（计算机系统结构专业论文）基于p2p的运营支撑系统的研究与设计.pdf

摘要 摘要 “基于p 2 p 的运营支撑系统的研究与设计”是项目课题“i p v 6 流媒体分发应用 系统支撑系统的开发”的一个子课题。 随着互联网的飞速发展，信息技术与信息产业日益受到重视。如何保护信息， 使之不被非法窃取或窜改，已成为人们所关注的问题。而最近兴起的p e e r - t o p e e r 技术在充分利用客户资源、提高系统伸缩性等方面具有巨大的潜力。但由于参与 服务的各个客户之间毫无联系，要在互不信任的客户之间互相提供服务并进行有 效的计费激励并扩大运营规模是很困难的。这就迫切需要建立一个高效的运营支 持系统p p o s s 来支撑业务的发展。 本文首先介绍p 2 p 技术的背景、发展、现状和基于此技术的p p c d n 系统的 整个构架和主要功能。然后根据p p c d n 系统的运营需求，研究并设计了其运营 支撑系统p p o s s 。p p o s s 系统主要包括两个部分：一个是完成对整个系统的认证 和授权的部分，即c a 模块；另一部分完成系统计费激励的功能。 在认证授权机制方面，p p o s s 在分析了多种认证机制以及加密解密方法的基 础上，选择基于公共密钥的认证机制，加密解密流程采用o p e n s s l 的e v p 系统函 数，并采用数字信封技术和授权s e s s i o n l d 给用户的方法实现c a 模块的功能。 在计费激励方面，p p o s s 提出两种设计方案，c a p i 方案和c a r a d i u s 方 案。两种方案各有其优缺点。通过对比这两种方案，提出根据p p c d n 系统的规 模来选择最佳方案，并对两种方案进行优化。 在系统构架方面，p p o s s 模块基于l i n u x 平台，采取模块化的思想进行设计。 系统各模块运行在一个基于异步事件驱动的系统运行框架之上。框架针对高的网 络i o 、高并发量的特点，运用l i n u x 2 6 内核的最新特性进行优化，提供统一的事 件的登记和回调接口。所有的操作都是通过登记事件，然后由框架检测到异步事 件时回调相应的处理函数，并进行相应的处理。这样可使整个过程都是异步的， 提高系统的工作效率。 最后，通过基本功能测试和仿真性能对比测试，不仅得出p p o s s 能可靠地保 证用户的信息安全，提供符合p p c d n 系统需求的计费激励机制，而且具有较高 性能，可以满足上万级用户的并发，具有较高的安全性和可靠性。 关键词：p 2 p ，o s s ，认证机制，计费激励机制，事件驱动 a b s t r a c t a b s t r a c t t h es u b j e c to ft h i sp a p e ri so n eo fs u b s u b j e c t so f d e v d o p m e n to fs u p p o r t i n g s y s t e mo fi p v 6s t r e a md i s t r i b u t i o na p p l i c a t i o ns y s t e m ，s u p p o r t e db y r e s e a r c ho f t h ei p v 6b a s e dn e x t g e n e r a t i o n i n t e m e tk e yt e c h n o l o g ya n di n d u s t r i a l i z a t i o n p r o m o t i o n o fb e i j i n gm u n i c i p a ls c i e n c ea n dt e c h n o l o g yc o m m i s s i o n w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fi n t e m e t ，i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya n di n f o r m a t i o n i n d u s t r i e sa r er e c e i v i n gm o r ec o n c e r n i th a sb e c o m eap u b l i cc o n c e r nt h a th o wt o p r o t e c ti n f o r m a t i o na n da v o i df i l c h i n ga n dj u g g l i n gi n f o r m a t i o n a tt h es a n l et i m e , t h e p 2 pt e c h n o l o g yb e c o m e sp o p u l a ra n dh a sag r e a tp o t e n t i a li nm a n ya s p e c t s ，s u c ha s f u l l yu s i n gc l i e n t s r e s o u r s ea n di n p r o v i n gt h er e t r a c t i l i t yo fs y s t e m b u tb e c a u s ee a c h c l i e n ti sn o tr e l a t i n g , i t sh a r dt op r o v i d es e r v i c e sa m o n gt h e ma n dd e a lw i t hp a ya n d i n c e n t i v em e c h a n i s m s oi t su r g e n tt oe s t a n b l i s ha ne f f e c t i v eo p e r a t i o ns u p p o r t s y s t e m ( o s s ) t os u p p o r tt h ed e v d o p m e n to fs e r v i c e s t h i sp a p e rf i r s t l yg i v e sab r i e fi n t r o d u c t i o no ft h eb a c k g r o u n d ，d e v e l o p m e n t , s t a t u s o fp 2 pt e c h n o l o g y , a n dt h ew h o l ea r c h i t e c t u r ea n dm a i nf u n c t i o n so fp p c d n s y s t e m t h e nih a v ead e e pr e s e a r c ho fi ta n dd e s i g n e di t so s ss y s t e m ：p p o s s t h e p p o s ss y s t e mm a i n l yi n c l u d e st w op a r t s ：o n ei st h ec e r t i f i c a t i o na n da u t h o r i z a t i o n ( c a ) ，t h eo t h e ri st h ep a y a n di n c e n t i v em o d u l e i nt h ea s p e c to fc a ，lc h o o s et h ec e r t i f i c a t i o nt e c h n o l o g yb a s e do np u b l i ck e y i n f r a s t r u c t u r ec r y p t o g r a p h y t h ep r o c e s so fe n c r y p ta n du n e n c r y p ta d o p t so p e n s s l s e v ps y s t e mf u n c t i o n s ，a n dd i g i t a le n v e l o p et e c h n o l o g ya n da u t h o r i z a t i o no fs e s s i o n l d t ou s e r s a st ot h ep a ya n di n c e n t i v em o d u l e ，p p o s sp r o v i d e st w od e s i g np r o p o s a l s t h e y h c a p ip r o p o s a la n dc a - r e d a i u s p r o p o s a l t h e yb o t hh a v et h e i ra d v a n t a g e s a n dd i s a d v a n t a g e s 。a f t e rh a v i n gb a l a n c e dt h et w op r o p o s a l s ，薹c h o o s ea n do p t i m i z et h e b e t t e ro n ew h i c hi sb a s e do np p c d n s y s t e m ss c a l e p p o s sm o d u l ei sd e v e l o p e du n d e rl i n u xw i 饿t h ei d e ao fm o d u l a r i z a t i o n 。a l l m o d u l e sa r em r m i n go na l la s y n c h r o n o u se v e n td r i v e ns e r v i c er t m t i m ef r a m e w o r k n e f r a m e w o r ki so p t i m i z e df o rt h eh i 醢n e t w o r ki oa n dh i g hs u b s e q u e n tu s e r s ，谢缀t h e l a t e s tf e a t u r ef r o ml i n u x2 6k e r n e l t h ew h o l ep r o c e s si sa s y n c h r o n o u s a n di tc a n l l a b s t r 。a c t e n h a n c et h ee f f i c i e n c yo fs y s t e mg r e a t l y a tl a s t ，a f t e rt h et e s t s ，w ec a nr e a c ht ot h ec o n c l u s i o nt h a tp p o s sc a nn o to n l y e n s u r es a f e t yo fu s e r s i n f o r m a t i o n ，b u ta l s op r o v i d et h em o s ta p p r o p r i a t em e t h o df o r t h ep a ya n di n c e n t i v em a c h a n i s mb a s e do np p c d n s y s t e m sr e q u i r e m e n t s ，a n di th a s l l i g he f f i c i e n c y , w h i c hc a ns a t i s f yt e nt h o u s a n d so f u s e r ss i m u l t a n e o u s l y k e y w o r d s ：p 2 p , o s s ，c e r t i f i c a t i o nm e c h a n i s m ，p a y - i n c e n t i v em e c h a n i s m ，e v e n t d r i v e n i 独仓i j 性声明 本人声明所呈交的学位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。据我所知，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 为获得电子科技大学或其它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 确的说明并表示谢意。 签名： 骜避燃 日期：年月日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，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，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名： 鲳避蛳导师签名： 日期：年月 目 第一章绪论 1 1 课题研究背景 第一章绪论 臼网络诞生以来，认证( a u t h e n t i c a t i o n ) 、授权( a u t h o r i z a t i o n ) 以及计费 ( a c c o u n t i n g ) 体制( a a a ) 就成为其运营的基础。霹络中各类资源的使用，需 要由认证、授权和计费进行管理。而aaa 的发展与变迁自始至终都吸引着营运 商的嚣光。1 9 9 8 年1 2 月，i e t f ( 国际互联网工程特别工作组) 在第4 3 次会议上 成立了a a a 工作组，着手灿蚣相关标准的研究。因此，基于a a a 体制的运营 支撑系统o s s ( o p e r a t i o ns u p p o r ts y s t e m ) 也被各种网络运营商们广泛地使用着， 并不断地发展。 最近兴起的对等网络p 2 p ( p e e r - t o - p e e r ) 技术在充分利用客户资源、提高 系统伸缩性等方面具有巨大的潜力，并在文件共享和应用层组播等方面得到了广 泛的关注。p 2 p 技术得以快速地发展，如由第一代的p 2 p 网络g n u t e l 王a f h ，f r e e n e t 2 发展到第二代的c h o r d 3 1 ，p a s t r y 【4 】等以至第三代的v i c e r o y t 5 1 。在p 2 p 的方式下， 每个对等实体p e e r 既是服务的提供者，又是服务的享用者，将服务器的负载分散 到p e e r 中，从而有效地减轻服务器的负载和网络带宽占用，极大地提高了系统的 可扩展性，具有潜在的应用前景。 作为新兴的网络系统，基于p 2 p 技术的内容分发系统p p c d n 系统，同样也需要网 络运萤支撑的支持才能正常有效的运行。因此，设计一个安全合理而且又有市场 发展趋势的运蕾支撑系统( 嚣s 系统) 对应p p c d n 系统来说是很重要的。 首先，安全性是至关重要的。认证技术是信息安全理论与技术的一个重要方面。 身份认证在安全系统中的地位极其重要，它是安全服务的基础。在基于p 2 p 技术的 c d n 系统中，很多用户担心在共享资源后会容易遭受一些人为的恶意攻击和损害机 器。同时由于信息高速公路的大力宣传及倡导，信息技术与信息产业日益受到重 视。如何在p 2 p 系统中保护用户的信息，使之不被非法窃取或窜改，已成为人们所 关注的问题。所以，由于参与服务的各个客户之间毫无联系，要在互不信任的客 户之闻互相提供服务无疑需要一个有效的认涯或授权等安全机制，保证服务的完 成围绕如何评估共享资源的真实性和可靠性，如何提供数字证书、对等节点认 证、安全存储等具有重要的意义。 其次，在基于p 2 p 技术的c d n 系统要运作下去，还需要对用户进行分类，并合理 的计费和激励，来满足市场的需要。因为在p 2 p 系统中，大部分的用户担心各种安 全问题以及害怕损害自己的机器，如目前流行的p 2 p 下载软件b i t t o r r e n t ，就有不 电子科技大学硕士学位论文 少用户担心会损害硬盘，因而不愿共享自己的资源。只有少数无私的用户会贡献 资源并成为服务的提供者，响应其他用户的请求。因此，正是在市场的驱动下， 要建立一个合理的计费激励机制，鼓励参与的客户能最大化地共享其资源这需 要对节点在p 2 p 系统中的行为和兴趣进行统计建模，理解计费激励机制和节点行为 的关系，以建立适当的计费激励机制。 基于以上对基于p 2 p 技术的c d n 系统和网络安全认证等地详细分析，需要把网 络的安全认证和激励计费机制引入到基于p 2 p 的c d n 系统中，为p p c d n 系统创建一个 适应于其需求的运营支持系统一p p o s s ，来完成以上的任务：以保证p p c d n 系统 的安全性，并通过提高用户的体验，增加激励和计费机制来保证用户和运营商的 利益。 本文来源于北京市科委“基于i p v 6 的下一代互联网关键技术研发及产业化推 进”项目课题“基于p 2 p 技术的运营支撑系统的研究与实现 ，课题主要研究的 是针对p p c d n 系统来如何设计一个能够支撑大规模用户的提供安全认证和激励 计费的高性能运营支撑系统o s s 。其中加解密使用o p e n s s l 的c r y p t o 库，采用的加 解密算法有r s a 和a e s ，激励计费机制结合r a d u i s 系统来设计，服务器采用异 步事件驱动机制处理，能够支撑上万规模的用户并发访问。 1 2p p c d n 系统中p p o s s 的需求 p p c d n 系统是一个基于p 2 p 技术的内容分发系统，它需要一个运营支撑系 统p p o s s 来维护一些基本的功能：认证，授权，计费，激励等。 首先，对于使用p p c d n 系统的用户，需要进行认证和授权的操作。这需要 p p o s s 完成用户注册，用户登录，用户更改信息，用户验证等功能。要实现这些 功能，就需要选择优良的认证技术，加密解密算法，以及合理的用户交互协议模 式，并提供服务器系统的性能。 其次，p p o s s 系统根据用户的信息要对用户进行分类管理，并对用户使用 p p c d n 系统功能以及对系统贡献的情况进行计费和激励。这同样需要根据 p p c d n 系统的实际情况来选择最佳即计费和激励的方案，实现合理计费并有效吸 引更多的用户。 另外，由于p p c d n 系统是基于p 2 p 技术的内服分发系统，其面对的用户是 上万级的数量级，同时p p o s s 是整个p p c d n 系统的最前端，如果最前端出了问 题，后面的功能就无法实现。所以运营支撑服务器的稳定性、可靠性、并发能力， 2 第一章绪论 以及可扩展性等因素，是影响整个系统的关键，多用户并发处理能力直接影响到 整个系统的服务能力，也直接影响系统的性价比。因此，针对高性能的需要，p p o s s 系统需要选择合适的系统运行框架，并且利用操作系统本身的特性进行优化等。 总之，要设计良好并霹扩震的用户交互协议，充分发挥服务器的麓力，使客户端 得到更好的服务。 1 3 本文的工作和创新 本文的工作，是基于l i n u x 平台，设计并开发了一个离性能的运营支撑系统 p p o s s ，来实现认证，授权，计费，激励等功能以及高性能的需求。 本系统服务器的设计和开发工作，首先是从基本功麓出发，把握住p p o s s 的核心需求，即要完成认证和授权的功能，然后是根据新的需求实现计费和激励 的功能。同时，基于多用户、离性能的要求，设计出一套基于事件驱动的网络服 务运行框架，高效的运行框架奠定了服务器效率的基础，然后再次运行框架之上， 使用谳向对象、模块化的方式来设计服务器。这个运营支持系统服务器主要是由 异步事件驱动程序运行环境模块，用户安全认证模块，数据库模块，计费激励模 块，加密解密模块，文件管理模块等组成。根据需要还可以通过添加模块扩展其 毪功能。 本文的主要创新点包括下列方面： 基于p p c d n 系统的运营支撑系统的设诗，如认证授权的方式，加密解密的方 法，用户管理，合理有效的计费激励方法等； 基于事件驱动的方式进行设计，避免了系统阻塞和大量线程带来的开销，是 系统运行高效的基础； 基于高度模块化的设计，整个系统结构清晰，可通过添加模块来扩展功能； 1 4 本文的内容和组织 本文的主要内容，是描述了l i n u x 平台下，基于异步事件驱动的，高效可扩 展的运营支持系统服务器的设计与实现过程。论文分为六个部分，以下是各部分 的介绍： 第一章是引言 对课题的相关背景进行了介绍。 3 电子科技大学硕士学位论文 第二章p p c d n 系统的介绍 对p p c d n 系统的基本概念、背景、架构、应用研究进行了介绍。 第三章o s s 的介绍 首先，介绍常见o s s 系统的应用背景和功能，然后对p p c d n 系统中0 s s 的 需求和功能进行分析，最后设计出p p o s s 。 第四章p p o s s 系统中的安全认证和授权 详细介绍了p p o s s 系统中安全认证授权模块c a ( c e r t i f i c a t ea u t h o r i t y ) 的认 证方式、加密解密方法和用户注册登录的方式，并重点对服务器框架进行了研究， 提出一种基于界步事件驱动的程序运行框架。最后通过仿真实验，测试安全认证 模块的性能。 第五章p p o s s 系统中的激励计费 详解介绍了p p o s s 系统中计费激励的两种设计方案，一种方案是把计费激励 作为一个新的模块扩展到原有的安全认证模块中；另一种方案是引入r a d i u s 系 统来完成计费激励机制并完善认证机制。通过对比这两种方案的优缺点，选择一 种更合适的方案做为p p o s s 的计费激励模块，并改进其功能和性能。 第六章结论和展望 对本文所设计的p p o s s 系统服务器的特点进行了总结耩分析，提出了今后的 研究发展方向。 磊 第二章p p c d n 系统的介绍 第二章p p c d n 系统的介绍 2 1p 2 p 的主要应用领域和相关系统 p 2 p 即p e e rt op e e r ，技术上称为对等联网，它是一种新的通信模式，是目前流 行于囡际计算机网络技术研究领域的一个热点。事实上，我们所处的真实生活是 p 2 p 的环境，入们可以和其他人直接交流。科学技术将我们带到了网络空间，在网 络空间我们也希望能够按照原来的p 2 p 方式交流沟通。所以p 2 p 在加强网络上人的 交流、文件交换、分布计算等方面是大有前途。 p 2 p 对等网络模仿人类社会p e r s o n 。t o - p e r s o n 的交流方式，打破了传统c s 模 式，消除了“中闻商”。p 2 p 可以使用户直接连接到其它的计算机上交换文件，面 不像过去那样连接到服务器去浏览与下载。p 2 p 改变了i n t e r n e t 现在的以大网站为 中心的状态、重返“非中心化”，并把权力交还给用户。p 2 p 技术弱化了服务器的 作用，甚至取消服务器，任意2 台p c 互为服务器，同时又是客户机，即对等。 p 2 p 的目标就是把控制权重新还到用户手中去。人们通过p 2 p 可以共享硬盘上的 文件、文件夹甚至整个硬盘。所有入都能共享袍们认为最有价值的东西，这将使 互联网上信息的价值得到极大的提升。 歪是因为p 2 p 技术的总总优点，它给亚联瓣的分布、共享精神带来了无限透想。 由于p 2 p 模式所具有的技术特点，许多研究部门都认为该技术蕴含巨大的商业和技 术潜在价值，并从不同的角度应用和研究该技术。目前主要的研究包括实时消息 传输【6 】、管理和共享信息、协同工作、分布式服务。此外在智能代理、网络游戏、 基于i n t e m e t 的文件存储系统、基于i n t e m e t 的操作系统领域也有所研究。当前，p 2 p 技术主要魄应用领域有： ( 1 ) 实时消息传输 虽然互联阚上最隽重要的成用程序是w e b 发布和测览，但在p 2 p 中，最为重要 的应用程序是实时消息传输( i n s t a n tm e s s a g i n g i m ) 【7 】，从某种意义上说，e l j 于版 权的限制，即时通信应用将超过文件共事应焉，成为p 2 p 的第一大应用涮。 所谓即时通信，指的是诸如o i c q 、i c q 等被称为在线聊天的软件。在即时通 信领域，a o l 瓣i 微软、y a h o o 之间一直竞争比较激烈，国内仍是。王c q 一家的天下。 与i r c ( i n t e r n e tr e l a yc h a t t i n g - i n t e m a 在线聊天系统) 、b b s 或w e b 聊天室比较， 5 电子科技大学硕士学位论文 p 2 p 的即时通信软件不仅可以随时知晓对方在线与否，而且交流双方的通讯完全是 点对点进行，不依赖服务器的性能和网络带宽。尽管目前的即时通信技术一般都 具有中心服务器，但中心服务器仅是用来控制着用户的认证信息等基本信息，并 且帮助完成节点之间的初始互联工作。 j a b b e r 9 】是一个开放源码的实时通信平台，j a b b e r 提出了一个在不兼容的各种 实时通信平台之间进行消息交换的协议，这种协议包含在一个采用x m l 表示的路 由协议中。 ( 2 ) 普及计算 普及计算( p e r v a s i v ec o m p u t i n g ) 研究的是如何充分利用网络中各种计算单 元来共同完成大规模的计算密集型任务。通常这种大规模计算任务由昂贵的高性 能中心服务器来承担，费用十分昂贵，维护困难。另一方面，网络的边缘计算资 源闲置非常严重。采用p 2 p 技术的普及计算正是在这种强烈的需求背景之下产生 的，p 2 p 普及计算整合了这些尚未使用的闲散计算能力和资源，参与普及计算的 计算机之间可以直接共享计算中的中间结果，高效廉价。任何需要大量数据处理 的行业都可以从普及计算中获利，如天气预报、动画制作、基因组的研究等。 p 2 p 普及计算比较著名的项目有s e t i h o m e ( s e a r c hf o re x t r a t e r r e s t r i a l i n t e l l i g e n c “1 0 1 、g e n o m e h o m e t l n 、f o l d i n g h o m e 1 2 1 、a v a k i 1 3 】以及d i s t r i b u t e d n e t t l 4 】 等等。面向i n t e r n e t 的普及计算的一个主要缺陷是计算任务必须支持可并行化， 目前仅仅局限于特定领域的一些特定问题，且需要针对特定问题开发特定应用； 同时必须能够验证计算任务完成的正确性，保证计算结果的可靠性，防止恶意用 户的参与，引入有效的商业模式激发用户参与兴趣等等。 ( 3 ) 管理和共享信息 这一类p 2 p j 艮务的目的是通过网络将对计算机资源的管理和共享分布到一个 对等节点组中。这类服务包含了如下一些更小的子类服务： 1 ) 文件共享与交换 文件共享与交换的需求直接引发了p 2 p 技术热潮。在传统的w e b 方式中，用户 只能到某个网站搜索需要的文件并下载，这种方式的不便之处不言而喻。其他文 件共享与交换方式如电子邮件，虽方便了个人间文件传递问题，却没法解决大范 围的交换。i f i j n a p s t e r 的m p 3 交换直接引发了网络的p 2 p 技术革命，对等网络软件 n a p s t e r 抓住人们对m p 3 喜欢的需求，一出现即受到广大用户的欢迎和关注。 p 2 p 方式与传统方式相比，最大的区别在于是从任何一个在线网友的计算机中 直接下载。当然，其他网站的服务器也可看作一个对等点，真正实现个人计算机 6 第二章p p c d n 系统的介绍 与服务器平起平坐。文件交换的需求很自然地延伸到信息交换，例如在线拍卖被 赋予新的形式，人们不必到拍卖网站登记要卖的商品，在个人计算机的硬盘上建 个商店就可以了。由此还可以延伸，就是一切中介网站都可被替代【1 5 】。 2 ) 资源共享 文件共享应用程序，比如g n u t d l a 和f r e e n e t ，形成了特定的对等节点域。这些 资源共享应用程序是分布式的，这种计算形式将通过动态方式利用连接到网络的 对等节点中的计算能力来处理一些过去只能由超级计算机才能处理的任务。 资源共享利用整个网络中闲散的内存和磁盘空间，将大型的计算工作分散到 多台计算机上共同完成，这样可以有效地增加数据的可靠性和传输速度。 o c e a n s t o r e 是其中比较突出的系统【1 6 】。o c e a n s t o r e 在实现能提供全球分布式的、 持续稳定的数据存储。 3 ) 分布式搜索引擎 搜索引擎是目前人们在网络中搜索信息的主要工具，目前的搜索引擎如： g o o g l e 17 1 、天网【1 8 】等都是集中式搜索。这种模式有一个机群在互联网上盲目读取 信息，再按某种算法根据关键字将信息保存在一个海量数据库内。当用户提交搜 索请求时，是在海量数据库内进行搜索。这种机制不能保证搜索范围的深度和结 果的时效性。 p 2 p 技术使用户能够深度搜索文档，而且这种搜索无需通过w e b 服务器，也可 以不受信息文档格式和宿主设备的限制，可达到传统目录式搜索引擎无可比拟的 深度。这使对等网技术成为当前的一个热点技术。 ( 4 ) 协同工作 协同工作是指多个用户之间利用网络中的协同计算平台互相协同来共同完成 计算任务，共享各种各样的信息资源等。网络的出现，使协同工作成为可能。但 传统的w e b 实现方式给服务器带来了极大的负担，造成了昂贵的成本支出。p 2 p 技术的出现，使得互联网上任意两台p c 都可建立实时联系并实现了一个安全、共 享的虚拟空间，人们可以进行各种各样的活动。因此，基于p 2 p 技术的协同工作受 到了极大的重视。 l o t o u s 公司的传世人组织开发的g r o o v e 1 9 】是目前最著名的p 2 p 协同应用软。 g r o o v e 采用中间传递服务器来实现p 2 p 的多播，采用x m l 表示路由协议，多个不同 的g r o u p 之间不仅仅可以共享文件、聊天信息还可以共享各种应用程序。 ( 5 ) 其他应用 除了上述几个典型领域，p 2 p 在很多其他领域的作用逐渐被发掘。例如智能代 7 电子科技大学硕士学位论文 理、网络游戏、基于i n t e r n e t 的文件存储系统、基于i n t e r n e t 的操作系统领域也有所 研究。还有对p 2 p 开发平台的研究及p 2 p 安全框架的构建。 2 2p p c d n 系统架构 p p c d n 系统是一个基于p 2 p 技术的内容分发系统，即属于p 2 p 技术应用中 的管理和共享信息的应用。 p p c d n 系统主要包括运营支撑模块p p o s s ，索引服务器内容路由c r ( c o n t e n tr o u t e r ) ，存储服务器e s p ( e d g es e r v i c ep r o v i d e r ) ，下载跟踪服务器 t r a c k e r ，d h t 服务器以及客户端。索引服务器c r 的作用是存放文件的索引信息， 负责管理存储服务器的存储空间；存储服务器e s p 是负责存储具体的文件数据， 负责为用户发布和下载文件提供服务；下载跟踪服务器t r a c k e r 负责统计下载文 件的用户信息，负责为用户提供其他下载用户的地址；d h t 网络即分布式哈希表， 是存储整个系统的信息中心，提供分布式数据可靠存储和快速查询的功能。 p p c d n 系统的系统拓扑图如下图2 1 所示： 图2 1p p c d n 系统架构 从图2 1 中可以看出，p p c d n 系统是一个多域的分布式系统：包括域1 和域 2 。每个域的系统组织关系为t 一个域由一个索引服务器c r 、多个存储服务器e s p 、 一个下载跟踪服务器t r a c k e r 组成，各个域的索引服务器c r 通过d h t 网络互联， 将所存储的文件发布到d h t 网络上，并从d h t 网络上获得文件的索引信息( 文 件名，大小，索引服务器地址，发布用户等) 。 8 第二章p p c d n 系统的介绍 同时可以看出，整个系统有两个模块是全局唯一的：p p o s s 模块和d h t 模 块。系统的信息中心是d h t 网络，负责保存全局所有文件对应的哈希值，以便 进行全局文件信息的查找。整个系统的运营支撑中心是p p o s s ，负责用户的认证， 授权，计费和激励。 需要进行多域部署的是c r ，e s p 和t r a c k e r 。它们主要负责本域的相关信息， 下面分别进行简要介绍。 其中c r ，即c o n t e n tr o u t e r ，它是在p p c d n 系统中为用户提供内容定位和 发布的子系统。用户通过c r 可以搜索定位资源，发布内容。c r 对内容还要进行 管理，删除过期了的内容。c r 同时负责自己域的边缘服务器的管理和与d h t 网 络的交互。 e s p ，即e d g es e r v i c ep r o v i d e r ，它是在c d n 系统中为用户提供上传和下载 文件服务的存储器系统，存放用户或者系统发布的文件。用户通过e s p 可以发布 叁己的文件和下载文件。 t r a c k e r ，在p p c d n 系统中记录了所有节点信息的服务器。它维护一个数据 结构，其中每一个文件对应一个节点信息表p e e r l i s t ，该p e e r l i s t 记录了当前正在 请求该文件的其他节点的i p 地址等信息。t r a c k e r 在客户端请求文件的p e e r l i s t 中 按照一定策略选择部分节点，并将这部分节点的相关信息如i p 地址，端口号，发 送酲绘客户端，以便客户端和这些节点进行连接、点播和下载。 本文介绍的运营支撑系统p p o s s ，从图2 - 1 中的位置可以看出，是整个系统 的最翁端，壹接与客户交互。p p o s s 是用来在c d n 系统中对用户进行管理，主 要负责受理新用户注册、更改用户信息、用户登录p p c d n 系统等。同时p p o s s 还需要与模块c r 进行交互，主要用于用户的认证授权以及计费激励等方面的信 息交流。 2 3p p c d n 系统的功能会绍 p p c d n 系统主要是用来为用户提供用户注册和身份认证，文件搜索，文件下 载，文件上传，在线点播等功能的一个服务器系统。 2 。3 1 用户注册和登录 9 电子科技大学硕士学位论文 l 注删葡h 一写入数据盼 4 返回用户注册 3 返回写入成功 用户 i 成叻弓酾强括 与否的结果一 o i m t h 】0 s s 数据南d b 5 用户登矜- 6 验滞黔 - 8 嚣 , 1 7 返回验i 彪者果一 图2 - 2 用户注册和登录流程图 用户注册和登录的流程图如图2 2 所示，其简要过程如下： 1 ) 用户发出注册请求，并把自己的相关信息如帐号，密码，用户类型等一起 发送给p p o s s ； 2 ) p p o s s 接收用户的请求，并对用户信息进行分析和处理，把合法的用户 信息写入数据库； 3 ) 数据库返回写入成功的结果； 4 ) p p o s s 返回用户注册成功与否的结果； 5 ) 用户用其帐号和密码发起登录系统的请求； 6 ) p p o s s 接收用户登录请求，并根据用户的帐号和密码到数据库检验是否 存在用户； 7 ) 数据库返回检验结果； 8 ) p p o s s 返回用户登录是否成功的结果。 2 3 2 发布 乏通知存储服务器地址l 索引服务器客户端 c l i e n t 7 通知发布结束j c r 4 传输数据 2 通知 发布 任务 5 通知 发布 结束 存储服务器 e s p 图2 3 发布流程图 1 0 6 发布文件 d h t 网络 一 事 第二章p p c d n 系统的介绍 发布可以由用户进行单个或者多个文件的发布，也可以由运营商按照需求进 行批量的发布。这两种发布过程是不同的处理方法。这里主要介绍针对用户进行 的发布流程。 发布流程如图2 3 所示，具体过程为： 1 ) 客户端向索引服务器请求发布文件； 2 ) 索引服务器通知存储服务器有文件发布任务； 3 ) 索引服务器通知客户端存储服务器的地址； 4 ) 客户端与存储服务器建立连接发布文件，这部分过程将在发布模块中详述： 5 ) 文件发布结束后，存储服务器通知索引服务器文件发布结束； 6 ) 索引服务器将文件信息分别发布到d h t 网络上和下载跟踪服务器 ( t r a c k e r ) ； 7 ) 索引服务器通知客户端文件发布结束； 2 3 3 搜索 11 j 湎p 同小 二j j 讶t , p j 习 用户索弓咀腑蹦r 网络 1 铖鳓 文件 1 3 蚓蟓 文件 幽懒坳懒 图2 - 4 搜索流程图 搜索是指用户检索某个文件是否在p p c d n 系统中存在以及获得该文件相应 的地址信息的过程。 搜索流程如图2 4 所示，具体过程如下： 1 ) 用户向本域的索引服务器提交搜索请求； 2 ) 索引服务器再向d h t 网络提交查询请求； 3 ) d h t 网络将搜索结果返回给提出请求的索引服务器，结果包含文件名以 及文件所在的索引服务器地址； 4 ) 索引服务器再将结果返回给发出请求的用户； 电子科技大学硕士学位论文 2 3 4 下载 图2 5 下载流程图 下载流程如图2 5 所示，具体过程如下： 1 ) 用户向文件所在的索引服务器提出请求； 2 ) 索引服务器返回给用户下载跟踪服务器( t r a c k e r ) 的地址； 3 ) 用户向t r a c k e r 请求下载文件并注册自己的地址信息，t r a c k e r 向用户返回 其他下载用户的地址信息，其中包括文件所在存储服务器地址； 4 ) 用户与其他的下载用户联系，开始下载文件。 2 3 5 在线点播 图2 6 在线点播流程图 在线点播的流程图如图2 - 6 所示，具体过程如下： 1 ) 点播用户c l i e n t 登录点播工具p p c d np l a y e r ，发出点播请求； 2 ) p p c d np l a y e r 根据用户请求，把点播请求发送给索引服务器c r ； 3 ) 索引服务器根据请求文件的属性，选择下载跟踪服务器t r a c k e r ，并把 1 2 第二章p p c d n 系统的介绍 t r a c k e r 的地址返回给点播工具p p c d np l a y e r ； 4 ) p p c d np l a y e r 返回t r a c k e r 地址给点播用户c l i e n t ； 5 ) c l i e n t 连接t r a c k e r ，并把点播文件发送给t r a c k e r ； 6 ) t r a c k e r 返回拥有该点播文件的其他点播用户p e e r 的地址； 7 ) c l i e n t 连接其他点播用户p e e r ： 8 ) p e e r 返回c l i e n t 其需要的点播文件，c l i e n t 在接收到一定量的返回文件后 开始播放视频点播文件。 以上就是p p c d n 系统主要的功能，其中本论文要讨论的用户安全认证属于 整个系统的最前端，而计费和激励机制则贯穿于整个系统的各个功能之中。 电子科技大学硕士学位论文 第三章o s s 系统的介绍和总体设计 3 1 常见o s s 系统的应用背景和特点 o s s 系统即运营支撑系统( o p e r a t i o ns u p p o r ts y s t e m ) 【2 们。o s s b s s ( b u s i n e s s s u p p o r ts y s t e m ) 主要是电信、移动等大型运营商的一体化、信息资源共享的支持 系统，它主要由网络管理、系统管理、计费、营业、账务和客户服务等部分组成， 系统间通过统一的信息总线有机整合在一起。它不仅能在帮助运营商制订符合自 身特点的运营支撑系统的同时帮助确定系统的发展方向，还能帮助用户制订系统 的整合标准，改善和提高用户的服务水平。 作为一种高效的信息管理系统，o s s b s s 已在国内外电信运营商中得到广泛 的运用，并在实践中积累了大量的成功案例。o s s b s s 解决方案也在这一过程中 趋于完善。网络建设也从以语音为中心的第一阶段和以传输为中心的第二阶段， 全面进入以服务为中心的第三阶段，实现以客户为中心的营销模式。目前全球领 先的o s s b s s 供货商主要有t i b c o 、p o r t a l 、h p 、c o n c o r d 、s y n d e s i s 、s u n 、m i c r o m u s e 等。 o s s 系统在设计思想上首先应充分体现“以客户为中心 的营销理念，其次 应体现与各种合作伙伴共建价值链的合作理念。围绕这两个基本点，o s s 的建设 应满足以下四个需求层次： 第一，如何全面管理网络上运行的服务，例如客户管理服务、安全保障服务 等；第二，怎样把这些服务销售给最终的客户，这里涉及到市场职能；第三，服 务卖给客户后，怎样把带来的收入转化为计费和账单数据，即系统的计费激励职 能等；第四，现在的运营商不再只是一个简单功能的运营商，而成为多服务提供 商，在服务内容提供方面，会需要很多合作伙伴提供配合，对合作伙伴进行管理 和界面沟通。 在性能特别上，o s s 系统应具备如下性能特点。第一个特点是灵活，系统对 新服务的增加，要非常灵敏、非常快。第二个特点是服务的开通要非常及时，理 想的状态应该是实时开通。第三个特点是能对客户进行衡量。第四个特点是能够 实时、准确地