公司开发的c o m p a s s 系统也可以通过卫星通信对设 备进行监测和远程诊断“1 。 1 3 2 国内研究现状 8 0 年代术以来，随着国内计算机产业的迅猛发展和普及应用，许多设 备制造企业进行了以信息技术为基础的改造，已经基本具备了实现远程故障 监测、预报、诊断技术的硬件体系结构。在软件方面，实时监测、远程监 测、故障诊断等单元技术都有了一定成果和经验。 目前，许多大学在不同的领域对工业远程故障监测、诊断技术进行了研 究，其中西安交通大学、哈尔滨工业大学、华中科技大学、上海交通大学的 研究成果比较具有代表性： 由西安交通大学开发的基于i n t e r a c t 的快速成型和快速加工技术。 只要用户安装w w w 浏览器，就可以通过h t t p 获得远程服务部 t s b ( t e l e s e r v i c eb u r e a u ) 在线技术支持和数据交换。比如提供3 d c a d 文件和物理模型，加工测试数据反馈给t s b 等； 上海交通大学的纳米科技研究中心的蔡英文等在分析因特网信息传 输机制的基础上，采用协议和客户机服务器模式实现了多用户远程 分权控制扫描隧道显微镜仪t c p i p s t m 仪器。应用该软件系统可 以对远程设备进行实时控制，同时用户与操作者之间可以进行任意 两者之间的语音与视觉交流，从而实现了科学实验的设备无关性， 突破了现有科学研究对操作时间与地点的限制。为大幅度提高现有 设备的使用效率和创建新的科研模式奠定了基础。该系统成功地实 现了北京上海两地之间的远程演示n ，； 武汉理工大学的黎洪生等提出基于b s 的远程故障诊断专家系统的 ：苎塞些! 竺查兰三兰堡圭i 垒丝兰= ： ：=： 研究： 华中科技大学从事了设备故障远程诊断方面的研究工作。对其中的 远程信号采集、丌放式专家系统设计、诊断知识共享等几个待解决 的关键问题做了讨论。 1 4 本文选题背景及研究内容 本课题来自于北京市科委重点支持的彩虹项目，本着企业信息化、网络 化的宗旨，为北京某中央空调生产厂商设计并实现一套基于网络的远程实时 设备监控系统。该空调厂家原有的设备并不具备远程在线监控的功能。故障 发生后只能由客户通知厂家进行设备维修，由于中央空调设备分布范围广， 而且故障诊断只能由维护人员到设备现场进行调试，给工作人员带来了很大 的不便，同时也使设备的维修周期大大加长。影响了用户的使用。基予以上 原因，本项目开发的中央空调远程实时监控系统需具备以下功能： 系统设计要求能够方便的与企业现有的信息管理系统集成； 实现对各种型号的空调设备的管理，方便用户对设备信息的查询、 修改等功能； 能够兼容现有中央空调设备的硬件组成，尽量利用现有设备的已有 的参数采集及控制系统，在此基础上完成空调设备的管理、远程实 时运行参数韵采集、存储、显示及故障的诊断功能； 充分考虑到中央空调设备分布区域广、监控距离远的特点，根据现 有的网络条件设计出一套成本低、开发周期短的实时监控系统。 本论文主要以作者在课题中承担的工作为基础，以中央空调远程实时监 控系统为应用背景，完成了基于w e b 的中央空调远程实时监控系统的研究 与开发，并分章节对系统的详细设计及实现进行了阐述，主要工作如下； ( 1 ) 全面、系统地研究髓控系统的原理、组成结构，深入了解远程监 控系统在国内外的发展现状。 ( 2 ) 对基于网络的远程监控系统设计及实现中所应用到的网络基本理 论进行介绍，并对b s 与c s 的体系结构结构进行了比较，分析 了每种体系结构的特点。 ( 3 ) 对现有远程监控系统进行了比较和分析，并根据项且实际要求， 制定出中央空调远程实时监控系统实现方案，对系统各部分硬件 结构组成和软件流程进行阐述分析。 第1 章绪论 ( 4 ) 对监控系统主控中心进行建模分析并给出具体实现过程，对其中 采用的技术方案进行了详细的介绍。最后，对研究成果和课题进 行总结与展望，根据实际需求，结合最新的计算机应用技术，对 课题下一阶段的研究和推广应用作进一步规划。 第2 章远程监控系统网络基本理论 第2 章远程监控系统网络基本理论 2 1t c p ，i p 体系结构 2 1 1 开放式通信模型简介哺，7 ，8 t c p i p ( 传输控制协议网际协议，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 t p r o t o c 0 1 ) 是发展至今最成功的弼络通信协议，它被用于当今最大的开放式 网络系统i n t e r n e t 上就是其成功的证明。它最初的设计是为了满足美国国防 的需要，今天，i n t e r n e t 已经发展豹更加商业化，尽管基本目的发生了改 变，但其最初的所有质量标准( 开放性、抗毁性和可靠性) 依然是必须的。 这些特性包括可靠传输数据、自动监测和避免网络发生错误的能力，更重要 的是t c p i p 是一个开放式的通信协议，开放性意味着在任何空间，不管这 些设各的物理特性有多大差异，都可以进行通信，开放式通信的关键在于理 解所有两端系统相互之间通信和共享数据所必须的功能，这些必须的功能以 及建立他们时必须发生的先后顺序是开放式通信的基础，只有两端系统对如 何通信达成一致，它们才能通信。 ( i ) 0 s i 参考模型 开放系统互联( o p e ns y s t e mi n t e t c o n n e c t i o n ，o s i ) 模型是由国际标准 化组织( i s o ) 于1 9 8 3 年开发的网络参考模型，该模型广泛适用于分层的 网络体系结构定义框架，o s i 模型的七层体系结构如表2 1 所示： ：一：一：= = ：些燮兰鐾望兰兰堡篁圣= = 一：一= 一一： 层次名称功能应用协议 应用层( 7 ) 提供网络与应用进程接口。 t e l n e t 、f t p 、 h t t p 表示层( 6 ) 数据的表示，完成数据转换、工作站服务，网络 压缩和加密，实现数据安全等转向器 功能。 会话层( 5 )会话的连接、管理及数据传输 n e t b i o s 的同步等。 传输层( 4 )建立、维护帮拆除传送连接，t c p 、u d p 、s p x 提供端到端的错误恢复和流控 制。 网络层( 3 )解决路由选择、拥塞控制、网i p 、s p x 络互连等问题。 数据链路层( 2 )实现误差错传输提供信息流e t h e m e t 、a t m 、 量调节机制。 t o k e nr i n gf d d i 物理层( 1 ) 确保位流的传输，提供链路所第5 类双绞线、光 需的机械、电气功能和规程特纤、集线器等 性等。 表2 - 10 s i 模型的七层体系结构 但o s i 模型并非网络体系结构的全部内容，因为它并未确切的描述各 层的服务和协议，仅说明每一层应完成的功能。它只是一个简单的理论模 型。在现实两络中，大多数协议并不真正的遵从o s i 规范。但只有整体理 解了o s i 七层参考模型，才能更好地理解网络协议、网络通信及其他的网 络体系结构。 ( 2 ) t c p i p 参考模型 与o s i 参考模型不同，t c p i p 模型更侧重于互连设备间的数据传递， 而不是严格的功能层次划分。它在计算机网络体系结构中占有非常重要的地 位，几乎所有的工作站都配有t c p i p 协议。这就使得t c p i p 成为计算机 网络事实上的国际标准，即工业标准。它的设计是基于美国国防部 ( d e p a r t m e n to fd e f e n s e ，d o d ) 模型的，由于它更强调功能分布而不是严 格的功能层次的划分，因此它比o s i 模型更灵活，t c p i p 的参考模型与 o s i 参考模型的比较如表2 2 所示： 第2 章远程监控系统网络基本理论 t c p i p 参考模型 o s i 参考模型 应用层( f t p 、h t t p 、t e l n e t 等)应用层、表示层、会话层 传输层( t c p 、u d p )传输层 网络互连层( i p )网络层 主机和网络连接层( 各种网络接口)数据链路层、物理层( 底层) 表2 - 2t c p i p 参考模型和0 s i 参考模型的比较 下砸是对t c p i p 参考模型各层的介绍： 应用层：应用层提供计算机之间的高层网络通信，相当于o s i 模型 中的应用层、表示层和会话层。应用层协议指定在客户端和服务器之间传输 命令，提供标准的访问方法。应用层的协议主要有文件传送协议f t p ，远程 登录协议t e l n e t ，超文本传输协议h t t p 等。 传输层：该层与o s i 模型的传输层相似，该层为网络中的主机提供 了面向连接或无连接通信。如：传输控制协议( t c p ) ，它是面向连接的， 在两个对等实体( 既可以是软件实体如；一个进程，也可以是硬件实体 如：智能输入输出芯片) 间进行可靠传送的协议，它保证源终端发送的字节 流毫无差错地按顺序到达目的终端；用户数据保协议( u d p ) ，它是一个不 加插错控制、非连续的传输协议。 网络互连层：该层定义了互联网络协议( i p ) 的报文格式和传送过 程，对应于o s i 参考模型的网络层。该层的工作负责解决路由，跨网络传 送等问题，把i p 报文从源端传送到目的端，协议采用非连接的传输方式， 不保证i p 报文顺序到达。 网络访问层：网络访问层对应于o s i 模型的底端两层：数据链路层 和物理层，该层的主要功能是从网卡中接受或发送数据。该层的标准包括 e t h e m e t 、令牌环、光纤分布数据接口( f i b e rd i s t r i b u t e dd a t ai n t e r f a c e ， f d d i ) 和帧中继等。 t c p i p 具有如下特性：( 1 ) 电好的破坏恢复机制；( 2 ) 高效的错误率 处理；( 3 ) 平台无关性；( 4 ) 能够在不中断现有服务的情况下加入网络； ( 5 ) 低数据开销等。从面使跨平台或异构网络互连成为可能。 ：=：些圣竺皇! 耋窒! 茎堡圭兰! 兰篁童：! ：= ：=： 2 1 2t c p i p 体系各协议的层次关系 应片 协议( t e l n e t 、f t p 、h t t p 等) 一t 一一 应用排议( 丁f t p 、d n s 、n f s 锋)应用层 一i 一一一 传 j l 层 罔烙互连层 ， 一一，!l：一 物理层机制( t a n 、a t p a n 它i 、分组无线甩、x 2 5 荨) 髑络访问层 ! 。一一一，。一j 图2 一lt c p i p 体系各协议的层次关系 由图2 - 1 中可以看出，t c p i p 实际上是一个相关协议组而不仅仅是 一个协议。其中主要包括：i p 是网际层协议，保证互联网的连接。t c p 是面向连接、高度可靠的传输层协议，它的目的是在不可靠的互联网上建立 可靠的端到端的字节流。u d p 是一个简单的、尽力转发数据报协议，它 是面向无连接的、提供高效率但不可靠的传输层服务，它的忧点是高效率， 不必建立和释放连接，节省了许多开销。i c m p 是在i p 网络内为控制、 测试、管理功能而设计的多层协议，各种i c m p 协议从传输层延伸到应用 层。 2 1 3i p 协议及功能 在t c p i p 体系结构中，i p 协议是非常重要的，它保证了互连网络的连 接它从一开始就是为网络互连而设计。 i p 协议的主要功能有： 1 寻址和路由，l p 最主要的功能是把报文送到特定的目的她。连接源 和目的地网络中的路由器或者交换机，使目的i p 地址确定经过网络的最优 路径。目的机可能会和源机通信，所以i p 报文中包含了源机器地址。 2 分段和重组，当应用数据的一段不能完全包括在一个i p 报文中 时，就必须分段成两个或更多的报文。当分段发生时，i p 还必须能重组报 文，尤其是源和目的机必须理解与遵守完全相同的分段数据过程。否则，将 不可能重组为了报文转发而分成多个段的过程。当数据恢复成与源机器上的 尊 一 一 一 j 一 第2 章远程监控系统网络基本理论 相同格式时，传输数据就被成功重组了。i p 头域中用分段标志来标识分段 的数据片。 3 检测和补偿在传输过程中遭到破坏或丢失的报文，有许多方式可能 使报文破坏：无线电频率干扰( r f i ) 和电磁干扰( e m i ) 是两大干扰因 素。报文以与源机创建时不同的位模式到达目的机时，就认为报文被破坏 了。造成报文丢失的原因有：网络拥塞会导致报文t t l 超时，检测到报文 t t l 超时的路由器会简单地把报文丢弃；另一种情况是，报文遭到e m i 或 者r f 【干扰，可能把头信息变得没有意义，在这种情况下，报文也将被丢 弃。当报文不可能被转发或者不可用时，路由器必须通知源机器。i p 使用 其头结构中的源机器i p 地址来通知源枫器。i p 不包括重传机制，但通知源 主机可能会导致重传报文。 2 1 4t c p 协议及功能 t c p 是使用i p 提供可靠的应用数据传输的传输层协议，在两个或多个 主机之间建立面向连接的通信。和i p 一样，t c p 的功能受限于其头中携带 的信息。因此要理解t c p 韵机制和功能就必须了解t c p 头中的内容。 t c p 协议的主要功能有： 1 多路复用数据流，t c p 不只被限制于一个应用，它能同时发送多个 应用的数据，t c p 把他们打包到数据段中之后传给i p 。相似的。t c p 也能 同时接收多个应用的数据。t c p 能跟踪到达豹报文要转发到的应用程序， 这通过端口来实现，在t c p 头域中既包含源端口号又包含目的端口号。 2 重新排序，有许多原因导致到达目的机的报文经常是乱序的，如： 在一个利用率很高的网络中，i p 可能对报文选择通过网络的不同路径。另 一种博况是，报文在传输的过程中可能丢失或损坏，这样接收应用程序所需 数据序列会被丢弃。目的机器的t c p 会缓存接收到的数据段，直到把它们 正确的重新捧序。通过t c p 头结构中的序列号域完成对接收数据段的重新 排序。 3 测试数据的完整性，封装在t c p 段中的数据经过t c p 执行的数学 计算，并把结果放在t c p 头的校验和域中。当数据到达目的地后，对接收 数据执行相同的数学计算，产生的结果和t c p 头中存储的结果比较，如果 二者相同，则数据没有被改动过。否则，给源主机发送一个请求。请求重发 一份数据拷贝。 4 速率适应的流控，在t c p 会话中，源和目的机器对流向其物理 缓存中数据流有控铡薤力，这通过t c p 窗口大小实现。源和目的机的窗口 大小通过t c p 头进行通信。当一台主机要被接收到的数据淹没时，通过通 知新的窗口大小，会减小发送机的速率。如果机器的缓存完全被填满，它就 会发送一个有关最后收到数据的应答报文，其中新的窗口大小为0 。这样会 有效地使发送停止，直到拥塞的机器能清理掉其缓存。可通过重新设置大于 0 的窗口尺寸来启动发送。这个机制能有效地调整两台机器之间的数据流， 但它只保证通信的端系统不被接收的数据所淹没。它没有考虑网络拥塞情 况，t c p 通过计时器来实现拥塞管理。 5 计时器控制机制，当传输一个数据段时，设置个计时器。若计时 器在接收到应答之前停止( 减少到0 ) ，数据段就被认为己丢失，会重传 它。计时器还可以间接管理网络拥塞，其方法是当超时出现时减慢传输率。 若一台机器发生了缓冲上溢问题，并发回一个0 窗口尺寸的应答，传输节点 会停止发送。但如果后续非0 窗口尺寸的应答丢失，发送会话会处于危险境 地。源机器使用p e r s i s t 计时器通过周期询问目的机的窗口大小来保证不会 发生这种情况。如果查询仍不能得到窗口大小，t c p 协议会重新设置连 接。另一个计时机制称为最大段生存时间，它使t c p 能识别已在网络中传 输了很长时间且可能己被替换的数据报，接收到超过最大段生存时间的数据 报将被简单抛弃。 6 对收到的数据做出应答，重传在传输过程中损坏或丢失的数据，如 果a c k 被设置，目的机就要对接收的数据做出应答。由于t c p 用于可靠模 式，所以a c k 不被设置的情况很少见。没被应答的数据被认为在传输过程 中已丢失，并被传输。 2 1 5h t t p 协议及特点 ( 1 ) w w w 的组成 w w w ( w o r l dw i d ew e b ) 是基于i n t e r n e t 、采用i n t e m e t 协议的一种 体系结构，是i n t e r a c t 提供的一种服务，w w w 的组成主要由以下三部分组 成： u r l ( u n i f o r mr e s o u r c el o c a t o r s 统一资源定位器) ：w e b 使用的 地址方案，通过它标识w e b 页面和其它资源；是能确定资源在网络中位置 的文本字符串。 第2 章远程监控系统网络基本理论 h t m l ( h y p e r t e x tm a r k u pl a n g u a g e ，超文本标记语言) ：h t m l 是 所有测览器都可以理瓣的标准语言，它是由一组标明w e b 页面内容的标记 组成，与平台无关，可以高效地从一个计算机环境到另一个计算机环境，易 于使用、编码简单是它的两大特点。 h t t p ( h y p e r t e x tt r a n s f e rp r o t o c o l ，超文本传输协议) ：是专门为 w e b 设计的一种应用层网络协议。即：h t t p 是 w e b 应用的基本协议，w e b 浏览器和服务器用h t t p 来传输w e b 文档。 ( 2 ) h t t p 协议 w w w 要实现的目标包括：分布式信息系统：对多种协议提供一 个统一的通用接口：对超媒体的支持；可扩充性，能够支持所有的数据 格式等。h t t p 之前的其它协议都不能完成上述要求，这样h t t p 协议就应 运而生了。h t t p 觌范表明，它是一种辗据明确性和速度要求，为建立分布 式协作超媒体信息系统而设计的协议属于应用层协议，位于t c p i p 协议 层的项层。它可以用来传输各种对象，而不必考虑其数据类型。 1 h t t p 协议的通信交换过程 h t t p 协议建立在t c p i p 连接之上，缺省的t c p 端口号是8 0 ，也可 以使用其它端口号，w e b 服务器在端口8 0 上接受来自多个远端客户连接， 如图2 2 所示： 图2 - 2w e b 服务器接受来自多个远程客户连接 w e b 服务器运行着一个守护进程( h t t pd a e m o n ) ，它始终在端口8 0 监听 来自远端客户的请求。当一个请求发来时，它就会产生一个子进程来处理当 前请求，守护进程继续以后台方式进行，在端口8 0 继续监听来自远端的连 接请求。h t t p 通信中客户提出请求要带上全部必要的信息，客户机和服务 器之间不能对不确定的问题进行磋商。 ! 一= ：一：一；：! ! 型坠兰三兰矍坐! 竺：一： 2 h t t p 的功能与特点 ( 1 ) 以c l i e n t s e r v e r 模式为基础，h t t p 支持客户，服务器之间通信及 相互传递数据，一个服务器可以为分布在世界各地的许多客户服务。 ( 2 ) 简易性，h t t p 被设计成一个很简单的协议，使得w e b 服务器能 高效地处理大量请求，客户机要连接到服务器，只需发送请求方式和u r l 路径等少量信息即可。h t t p 规范定义了七种请求方式( g e t 、h e a d 、 p o s t 、d e l e t e 等) ，每一种请求方式都允许客户以不同类型的消息与w e b 服务器通信，h t t p 的通信与f t p 、t e l n e t 等协议相比，速度快而且开销 小。 ( 3 ) 灵活性与内容一类型( c o n t e n t - - t y p e ) 标识，h t t p 允许传送任 意类型的数据，可以利用h t t p 传送任何类型的对象，并让客户程序能恰当 地处理它们：内容一类型标识指示了所传数据的类型。对任意格式传输数据 的完全开放性是h t t p 和w e b 所提供的最重要的优越性。 ( 4 ) 无连接性，“无连接”意昧着每次连接只限于处理一个请求，客 户要建立连接，需先发出请求，收到响应，然后断开连接。采用这种“无连 接”协议，在没有请求提出时，服务器就不会在那里空闲等待。完成一个连 接请求之后，服务器不会为这个请求负责，从而不用为保留历史请求而耗费 资源，这在服务器的一端实现起来是很简单的，因为只需保留活动的连接， 不用为请求间隔而浪费时间。 ( 5 ) 无状态性，由于缺少状态，使得h t t p 累赘最少，系统运行效率 高，服务器反应快，但同样由于没有状态，协议对事务处理没有记忆能力， 若后续事务处理需要有关前面处理的信息，那么这些信息必须在协议外面保 存。另外，缺少状态意味着所需的前面信息必须重现，导致每次连接需要传 送较多的信息。 2 2c s 与b s 结构 2 2 1c s 基本结构及特点 客户机，服务器( c s ) 是指两个系统或两个进程的关系，客户机请求服 务器系统为之完成工作，服务器提供客户要求的服务。大多数情况下应根据 请求者与被请求者的关系来确定哪一方是客户机，哪一方是服务器， 从计算机体系结构的观点，可以把c s 结构的概念分解为“硬件的c s 第2 章远程监控系统网络基本理论 结构”和“软件的c s 结构”。硬件的c s 结构是指给定的处理任务在两台 或多台机器之间进行分配，其中客户机用来提供用户接口，硬件服务器提供 可供客户机使用的各种资源。把提供服务的一方称为硬件服务器。如：打印 服务器、文件服务器等。软件的c s 结构是指一个软件系统或应用系统按照 逻辑功能分成若干个组成部分，再根据相对角色的不同，将其分别定义为客 户软件和服务器软件。客户软件能够请求服务器软件提供服务。服务器软件 则是专门用于处理客户请求的软件，软件服务器常提供下列类型的服务： 1 ) 数据库服务器；2 ) 远程过程调用；3 ) 应用程序服务等。 在c s 结构中，客户进程请求服务器进程，由服务器迸程执行完任务 后，将结果返回给客户，这是最基本的c s 模式。它采用客户应用避程与服 务器应用进程共同去实现应用系统的月户界面处理、业务逻辑、数据处理等 功能。用户界面表示由客户应用进程实现，业务逻辑由客户和服务器联合完 成，数据服务由服务器进程承担。 基本c s 模式已经得到了广泛的应用，但在大型应用系统与客户需求变 化较大的系统中，这种结构有很明显的不足：无法适应系统新的变化； 客户杌负担重；数据库服务器性能下降等。 2 2 2 三层c t s 结构的分析 为克服基本c s 模式的不足，软件厂商太都转向三层c ，s 结构。在三 层结构下，应用系统的三个逻辑部分一用户界面表示、业务逻辑和数据各自 独立，分 ；i l 放置在客户机、暇务器和数据库服务器三个实体上，客户应用程 序只负责提供用户界面，当需要进行数据访问或复杂计算时，客户应用程序 向服务器发出请求。服务器响应客户应用程序的请求，完成复杂计算，或者 向数据库服务器发出请求以完成数据操作，并将计算或操作结果逐级返回给 客户应用程序，通常不会出现客户应用程序同数据库服务器之问的直接通 信。三层c s 结构如图2 3 所示： = = 一：! 堑些鲨耋! 墼些量一= 。：= 。：一： 图2 - 3 三层c s 结构示意图 三层c s 结掏具有以下特点：客户应用程序，三层结构的客户应用程 序与两层结构比较，它去除了数据处理部分，其功能是为用户提供商业服务 界面。服务器，三层结构中新的一层就是服务器。服务器提供客户应用程 序和数据服务之间的联系。该层主要完成执行数据处理功能并把结果表达给 客户应用程序。服务器使得客户应用程序从复杂的原始数据服务中分离出 来。由于系统中最常发生的变化是商业规则，当规则发生变化时，只需要修 改这一层，而不需要修改前端客户应用程序和后端数据库。第三层由数据 库服务器组成。最常见的数据库服务器就是关系型数据库管理系统如 s y b a s e 、o r a c l e 、s q ls e r v e r 等。不能将数据服务器简单地等同于关系型 数据库服务器，它们可以是：文件服务器、图像服务器等。这样三层c s 模 式相对基本c s 模式就有以下优点： 可维护性好，由于对结构进行了新的分层处理，因此一个服务的变化不 会影响到其它服务。当商业规则发生变化时，只需要更新服务器上的商 业规则组件，所有连接在该服务器上的客户应用程序就能及时、同步地 使用新的业务逻辑。 系统资源优化，由于客户应用程序只负责提供用户界面，不再承担数据 存储和复杂计算等工作，这些工作由服务器来承担。这样使得客户机的 负载大大降低，从而可以降低客户机的配置要求。 降低数据服务器的负荷，在三层结构中，客户应用程序是通过服务器与 数据库服务器相连接，减少了数据库服务器需要维持的线程数目，这样 两层结构中的同步会话就变成了异步会话，降低了数据库服务器的负 荷。 系统的反应速度快决定系统反应速度的首要因素是网络通信量。由于 两层结构的主要处理在客户应用程序中，使客户端往往过于庞大、负载 过重，为了完成系统的各种功能，往往不得不从服务器上将大量数据传 送到客户端进行各种处理。在三层结构中，由于数据在发送到网络之前 首先由服务器进行处理，只把结果返回给客户应用程序。网络的通信量 因此会下降。 2 2 3b s 结构及特点。 所谓b s 结构就是浏览器w e b 服务器数据库服务器，它是典型的三层 c s ，其中表示层是w w w 浏览器，客户端根据某资源的u r l 向w c b 服务 器提出服务请求，w e b 服务器把数据文件传送给客户，而客户端由h t m l 负责表示逻辑；服务端是w e b 服务器，通常它使用c g i 、i s a p i 、a s p 、 j s p 等技术访问数据库进行数据查询或处理；数据层是负责各种数据处理的 数据库服务器，在i n t e r n e t 环境下，由于客户端是测览器，也就构成了