（计算机应用技术专业论文）rexcel——一种基于web+service的区域式p2p系统.pdf

y7 7 9 3 0 4 r e x c e l 一种基于w e bs e r v i c e 的区域式p 2 p 系统 计算机应用技术专业 研究生：陈晗指导教师：李志蜀 作为现实世界应用( r e a l w o r l d a p p l i c a t i o n s ) 的一种，p e e r - t o p e e r ( p 2 p ) 网络在人们日常的i n t e r n e t 生活中正扮演着越来越重要的角色。传统 c l i e n t s e r v e r 模型的系统存在一些天生的缺陷，如单点失效和服务器瓶颈，p 2 p 的产生在很大程度上解决了这些问题。当然，由于p 2 p 还处在起步阶段，其自 身同样还存在很多值得进一步研究的问题。p e e r t o p e e r 网络可供研究的方向有 很多，包括网络结构、查询处理、资源管理、安全管理等等。而就一个系统的 设计来说，网络的拓扑结构是首先需要解决的问题，即根据具体应用，选择适 当的网络结构，这是整个系统运作和实施的基础。 2 0 世纪9 0 年代末最为流行的p 2 p 应用n a p s t e r ，采用的网络结构是服务器 辅助式的集中式结构，即通过中央服务器为所有用户提供共享文件列表和在线 用户列表以及资源查询服务，在中央服务器的辅助下，n a p s t e r 网络中的节点可 以建立连接并交换m p 3 歌曲文件。显然n a p s t e r 网络与传统的c l i e n t s e r v e r 系 统一样面临“单点失效”的潜在威胁，一旦n a p s t e r 服务器发生故障，则所有节 点都将无从通过n a p s t e r 网络找到其它的节点，从而使整个系统不能再提供服 务。 随后产生的g n u t e l l a 网络，完全摒弃了中央服务器，丽采用了纯分散式的 结构。g n u t e l l a 节点之间的相互发现不需要任何服务器的帮助而是通过网络广播 来完成的。由于所有节点都处于相同的地位，故少数节点出现问题而失效不会 对整个系统造成大的危害，因此可以说g n u t e l l a 从根本上排除了“单点失效” 的威胁。但由于节点缺乏有效手段得知其它节点的信息，从而导致网络的运作 处于缺乏管理的混乱状态，网络带宽常常被大量的广播数据占据，节点之间缺 乏信任，网络安全性差，丢包严重等等。 本文试图从现实世界的模型入手，结合n a p s t e r 网络和g n u t e l l a 网络两者的 优点，展现一种与人们的现实生活模型类似的区域式p 2 p 系统。 n a p s t e r 采用的服务器辅助式结构，尽管存在着“单点失效”的危险，但在 n a p s t e r 网络中节点的相互发现却从来不是一个问题，也不需要在网络中迭代以 指数级增长的广播，服务器的存在也使得运用行之有效的手段解决安全及信任 问题变得更加容易实现。g n u t e l l a 模型建立在网络中的节点纯粹平等的基础之 上，它去掉了服务器，解决了服务器的瓶颈问题，但忽视了管理在一个系统中 的重要性。极端的分散使得整个系统处于无政府状念，恶意的节点可以轻易欺 骗健康的节点达到破坏部分甚至整个系统的目的。事实上，节点的兴趣和习惯 对于系统的形成起着重要的作用。研究表明，g n u t e l l a 网络具有幂规律和局部性 规律，网络中多数节点的连接度很低而极少数节点具有很高的连接度，从而在 事实上将g n u t e l l a 网络划分为了不同的群体。正如社会的产生形成一样，g n u t e l l a 系统中的节点会逐渐地形成较为稳定的群体，这些节点的活动多数时候都是在 某些特定范围内进行的，节点之间的对等关系尽管在全局范围内仍然存在，但 事实上只在群体内部，这种关系才是紧密而有用的。 基于n a p s t e r 和g n u t e l l a 的上述特点，本文详细分析和比较了各种p 2 p 模型 的利弊之后，结合现实世界的情况，提出了区域式的p 2 p 模型r e x c e l 。基于幂 规律，局部性原理，以及对小群体稳定性的研究，r e x c e l 在结构上将整个网络 划分成一个个的区域，每个区域设置一个区域服务器，为本区域的节点提供节 点在线信息服务和部分目录检索服务；所有的节点在服务器的辅助下建立连接 交换数据，一个区域的节点可阻直接或间接与其它区域的节点通讯；所有的区 域服务器组成一个纯分散式的p 2 p 网络。 w 曲s e r v i c e 是一种建立可互操作的分布式应用程序的新平台，也是一种面 向服务( s o a ) 的结构。而p 2 p 系统中节点之间的关系也正是服务提供者和服 务请求者的关系。因此r e x c e l 网络广泛采用了w e bs e r v i c e 的结构，一方面利 用x m l 的表达能力封装网络数据包，一方面将通讯建立在h t t p 协议之上，加 上区域服务器的管理，很好地解决了安全性和穿越防火墙的问题；区域服务器 和节点都通过w e bs e r v i c e 为其它的对等节点提供检索、下载资源等服务。 关键宇：p 2 p 网络；区域式p 2 p 系统；w e b 服务 r e x c e l aw e bs e r v i c eb a s e dr e g i o n a lp 2 ps y s t e m c o m p u t e ra p p l i c a t i o n s n a m e ：c h e nh a ni n s t r u c t o r ：l iz h j s h u a so n eo ft h er e a l w o r l da p p l i c a t i o n s ，p e e r - t o p e e r ( p 2 p ) n e t w o r ki sp l a y i n ga m o r ea n dm o r em e a n i n g f u lr o l ei np e o p l e sd a y t o - d a yi n t e r n e tl i f e w i t ht h e g e n e r a t i o no fp 2 p ，c e r t a i ni n h e r e n tf l a w so ft r a d i t i o n a lc l i e n t s e r v e rm o d e l ，s u c ha s s e r v e rb o t t l e n e c ka n ds i n g l ep o i n tf a i l u r e ，h a v et u r n e do u tt ob es o l v e dt oa c o m p a r a t i v e l yh i g hd e g r e e h o w e v e r , s i n c ep 2 p i sj u s ti ni t sp r e l i m i n a r ys t a g e ，l o t so f p r o b l e m ss t i l ld oe x i s ta n dr e q u i r ef u r t h e rr e s e a r c h p e e r - t o p e e rr e s e a r c hc o v e r s d i f f e r e n tf i e l d ss u c ha sn e t w o r ka r c h i t e c t u r e ，q u e r ya l g o r i t h m ，r e s o u r c em a n a g e m e n t ， a n ds e c u r i t y a sf u ras y s t e md e s i g n ，n e t w o r kt o p o l o g yi st h ef i r s te s s e n t i a lt ob e d e t e r m i n e d ，i e c h o o s i n gt h ea p p r o p r i a t en e t w o r ka r c h i t e c t u r ei st h ef u n d a m e n to fa l l t h eo p e r a t i o na n da p p l i c a t i o no f a s y s t e m n a p s t e r , t h em o s tp o p u l a rp 2 pn e t w o r ki nt h en i n e t i e so ft h et w e n t i e t hc e n t u r y ， u s e sc e n t r a l i z e dn e t w o r ka r c h i t e c t u r e ，i e s y s t e ma c c o m m o d a t e ss h a r e dr e s o u r c el i s t ， o n l i n en o d el i s ta n dr c s o u r c cq u e r y i n gs e r v i c et oa l lu s e r st h r o u g hi t sc e n t r a ls e r v e e a sar e s u l t ，a c c o r d i n gt oc e n t r a ls e r v e r sa s s i s t a n c e ，n o d e si nn a p s t e rc a ne s t a b l i s h c o n n e c t i o n sa n df i n a l l ys w a pm p 3 s h o w e v e r , t h es a m ea st r a d i t i o n a lc l i e n t s e r v e r s y s t e m ，s i n g l ep o i n tf a i l u r et h r e a t sn a p s t e rn e t w o r k o n c en a p s t e rs e r v e rf a i l s ，a l l n o d e sa r ei n c a p a b l eo fr e a c h i n go t h e rn o d e st h r o u g hn a p s t e rn e t w o r k a c c o r d i n g l y , t h ew h o l es y s t e mw o u l df a i lt oa c c o m m o d a t es e r v i c e s g n u t e l l an e t w o r kw h i c hw a sg e n e r a t e da f t e rn a p s t e r , c o m p l e t e l ya b a n d o n s c e n t r a ls y s t e ms e r v e ra n du s e sp u r e l yd i s t r i b u t e da r c h i t e c t u r e n o d e s s e a r c h i n gi n g n u t e l l ap r o c e e d sb yf l o o d i n gq u e r i e st oa l ln o d e sw i t h i nac e r t a i ns e a r c hh o r i z o n ， r a t h e rt h a nt h r o u g hs e r v e r sa s s i s t a n c e b e c a u s ea l ln o d e sa r ea b s o l u t e l ye q u a l ，t h e b r e a k d o w no faf e wn o d e sw o n to b s e r v a b l yi m p a c tt h ew h o l es y s t e m t h e r e f o r e ， g n u t e l l ae l i m i n a t e st h et h r e a to fs i n g l ep o i n tf a i l u r ef r o mt h er o o to ft h ep r o b l e m b u t ，t h ei s s u ef o rg n u t e l l an e t w o r ki t s e l fi st h el a c ko fe f f e c t i v ew a yf o ri t sn o d et o a c q u i r eo t h e rp e e r s i n f o r m a t i o n a c c o r d i n g l y , t h ec o n s e q u e n c e sa r e ：t h eo p e r a t i o no f g n u t e l l an e t w o r ki sc o n d u c t e di nad i s o r d e r e dw a y ；n e t w o r kb a n d w i d t hi su s u a l l y t a k e nb yah u g ea m o u n to fb r o a d c a s t i n gd a t a ；t h el a c ko ft r u s tb e t w e e nn o d e sa n d c o m m u n i c a t i o ns e c u r i t y ；f r e q u e n tn e t w o r kp a c k a g e d r o pa n ds oo n t h i sp a p e rc o m e su pw i t han e wr e g i o n a lp 2 ps y s t e mw h i c hi ss i m i l a rt o p e o p l e s t r u el i f e b ym e a n so fc o m b i n i n gt h ea d v a n t a g e so fb o t hn a p s t e ra n d g n u t e l l an e t w o r k s a l t h o u g h ，t h r e a t so fs i n g l ep o i n tf a i l u r ei n h e r e i nn a p s t e r s s e r v e r - a s s i s t i n g a r c h i t e c t u r e ，n e v e re x i s t sa n yp r o b l e mf o ri t sn o d et of i n do t h e rp e e r s ，n e i t h e rw i l lt h e s y s t e mg e n e r a t ee x p o n e n t i a l l ye x p a n d i n gb r o a d c a s t i n gd a t ai nn e t w o r k m e a n w h i l e ， t h ee x i s t e n c eo fc e n t r a ls e r v e rm a k e si te a s i e rt os o l v es e c u r i t ya n dr e p u t a t i o ni s s u e s a c c o r d i n gt ot h ea p p l i c a t i o no fe f f e c t i v em e a s u r e m e n t s g n u t e l l ai se s t a b l i s h e do nt h e b a s et h a ta l ln o d e s i ng n u t e l l aa r ea b s o l u t e l ye q u a l t h u s ，i tr a d i c a l l ye l i m i n a t e st h e s e r v e rb o t t l e n e c kb ya b a n d o n i n gs e r v e r sa ta l l ，h o w e v e r , n e g l e c t i n gt h ei m p o r t a n c eo f s y s t e mm a n a g e m e n t e x t r e m ed i s t r i b u t i o nl e a d st oa n a r c h yo ft h ew h o l es y s t e m m i s c h i e v o u sn o d e sc a ne a s i l yc h e a th e a l t h yn o d e st od e s t r o yt h ew h o l es y s t e m i n f a c t ，i n t e r e s t sa n dh a b i t so fe v e r yn o d ei nas y s t e mf o r mt h ew h o l es y s t e m sc h a r a c t e r r e s e a r c hr e v e a l st h a tg n u t e l l an e t w o r kb e a r st h ep o w e rl a wa n dl o c a l i t yo fc o n t e n t s e r v i n g ，i e o n l yaf e wn o d e si nt h en e t w o r kh a v eah i g hd e g r e eo fc o n n e c t i v i t y w h i l ea l lt h eo t h e r sh a v eav e r yl o wd e g r e eo fc o n n e c t i v i t y , a c c o r d i n gt ow h i c h g n u t e l l an e t w o r ki sv i r t u a l l yd i v i d e di n t od i f f e r e n tc l u s t e r s b yt h es a m ew a ya sa s o c i e t yc o m e si n t ob e i n g ，n o d e si ng n u t e l l as y s t e mg r a d u a l l yc o m ei n t or e l a t i v e l y s t a b l ec o l o n i e s a n dm o s to ft h e i ra c t i v i t i e sa r ew i t h i nc e r t a i na r e a s a l t h o u g ht h e p e e rt op e e rr e l a t i o n s h i pa m o n gn o d e ss t i l le x i s t sg l o b a l l y ，i ti n d e e dt a k e se f f e c ti na c o m p a c ta n de f f e c t i v ew a yw i t h i ne v e r yc o l o n y , i e w i t h i ne a c hc l u s t e r a c c o r d i n gt on a p s t e ra n dg n u t e l l a si d e n t i t i e ss t a t e da b o v ea n dc o n s i d e r i n gr e a l w o r l dc i r c u m s t a n c e s ，t h i sp a p e rd e t a i l e da n a l y s e sa n dc o m p a r e sd i f f e r e n tp 2 p i v s y s t e m s a d v a n t a g e sa n ds h o r t c o m i n g s ，a sar e s u l t ，p r o p o s e sar e g i o n a lp 2 pm o d e l n a m e dr e x c e l r e x c e ld i v i d e st h ew h o l en e t w o r ki n t o s e p a r a t er e g i o n s a r c h i t e c t u r a l l y , b a s e do nt h ef a c t t h a tg n u t e l l a sd i s t r i b u t e dp 2 pn e t w o r kw o u l d f i n a l l yc o m ei n t od i f f e r e n tc l u s t e r s i ne a c hr e g i o n ，o n es u p e rn o d e ( s e r v e r ) w o u l db e s e tu p ，w h i c ha c c o m m o d a t e so n l i n ei n f o r m a t i o ns e r v i c ea n d p a r t i a ld i r e c t o r y q u e r y i n gs e r v i c et ol o c a ln o d e s t h e s en o d e sw o u l de s t a b l i s hc o n n e c t i o n sf o rd a t a s w a pw i t l lt h ea s s i s t a n c eo ft h es u p e rn o d e n o d e si nac e r t a i nr e g i o nc a nd i r e c t l yo r i n d i r e c t l yc o m m u n i c a t ew i t l ln o d e si no t h e rr e g i o n s a l lr e g i o n a ls e r v e r sb u i l du pa g l o b a l l yp u r e l y - d i s t r i b u t e dp 2 pn e t w o r k w e bs e r v i c ei san e wi d e ao fc o m p o n e n tm o d e lf o rb u i l d i n gu pd i s t r i b u t e d a p p l i c a t i o n s i ti sas e r v i c eo r i e n t e da r c h i t e c t u r e ( s o a ) t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e n n o d e si np 2 ps y s t e m si sj u s tt h es a m ea si ti sb e t w e e ns e r v i c ep r o v i d e r sa n ds e r v i c e r e q u e s t e r s t h u s ，r e x c e lu s e sw e b s e r v i c ea si t sc o m m u n i c a t i o nf r a m e w o r k o no n e h a n dr e x c e lu s e sx m lt oe n c a p s u l a t et h ed a t at r a n s p o r t e dt h r o u g ht h en e t w o r k ，o n t h eo t h e rh a n di tb a s e si t sc o m m u n i c a t i o no nh t t p t o g e t h e rw i t ht h er e g i o n a ls e r v e r m a n a g e m e n t ，r e x c e ls o l v e st h es e c u r i t y i s s u e sa n d f i r e w a l l c r o s s i n gp r o b l e m s o u n d l y b o t hr e g i o n a ls e r v e r sa n do r d i n a r yn o d e sp r o v i d i n ga l lt h e i ro p e r m i o n ss u c h a ss e a r c h i n g ，r e s o u r c ed o w n l o a d i n gt h r o u g hw e bs e r v i c e s k e y w o r d s ：p 2 pn e t w o r k ；r e g i o n a lp 2 p ；w e bs e r v i c e 四川大学硕士论文 图表目录 图1 - 1r e x c e l 网络体系结构 图3 1 纯分散式p 2 p 模型 图3 - 2 具有简单目录服务器的p 2 p 系统模型 4 1 4 1 5 图3 3 具有目录、查找和内容服务器的p 2 p 系统模型1 7 图3 - 4n a p s t e r 和g n u t e l l a 优缺点比较2 0 图3 - 5g n u t e l l a 网络中节点度的分布2 2 图3 - 6 节点能响应的请求的累积分布2 3 图3 7 节点能提供的结果的累积分布2 3 图3 ，8t o pc o n t e n tp r o v i d e r 对搜索的累积贡献。2 4 图3 - 9r e x c e l 网络的简化模型2 9 图3 1 0r e x c e l 开发模型3 l 图4 1s o a 架构3 4 图4 2 网络功能栈3 6 图4 3 描述功能栈3 7 图4 4 检索功能栈3 8 图4 5 用h t m l 说明的文档一4 0 图4 6 用x m l 说明的文档4 0 图5 - 1 寻找服务器4 6 图5 - 2 共享资源列表表项结构5 0 图5 - 3 搜索节点5 2 图5 - 4 独立资源搜索5 6 图5 5 服务器辅助式资源搜索5 8 四川大学硕士论文 1 引言 1 1研究背景 计算机和网络都是现代科学的重要研究对象。当今世界，科学技术突飞猛 进的发展又使得计算机和网络的联系目渐紧密。从2 0 世纪8 0 年代中期s u n 微 系统公司( s u nm i c r o s y s t e m s ) 提出“网络就是计算机” 8 】的理念开始，到2 0 世纪9 0 年代互联网的发展的兴起再到如今各式各样的网络应用，计算机和网络 已经为人类社会引入了新的生产和生活模式。它彻底打破了入与人之间通讯的 时空限制，极大地推动了多元化、高复杂度的网络计算环境的出现和发展。 追溯网络发展的历程，在早期低速网络时代，网络应用以客户服务器 ( c l i e n t s e r v e r ) 方式为主，尤其是w w w ( w o r l dw i d ew e b ) 的出现，极大推 动了c l i e n t s e r v e r 模型的发展。在这种模式下，服务器成为了数据存储和访问 的中心，大型服务器更是处于网络应用的核心地位。服务器端拥有庞大的计算 资源和网络带宽。可以同时为众多用户服务。而个人用户则只能作为访问网络 的终端，一般不为他人提供服务。 随着高速网络时代的到来，网络带宽得到了极大的提高，而各种计算资源 ( c p u 、内存、硬盘等) 则在摩尔定律的作用下价格迅速下降，同时性能迅速 提高。计算资源和网络带宽这两方面条件的改进，使得很多网络终端都具备了 一定的服务能力，网络上的资源( 尤其是多媒体资源) 也越来越丰富。因此。 许多网络用户开始使用个人计算机对外提供以前只有高性能的服务器才能提供 的一些服务，其中比较常见的应用有f t p ( f i l et r a n s f e rp r o t o c 0 1 ) 服务等。而在 传统的c l i e n t s e r v e r 模式下，由于客户端对于服务器的过份依赖，导致客户端 之间的通讯非常少，相互发现也很困难。因此，个人计算机提供的许多服务和 资源往往需要依靠一些辅助通讯手段才能被其它用户发现，而缺乏这些通讯手 段的资源就很难被检索到。 因此，人们开始认识到，如果把网络上数量巨大的个人计算机们作为一个 旧川大学硕十论文 整体联系起来，就可以提供任何集中式服务器无法比拟的计算资源。基于这样 的思想，许多p e e rt op e e r 的网络应用迅速兴起。 基于c l i e n t s e r v e r 模型的系统都有一个共同的特点，即设置了性能卓越、 具有海量存储的中央服务器。中央服务器具有很强的处理能力和较高的带宽， 保存了用户所需的一切资源，并且能够同时响应多个来自外部用户的请求。当 由p c 用户组成的客户端需要资源时，就向中央服务器发送请求，获得响应后再 从服务器上下载资源。但是，这样的模式也存在着一些先天性的缺陷：一方面， 服务器受限于网络带宽和处理器的计算能力，不可能同时满足超过其处理能力 的客户端的需要：且服务器稳定性再好，也总有出故障的时候。另一方面，由 于服务的集中性，导致服务器往往成为被攻击的对象，例如，2 0 0 0 年y a h o o ! 等门户网站遭到d d o s ( d i s t r i b u t e dd e n i a lo f s e r v i c e ) 攻击以致瘫痪就是此类事 件的极端表现之一。所以，这类海量用户围绕一个网络中心展开服务的系统模 型存在一个共同的，在某种程度上来说也是致命的弱点，那就是单点失效。 所谓单点失效，是指由于整个系统的服务是围绕中央服务器展开的，所以 一旦中央服务器因天然的( 火灾、水灾等人力难于抗拒的事故) ，或者技术上( 并 发用户太多造成网络严重阻塞或系统崩溃，黑客入侵等等) 原因发生故障，那 么整个系统将会陷入困境，轻则反应迟钝，重则不能再提供服务。为此，多年 来人们作了多方面的研究工作以期解决c s 模型系统存在的这种问题，同时也 在寻求如何才能使人们交流更加方便。 服务器集群( c l u s t e r ) 就是针对服务器单点失效的一个解决方案。这种方 案的目的是提高服务器的可用性、稳定性和性能，最大限度降低服务器失效的 可能。在这种方案下，c l i e n t s e r v e r 模型中的s e r v e r 不再是单个的s e r v e r ，而是 由几台或更多的服务器组成的集群。运用共享存储、服务器镜像、故障切换、 负载平衡等技术，服务器集群能够对外像一台服务器那样工作，应用可以从一 台服务器转移到另一台服务器，或同时运行在若干台服务器上，并且所有一切 对用户透明。服务器集群技术在很大程度上缓解了单点失效和系统瓶颈的问题， 虽然危险仍然存在，但它已经是大型c s 模型系统一个必不可少的组成部分。 2 0 世纪9 0 年代开始，个人计算机的性能有了长足的进步，c p u 处理能力 四川大学硕上论文 空前增强，内存、硬盘等存储介质大幅度降价，研究人员开始找到了解决c s 模型所存在的问题的新办法，p e e r - t o p e e r 网络就是其中的一种。 p e e r - t o - p e e r ( 简称p 2 p ) 是网络计算技术的一种，其目的是将网络中的计算 机连接在一起，实现对散布于众多p c 机上的闲置的计算资源和存储资源的充分 利用，以及计算机的最终用户之间方便的数据交换及协作 1 2 1 。i n t e l 将p 2 p 技术 定义为“通过系统间的直接交换达成计算机资源与信息的共享”2 8 ，这些资源 与服务包括信息交换、处理器时钟、缓存和磁盘空间等。i b m 则对p 2 p 赋予了 更广阔的定义，把它看成是由若干互联协作的计算机构成的系统并具备如下若 干特性之：系统依存于边缘化( 非中央式服务器) 设备的主动协作，每个成 员直接从其他成员而不是从服务器的参与中受益；系统中成员同时扮演服务器 与客户端的角色；系统应用的用户能够意识到彼此的存在而构成一个虚拟或实 际的群体 2 9 1 。 其实，p 2 p 模型和c s 模型一样都是一种自然存在的概念，人们一直在不知 不觉中使用，只是运用程度深浅不一。例如：服务器集群中各个服务器节点之 间的关系就是对等的p e e r - t o p e e r 关系；传统的网络层路由算法也是依据p 2 p 模 型的思想：而为p c 用户提供i n t e r n e t 接入服务的i s p 们也组成了同样的p 2 p 结 构 3 。 人们也往往因为应用的需求而决定采用p 2 p 模型。比如，p 2 p 应用的先行者 n a p s t e r 4 】，以及后来的g n u t e l l a 1 1 等都是希望能够打破c s 模型在许多方面的 限制，以实现更为灵活、简单的数据共享和消息通讯。尽管n a p s t e r 后来因为歌 曲的版权问题经历了被关闭又重开的波折，但人们已经感受到了p 2 p 的威力， 并且越来越多的人投入到p 2 p 技术的研究中。 1 2 课题组成 整个课题是考虑设计一个高效、安全、实用的资源共享型p 2 p 搜索平台一 一r e x c e l ，其参考体系结构如下图所示： 斟川大学硕士= 论支 图1 - 1r e x c e l 网络体系结构 其中“p 2 p 控制层”是核心，它封装了包括命名空间方案、资源访问控制、 共享资源管理、通讯安全策略等几个方面的内容，对上层应用只暴露调用的接 口而隐藏了实现的细节。 “命名方案”是构成了整个r e x c e l 网络的名字空间。对于每个节点，在加 入网络时必须能够分配到能够标识它的唯一i d ，该i d 是有足够长度的比特串， 其生成算法必须使得它在该名字空间中随机均匀地分布；i d 的生成可以关联一 定的语义以保证安全性，防止被冒用和滥用。 “资源管理”涵盖了资源在本地的复制、移动、更名、合并、分割、压缩 共享等方方面面与文件相关的操作。这些操作必须要符合用户在操作系统中访 问数据的习惯，并且能够以一体化的方式进行。 “访问控制”在资源管理的基础上提供了对于共享资源访问权限的设置。 “安全管理”主要满足信息在安全性上的要求。安全管理策略必须保障节 点用户个人信息的安全性，防止特定信息在未经授权的情况下被修改，提供通 讯过程中节点双方身份的认证，保障通讯的不可抵赖性。 “资源搜索策略”是r e x c e l 网络最重要的组成部分之一。节点必须有快速、 圈圈勰 四川大学硕士论文 高效的搜索策略的支撑，才能迅速找到所需的资源。资源搜索引擎要求必须要 响应快，垃圾数据少，数据量不能过大，不能影响网络的正常数据传输。 “信用管理，保证了r e x c e l 网络能够有效的运作和对节点的行为进行管理， 也是r e x c e l 网络将来可能被运用到商业领域作为交易平台的基础。 “资源质量评价策略”建立在信用管理基础之上。节点基于自己的良好行 为对下载到的资源作出评价，从而在节点之间形成良性的循环，鼓励节点相互 提供更好的资源。资源质量评价策略对于有效地提高资源搜索引擎的效率，起 着至关重要的作用。资源的质量评价首先要求对于资源的元信息有良好的定义， 其次资源质量信息评价的计算量和复杂程度必须在可接受的范围之内。 1 。3 研究动机和目的 1 3 1 动机 自从1 9 9 9 年n a p s t e r 4 大获成功以来，到目前为止已经出现了许多实用的 p 2 p 系统，尽管可以说各有千秋，但却都存在这样或那样的缺点。 首先，拿最著名的p 2 p 系统n a p s t e r 4 和g n u t e l l a 1l 】来说，在结构上它们 分别属于两个极端：集中式和纯粹分散式 1 7 】，但经验表明，两者各有优劣。服 务器的存在使得n a p s t e r 中的节点容易相互发现，通讯也比较安全，但服务器有 瓶颈之嫌；g n u t e l l a 中没有服务器，不存在单点失效的危险，但网络因缺乏管理 而比较混乱且不安全【3 】。 其次，多数p 2 p 系统对于资源的质量评价问题关注得很少。由于缺乏有效 的资源质量信息表达方式及资源质量评价策略，导致用户对于搜索到的一大堆 资源，基本上只能盲目地选择一些来下载。因此在很多p 2 p 系统中用户通常使 用的方法是把关于资源质量的一些简单信息包含在资源的文件名中。这种方法 在很基础的程度上有助于请求资源的节点决定如何选择资源，但一方面不安全， 提供资源的用户完全可以提供虚假的资源信息，另一方面也不具有可扩展性， 四 i 大学硕士论文 由于文件名本身是一维结构，不足以表达复杂的资源信息，加上文件名有长度 限制，表达的信息也相当有限。再者，对于日后可能需要引入的信用度评价等 也没有丝毫帮助。 本论文基于n a p s t e r 和g n u t e l l a 网络的结构问题，提出一个结合两者优点的 n p 系统模型，以达到两个目的：一是充分利用分散于各节点上的计算能力；一 是克服g n u t e l l a 式结构管理困难和难于发现其它节点的缺点以及n a p s t e r 式结构 容易产生服务器瓶颈和服务器失效时系统瘫痪的缺点。 1 3 2 目的 本论文的目的是通过理论分析和比较，结合集中式p 2 p 结构和纯分散式p 2 p 结构的优点，基于x m l w e bs e r v i c e 技术，设计和实现一种与人们的现实生活 模型类似的真实可用的区域式资源共享型p 2 p 系统r e x c e l 。 1 4 论文组织 第二章在介绍p 2 p 技术发展及其特点的基础上，指出非结构化p 2 p 系统更 适合于i n t e r n e t 上比较随机的资源共享，本文提出的r e x c e l 将采用非结构化形 式。 第三章首先比较了四种典型的非结构化p 2 p 模型以及n a p s t e r 和g n u t e l l a 的 优缺点，然后根据w w w 页面链接、g n u t e l l a 网络等所呈现的幂规律，并结合 资源共享型p 2 p 网络与现实世界相近的特性，说明了在一个能够良好运作的安 全的p 2 p 系统中，起管理作用的服务器存在的必要性。最后给出了r e x c e lp 2 p 网络的系统模型和开发模型。 第四章主要目的是说明如何解决r e x c e lp 2 p 网络的通讯问题。p 2 p 网络模 型中节点之间为提供资源和请求资源的关系，可以简化为一个面向服务的模型 6 四川大学硕士论文 ( s o a ) 。而w e bs e r v i c e 作为目前最为流行的分布式集成协议，也是面向服务 的模型。w 曲s e r v i c e 的网络功能栈说明了使用x m l h t t p 作为通讯的通用手 段。所以在r e x c e l 中实现w e bs e r v i c e ，用x m l 来进行数据交换，用h t t p 来 进行网络通讯，将使得整个系统的开发大大简化，同时也能够很好地与其它系 统进行集成。 第五章基于第三章提出的系统模型和开发模型，详细说明了在r e x c e l 网络 中节点的基本操作和服务器的基本操作如何进行，并分析了r e x c e l 网络的搜索 效率、安全性和健壮性。节点的基本操作包括寻找服务器、注册、登录、更新 节点信息、发送共享资源列表、节点搜索、资源搜索、资源共享、数据传输以 及好友节点的添加和通信。服务器的基本操作包括同步服务器列表、同步节点 信息、搜索对方区域信息。 四川大学硕士论文 2 p 2 p 技术发展简介 2 0 世纪9 0 年代开始，m i c r o s o f tw i n d o w s 大获成功，逐渐占据了全世界大 部分的p c 机市场，个人计算机( p e r s o n a lc o m p u t e r ) 因此变得越来越普及。1 9 9 4 年开始，个人计算机开始拥有永久性的i p 地址，伴随着n e t s c a p e 、i n t e m e t e x p l o r e r 等w e b 浏览器的大战