（电路与系统专业论文）基于jxta的p2p即时通信系统的实现.pdf

摘要 随着传统c s 模式的即时通信系统应用日益广泛，实现的功能日 益丰富，造成使用人数呈现井喷式的发展。但是，由于c s 网络过分 依赖于中央节点，导致中央节点不堪重负。与此同时，p 2 p 技术正飞 速发展，这种点对点的方式使得大量的网络应用不再通过中央服务器 来实现，而是直接由两台或多台可以网络互联的节点计算机来实现。 这样便可以将网络的负担分摊到每台要使用各自资源的计算机上，而 不集中在中央服务器上。 本文深入的分析了目前即时通信系统的发展状况和研究背景。并 根据s u n 公司推出的p 2 p 平台一j x t a ，设计了基于j x t a 平台的p 2 p 即 时通信系统，用来解决c s 模式下中央服务器性能瓶颈所带给整个即 时通信系统的困扰。j x t a 根据p 2 p 应用系统的通用需求，抽象出了 底层的功能组件和协议，并将接口和类提供给了应用程序的开发者， 使开发人员不用去关心底层的实现，只要做具体应用系统的开发。本 系统的开发便是基于j x t a 平台采用j a v a 语言来实现的。系统的主要 功能包括了节点成员的管理，对等组的创建和撤销，节点之间的文本 通信，节点之间资源共享和利用j a v a 的j a v a s o u n d 开发包来实现节 点之间的音频通信。 本文所做的主要工作包括：详细分析和介绍了即时通信系统的发 展，传统的c s 模式的即时通讯系统所遇到的问题，以及p 2 p 模式即 时通信系统的优势所在；深入研究了j x t a 平台的各项核心功能组件、 核心协议和基础构架；在系统的具体实现上首先对即时通信系统做总 体的需求分析，并根据需求分析设计网络模型，分析采用这种网络模 型的原因并在系统中做出具体的实现和部署：最后对系统的总体功能 进行分析，并对具体的功能模块进行划分设计、分析和实现；在测试 系统方面，先搭建模拟的网络环境，对系统的各个功能模块进行测试， 测试结果表明设计的系统完成了预期的各项功能。 关键词：p 2 p ，j x t a ，节点，对等组，功能模块 ， a b s t r a c t h o w e v e r ，t h ec sn e t w o r kiso v e r r eli a n c eo nt h ec e n t r a l n o d e ，l e a d i n gt ot h ec e n t r a ln o d e o v e r w h e l m e d t h i sp 2 p a p p r o a c hm a k e sal o to fp 2 pn e t w o r ka p p l i c a t i o ni sn ol o n g e r a c h i e v e dt h r o u g hac e n t r a ls e r v e r ，b u td i r e c t l yb yt w oo rm o r e c o m p u t e rn o d e sw h i c hi n t e r c o n n e c t e dt oa c h i e v e s ot h a tw ec a n s h a r et h eb u r d e no ft h en e t w o r kt oe a c hc o m p u t e r ，w h i c hu s i n g t h ei rr e s o u r c e sr a t h e rt h a no nt h ec e n t r a ls e r v e r w em a d ea ni n d e p t ha n a l y s i so ft h ec u r r e n td e v e l o p m e n ta n d b a c k g r o u n do fr e a l ti m ec o m m u n i c a ti o ns y s t e m s a c c o r d i n gt o t h es u nc o m p a n yw h i c hi n t r o d u c e dt h ep 2 pp l a t f o r mj x t a ，j x t a p l a t f o r mi sd e s i g n e db a s e do np 2 pr e a l t i m ec o m m u n i c a t i o n s y s t e mt os o l v et h ep r o b l e mt h a tt h ep e r f o r m a n c eb o t t l e n e c ko f t h ec e n t r a ls e r v e rt ot h ew h o l er e a l ti m ec o m m u n ic a ti o ns y s t e m t h es u nc o r p o r a ti o no p e n e du ph iso w np l a t f o r mj x t ao fp 2 p t h e j x t ah a sa b s t r a c t e dt h eb o t t o mo fc o m p o n e n t sa n dp r o t o c o l so f f u n c t i o n sf r o mt h es y s t e m so fp 2 pa p p l i c a t i o n s i to f f e r st h e i n t e r f a c e sa n dc l a s s e st ot h ed e v e l o p e r s ，s om a k et h e d e v e l o p e r sd o n tc a r et h eb o t t o ma c h i e v e m e n t t h eo n l yt h i n g s i i i w h a tt h ed e v e l o p e r sw a n t st od oi st od e v e l o pt h ea p p l i c a t i o n s t h es y s t e mw h ic hd e v e l o p e db ya u t h o risb a s e do nt h ej x t a t h e m a i nf u n c t i o n so ft h es y s t e mi n c l u d e st h em a n a g e m e n to fm e m b e r s o fp e e r ，t h ec r e a ti o na n dr e v o c a ti o no fp e e r g r o u p ，t h et e x t c o m m u n ic a ti o no fp e e r ，t h er e s o u r c e ss h a r i n gb e t w e e np e e r s ，a n d t h es o u n dc o m m u n i c a t i o nb e t w e e np e e r sw h i c hd e v e l o p e db y j a v a s o u n d t h em a i nw o r ko ft h isp a p e r s ：i th a sm a d e i n t r o d u ci n ga n d a n a l y z i n go ft h ed e v e l o p m e n t so fi n s t a n t - m e s s a g i n gs y s t e m s ， a l s of o u n do u tt h ep r o b l e m sw h i c ht h et r a d i t i o n a ls y s t e m so f c sh a sf a c e d ，a n dt h ea d v a n t a g e so ft h ei ms y s t e m so fp 2 pi n d e t a il i tm a d es e a r c h i n go ne v e r yc o r ec o m p o n e n t s ，p r o t o c o l s a n dt h eb a s i ca r c h i t e c t u r ed e e p l y i th a sm a d ea n a l y z i n go nt h e e n t i t l ef u n c t i o n sa n dr e q u i r e m e n t so ft h es y s t e m w ea l s o p a r t i t i o n st h em o d u l e so ff u n c t i o ns p e c i f i c a l l y w eh a sm a d e 目录 摘要i a b s t r a c t ii l 第一章绪论1 1 1 研究背景和意义1 1 2 国内外研究现状3 1 3 本文的主要工作6 1 4 本章小结7 第二章技术背景8 2 1p 2 p 技术简介8 2 1 1p 2 p 网络拓扑结构8 2 1 2p 2 p 的核心技术1 1 2 2j x t a 技术介绍1 3 2 2 1j x t a 的特性1 4 2 2 2j x t a 的结构一1 4 2 2 3j x t a 核心组件1 5 2 2 4j x t a 的核心协议族1 9 2 3j a v a 多媒体技术2 1 2 3 1j a v a s o u n d 的体系结构2 1 2 3 2j a v a s o u n d 的输入输出工作原理2 3 2 3 3j a v a s o u n d 常用的类、接口和它们之间的关系2 3 2 4 本章小结2 5 第三章系统的网络模型和总体功能分析2 6 3 1 系统的总体需求分析2 6 3 2 系统的网络模型2 8 3 2 1 单一r p i 遍历2 9 3 2 2 带优先级的双r p i 遍历3 0 3 3 网络中的实体3 l 3 4 系统的模块设计3 l 3 4 1 节点登录模块3 2 3 4 2 对等组管理模块3 3 3 4 3 文本通信模块3 4 3 4 4 语音通信模块3 5 3 4 5 文件共享模块3 5 3 5 本章小结3 6 第四章系统的具体实现3 7 4 1 搭建开发环境3 7 4 2 对等组管理模块的实现3 7 4 2 1 创建对等组3 8 4 2 2 加入( 查找) 对等组3 9 4 2 3 退出对等组4 0 4 3 文本通信模块的实现4 0 4 3 1 建立通信渠道4 1 4 3 2 在接收方建立输入渠道4 5 4 3 3 在发送方建立输出渠道4 5 4 3 4 消息的格式、封装和解析4 6 4 4 音频通信模块的实现4 7 4 4 1 在发送端采集并发送数据4 7 4 4 2 接收端接收并回放数据4 8 4 4 3 音频数据的传输问题及处理方法4 9 4 5 文件共享模块5 0 4 5 1 发布共享文件5 1 4 5 2 搜索共享文件5 1 4 5 3 文件的下载5 2 4 5 4 消息传输时的格式5 4 4 6 节点登录模块实现5 5 4 6 1j x t a 平台的初始化5 6 4 6 2 节点登录认证和改变平台配置信息5 8 4 7 本章小结二5 9 第五章系统模块测试6 0 5 1 系统实验的环境6 0 5 2 节点登录模块的测试和结果分析6 0 5 3 对等组管理模块的测试和结果分析6 1 5 4 文本通信模块的测试和结果分析6 2 5 5 文件共享模块的测试和结果分析6 3 5 6 语音通信模块的测试和结果分析6 4 5 7 与主流即时通信软件的对比6 5 5 8 本系统存在的问题6 6 5 9 本章小结6 6 第六章结论和展望6 7 6 1 主要研究成果6 7 6 2 展望6 8 参考文献- 、6 9 攻读硕士学位期间发表的论文7 5 致谢7 6 湖南师范大学学位论文原创性声明7 7 湖南师范大学学位论文版权使用授权书7 7 基于j ) ( t a 的p 2 p 即时通信系统的实现 1 1 研究背景和意义 第一章绪论 在当今社会，人们因为工作和生活的需要对信息的需求越来越大， 同时传统的电视、电话和电子邮件已经不能够满足人们对信息的需 求。而且随着用户对信息传递即时性需求地提高，要求能够随时地互 传信息，所以在与外界发生信息的互通的时候，人们已经不能够满足 传统电话和邮件这样交流平台受限和交流实时性也受限的交流方式， 人们需要一种即时的无平台限制的信息交流方式n 。2 3 。 同时随着十多年前互联网爆炸式发展，网络技术和软件技术的更 新，在网络上利用软件技术和互联网技术来进行即时通信是大势所 趋，在这种大背景下便诞生了即时通信系统。 即时通信系统，是指两人或者多人可以进行实时信息交流的硬件 或者软件平台b 3 。 即时通信系统的存在使得互联网上的用户可以通过它来实时来传 送声音、文本和视频，使得沟通变得更加的容易和快捷。用户可以通 过系统在互联网上认识更多的新朋友，扩大了人们交友的范围，使得 人际圈不再受传统地域的限制。同时在线的查找好友的功能也促成了 人们交友的便捷。各大企事业单位也在广泛的推行自己的即时通信系 硕士学位论文 统，这是因为即时通信系统较高的协同性有利于办公的同步和实时信 息的反馈h 1 。 现在的即时通信系统已经是完全能够打破平台的束缚可以在各种 设备上运行，打破网络的束缚，能够在i n t e r n e t ，固定网络和移动 网络上实现信息传输的工具( 但是并没有做到网络的三网融合，即无 线网络、固定电话网络和i n t e r n e t ) ，并且现在的即时通信系统也 打破了传统的交流形式的束缚，不仅仅限于只有文字和声音，更多的 还包括了视频，以及实时的会议阳3 。 即时通信系统现在努力的方向是手机网络和固定i n t e r n e t 网络 的融合技术。在传统的w e b 通信系统的基础上发展起来了移动通信系 统，把手机短息和互联网联合起来，使得人们可以通过手机短信的形 式来实现移动设备上的即时通信系统，突破了传统的无线网络的束 缚，将原来在无线网络上传输的短信改在互联网络上传播，这同时也 是无线网络与固定网络联合的标志口。8 1 。 由此看来随着技术地发展和人们需求的急剧增加，即时通信软件 已经深入到人们生活中的方方面面，成为大家日常生活和工作中的必 不可少的软件，给大家的沟通，交流和工作带来了极大的便利，例如 传统的q q ，m s n 等都是应用得非常广泛的。但是随着网络用户的蓬勃 发展，网络应用功能的不断丰富，由原来传统的文本聊天和邮件功能 发展到今天视频、音频聊天、会议、文件共享和博客等众多功能，在 给人们带来便利的同时，也给网络资源带来很大的占用。传统的即时 基于j x t a 的p 2 p 即时通信系统的实现 、 通信系统例如q q 等都是基于c s 模式阳3 ，即客户机服务器模式，虽 然这样的模式便于对整个网络的节点客户机进行集中式的管理，但在 这样网络用户膨胀的情况下给网络的中央节点- n 务器带来了很大的 负荷，在用户使用的高峰时期常带来服务器响应缓慢，甚至是服务器 死机的不良后果。在这样的情况下，便催生出新的p 2 p 模式n 叫。 p 2 p 模式的优势便在于其分布式处理功能，无中心节点，或中心 节点只提供节点成员列表管理的功能而不承担其他服务功能n 。而将 其他具体的应用和服务转嫁到相互之间发生服务关系的节点上去，将 计算任务分散开来。p 2 p 技术的这种特点使得可以将互联网或者各个 不同类型的独立网络中的各个节点资源，带宽资源利用起来，任何一 台机器，一个节点都有可能向其它机器提供服务n2 l 。这样节点内自有 的信息便可以更有效传播到网络上，更多节点的服务也可以提供给网 络中的其他节点，然而这些功能和资源在传统的c s 模式中都只能依 靠服务器来提供，所以p 2 p 模式极大的提高了网络资源的共享率和网 络带宽的使用率。故用p 2 p 技术来实现即时通信系统，以适应今天日 益膨胀的使用人数和更加强大和丰富的功能需求，同时又不出现传统 c s 模式的即时通信系统的弊病，是非常有必要的。 1 2 国内外研究现状 到目前为止，p 2 p 技术正在渗入到网络应用的各个方便，包括了 现在市面上的各种网络应用软件，例如p 2 p 邮件系统、文件共享、文 本聊天、视频和音频聊天、视频直播和网络游戏，网上在线拍卖等等 3 硕士学位论文 n 引。这样就使得因特网上处于网络边缘的资源节点可以成为网络应用 中的主角。同时p 2 p 技术已经应用的各种硬件平台上，包括了大型机、 普通的计算机、p d a 、手机、机顶盒等等，并且可以在其它跨平台技 术的帮助下，实现不同硬件平台上的网络资源共享n 引。 鉴于本文主要是研究软件类即时通信系统，对于p 2 p 技术国内外 研究现状的分析主要集中在使用p 2 p 技术的即时通信软件上。 国内p 2 p 即时通信最有代表性的是新浪u c 。这是即时通信的集大 成者，使用的是p 2 p 下的“n e t 技术n 鲥。“n e t ”技术丰富的图形 图像处理技术和数据库功能，使得新浪u c 集传统即时通信功能于一 体，并包含很多的娱乐功能，将有声有色、图文并茂的场景聊天模式， 以及视频电话、可断点重传的文件下载和传输、能够多人文本和视频 聊天，消息群发功能和在线游戏功能以及同学录等功能有机结合，构 成了一款整合的，功能极其强大的即时通讯软件n 刀。但是新浪u c 只作为w i n d o w s 平台下的一款优秀软件让很多诸如苹果的m a c 系统， 红帽l i n u x 等用户无法使用，导致u c 地推广受到了阻碍，无法实现 跨平台性n 引。 、 电子名片( t r a c q ) ：是一款商用的即时通信软件，使用的是j a v a 的e z b e a n 技术，具有强大的内核功能，在商用领域，他开创了多项 即时通讯新功能n 蜘。首先是对使用软件的使用人员，即各种商业客户 采用实名制的管理原则，用户的注册和在使用都必须通过企业管理员 的实名制管控。这样便使得商用的即时通信软件和平常个人用户所使 基于j x t a 的p 2 p 即时通信系统的实现 用的即时通信软件有了很大的区别，保证了专用性，提供了工作的效 率；其次，t r a c q 电子名片独创网页会话技术，一改传统i m 软件必 须通过p c 桌面登录客户端并添加联系人方可交流的局限。企业只需 将电子名片( t r a c q ) 嵌入自己的网页，即可为访问企业网站的访客提 供便捷的交流途径。访客无须下载安装任何客户端软件，双击企业内 部群内工作人员的头像就可以进行诸如文本、短信及视、音频在线会 议舱毗。但是本款软件的固有的e z b e a n 技术使得软件很难具有扩展 功能，无法实现插件的使用，故无法使用插件带来的丰富功能。 微软公司( m s nm e s s e n g e r ) ：m s nm e s s e n g e r 的使用人数很广， 它除了支持文本通信之外还支持视频多人会议、语音聊天、连线游戏 等等伸延功能。在文本聊天中还可以加入各种个性化的符号、图片、 动画等等，并且可以改变聊天时所使用的字体以及字体的大小。从第 六版开始该款软件还可以使用用户自己添加到系统内部的自定义的 图片、动画和字体。同时微软还提供更多的与它配套的第三方的软件 支持。但是m s n 始终不是纯p 2 p 模式的软件，它始终需要一个中心服 务器为它提供管理成员节点列表和资源列表的功能，在成员节点大量 增多时，还是有可能导致服务器的性能下降。再加上m s n 不是开源软 件，用户很难对其性能进行改善，使得它的性能很难提高乜2 。2 钔。 本文在详细研究了市面上主流即时通信软件功能上的优点和不足 之后，决定结合j x t a 技术和j a v a 来实现一款真正开源的，可以方便 用户对其性能进行升级；能够实现跨平台，从而不用仅仅局限于 w i n d o w s 或者l i n u x ；并且可以实现插件的添加以最大程度的丰富其 功能的即时通信系统。 1 3 本文的主要工作 本文设计的系统结合当下流行的s u n 公司推出的p 2 p 平台j x t a ， 并使用j a v a 语言的相关技术和j a v a s o u n d 开发包设计一款即时通信 系统，加以实现，并进行系统测试。本文主要做的研究工作包括以下： 1 分析研究即时通信的发展历程，当前即时通信软件的主要技 术，不同模式下即时通信软件的优缺点，p 2 p 模式发展的背景和应用 情况，以及p 2 p 的技术关键。 2 研究并介绍j x t a 平台，其主要的架构，核心的功能组件，核 心协议族。 3 研究并介绍如何运用j a v a 多媒体开发软件包的各种基本常用 类和接口来开发本系统的音频通信功能。 4 对系统进行需求分析和总体的功能设计，设计系统的总体结 构。 5 对总体功能进行划分，得出具体的功能模块。并结合j x t a 的 基本功能组件和协议以及j a v a 的a w t 事件机制和接口机制来设计和 实现各个功能模块。 6 对系统的各项功能在特定的网络环境中进行测试，获得测试结 果并分析，最终得出结论：系统的各项功能测试结果满足了预期的设 计要求。 6 基于j ) ( t a 的p 2 p 即时通信系统的实现 1 4 本章小结 本章综合分析了即时通信系统产生的背景和发展历程，分析了当 前即时通信系统的研究现状，并针对当前几款流行的即时通信软件分 析其优势和不足，得出设计本系统的目的。最后总结了本文的主要工 作。 硕士学位论文 第二章技术背景 支持本系统的关键性三大技术主要包括了p 2 p 技术，涉及了其中 的网络模型和搜索方法；j x t a 技术，利用它的各项核心的功能组件 来实现系统的各个功能模块和框架；j a v a s o u n d 技术主要涉及语音的 采集、混频和回放还有音频的编码和解码，利用它实现音频通信。 2 1p 2 p 技术简介 p 2 p 是英文( p e e r - t o p e e r ) 的简称，即点对点的意思。我们今 天i n t e r n e t 上的大量服务和应用都是基于c s 模式的，导致i n t e r n e t 上的服务和资源越来越集中化，使得网络越来越以服务器即s e r v e r 的方式来提供资源和服务。但这并不是发展i n t e r n e t 的初衷，只是 在网络诞生之后的几十年发展中所形成的趋势。最初的i n t e r n e t 就 是p 2 p 模式的，最初的网络节点之间也是为了大家能共享资源和服 务，即互为s e r v e r 捌。 2 1 1p 2 p 网络拓扑结构 p 2 p 技术的网络拓扑模型是一种虚拟的网络连接图，它指明了 网络中节点的虚拟连接方式和各个节点所起的作用，所以搭建一个网 络拓扑模型就是为一个系统搭建一个虚拟的运行环境，同时也是p 2 p 系统设计者在设计系统之初首先要考虑的问题，即考虑系统的运行环 r 基于j x t a 的p 2 p 即时通信系统的实现 境和节点功能。其中包括了完全分布式的p 2 p 网络拓扑结构，有中央 服务器的混合式p 2 p 网络拓扑结构以及保留文件目录的p 2 p 网络拓扑 结构。 l 完全分布式的p 2 p 网络结构 完全分布式的p 2 p 网络拓扑结构，是指网络中的所有机器，节点 都零散的分布在网络中，而网络中没有一台中心服务器。他们之间建 立直接的对等的连接，互相传递消息，则是通过p 2 p 对等网络的各种 网络传输协议，各种节点搜索协议来完成。优点是无服务器性能瓶颈， 但也有缺点，由于没有中央服务器，很难对节点进行管理，这样对节 点的身份认证、流量管理等。如图2 - 1 网络拓扑结构。 图2 - 1 完全分布式的p 2 p 网络拓扑结构 完全分布式的p 2 p 网络，由于在节点发现、搜索资源上完全分布 式p 2 p 网络因存在着使用泛洪式搜索算法，即向网络中所有存在直接 连接的节点转发搜索请求，从而造成网络中的通信流量过大而导致网 络瘫痪的可能，如图2 - 2 泛洪式搜索所示。 硕士学位论文 。 表示网络中的计算机 、 搜索方向 图2 - 2 泛洪式搜索 2 有中央服务器的混合式p 2 p 结构 这种混合式的网络拓扑结构带有中央服务器，但是这种服务器的 功能不同c s 模式下服务器的功能，它只保存节点的索引，它所起到 的作用也仅仅是帮助节点之间建立连接，对节点进行认证管理，而其 他的服务和资源则由节点本身来实现。这样比起c s 模式下的服务器 是功能上的很大的弱化，但比起完全分布式的p 2 p 网络模型而言，则 可以方便p 2 p 网络的管理，方便节点搜索，提高了系统的安全性乜利。 但还是会存在一定的c s 模式下服务器的不足，例如集中认证的节点 或者请求建立连接的节点一时过多时，服务器会响应超时，现在大部 分p 2 p 网络使用的便是这样的模型。如图2 3 网络拓扑结构。 基于j ) 【t a 的p 2 p 即时通信系统的实现 3 集中文件目录的p 2 p 网络拓扑结构 集中文件目录的p 2 p 拓扑结构，比起有中间服务器的p 2 p 结构， 在网络结构上都保留了中央服务器，但是集中文件目录的p 2 p 拓扑结 构，不在服务器上会存储节点信息，建立索引，进行认证，而是还会 保留各个节点资源和服务的目录，只提供资源搜索服务晗引。但是节点 之间建立连接还是根据网络流量、延迟信息和网络服务质量来建立直 接连接。这种保留文件目录的p 2 p 模式同有中间服务器的p 2 p 模式一 样存在，当请求大量增加时服务器响应超时的不足，所以要控制好服 务器范围内的节点数量。好处在于节点对全网的资源和服务有很全面 地掌握，便于资源的查找。网络拓扑结构如图2 - 4 所示。 图2 4 集中目录式网络结构 基于以上三种结构的优缺点，本系统设计了一种基于集合点连接 的拓扑结构。既是完全分布式的网络，但又可以方便节点信息的管理。 2 1 2p 2 p 的核心技术 当系统的设计者为p 2 p 系统设计了网络拓扑结构之后，便开始考 虑该使用何种p 2 p 技术来实现系统的功能。p 2 p 系统为了实现网络上 通信双方的信息交流、资源定位查找、成员定位查找、网络安全和 网络规模控制的功能需要有很多技术与之相对应，来完成这些功能。 1 1 硕士学位论文 其核心技术主要包括了针对定位和连接的端到端技术，针对双方节点 通信的信息格式定义和信息交换技术，控制网络规模的服务器技术， 针对资源和节点搜索的节点发现和资源搜索技术乜们。以下将对各项 技术进行应用情况分析和详细介绍。 1 端到端的定位和连接技术 主要包括了i p 地址解析，n a t 路由和防火墙穿越等技术。因为 网络结构千差万别，网络中各个节点硬件软件有很大区别，所以这项 技术就是为了在复杂的网络环境使各个节点建立稳定的链接。 2 节点数据的数据格式和交换技术 交换技术是指网上节点的信息互换功能的实现。数据格式是指通 信时数据的封装和解析，以及格式定义。p 2 p 的软件必须支持使用不 同的数据格式( 例如s o a ，x m l ，u d d i 等) 的节点进行信息交流，使 一方的信息能被另一方识别。 3 中心服务器的功能 虽然p 2 p 模式下中心服务器不承担像在c s 模式下服务器所承担 的提供资源和服务的功能，但由于很多情况下中心服务器承担着节点 索引，文件索引，节点认证，资源或服务索引的功能，起着控制网络 规模和保证网络运行的健康，以及承担网络安全性( 信息加密) 的作 用。 4 节点发现技术 基于j ) 【t a 的p 2 p 即时通信系统的实现 由于p 2 p 网络无中央服务器进行节点管理，使得加入的节点会很 难被其他节点所发现，无法向外界提供服务，又或己退出的节点又很 难让其他节点知道，使得服务不成功。当前使用的发现方法有：集合 点建立索引发现机制，不通过集合点的发现机制，基于节点自己缓存 的发现机制以及穿越防火墙的发现机制。 5 节点资源搜索机制 p 2 p 搜索一般顺序是由本节点开始，首先向本地存储了资源索引 的节点搜索，然后本组其他集合点发出搜索请求，最后向其他节点 发出搜索请求。故要想提高节点资源的搜索效率必须降低每个层次 搜索的节点个数和节点搜索的层次，同时要使资源流向对起感兴趣 的区域，即数据活跃区，这样便可以加快资源的搜索。 2 2j x t a 技术介绍 j x t a 平台便是前述p 2 p 技术的一种实现。j x t a 是s u n 公司推出的 开放性的对等网络研究项目，这个项目的主要研究工作是把所有的 p 2 p 应用系统的基本通用需求分析出来，并得出它们有哪些最基本的 功能协议和最基本的功能组件来完成这些功能，即虽然应用系统不 同，但是从中抽象出来它们共同的组件和协议，然后标准化这些协议 和组件，让这些组件和协议实现p 2 p 网络的核心技术，使得往后的 p 2 p 应用开发有一个统一的，标准的平台，来实现各式各样的p 2 p 应 用系统。 2 2 1j x t a 的特性 j x t a 平台的设计者在开发这套技术标准的过程中得出核心组件 和协议的技术标准来完成，即由相同功能组件和协议的各种组合来完 成不同的功能，所以不同的系统之间由于底层相同可以兼容。同时因 为平台的设计者为了让这套技术标准可以应用到不同的硬件平台和 操作系统下，所以j x t a 也做了很多的基于跨平台性的考虑( 主要采 用的方法是j a v a 虚拟机) 3 1 - 3 3 o 以下详细介绍j x t a 平台的两大特性。 1 多语言实现性：j x t a 是对功能组件和协议的抽象描述，所以 可以用多种编程语言来实现，例如c 或j a v a 。 2 跨软、硬件平台性：j x t a 平台利用j a v a 软件的虚拟机特性， 即让j x t a 系统运行在虚拟机上，用虚拟机的技术来掩盖不同的软、 硬件平台。系统可以运行在多种操作系统下，例如w i n d o w s 或u n i x ； 多种网络平台上实现，例如t c p i p ，b l u e t o o t h ；多种硬件平台上， 例如个人数字处理( p d a ) 、网络路由器、中心服务器和桌面p c 等。 2 2 2j x t a 的结构 j x t a 平台作为一套软件开发平台，根据上下层次之间的功能调用 可以将其划分为上下三层。首先是最底层的核心层，包含很多核心的 功能组件，面对的是网络的底层应用，并其上一层“服务层提供最 单元化的功能。中间服务层则是利用核心层提供的组件和协议来完成 高级的功能，包括索引、查找、共享、代码缓存、内容缓存。最上一 层便是应用层，它就是利用服务层提供的功能来完成其面向用户的应 1 4 基于j x t a 的p 2 p 即时通信系统的实现 用，例如完成一个应用层节点的通信功能要用到服务层的节点查找、 内容缓存等功能。三层中每一层都为上一层提供功能，最后面向用户。 三层之间调用通过j a v a 接口技术来实现，即上一层只要实现接口就 可以调用底层的功能 3 副，其结构如图2 5 所示。 j x t a a p p l i c a t i o n s s e j = i c e s 匡一圈圈 l八一。八， 2 2 3j x t a 核心组件 图2 - 5j x t a 的层次结构 构成j x t a 平台的核心层中包含的核心组件主要有：对等体、对等 组、管道、消息、广告、服务等。由j x t a 平台开发出的各类应用虽 然功能不同，但最后落实到底层还是由以上各种组件的组合来实现 的。同时这些组件的功能都是原子化的，即它们的功能都是不可再拆 分的。同时组件又是协议的实现者，协议中的动作的逻辑顺序都是以 组件为单元的b 引。以下是对其组件进行详细的分析其功能。 1 对等体( p e e r ) 对等体( 即节点) 是系统的基本功能单元。对等体还可以根据其 上实现的具体服务，例如集合点服务，路由服务，网关服务，使对等 体相应的就变成了集合点，路由节点，网关节点。 2 对等组( p e e rg r o u p ) 1 5 硕士学位论文 对等组顾名思义，是对等体的组织。创建它的作用是将有共同的兴趣 和爱好的对等体组织起来，从而可以进行大家感兴趣的，特定的服务。 对等组的加入是要通过某种认证协议来进行成员身份的认证的。j x t a 有一个平台默认的对等组，即w o r l d p e e r g r o u p ，他实现很多基本服 务口7 1 。每一个p e e r 都默认的属于这个对等组，这样的方式使得每一 个p e e r 可以相互的通信，但同时又因为自己分属于别的组从而具有 了其他的特性。 由对等组和组成对等组的节点，形成了一个逻辑区域，节点在 这个区域内共享资源，区域外的节点则访问受到限制，这样就保证的 组内成员共享的安全性。同时加入对等组的节点都是具有相同的兴趣 的，网络中不同的对等组构成了不同的逻辑区域，因此也就构成了不 同的感兴趣的团体，故大家感兴趣的消息只在同一个组内传播，建立 消息传播的范围，从而对网络流量进行监控，对流量大小进行计费和 节点追踪3 引。 3 端点( e n d p o i n t ) 端点是通信的基础，一个i p 加上端口号便可以视为一个最简单 的端点。一个节点上打开的网络应用数量，决定端点的数量，节点实 现的通信协议数量决定了端点种类的数量，端点上绑定管道后便可以 实现通信。 4 集合点( r e n d e z v o u sp e e r ) 1 。 基于j x t a 的p 2 p 即时通信系统的实现 集合点是一个具有接受其他p e e r 委托请求的p e e r 。因为集合点 存储了很多有关周边p e e r 的信息，比如他们所拥有资源的广告等等， 故集合点主要作用就是接受p e e r 委托搜索自己存储的组外其他p e e r 所发布的资源广告。当然集合点除了搜索自身存储的广告信息外，在 没有请求节点所需的广告信息时，它还会继续委托其他的集合点来继 续搜索。 5 路由节点( r o u t e rp e e r ) 路由节点即一个节点实现了端点协议，便称之为路由节点。它与 我们认识的传统路由器的功能一样，存储节点的地址信息，但是与传 统路由器相比最大的不同就是存储了很多了静态地址，这是因为p 2 p 网络不是很固定造成的。同样，一个网络只需要有能撑起网络的数量 的路由节点就足够了。 6 网关节点( g a t e w a yp e e r ) 网关节点实现的作用是通信中继。它传递消息，但不像集合点 那样传递请求。网关节点的作用就是存储和转发消息，作为节点之间 交流的中介，它存储消息后，等待需要消息的节点来收集消息。 网关节点存在的意义便在于首先网络中为了保护内网或者机器 的安全采用了很多的安全防范措施和障碍物，例如防火墙、代理服务 器、n a t 设备，网关节点便是与他们进行交互。其次网络中的节点支 持的协议不同，有的可能是t c p ，有的又是h t t p ，甚至在无线网络中 硕士学位论文 的w a p 协议，因此网关节点支持多种协议，方便在不同协议下的两个 节点通信时起到良好的中介作用。 7 管道( p i p e ) 管道与端点配合起来使用，使得网络节点之间的通信可以不用去 领会防火墙，代理服务器，n a t 设备，同时也可以不用去理会节点支 持不同的协议，不论是t c p ，还是h t t p 。在j x t a 中管道的传输方向 是单向的。根据消息的发送方向，对于消息的发送方来讲是输出管道， 而对于接收方来讲是输入管道，而且管道的端点可以绑定多个节点， 故一个输出管道可以与多个输入管道对应。 8 广告( a d v e r t i s e m e n t ) j x t a 中广告类似于现实生活中的“名片”，即对目标特性的描 述。节点，对等组，管道等都是用广告来描述自己的特性。广告的编 码、标签和内容都有统一的格式和标准，在j x t a 平台上广告可以被 用来交换任何信息。当一个节点创建了一个对等组，或者一个管道时， 这个对等组或者管道的广告就会被以i p 多播的方法发布到本地的 j x t a 网络中，即本地j x t a 网络中的每一个节点都会收到广告，同时 集合点也会收到。 9 消息( m e s s a g e ) 消息是一个由消息头、可选的消息摘要以及正文组成的数据包。 消息头包含了一个报头，源端点信息、目标端点信息以及一个出于安 基于j x t a 的p 2 p 即时通信系统的实现 全考虑而可选的信息摘要。正文长度不定，但也包含一个出于安全考 虑而可选的信任状以及正文内容。 j x t a 定义消息有两种格式，一种是x m l 格式，另一种是二进制 格式。虽然x m l 格式处理方便，但是封装麻烦，而且含的数量较小， 当处理数据量较大的时候就效率很低，故可以对消息的正文使用二进 制格式，而对其他，例如报头使用x m l 格式。 2 2 4j x t a 的核心协议族 协议定义了完成某种服务时所作出的动作之间的先后顺序。利用 这些协议节点之间可以实现相互的通信，向网络中的其他节点广播自 己的资源消息，在网络中发现其他节点广播的资源消息和路由消息。 这些协议和组件构成了最基础的核心层，共同向上一层提供服务。 1 节点发现协议( p e e rd is c o v e r yp r o t o c o l ，p d p ) 主要用于节点发布自己的资源通告，或者从其他节点处获得它们 的资源通告或者路由消息。当然节点还可以发现诸如对等组通告、服 务通告和管道通告。节点发现其他组件的通告，是通过向外发送搜索 请求，本协议自己不发送，它只定义搜索请求的格式和内容，其中包 括要搜索的通告的类型( 到底是节点，还是对等组，还是管道) ，一 个x m l 标签名，一个与x m l 标签名所表示数据相匹配的字符串。发送 搜索消息的任务由下面的节点解析协议完成。 2 节点解析协议( p e e rr e s o l v e rp r o t o c o l ，p r p ) 硕士学位论文 正如上述的节点发现协议所讲的一样，节点解析协议负责发送和 接收搜索请求消息( 包括了对等体，对等组，管道，广告等消息) 。 本协议适用于j x t a 平台中所有的工作在请求响应模式的协议( j x t a 中各种协议的工作模式都是请求响应的方式) ，而不仅仅是节点发 现协议。本协议的主要作用就是根据不同协议里定义的请求响应消 息的格式来标准化他们各自所发出的请求响应消息( 不同协议的消 息格式不相同) ，让使用同一种协议来发送的消息都具有统一的格式。 3 集合点协议( r e n d e z v o u sp r o t o c o l ，r v p ) 本协议的主要作用是，节点通过该协议对外订阅一个服务，当然 也能够接受其它节点通过该协议向自己订阅某种服务。同时本协议还 定义了节点在组内接收消息和发送消息，并且定义消息在对等组内如 何传播。 4 管道绑定协议( p i p eb i n d i n gp r o t o c o l ，p b p ) 管道是节点之间信息的发送和接收的虚拟通道，两个节点的端点 或者多个节点的端点之间用管道连接之后便可以传送消息。因此，管 道在使用之间必须先绑定到节点的端点上，然后再由数据的发送方向 来决定是输入管道，还是输出管道，最后才能实现数据的传送。所以 管道绑定协议就是定义管道如何绑定到节点的端点的。 5 节点信息协议( p e e ri n f o r m a ti o np r o t o c o l ，p i p ) 每个节点都有自己的信息，例如更新时间，状态等。当某个节点 的属性为字符的话，则其它可以使用本协议来获得这些节点的信息， 基于j x t a 的p 2 p 即时通信系统的实现 这便是本协议的基本作用。例如可以用发送一个p i n g 命令去拼某个 节点的地址，看是否该节点已被激活。当然本协议还可以与节点解析 协议配合，来实现扩