（计算机软件与理论专业论文）海洋元数据目录服务系统的研究与实现.pdf

b yj i n gt a o s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o r lg e n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i 够 j u n e2 0 0 9 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名： 日 期： 1 6 、如 学位论文版权使用授权书 别厮 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即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，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北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、交流。 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后： 半年吝一年口一年半口两年口 学位论文作者签名：剖墒 签字日期：1 2 。 导师签名： 签字日期：砷7 扬 、 予爻 、 i 。 叼 东北大学硕士学位论文摘要 海洋元数据目录服务系统的研究与实现 摘要 2 1 世纪是海洋世纪，各国已将开发海洋资源、加强海洋勘测用于解决陆地资源日 渐枯竭的主要途径，海洋已经成为各个国家着眼并着手的下一个开发之地。目前，全球 性海洋开发的步伐，推动了我国开发、研究、利用海洋的步骤的逐步实施，由此带动并 提出了高质量海洋信息的急迫需求。与此同时，我国的海洋信息化进程也与时俱进地提 出并加快了，而且海洋信息化的建设在许多方面有了长足的发展，中国近海“数字海 洋 信息基础框架建设也已正式启动。 元数据是关于数据的数据，它帮助用户了解数据来源和质量水平，可据以判断数据 的可信度和适用范围，为用户查询、检索数据提供便捷的途径。元数据对信息资源进行 描述，是实现数据有效管理和交换的主要手段。目录是信息的集合体，它按照信息的层 次结构进行层层存放，提供了一种有效的管理途径。 基于元数据和目录服务各自的特点，本文对海洋元数据的结构和标准进行了探讨， 依据海洋元数据的性质和结构，对元数据的存储管理和查询服务进行了设计和实现。首 先本文提出了一个基于海洋元数据的目录服务系统框架作为元数据管理的解决方案。该 系统分为数据源层、转换层、操作层、数据服务层四个层次。其次本文提出了一种转换 规则，该转换规则依据l 的结构将其解析，通过进行优化存储处理，使其与目录相结 合，解决目录的存储问题。通过该转换规则，用户可以得到高于传统模式的存储速度和 高于关系数据库的查询速度。再次，本文设计了应用于转换规则的检索方式，通过对目 录中节点属性的解析，能够使客户能依据需求在目录库中检索目录元数据，进而从元数 据库中得到完整的信息资源。最后，实现了本系统的所有功能，并对其方法进行了详细 的描述和说明。 本文结合了各个技术的优点，并创新性地提出几种优化设计，使得海洋元数据的访 问变得快捷、准确，在海洋信息化过程中发挥重要作用。 关键字：目录服务；l d a p ；元数据；x m l ；节点存储模式 一i i i - j j r e s e 础砌h n p l 锄删o no f m 嘶m c 删蹴d 咖s e 诜s t h e21s tc e n t l qi st h ec e n t u 拶o f m 撕n e ，a n dt h em 撕n er e s o u r c e sh a v eb e e nd e v e l o d e d t os t l e n g m e nt h ed e p l e t i o no fl a n dr e s o u r c e s t h eo c e a l lh a sb e c o m ea f o c u so fe v e r yc o 吼t a i l ds e ta b o u td e v e l o p m e n to ft 1 1 en e x tp l a c e a tp r e s e n t ，m e9 1 0 b a lo c e a l ld e v e l o p m e n tm a k e s c 址l ad e v e l o p ，r e s e a l r c ha n dm a k eu s eo ft h e o c e a l l a n dt h i sb 血gan e e do fm 曲q u a l i t y o c e a n1 1 1 士。肌a t l o n a tt h es 锄et i m e ，t l l ep r o c e s so fm 痂ei 幽m a t i o n o fo u rc o u l l n ys p e e d s u p ，a l l dm a n n e 埘o n i l a t l o ni nm a n y a l s p e c t so ft h eb u i l d i n gh a v eb e e nd e v e l o p e dw e l l c 1 1 i n a - s c o a s t a lw a t e r s ”d i g i t a lo c e a l l ”仔锄e w o r kf o r b u i l d i n gi 幽肌a t i o ni n f r a s t r u c t u r e h a sa l s o b e e nf o 姗a l l ys t a r t e d m e t a d a t ai st h ed a t aa b o u td a t a m e t a d a t ai 1 1t h ed a t ae x c h a l l g i n g ，n e 觚o r kd i s c o v e 巧a 1 1 d s n a n n go tl m o n i l a t l o nr e s o w c e ss y s t e mi sv e 巧i i l l p o r t a n t i th e i p su s e r st o u 1 1 d e r s 切n dt h e q u a l i t yo fd a t aa n dw h e r ei t s 矗o m i ta l s oc a nj u d g et 1 ec r e d i b i l i t ) ro fd a t aa 1 1 d s c o p eo f a p p l i c a t i o nf o rm eu s e r t sq u e r y i n go fd a t a t h e i sm a i n l yt om a n a g ea n de x c h a n g et 1 1 ed a t a m e t a d a t ad e s c r i p t i o no fi 幽衄a t i o nr e s o u r c e s ， d i r e c t o 巧i st 1 1 ec o l l e c t i o no fi i l f o m l a t i o na n d“ p r o v i d e s a n e f i e c t i v e 、a y f o r m a n a g e m e mw h i c hl ss t o r e da sm es t r u c t u r eo f1 e v e l d i r e c t o 巧s e r v i c ei sas 刍e c i a l i z e d d a t a b a s e ，w h j c hs e r v eav 撕e t yo fa p p l i c a t i o n s y s t e m s ，i 1 1 c l u d i n gl d a p ( l i 曲t w e i g h t d l r e c t o 巧a c c e s sp r o t o c 0 1 ) d i r e c t o 巧a 1 1 dx 5 0 0 - b a s e dd i r e c t o t h e s ed i r e c t o r i e sa r et h e d l r e c t o r ) ro fc o m m o ns t a n d 乏耐s t h e ya r en o ts u i t a b l ef o ra s p e c i f i co p e r a t i n gs y s t e m ， a p p l i c a t i o np u i p o s e b a s eo nm ec h a r a c t e r i s t i c so fm e t a da t aa 1 1 dd i r e c t o 巧s e i c e s ，“s p a p e rd i s c u s s e st h e s t m c t u r ea 1 1 ds t a l l d a r d so ft l l eo c e a i lm e t a d a t aa 1 1 dm e n d e s i g n s 也ew a yo fs t o r a g eb a s e dt 1 1 e m i nt h j sp a p e r ，f i r s to fa l l ，ih a v ed e s i g l l e dao c e a n - b a s e dm e t a d a t af a m e w o r kf o rt h ed i r e c t o r y s e r v i c es y s t e m t h es y s t e mi s d i v i d e di n t o ( 1 a t al a y e r s ，t 1 1 ec o n v e r s i o nl a y e r ，t h eo p e r a t i o n l a y e ra 1 1 dt h es e r v i c el a y e r t h ed a t al a y e r 晰1 1p r o v i d eo c e a i lm e t a d a t a b a s e ；c o n v e r s i o nl a v e r c o n v e n sm e 伽a t aa n ds t o r e s 也e f i l e s ( x m lf o 肌a t ) i n t ot 1 1 ed a t al a y e r o p e r a t i o nl a y e r p r o v l d e so p e r a t i o l l so fn o d e s ；s e r v i c el a y e ri sf 0 肌e da st 1 1 ed i r e c t o 巧s e r v i c es y s t e m t m s p a p e rp r o v l d e sat m s f o m a t i o nm l ea n dt l l i s 谢l l i m p r o v et h ee 伍c i e n c yo f a c c e s s i n g f i l l a l l y w ed e s l g n e da 、v a yt oi m p r o v em em e t h o do fq u e r y u s e r sc a l l s e a r c hm e t a d a t a 行o mt h e i i i d i r e c t o 巧f a s t e ra 1 1 dg e tt l l ec o m p l e t em e t a d a t a 仔o mi t t h i s p a p e rc o m b i n e st h ea d v a l l t a g e s o fv a r i o u st e c 圭u 1 0 1 0 9 i e s a n dg i v e ss e v e r a l o p t i m i z a t i o nd e s i 盟，a n d “sm a k et l l ea c c e s st o t h eo c e a nm e t a d a t af a s t e ra n da c c u r a t e ，a i l d t 1 1 e r e b yp r o m o t e st l l ed e v e l o p m e n to fo c e a n i b m a t i o l l i z a t i o n k e y w o r d s ：d i r e c t o r ) rs e r v i c e s ；l d a p ；m e t a d a t a ；l ；n o d es t o r a g em o d e i v 一 ， 东北大学硕士学位论文 目录 目录 独创性声明i 摘要工i a b s t r a c t ii i 第一章绪论1 1 1 研究背景】 1 2 海洋数据仓库1 1 3 海洋数据仓库元数据3 1 3 1 元数据概念3 1 3 2 海洋元数据概述4 l4 国内外研究现状5 1 5 本文研究内容及目标一5 第二章相关技术7 2 1x m l 技术7 2 1 1x l 概述7 2 1 2x m l 特点8 2 2 目录服务技术8 2 2 1 目录服务简介9 2 2 2 l d a p 数据结构1 1 2 2 3 l d a p 特点1 3 。 第三章海洋元数据管理概述1 5 3 1 海洋元数据15 3 1 1 元数据模式层次结构1 5 3 1 2 元数据特征1 6 3 2 海洋数据仓库体系的层次结构1 8 3 3 数据集层元数据管理1 8 3 3 1 元数据存储1 8 一v 一 东北大学硕士学位论文 目录 3 3 2 元数据录入1 9 3 4 数据仓库层元数据管理1 9 3 4 1 元数据的存储”2 0 3 4 2 数据仓库的查询2 1 3 5 元数据管理的实现“2 2 3 5 1o r a c l ex m ld b 2 2 3 5 2 注册模式2 3 第四章海洋元数据目录服务系统 2 5 第五章海洋元数据转换和查询2 9 5 1 海洋元数据的l 格式2 9 5 2 海洋元数据在目录数据库中的存储方式3 l 5 3 转换规则设计_ 3 2 5 3 1 模式对应关系3 2 5 3 2 模式转换的改进”3 3 5 3 3 通用模式转换总体设计“3 5 5 3 4 通用模式转换详细设计3 6 5 4 节点查询解析3 8 第六章海洋元数据目录服务系统设计与实现4 1 6 1 系统开发环境4 1 6 2 系统功能需求”4 1 6 3 系统配置4 2 6 4 目录模式构建4 3 6 5 目录节点实现4 5 6 6 系统功能实现4 6 6 6 1 元数据导入和导出功能4 6 一v i 一 5 5 6 7 2 2 2 2 一 ： 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 ： 计构能 设结功库体次块据总层模数统统统录系系系目 1 2 3 4 乱 乱 乱 乱 6 6 2 节点操作4 9 6 6 3 搜索操作5 0 6 7 目录结构5 2 6 8 实验效果及分析5 3 第七章结论与展望5 5 参考文献5 7 致 谢5 9 一v i i 东北大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论弟一早珀了匕 本课题来自国家海洋专项“海洋数据体系规划和海洋数据仓库构建技术”课题。 为全面推进十六大提出的“实施海洋开发”战略，促进海洋经济持续快速发展，国务 院批准并实施了“我国近海海洋综合调查与评价”专项( 9 0 8 专项) 。该专项共设三个 项目，“中国近海数字海洋信息基础框架构建”( 9 0 8 0 3 项目) 即是其一【1 1 。 “数字海洋”信息基础框架，根据其建设内容分解为七大部分和2 2 个任务单元。海 洋9 0 8 专项“海洋数据体系规划和海洋数据仓库构建技术”子项的目的是对各类海洋资 源、环境、经济、管理等数据进行统一的体系规划，构建统一标准的海洋数据库系统框 架，实现国家、省市县等各级海洋数据的有效管理；同时实现数据库、数据仓库在海洋 领域的应用。 “海洋数据体系规划和海洋数据仓库构建技术”项目致力于下面5 个方面的研究工 作： ( 1 ) 海洋数据体系规划需求分析； ( 2 ) 海洋数据体系布局研究和数据体系详细规划及设计； ( 3 ) 海洋数据仓库构建关键技术研究及海洋数据仓库规划和详细设计； ( 4 ) 海洋数据仓库数据清洗技术研究和规则制定： ( 5 ) 海洋数据0 l a p 分析关键技术研究和应用模型设计及实现； 本课题的主要研究方向正是面向海洋数据仓库规划和详细设计中的元数据管理的 研究。其目的是通过对数据仓库中元数据的存储方式和查询技术的研究，来提高元数据 在数据仓库中的管理效率。 1 2 海洋数据仓库 ，中国近海“数字海洋 信息基础框架是“数字海洋建设的基础，基础资料数据 仓库体系又是海洋信息基础框架的核心部分，“数字海洋”系统的很多上层应用都将依 赖于海洋数据仓库，构建完整、有效、高性能、安全的海洋数据仓库体系是海洋数据体 系规划的一个十分重要部分。 海洋基础资料数据仓库体系将要存储的海洋数据主要指通过专业手段获取的各类 基础性较强的数据，主要包括海洋水文、海洋气象、卫星遥感、海洋化学、海洋生物、 海洋地质、海洋地球物理、海底地形、海洋声学、人文地理、海洋经济、海洋资源、海 一】一 东北大学硕士学位论文第一章绪论 洋管理等各类海洋基础资料信息 2 】。这些数据通过不同的测量手段、不同的设备测量并 汇总到海洋数据中心，形成大量以文本形式存储的海洋基础数据，这些大量的以文本存 储的原始数据格式不统一，只能针对每种数据格式特别编制程序才能从中获取所需要的 信息，但这种方法不但导致重复的程序设计还难以提供海洋系统各级领导所需要的统计 决策信息，大量的海洋数据不能有效的转化为对海洋经济建设、海洋管理、军事决策有 用的信息。为实现海洋数据“为国家决策服务、为经济建设服务、为海洋管理服务”的 目标，迫切需要能安全、方便的集中管理基础数据，快速的检索所需数据并能提供一些 统计决策信息的可靠手段。构建海洋数据仓库体系正是在目前的技术条件下满足上述需 要的合适方法。 海洋基础数据根据门类分为海洋资源数据、海洋经济数据、海洋环境数据、海洋基 础地理数据等，每个门类还详细分为不同的学科，比如海洋环境中的学科有海洋生物、 海洋水文、海洋气象、海洋物理、海洋化学、海洋地质、地球物理、海洋遥感、海洋灾 害。不同门类和学科的数据获取手段不同，数据量差别很大，研究和使用这些数据的部 门往往也不相同，因而对数据服务的要求也不一样：有的需要汇总数据，有的需要细节 数据。 图1 1 为海洋数据库系统的布局结构： 应用请 图1 1 海洋数据库布局体系 f i g 1 1s t m c t u r eo f m 撕n ed 鼬a s e 一2 一 厶 用请求 ， 论文 第一章绪论 理者可以把所有数据都放在一起，甚至用一个数据库管理，但是这样提 定不是最好的，也不能使所有用户满意，如果根据需求和数据的特点， 据仓库形成一个完整的体系，不但方便了数据的管理，更能有针对性的 服务，满足不同层次、不同粒度的信息需求。 料数据仓库体系建设工作内容包括：对各省收集的与9 0 8 项目相关的历 地方海洋调查、研究和管理等工作成果资料，省9 0 8 0 1 调查、0 2 评价 果等进行分析；根据海洋数据所属门类、学科，分别构建相应的数据库， 格式研究开发通用的数据导入方法来构建数据仓库；研究对现有海洋数 据仓库进行更新和扩建，建设满足项目需求的海洋基础资料数据仓库。建成的数据仓库 具有数据管理、数据更新、查询检索、数据统计和生成数据报表等基本功能，并按照用 户要求导出数据。 1 3 海洋数据仓库元数据 1 3 1 元数据概念 元数据( m e t ad a t a ) 是关于数据的数据，指在数据库建设过程中所产生的有关数 据源定义、目标定义、转换规则等相关的关键数据，通过元数据，数据仓库管理员和数 据仓库的开发人员可以非常便捷地找到他们所关心的数据。其使用目的在于：识别资源、 评价资源、追踪资源在使用过程中的变化；实现简单高效地管理大量网络化数据；实现 信息资源的有效发现、查找、一体化组织和对使用资源的有效管理。它描述了数据库和 数据仓库中诸多对象，如表、列、查询、商业规则及其内部的数据转移历史记录f 引。同 时元数据还包含关于数据含义的商业信息，所有这些信息都应当妥善保存，并很好地管 理，为数据仓库的发展和使用提供方便。图1 2 是元数据在数据仓库中的作用及职能： 仁二二二二7 图1 2 元数据库在数据仓库中的作用 f i g 1 2t h e 劬c t i o ni nt h ed a t aw a r e h o u s eo fm e t a d a t a 一3 一 用户 东北大学硕士学位论文第一章绪论 1 3 2 海洋元数据概述 海洋元数据具有与普通元数据相区别的地方。海洋元数据的主要类型有二进制文件 数据集、文本文件数据集、结构化数据集和半结构化数据集。这些数据集经过数据质控、 元数据著录等过程处理成标准数据集，标准数据集再经过备份、分类等步骤装载入库1 4 j 。 海洋元数据在海洋数据仓库中起着举足轻重的作用。海洋数据库系统由海洋基础地 理数据库、海洋基础资料数据库和海洋应用服务数据库等组成，采用分布式架构进行存 储和管理。国家海洋数据中心、海区数据分中心、省级海洋数据中心、专题海洋数据同 步节点、科研服务节点等是海洋数据库系统建设的主要物理布局地点，各级数据中心、 同步节点和服务节点之间通过网络实现海洋基础数据和应用数据的交换和共享。 图1 3 为元数据入库流程图： 图1 3 元数据入库流程 f i g 1 3s t o r a g ep r o c e s so fm e t a d l t a 由此可见，海洋数据特殊的形式、海洋数据库系统复杂的构造布局使得海洋数据无 法快速有效地共享和查找。首先数据录入者需要一个行之有效的数据管理和维护手段： 用户也需要一个安全、快捷、全面的方法来搜索、访问、获取现实性强、精度高、易管 、 理和易访问的海洋信息。基于以上需求，我们迫切需要一种手段来描述海洋数据的内容、 质量和状况等元数据信息。而且这也是信息资源有效管理和应用的重要目标，对于海洋 数据管理体系来说更显得尤为重要。 我们首先要充分发挥现有海洋数据的作用，提高其利用效率，使更多的数据生成者 和数据使用者节省成本，找到一种管理元数据的最适当的办法。这样我们就将一种元数 一4 一 东北大学硕士学位论文第一章绪论 据目录服务机制作为基本理念和技术来有效地实现海洋数据的发布共享和查询检索。 一 1 4 国内外研究现状 伴随着“数字海洋”概念的提出和逐步的实施，我国的海洋开发和海洋研究已经步 入一个崭新的阶段，目前已经积累了大量的宝贵海洋数字资源。这些基础性数据资源是 国家长期投入获得的宝贵财富，不过在使用上仍然存在急需解决的问题。 最主要的一点是数据共享程度较低，并且分散在各个部门数据库上，使得共同利用 海洋数据资源成为了一个难以解决的问题。并且许多部门数据库没有引入元数据的概 念，这就使得数据无法进行统一的管理，无法发挥海量海洋数据的社会价值嘲。鉴于元 数据在数据仓库中极其重要的作用，元数据管理已经成为研究的重要方向。 元数据用来描述数据，当数据仓库中数据量庞大，特别是具有异构结构时，元数据 则将起到巨大的作用。但是目前仍然没有统一的元数据标准和解决方案，来对元数据进 行统一的管理和应用。当前的各个开发商的数据仓库解决方案都提到了对元数据的管 理，其各有利弊，但是始终没有一个统一的标准来解决这个问题。开发商的数据仓库元 数据模型都是相互独立的，没有互相兼容，对本身元数据的描述结构和说明方式都存在 着很大的不同。这样产生的结果就是想要将这些不同的元模型所描述的元数据集成起 来，将是一个十分复杂而且代价巨大的工作。另外各种不同的元数据工具的不同，也带 来了概念的不同和差异， 总的来说，元数据管理仍然是个重要但是尚未完全解决和统一标准的课题，本文旨 在通过提出新的解决方案，来解决海洋元数据的管理问题。 1 5 本文研究内容及目标 元数据为各种形态的数字化信息单元和资源集合提供规范、普遍的描述方法和检索 工具；为分布的、由多种数字化资源有机构成的海洋信息体系提供整合的工具与纽带。 离开元数据海洋数据仓库将是一盘散沙，将无法提供有效的检索和处理。 基于此，本文针对元数据的特点，进行了以下几个方面的研究： ，首先，本文结合目录服务和元数据结构的特点，提出了一个基于元数据目录服务机 制。该机制使得元数据能够转化成目录结构的模式，借助于目录服务的优点，以达到快 速读取元数据的目的。 其次，本文设计并实现了基于海洋信息元数据的目录服务体系。虽然元数据在海洋 数据仓库中起到举足轻重的作用，但是目前的元数据管理方案都不成熟和完善，无法适 一a 一 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 用于特定的、基于海量数据的海洋数据仓库。由此本文提出该体系，并设计和实现了各 个层次、模型和框架，来创新性地进行了元数据管理的开发。 最后，本文设计了目录服务节点存储模式。l d a p 中把对象类( o b j e c tc l a s s ) 、属 性( a n m u t e ) 、语法( s y n t a ) 【e s ) 和匹配规则统( m a t c l l i n gi u l e s ) 称为目录模式，即 s c h e m a ，它是提前定制好的匹配规则。我们依照核心元数据x m ls c h e m a 设计在l d a p 中自定义若干对象类，分别与每一类核心元数据模块相对应，核心元数据标准设计中每 一模块下的数据元素在l d a p 中以属性类型体现，它们是组成对象类的元素。 一6 一 、 ， 东北大学硕士学位论文第二章相关技术 2 1 2x m ，特点 x m l 没有复杂的语法和包罗万象的数据定义，一般地，x 】l 具有以下几个特点【8 】： ( 1 ) 可扩展性 x m l 继承了s g m l 的许多特性，可扩展性即是其中之一。x 】l 允许使用者创建自 定义的标记，而不是像h t m l 那样有限的词汇表。这一点是非常重要的，企业可以使 用l 根据其需要为电子商务或者供应链集成开发属于自己的标记语言，甚至特定的 行业进行标记统一，一起定义属于本行业领域的特殊标记语言，作为该领域共享数据和 交换信息的基础【9 j 。 ( 2 ) 灵活性 h t m l 很难进一步发展的一个重要因素，就是因为自身是格式、超文本、和图形用 户界面语义的混合，而进而突出的问题就是想要同时发展这些混合在一起的功能，将变 得异常困难。相反，x m l 提供了一种结构化的数据表达方式，使得用户界面和结构化 数据分离。所以用户所追求的许多先进功能在x m l 环境下更容易实现。 ( 3 ) 自描述性 x m l 文档通常都附带一个文档类型说明，因此x m l 是自描述性的。不仅人能读懂 x m l 文件结构，计算机也可以读懂和处理。x m l 表示数据的方式真正做到了独立于应 用系统。并且数据能够重用。l 文档被看成文档的数据库化和数据的文档化。 ( 4 ) 简明性 除此之外，x m l 还具有简明性的特点【】。它具有s g m l 约2 0 的复杂性，却有 s g m l 功能的8 0 。x m l 比完整的s g m l 简单的多，易学、易用且易实现。另外，x m l 也吸收了人们多年来在w - e b 上使用h t m l 的经验。x m l 支持世界上几乎所有的主要语 言，并且不同语言的文本可以在同一文档中混合使用，应用l 的软件能处理这些语 言的任何组合。所有这一切将使v i l 成为数据表示的一个开放标准，这种数据表示独 立于机器平台、供应商以及编程语言。它将为网络计算注入新的活力，并为信息技术带 来新的机遇。 2 2 目录服务技术 目录服务技术是一种适合存储层次结构数据的理想手段，本系统即采用目录服务技 术来对元数据进行管理。本节介绍了目录服务的概念和它的轻量级版本l d a p 以及它的 协议、模型和相关信息。 一8 一 东北大学硕士学位论文 第二章相关技术 2 2 1目录服务简介 目录是一个成树状组织结构、存储层次数据的一个专业分布式数据库。它为查询、 浏览和搜索而专门进行了优化设计。目录数据库的主要特点是它有优异的读性能，但写 性能稍逊，并且没有事务处理、回滚等复杂功能，尤其不适合频繁地修改数据。这几点 是其与关系数据库不同的地方。目录主要用于查找操作而不是用于连续的写入操作，而 且不像事务数据库一样经常对本身数据进行删改，它非常适用于存储一些仅供查询操作 的数据；1 1 j 。 目录数据库是一种特殊的数据库，它在读性能和写性能以及事务处理方面与关系数 据库有很大的差别。目录数据库的结构是层次和树状的，并且具有对象类和对象子类。 目录服务由目录数据库和访问协议组成。目录服务的形式之一即是d n s ，又称为 域名系统。它将现实中的各种事物存储为具有描述信息的属性对象，保存域名信息，使 得用户能够使用它来查找所需要的资源。现在目录用于管理各种大量的信息，其中包括 q o s 、带宽管理策略、配置文件、电子商务信息及其他信息。在用户的身份验证、防火 墙过滤及v p n 访问方面也起着重要的安全作用。大多数目录产品现在将证书映射到目 录中的用户帐户，并且目录能够为用户提供一次注册。d e n f l 2 l ( 目录运行网络) 是解 决基于策略的连网及可互用的网络问题的目录服务的倡议。 目录在电子商务和企业对企业之间的关系中扮演着重要的角色。目录可保存有关公 司网络外部的人员的重要信息，用于鉴别这些人员并定义他们对于网络资源的访问权。 管理员可将策略应用于目录中的对象中以快速定义团体的访问权，如业务合作者。 目录服务提供一个公用位置以存储所有类型信息。同时，某个组织可能由于安全性 或商业原因想要拥有多个不同的目录。元目录是单独的或综合的目录部分，可帮助链接 多个不同的目录并使各目录中的信息同步。l d a p 起着连接其他目录的作用。) a l 可 提供表示需要在目录之间进行交流的信息的标准方法。 目录服务有两个重要的协议：x 5 0 0 协议和l d a p 协议。 第一个是x 5 0 0 协议。 它是世界通用的分布式目录服务标准。这是由两个不同的团体( c c i t t 和i s o ) 在 八十年代中期各自开始在目录服务方面的研究工作后，两个国际性的目录规范融合成一 个规范，形成了x 5 0 0 协议。x 5 0 0 定义了综合目录服务，包括信息模型、名字空间、 功能模型、访问控制、目录复制及目录协议；x 5 0 0 的优势在于它的信息模型、多功能 性和开放性。 第二个是l d a p 协议。 l d a p 的英文全称是“出t 、v e i g h td i r e c t o 叫a i c c e s sp r o t o c o l ，即轻量级目录访问协议。 一9 一 东北大学硕士学位论文第二章相关技术 1 9 9 3 年7 月，出现了第一个l d a p 协议规范( 1 3 j ，即r f c l 4 8 7 。l d a p 简化了x 5 0 0 的许多操作，省去极少使用的特性，使之成为低开销的访问x 5 0 0 目录的方法，从而是 更大范围的应用目录，而且他们在功能性、数据表示、编码和传输方面做了改进。它是 基于x 5 0 0 标准的，但是简单并且可以根据需要定制；另外l d a p 还支持t c p 佃协议， 这对访问i n t e m e t 是必须的，这与x 5 0 0 也不同。目前，l d a p 的版本是l d a p v 3 ，l d a p v 3 在国际化、提名、安全、扩展性和特性方面更加完善。 l d a p 是基于x 5 0 0 标准的，访问x 5 0 0 目录需要某种协议，例如：目录访问协议 ( d a p ) 。然而，d a p 需要大量的系统资源和支持机制来处理复杂的协议。l d a p 仅通 过使用原始x 5 0 0 目录存取协议( d a p ) 的功能子集，而减少了所需的系统资源消耗， 而且可以根据需要定制。 现在主要应用的是l d a pv 3 【1 4 1 版本。因为l d a p v 3 在l d a pv 2 的基础上增加了一 些新的特性，这些新特性满足了许多新的需求：支持模式发现；引用和持续；可扩展性； 使用u n i c o d e 支持国际化；使用s a s l ( 简单认证安全层) 进行强度认证；使用t l s ( 安全传输层) 和s s l ( 安全套接层) 协议进行完整性和安全保护。 l d a p 是重要的目录服务协议，它是i e t f 定义的访问目录的客户机服务器协议。 l d a p 用于访问x 5 0 0 的目录服务，它不会产生目录访问协议( d a p ) 访问x 5 0 0 时所 需的资源要求。本协议特别针对那些简单管理程序和浏览器程序，它们提供对x 5 0 0 目 录进行简单的读写交互式访问，同时它也是对d a p 本身的一种补充。 l d a p 适用于更新操作远小于读取操作的情况，提高了数据的读取速度，是一种特 殊类型的数据库，非常适合查询和检索等读取类的操作。l d a p 以多层次的树形组织方 式来描述信息资源，并结合了面向对象的思想，便于查找信息，提供高效的信息定位方 式。 在l d a p 中共有四类1 0 种操作【 】： 查询类操作，如搜索、比较； 更新类操作，如添加条目、删除条目、修改条目、修改条目名； 认证类操作，如绑定、解绑定； 其它操作，如放弃和扩展操作。 除了扩展操作，另外9 种是l d a p 的标准操作；扩展操作是l d a p 中为了增加新的 功能，提供的一种标准的扩展框架，当前已经成为l d a p 标准的扩展操作，有修改密码 和s t 眦t l s 扩展，在新的r f c 标准和草案中正在增加一些新的扩展操作，不同的l d a p 厂商也均定义了自己的扩展操作。 l d a p 中的安全模型主要通过身份认证、安全通道和访问控制来实现。 ( 1 ) 身份认证 一】0 一 东北大学硕士学位论文 第二章相关技术 在l d a p 中提供三种认证机制，即匿名、基本认证和s a s l ( s i m p l ea u t h e n t i c a t i o n 趾ds e c u r el a y e r ) 认证。匿名认证即不对用户进行认证，该方法仅对完全公开的方式适 用；基本认证均是通过用户名和密码进行身份识别，又分为简单密码和摘要密码认证； s a s l 认证即l d a p 提供的在s s l 和t l s 安全通道基础上进行的身份认证，包括数字 证书的认证。 ( 2 ) 通讯安全 在l d a p 中提供了基于s s l t l s 的通讯安全保障。s s l t l s 是基于p 信息安全 技术，是目前i n t e m e t 上广泛采用的安全服务。l d a p 通过s t a n t l s 方式启动t l s 服务， 可以提供通讯中的数据保密性、完整性保护；通过强制客户端证书认证的t l s 服务， 同时可以实现对客户端身份和服务器端身份的双向验证。 ( 3 ) 访问控制 虽然l d a p 目前并无访问控制的标准，但从一些草案中或是事实上l d a p 产品的 访问控制情况，我们不难看出：l d a p 访问控制异常的灵活和丰富，在l d a p 中是基于 访问控制策略语句来实现访问控制的，这不同于现有的关系型数据库系统和应用系统， 它是通过基于访问控制列表来实现的，无论是基于组模式或角色模式，都摆脱不了这种 限制。 在使用关系型数据库系统开发应用时，往往是通过几个固定的数据库用户名访问数 据库。对于应用系统本身的访问控制，通常是需要建立专门的用户表，在应用系统内开 发针对不同用户的访问控制授权代码，这样一旦访问控制策略变更时，往往需要代码进 行变更。总之一句话，关系型数据库的应用中用户数据管理和数据库访问标识是分离的， 复杂的数据访问控制需要通过应用来实现【l6 | 。而对于l d a p ，用户数据管理和访问标识 是一体的，应用不需要关心访问控制的实现。这是由于在l d a p 中的访问控制语句是基 于策略语句来实现的，无论是访问控制的数据对象，还是访问控制的主体对象，均是与 这些对象在树中的位置和对象本身的数据特征相关。 在l d a p 中，可以把整个目录、目录的子树、制定条目、特定条目属性集或符合某 过滤条件的条目作为控制对象进行授权；可以把特定用户、属于特定组或所有目录用户 作为授权主体进行授权；最后，还可以定义对特定位置( 例如i p 地址或d n s 名称) 的 访问权。 2 2 2l d a p 数据结构 l d a p 是实现了指定的数据结构的存贮，它包括以下可以用关系数据库实现的结构 要求：树状组织、条目认证、类型定义、许可树形记录拷贝。 东北大学硕士学位论文第二章相关技术 ( 1 ) 树状组织 无论是x 5 0 0 还是l d a p 都是采用树状方式进行记录。每一个树目录都有一个树根 的入口条目，子记录全部是这一根条目的子孙。这是目录与关系数据类型最大的区别( 关 系数据库的应用结构也可实现树状记录) 。因此，把目录看作是更高级的树状数据库也 未尝不可，只不过除此外，它不能实现关系存储的重要功能。 ( 2 ) 条目和条目认证 l d a p 是以条目作为认证的根据。r o o t 的权限认证与目录本身无关，但除此外所 有条目的认证权限由条目本身的密码进行认证。l d a p 可以配置成各种各样不同的父子 条目权限继承方式m