（计算机应用技术专业论文）网络计算机系统的研究与实现.pdf

摘要 摘要 网络计算机( n c ) 系统，以其总体拥有成本( t c o ) 低，安全性、稳定性高 等优点正在被越来越多的用户所接受。与此同时，i n t e r n e t 网络技术的发展和 局域网的普及，基于w e b 的应用大量部署，并逐渐成为应用软件的主流，也为 n c 的推广铺平了道路。根据国际数据公司( i d c ) 的研究结果显示。2 0 0 3 年n c 全球市场需求量将达到4 1 4 万台，市场增长率为8 0 7 。仅在我国，n c 的市场容 量就将达到5 0 余万台，约占全球市场的1 2 。 本文首先介绍说明了网络计算机的网络拓扑结构和硬件配置，并且介绍了一个 实际应用案例，总体上给出了网络计算机的实现和应用概况。 通过分析终端服务客户端连接软件r d e s k t o p 的流程、模块和实现方法，本文 将重点说明网络计算机的l i n u x w i n c e n e t 的运行机制，原理。这其中包括微软 公司为实现真正的多用户开发的终端服务，这项服务是基于r d p 协议的。由于 r d p 协议是不对外公开的，这会给研究带来较大的困难。但是我知道r d p 协议是 基于国际电信协会的t 1 2 0 协议族上开发的，从而从这个突破口来展开研究。 我在整个协议族中又重点的说明了应用于r d p 协议的网络相关传输协议t 1 2 3 和 多媒体数据多点通信服务协议t 1 2 2 t 1 2 5 。 另外，由于网络计算机使用的是l i n u x 嵌入式操作系统，所以要说明一下l i n u x 下的xw i n d o w 机制，这是l i n u x 下的图形显示和硬件交互的基础。xw i n d o w 同 p c 机上的w i n d o w 不同，x w i n d o w 是一个面向网络的窗口系统。本文概要的介绍 了xw i n d o w 的事件、图形的定义、类型和选择等。 关键词：网络计算机；x 窗口；t 1 2 0 协议族；r d p 协议 a b s t r a c t n o w a d a y s ，t h en e t w o r kc o m p u t e r ( n c ) s y s t e mi sw i d e l ya c c e p t e db ym o r e a n dm o r eu s e r s ，f o ri t sl o wt o t a lc o s to f o w n e r s h i p ( t c o ) a n dh i g hs e c u r i t y a n ds t a b i l i t y a tt h es a m et i m e ，i t st h o u g h tt ob ei ng o o df o r e g r o u n d t op u s ho nt h en cs y s t e m ，w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ei n t e r n e tt e c h n o l o g i e s p o p u l a r i z a t i o n o fl o c a la r e an e t w o r k ( l a n ) ，t h e l a r g eq u a n t i t i e s d e p l o y m e n to fw e b b a s e da p p l ic a t i o n s a c c o r d i n gt ot h er e s e a r c ho ft h e i n t e r n a t i o n a ld i g i t a lc o r p o r a ：i o n ( i d c ) ，t h ev a l u eo ft h en cd e m a n d sw i l l r i s eu pt o4 ，1 4 0 ，0 0 0 ，a n dt h em a r k e tg r o w t hw i l lb e8 0 7 i nap a r to f i t ，n e a r l y1 2 ，a b o u t5 0 0 ，0 0 0n c ，w i l lb es o l di nc h i n a a tf i r s t ，t h i sa r t i c l ei n t l l o d u c e st h en e t w o r kc o m p u t e r st o p o l o g ya n d h a r d w a r ec o n f i g u r a t i o n ，a n ds h o wu pa na p p l i c a t i o nc a s et oi l l u m i n a t e t h en e t w o r kc o m p u t e r sr e a l jz a t i o na n da p p l i c a t i o n s e c o n d l y ，a c c o r d i n gt om a k ea na n a l y s i so ft h et e r m i n a ls e r v i c ec l i e n t s o f t w a r e sf l o w ，m o d u l e ，a n dw a yo fr e a l i z a t i o n ，t h i sa r t i c l ee m p h a s i z e s t h ep r i n c i p l eo fl i n u x w i n c e n e tr u n n i n gw a y i ti n c l u d e st h et e r m i n a l s e r v i c e s p r o v i d e db y t h em i c r o s o f t c o m p a n y t of u l f illt h en e e do f m u l t i u s e re n v i r o n m e n t t e r m i n a ls e r v i c e si sb a s e do nt h er d pp r o t o c o l ， b u tr d pp r o t o c 0 1i sp r i v a t e ，id o n tk n o wt h ed e t a i lo fr d pp r o t o c 0 1 ， s oih a v et h et r o u b l ei nt h es t u d yo fr d pp r o t o c 0 1 b u tik n o wt h a tr d p p r o t o c o li sb a s e d o nt 1 2 0p r o t o c o ls t a c k ，ic a ns t u d yt 1 2 0p r o t o c o ls t a c k i n s t e a do fd i r e c t l ys t u d y i n gr d pp r o t o c 0 1 ie s p e c i a l l ye x p l a i nn e t w o r k s p e c m u l t a p p f i p o e d cd a t a p r o t o c o l s t a c kf o rm u l t i m e d i ac o n f e r e n c e t 1 2 3 a n d i n tc o m m u n i c a t i o ns e r v i c e ( m c s ) t 1 2 2 t 1 2 5 ，t h ist w op r o t o c o li s i nr d pp r o t o c 0 1 a tl a s t i ti sn e c e s s a r yt oe x p l a i nt h em e c h a n i s mo fxw i n d o wb e c a u s e n e t w o r kc o m p u t e ru s e st h ee m b e d d e dl i n u xa so p e r a t i o ns y s t e m t h e r ea r e m u c he s s e n t i a ld if f e r e n c eb e t w e e nxw i n d o w sa n dp c sw i n d o w s xw i n d o w s i saf a c e d n e t w o r kw i n d o ws y s t e m if u n d a m e n t a l l yp r e s e n tt h ed e f i n i t i o n a n dt y p eo f t h ee v e n ta n dt h eg r a p h i c ，e t c k e y w o r d s ：n e t w o r kc o m p u t e r ：xw i n d o w ；t 1 2 0p r o t o c o ls t a c k ；r d p p r o t o c o l i l j 独创性声明 本人声明所呈交的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，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，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工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的制料。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。 签名：啦日期：型! 竺1 51 1 # 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：锄翩签名 第1 章绪论 1 1 什么是网络计算机 第1 章绪论 n c 是专用于宽带网络计算环境的瘦客户机，在这种环境中，应用程序和数 据都存储在服务器上。n c 本身除有人机交互必需的显示器和输入设备外，一般 没有外部存储器( 硬盘、光盘等) ，也很少有扩展口。n c 支持多种工作模式、 支持包括w i n d o w s 、u n i x 、l i n u x 等多种平台的应用软件。n c 大多为非w i n t e l 结构。“ 这个定义表明，现在的n c 已经可以支持多模式、跨平台的结构。这种近年 发展起来的新技术，打破了过去n c 只支持j a v a 的局限性，并使得n c 可以使用 服务器上的w i n d o w s 应用软件，提高了n c 的平台兼容性，非常有利于n c 的推广。 可应用于电子政务、多媒体教室、图书馆查询等多种领域。 1 2 网络计算机的工作模式 新一代n c 可以支持三种工作模式，适应多种应用平台，这三种工作模式是： ( 1 ) b s ( b r 。w s e s e r v e r ，浏览器n 务器) 模式。在这种模式下，应用程序 以b s 方式在客户机和服务器上协同运行； ( 2 ) 终端模式。在这种模式下，n c 作为一个终端使用，常用的是基于w i n d o w s 的终端模式( w b t ) ，即应用程序在w i n d o w s 服务器上运行，在n c 上运 行r d p ( r e m o t ed e s k t o pp r o t o c o l ，远程桌面协议) 客户程序，使用户 感到程序好象在本地运行一样。采用w b t 可以使用户仍能使用老的 w i n d o w s 的应用程序，解决了和w i n d o w s 兼容问题。n c 还可以作为一个 x 终端，这时l i n u x 或u nl x 的应用程序可以在各自相应的服务器上运行。 ( 3 ) 本地模式。在这种模式下，通过从服务器上远程加载，l i n u x 应用程序 可在本地运行，用网络上的硬盘( 或盘阵列) 作为存储器。这三种模式 的主要特点见表卜l 。 工作模式说明特点 在n c 上运行浏览这是应用软件的发展趋势，其性能主要决定 器与服务器上的应于网络和服务器，在这种模式下使用n c 与p c b s 模式用软件协同工作，的效果几乎没有差别。各n c 都通过网络公共 处理能力由服务器出口联接i n t e r n e t ，这与p c 用m o d e m 分别联 和n c 分担。接i n t e r n e t 相比，既经济又安全。 主要可解决老的w i n d o w s 应用软件的兼容问 应用程序运行在服 题。通过在w in d o w sn t 2 0 0 0 服务器上运行 终端模式务器上，n c 只作为 w i n d o w s 应用程序，在n c 上运行r d p 客户程 序，其使用效果和在本地运行几乎相同。一 一个终端使用 个普通的服务器就可以支持数十个n c ，有很 高的性能价格比。 对于l i n u x 应用程序可以采用这种模式，其 应用程序通过远程性能决定于n c 和网络( 需利用服务器上的硬 加载到n c 本地运盘) 。因可用自由软件，成本低，而且除了 本地模式 行，服务器提供文加载和读写文件以外，不访问服务器，服务 件存储器和网络的负荷很小，打印可由网络或本地 支持。 表卜l网络计算机三种工作模式主要特点 t a b l e11f e a t u r e so fn e , w o r kc o m p u t e r s t h r e ew o r km o d e l 1 3 网络计算机的优点 1 设备总体拥有成本低 一 由于用户不必在瘦客户机装入应用软件，也不必做什么参数或开关设置，所以 维护和技术支持成本很低，从而可以把设备总体拥有成本( t c o ) 减少到最低限 度； 2 安全性和稳定性高 由于瘦客户机没有本地存储装置，所有的信息都放在服务器上，这就使信息的 安全性大大提高了； 在体系结构上，瘦客户机内几乎没有什么可拆卸的装置，这就意味着更高的可 靠性和更少的宕机时涮； 3 简便且效率高 为完成同样的工作，用户使用瘦客户机时要打交道的设备很少，当然也就比传 第l 章绪论 统的p c 方便得多。同时瘦客户机能够继续全面访问运行在w i n d o w s 和其它操作 系统中的各种应用，提高了企业的工作效率； 4 。升级换代简便 瘦客户机可以使用5 0 到6 0 个月，而不像桌面机那样1 8 到3 0 个月就要更新换 代。只要主机升级，就等于终端升级； 由于以上的诸多优势，网络汁算机可广泛适用于电子政务、教育、企业办公、税 务、海关、证券、军队、金融、电信、生产控制、酒店、医院、社会保证系统、 仓储粮管理等众多领域 1 4 网络计算机的发展前景 1 4 1 网络计算机的国际发展前景 国际权威的调查机构看好网络计算机机的前景，美国d a t a m o n i t o r 公司发表 的题为展望基于网络的计算的报告指出，未来5 年内基于网络的瘦客户机将 有较大发展，将打破p c 的垄断地位。d a t a m o n i t o r 专家认为，在一些电话服务 中心、旅行社等机构已经明确显示出选择瘦客户机的意向。这些机构都非常适合 使用瘦客户机，因为其大部分的数据都是通过集中的服务器进行。这些机构原来 都使用旧式终端，因而升级换代时的瘦客户机显然是比p c 更理想的选择。国际 数据公司i d c 的研究结果显示，1 9 9 9 2 0 0 3 年全球“瘦n c ”市场的复合增长率为 7 1 9 ，在2 0 0 3 年全球出货量将达到6 0 0 万台，而其中网络计算机市场的复合增 长率为8 0 ，7 ，在2 0 0 3 年全球出货量将达到4 1 4 万台，占“瘦n c ”市场销量的 6 9 。 1 4 2 网络计算机在中国的发展前景 随着电子政务、网络教育和企业信息化的推广，在我国出现了对网络计算机 的大量需求。2 0 0 3 年4 月1 2 日，北京市政府采购办公室副主任尹淑林宣布了北 京市近期的网络计算机( n c ) 政府采购项目，其中包括北京市教委为远郊区县建设 的i 0 0 个n c 教室、北京市计委的n c 实验室、民族教育n c 机房建设等项目。 北京工业大学工学硕士学位论文 她透露，首次招标的5 0 0 0 台n c 中将有3 5 0 0 台基于国产c p u ，要求c p u 速率 不小于4 0 0m h z 。2 0 0 3 年将是：i 匕京的n c 推广应用年，这为国产c p u 的产业 化提供了一个明确的市场。此间专家介绍，统计表明，3 5 的使用者并不需要传 统个人电脑所提供的强大功能，在我国推广网络计算机的时机已经成熟。在4 月 1 2 目举行的中关村科技园第九次银科企联谊会上，“促进网络计算机产业化” 成为主题，国产c p u 及其合作伙伴成为主角。在会场内，方舟系的软件开发厂 商、硬件制造商的数目最多，他们几乎占去了一半以上的展位。龙芯系的神州天 脉公司在联谊会上发布了天脉1 号n c 产品。神州天脉副总经理徐敏亮透露，天 脉已经拿到了一个2 0 0 0 台的订单。一向低调的北大众志也在联谊会上亮相，他 们带来的合作伙伴是赛迪时代。据介绍，众志一8 6 3 芯片将在下月实现量产。在 政府和市场的双重推动下，n c 成为方舟、龙芯、众志等国产c p u 产业化的共同 选择。据北京市发展计划委员会副主任刑少军介绍，在政府的倡导下，以c p u 芯 片的产业化为核心，组建了若干产业联盟。目前，北京市已经形成了方舟、龙芯、 众志三个n c 产业链条的雏形围绕方舟芯片的产业化，目前已结成神州数码与方 舟科技、凯思吴鹏；京东方与方舟科技、凯思吴鹏；用友软件与方舟科技、神州 数码：北辰亚奥与北控捷通、红旗中文2 0 0 0 、联动科技、方舟科技等四个基于 方舟芯片的网络计算机联盟。为加速龙芯产业化的应用和发展而成立的龙芯产 业化联盟，首批核心单位包括：中科院计算所、海尔集团、长城集团长软公司、 中软股份、中科红旗、曙光集团、神州龙芯等国内七大厂商及科研机构。为使 “北大众志一8 6 3 ”芯片实现产业化，北京大学微处理器研究开发中心已与赛迪时 代、红旗l i r u x 、联想板卡中心深圳联动和多彩公司结成产业联盟，合力打造 产业链条。实际上，在n c 市场的起步阶段，政府占据了主导地位。n c 已经被 列入“十五”国家重点新产品和当前有限发展的国家高技术产业化重点领域。国家 发展和改革委员会高技术产业发展司副司长许勤表示，为推动n c 发展，他们将 加快n c 在北京和西部等区域的推广步伐，并启动n c 教育信息而在网络计算机 产业准备和启动过程中，北京已经占有一席之地。北京市副市长范伯元表示，今 后一段时期，北京市人民政府将在过去工作的基础上，积极推广示范工程，加大 政府采购力度，落实相关政策，安排专项资金等，进一步从各个层面支持网络计 算机关键技术和瓶颈技术的研发和产业化工作。 今天网络计算机机再次被关注，有其客观的原因。 第l 章绪论 一由于经济不景气，许多大型企业和机构希望降低成本来提高赢利能力， i t 预算被削减，因此能够节省开支的设备成为优先考虑的对象。 二经过近几年的网络经济的高速发展，网络环境的基础设施有了很好的改 善，计算机已经被揭去了神秘的面纱。个人消费终端与工作终端分开， 企业或机构中的计算机的功能被分解，使网络计算机的应用成为可能。 三l i n u x 操作系统越来越成熟，在使用w i n d o w s 操作系统成本居高不下的情 况下，企业自然愿意寻求别的突破口。 四新技术的出现为网络计算机的产品升级提供了条件，液晶显示器、无线 8 0 2 1 l 或者b l u e t o o t h 、j a v a 、操作系统可以采用l i n u x w i n c e n e t 等 都可能被用于新开发的刚络计算机。 在国内，这是一次前所未有的大好机遇，在n c 的开发和研制上我们和国外 的大企业站在了同一起跑线上，微处理器是国产的，操作系统和应用软件也是国 产的，拥有全部自主知识产权的网络计算机为我们中国人带来了无限美好的前 景。 1 5 课题来源及研究内容及目标 1 5 1 课题来源 本课题来自北京灵思信息系统有限公司。这是一家由海外资本与北京工业大 学共同创办的中外合资高新技术企业，是信息产品系统整体解决方案的技术服务 提供商，在n c 市场上，有丰富的项目实施经验。他们的产品灵易网络计算机( 以 下简称为灵易n c ) ，以中芯微系统有限公司开发的3 2 位嵌入式芯片“方舟1 号”作为硬件平台，以l i n u x 作为本地操作系统。 由于p d d p 协议是整个n c 系统的软件主体，一种基于r d p 协议开发的应用 程序r d e s k t o p ( 远程桌面连接软件) 是n c 软件系统最重要的一部分，它是任何 基于n c 系统的应用开发的基础，所以研究和根据自身需要改进这一应用程序是 十分重要和紧迫的。 1 , 5 1 研究内容及目标 ( 1 ) 学习和研究网络计算机的系统构成和实现原理。 ( 2 ) 学习在嵌入式操作系统l i f l u x 下实现对网络计算机的功能开发。 ( 3 ) 学习和研究l i n u x 下的xw i n d o w s 的原理。 ( 4 ) 阅读r d p 协议软件源码，掌握网络协议软件的体系结构及其在操作系统内 核中的实现方法，对网络协议软件体系结构和性能的优化。 ( 5 ) 学习理解t 1 2 0 协议组文档，涉及t 1 2 0 协议相关的r f c 文档的阅读、 理解、分析，将协议文档中所描述的协议实体间的交互过程提炼为协议 栈软件的流程、算法，建立相关的数据结构。 第2 章网络计算机系统应用结构 2 1 网络拓扑结构及系统配置 2 1 1 网络拓扑结构 图2 - 1 是一个典型的n c 系统网络结构图。完整的n c 系统由三部分组成 为n c 提供应用和数据的多用户服务器，n c 及网络连接设备和使用n c 的用户。 同样，n c 系统的管理也体现在这三个方面对系统中所有的n c 设备进行管理： 对多用户服务器进行管理和对使用n c 的用户进行管理。此三者相辅相成，缺一 不可。 图2 - 1n c 系统网络结构图 f i g u r e 2 - 1t o p o l o g yo f n e t w o r k c o m p u t e rs y s t e m 可适应1 0 m 1 0 0 m 局域网，支持d d n 、i s d n 网络连接。 2 1 2 系统配置 火墙 服务器配置 网卡：1 0 m 1 0 0 m 操作系统：w i n d o w ss e r v e r2 0 0 3 w i n d o w ss e r v e r2 0 0 0 应用软件：o f f i c e2 0 0 0 、i n t e r n e te x p l o r e r6 0 等 c p u 内存配置参考表： 服务器要求最少使用2 0 0 m b 内存，每增加一个用户增加2 0 m b 一6 0 m 的附加内存 l 用户数l 处理器 1 内存 i 5 i k 路p i i i7 3 3 m h z 5 1 2 m b 1 0 单路p 1 4 g h z l 7 6 8 m b 1 5单路p i v 2 o m h z i l 1 g b 2 0 p 路p l v 2 。4 m h z 4 1 g b l 2 5 l i 单路x e o n2 4 g h z 9 1 5 g b l 5 0 l 双路x e o n2 4 g h z 8 2 g b l 6 0 l l 双路x t ：o wz s g h z i i 2 g e 表2 一】c p o 内存配置参考表 t a b l e2 - lp a r a m el e t so fc p ua n de m sm e m o r y 客户端配置 网卡：l o m 1 0 0 m 操作系统：l i n u x 应用软件：r d e s k t o p ，灵思7 0 d 等 c p u ：方舟一号( a r c a - 1 ) 下面就用一个实际应用案例来进一步说明n c 系统的应用结构。 2 2 实际应用案例 2 2 1 多媒体教学系统解决方案 一方案概述 多媒体教室是将计算机及网络技术应用到教学领域形成的，将图像、声音、 文字、动画等媒体融合起来，为学生提供丰富生动教学素材，达到寓教于乐效果 的新型教室。但是，因此也增加其应用的复杂程度和管理的难度。采用多媒体教 学的学校不仅需要一个功能完善、简单易用、方便教学和可以提高教学质量的教 北京工业大学工学硕士学位论文 学软件，同时还需要一个可以统一管理、易于维护的系统平台。两者的统一可以 更加有利于多媒体教学系统的推广应用。 目前学校的多媒体教学系统一般采用p c 机作为学生机，而学生机只作为显 示教学内容的机器和提供学生简单的操作，无需太多的配置。p c 机价格昂贵， 只有1 0 9 6 3 0 使用率，一般3 5 年即被淘汰，硬件和软件的升级成本高，造成了 极大的资源浪费。而很多学校因为资金困难，多媒体教学更是成了一块鸡肋。同 时p c 机由于是分布式管理，设备分散，p c 相对个性化，使用者随意性大，这些 都给系统管理员带来了极大的管理困难，维护p c 机也造成了很大的工作量。 多媒体教学系统构建在网络之上，他们是密不可分的。没有网络的顺畅就没 有教学系统的正常使用。p c 机与服务器之间大量的数据流很容易造成带宽压力， p c 机本地带有大量的存储设备，很容易感染病毒而在网络中传播和遭受黑客攻 击，这些最终会导致网络瘫痪，威胁系统安全。 由于多媒体教学应用越来越广，市场上的软件产品也是良莠不齐。很多多媒 体教学软件只是纯粹增加多媒体功能，并没有发挥多媒体在教学中的功用，充分 提供学生一个感性的学习环境。同时由于多媒体教学系统操作复杂，有时候反而 降低了教学效率。 对于多媒体教学中存在的弊端，采用灵易n c 作为学生端设备以及慧峰诚信 公司的多媒体教学软件的整体解决方案。该方案主要解决了上文中所涉及的主要 问题： l 客户端采用灵易n c ，降低了t c o ( 总拥有成本) ，包括软硬件购买、安装升 级成本，维护成本和用户使用成本等。灵易n c 价格相对p c 低，配置简单， 没有多余外设和本地存储，不需要客户端软件，所有工作全部在服务器上完 成，灵易n c 只作为显示的桌面和i o 设备，而少量的数据流对网络带宽不 形成压力，也不会威胁系统网络的安全；并且灵易n c 的软硬件不需要升级， 操作十分方便，用户对n c 的使用也被最大程度地控制在服务器端，在大大 降低了管理员的工作量的同时也方便了用户的使用。 2 多媒体教学软件不仅提供教师良好的教学内容、授课方式，也给学生提供更 好与教师交流的方式。 整体解决方案的软件系统采用区别于传统的c s 结构，而是基于灵易n c 和 终端服务器的新型的三层c $ 结构。网络的系统结构采用基于t c p i p 协议 篓! 塞塑丝生堡垫至薹壁些笪丝 的交换式1 0 0 b a s e t 快速以太网作为主干网络，设置一台主交换机通过双 绞线与网关和域服务器相连组成中心机房。通过双绞线向下连接设在各教室 的分交换机，每个教室分别设置终端服务器、l 台教师用应用服务器和若干 学生机，每台学生用的灵易n c 通过交换机集连在一起，网络拓扑结构呈星 型。整个网络通过专线与外部网络相连。拓扑图如下： 系缆拓扑图 图2 3 系统网络结构图 f i g u r e2 - 3s y s t e mt o p o l o g y c h a r t 系统硬件组成核心为： 灵易n c ：学生端设备 终端服务器：为学生端设备提供总体服务 教师端服务器机：提供教学过程，与学生交流并对学生端进行控制 整体解决方案为多媒体教学系统提供了一个稳定的硬件平台。灵易n c 由于 采用嵌入式操作系统，性能稳定，简单易操作，管理维护集中，增强了网络 系统的稳定性和可管理性。同时多媒体教学系统也提供给学校、教师和学生 一个良好的网络教学工具。 二硬件系统 整个多媒体教学系统的硬件及网络系统是以灵易n c 、服务器和以t c p i p 协 议构建的交换式快速以太网组成。 1 ) 终端服务器 终端服务器主要功能是提供网络计算机的一个服务平台。操作系统采用 北京工业大学工学硕士学位论文 w i n d o w s2 0 0 0 ，并安装多媒体教学系统学生端软件。终端服务器通过r d p 与 灵易n c 进行通信。所有灵易n c 数据的存贮、运算、分析，学生端程序的运 行都在终端服务器上。对于多媒体教学而言，由于并发性较强，建议一台终 端服务器带3 0 台n c 。每个教室可根据具体情况来配置终端服务器的数量。 终端服务器由于承载所有学生端用户，因此配置需求较高。对于当前的网络 而言，根据教室容量，服务器可采用双路p i i i8 0 0 m h z 以上c p u ，大于i g b 内存( 每个n c 用户需要一定的内存空间) ，s c s i 硬盘( s c s i 硬盘性能较好， 其大小视使用的应用程序和用户数量而定) 或磁盘阵列，1 0 0 m 网卡一块( 如 果很多用户要求访问存储在网络服务器上的数据或运行客户n 务器程序，也 可能需要用两块) 、四声道声卡以及光驱。 2 ) 教师机 教师机的操作系统采用采用w i n d o w s 9 8 ，办公软件采用m i c r o s o f to f f i c e s 7 。0 ，同时安装多媒体教学软件的教师端软件，通过教师端软件来对学生端 的灵易n c 进行控制，实现教学过程。 由于教师机主要进行应用，如授课、监控、广播音频和视频等。建议可用性 能较好的p c 机作为教师机。系统配置采用p i i i7 3 3 m h z 以上c p u ，1 2 8 m 以 上内存，1 0 0 m 网卡一块，四声道声卡一块，硬盘空间按照用户需求和信息 数据量而定。 3 ) 网络配置 采用1 0 0 b a s e t 快速以太网交换机，各交换机通过双绞线相连，组网协议 可采用t c p i p 协议。交换机数量以网络容量为准。 三软件系统 多媒体教学和远程控制系统 多媒体教学系统是将计算机及网络技术应用到教学领域形成的，将图像、 声音、文字、动画等媒体融合起来，为学生提供丰富生动教学素材，达到寓教 于乐效果的新型教室。教师可以通过局域网互联网进行授课，答疑，并可以 通过网络为学生进行可视化讲解，为学生演示各种学科的应用软件系统。学生 可以向老师提问，让老师为其答疑。这些均是通过计算机及网络实现，老师和 学生不必离开自己的座位。同时教师还可以通过多媒体教室进行其它与课堂相 关的管理。 篁! 兰塑堑墼篓堡童篁窒星童垫 主要提供功能有：交流、屏幕广播、声音广播、屏幕监看、座位存档、键盘 锁定、发送命令、远程复位等多种教学功能。 四系统工作方式 基于灵易n c 的多媒体教学系统解决方案的工作方式如下： l 、终端服务器安装多媒体教学软件的学生端部分，进行学习过程和接受教 师机控制。 2 、教师机安装多媒体教学软件的教师机部分，进行教学和控制过程。 3 、学生通过灵易n c 登录到终端服务器，运行学生端软件。终端服务器上每 个学生端的会话与教师机交互信息，通过r d p 协议上传学生端的鼠标、 键盘信息，并将教师机信息下传至学生机的灵易n c ，学生端获取教学内 容，同时可与教师进行交流。 4 、学生端用户之间相互隔离，互不影响。 2 2 2 网络计算机机制在其他领域上的应用及展望 利用网络计算机机制，你可以用图形化的方式远程登录一台安装w i n d o w s 的 计算机并运行w i n d o w s 应用程序。可以通过局域网或因特网实现r d p 连接。由于 r d p 协议对带宽的要求比较低，因此可采用电话拨号或无线网络实现r d p 连接。 由于所有的进程都是在主机上运行，所以即使你的客户端只是一台很老的4 8 6 电 脑或者是一台个人数字终端设备( p d a ) ，也可以运行主流的w i n d o w s 应用软件。 图2 3网络计算机机制的其他应用 f i g u r e2 - 3o t h e ra p p i c a t i o n so fn e t w o r kc o m p u t e rs y s t e m 从2 3 图可以看出网络计算机的机制已经应用到各种嵌入式终端当中，在数 字化电视和p d a 等领域也有极大的发展，试想一下，以后你也许可以在家里的电 视上远程办公，或用p d a 远程办公，在电视上或p d a 开视频会议这些在未来的数 年当中都可以成为现实只要你有可视化的设备，你就可以没有任何限制的和任 何人用任何方式交流，未来的趋势是电信，广播，计算机网络三大网络的互联统 一成一个网络，人们的生活也会随之发生翻天覆地的变化。 4 第3 章l i n u x 下网络计算机软件系统结构 3 1lin u x 下的网络计算机的软件总体结构 基于r d p 协议w i n d o w s 终端其客户端程序是公开的，r d e s k t o p 负责处理和管 理用户桌面的一个程序。下面研究的原理和实现方法都是根据这个程序说明的。 下图3 一l 是n c 系统软件总体结构图。” 服 图3 一ln c 系统软件总体结构图 f i g u r e3 - 1s t r u c t u r eo fn e t w o r kc o m p u t e rs o f t w a r es y s t e m 我们从上图可以看出n c 系统有两个大的方面： w i n d o w sn t 应用服务器向n c 提供的终端服务 所有的软件运行、配置、存储都在服务器端完成，客户机仅作为输入、输 出的设备，客户机可以像p c 使用本地资源一样来使用服务器上的所有资源， 客户机能够直接运行服务器上的1 6 位或3 2 位的w i n d o w s 应用程序，同时 客户机也能够使用本地的硬件资源，众多的n c 可以同时登录到服务器上，仿 佛是同时在服务器上，但又相互独立地工作一样，这就是终端服务。下面是 终端服务的原理如图3 - 2 。“1 用警 o ，参 j舅 弋 屠豁 第3 章t i n u x 下的网络计算扭软件系统结构 终端 服务器 应用程序在 服务器端运行、计算 n c 软件 或设备 图3 2终端服务原理图 f i g u r e3 - 2p r i n c i d l ec h a r to ft e r m i n a ls e r v i c e 网络上只传送很少的信息。客户机和服务器之间通过标淮的局域网架构进行连 接，网络上传输的只有鼠标、键盘和显示信息。客户端把鼠标和键盘输入传递到 服务器上，服务器又把显示信息传回到客户机这样便大大减轻了网络负荷，大大 提高了网络的使用效率。 l i n u x 应用服务器向n c 提供的x 服务和网络自启动的o s 内核 所谓x 服务是建立在l i n u x 下的x 窗口系统上的，x 窗口系统以所谓客户 服务器( c l i e n t s e r v e r ) 模式作为其实现方式。这里的客户是指x 应用程 序，而服务器的概念有别于通常的涵义。对网络而言，服务器是一个存贮数 据，进行总控的硬件实体，丽x 中的服务器是同各应用程序( 客户) 打交道 的软件，实际是一个特殊的程序。下面是x 服务的原理如图3 - 3 。3 3 捕捉事件鼠标和键盘事件通知客 显示用户界面 卷请求，如重画屏幕 图3 - 3x 服务原理图 x 客户应 用程序 北京工业大学工学硕士学位论文 3 2 网络计算机的系统流程 3 2 1 网络计算机的启动流程 网络计算机的启动流程如图3 4 所示。 图3 - 4 网络计算机的启动流程图 f i g u r e3 - 4b o o tf l o wc h a r to fn e t w o r kc o m p u t e r t f t p ( t r i v i a lf i l et r a n s f e rp r o t o c 0 1 ) 是t c p i p 协议簇中的小型文件传送协 议t f t p d 作为结点机上的t f t p 守程序接收t f t p 请求，传送所需的文件。 x d m ( xd is p l a ym a n a g e r ) 是一种x 显示管理程序，实现登录过程并控制x 服务器的显示。x d m 检查口令文件，设置用户环境，最终启动用户h o m e 目录下。 x s e s s i o n 文件中的x 客户程序，提供用户界面。如果用户h o m e 目录下没有。 第3 章l i n u x 下的网络计算机软件系统结构 x s e s s i o n 文件，则使用系统缺省文件u s r l i b x l l x d m s y s x s e s s i o n 。 用户退出后，x d m 自动关闭这些x 客户程序，并重复登录过程。“2 3 3 2 2 连接r d p 服务器的流程 网络计算机系统启动后，会调用r d e s k t o p ( 一种l i n u x 型终端连接w i n d o w s s e r v e r 的软件) 客户终端软件r d e s k t o p 首先和r d p 服务器建立连接，就好像 客户远程登陆一样，客户机要提供用户名，密码，除了这些参数还要提供连接 方式，工作路径及其他一些初始信息，将这个请求发送给r d p 服务器，经过 r d p 服务器认证用户后，向客户端发送确认连接消息，建立r d p 连接。流程如 图3 5 “” 网络计算机 设置r d p 连接的 初始参数 连接程序 r d p 连接请求 终端服务器 侦听p , ) p 端口，看是 否有用户请求 w i n d o w s 登陆界面 服务器端程序 图3 - 5 建立r d p 连接的流程图 f i g u r e3 - 5c r e a t i n gc h a r to f r i ) pc o n n e c t i o n 3 3 网络计算机的基本软件模块 网络计算机的客户终端软件包括r d p 协议模块，位图处理模块，缓冲技术模块， xw i n d o w 处理模块、加密模块，m c s 层网络模块，i s 0 网络模块，t c p 层网络模 块，颜色处理模块，命令处理模块。下面是模块组织结构图3 6 3 3 1 数据处理 图3 - 6 模块组织结构图 f i g u r e3 - 6m o d u l es t r u c t u r ec h a r t 所谓数据处理就是将在网络计算机端发生的事件转化成r d p 协议规定的数 据包发送给终端服务器，终端服务器根据客户端发送过来的事件计算出事件结 果，这些结果就是显示在桌面上的图形和图像，或者是鼠标参数的改变( 如形状、 颜色、位置等) 再将这些结果作为数据包发送回客户端，客户端软件再根据这些 结果，把它们变成x 服务请求发送给x 服务器，服务器根据请求设置客户端的屏 幕，将结果显示在桌面上。这部分是由x 客户服务模块( x w i n ) 、数据处理模块 共同实现的。数据处理的大不分内容就是更新处理，如图3 8 给出了主要的更新 类型，客户端软件分析过r d p 数据包后，根据数据包的指示调用x 客户服务模块 中的程序，实现屏幕刷新，环境变量改变等操作。 第3 章l i n u x 下的网络计算机软件系统结构 3 3 2 数据缓冲 图37 数据更新类型图 由于l i n u x 下的网络计算机是采用xw i n d o w 的机制，所以终端服务器传输的 图形和图像、环境变量以及事件的相应结果都必须通过xs e r v e r 通过网络在网 络计算机上实现，所以采用数据缓冲的技术加以实现。例如，终端服务器返回了 网络计算机的一个鼠标事件的结果，这个结果是产生了一个新的位图，网络计算 机就要请求xs e r v e r 为它重画屏幕，但是此时xs e r v e r 正在处理其他事件， 或网络繁忙，那么网络计算机的客户端程序就会建立一个缓存，把服务器传过来 的位图暂时保存起来，等到xs e r v e r 有条件相应这个请求时，再从缓冲中取走 位图用于操作。缓冲模块主要实现对位图、字体、文字、桌面图形、鼠标数据的 缓冲处理。这部分是由数据缓冲模块实现的。 3 3 3 数据加密 r d p 协议是应用了m d 5 和s h a 以及r c 4 多种加密算法的组合。 a ) 5 算法 北京工业大学工学硕士学位论文 m d 5 的典型应用是对一段信息( m e s s a g e ) 产生信息摘要( m e s s a g e d i g e s t ) ， 以防止被篡改。比如，在u n i x 下有很多软件在下载的时候都有一个文件名相同， 文件扩展名为m d 5 的文件，在这个文件中通常只有一行文本，大致结构如： t v e ) 5 ( t a n a j i y a t a n g z ) = o c a l 7 5 b 9 c o f 7 2 6 a 8 3 l d 8 9 5 e 2 6 9 3 3 2 4 6 1 这就是t a n a j i y a t a r g z 文件的数字签名。m d 5 将整个文件当作一个大文本信 息，通过其不可逆的字符串变换算法，产生了这个唯一的m d 5 信息摘要。如果 在以后传播这个文件的过程中，无沦文件的内容发生了任何形式的改变( 包括人 为修改或者下载过程中线路不稳定引起的传输错误等) ，只要你对这个文件重新 计算m d 5 时就会发现信息摘要不相同，由此可以确定你得到的只是一个不正确 的文件。如果再有一个第三方的认证