（计算机科学与技术专业论文）基于p2p分层网络的web服务发现研究与实现.pdf

l 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的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。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，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邮电大学或其他 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了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：隧缱日期：翌f 垒盖! 篁 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。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，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：盗丝 导师签名： 日期：兰! ! ：! ! ! 篁 日期：2 ： 翌：兰：s 基于p 2 p 分层网络的w e b 服务发现研究与实现 摘要 近年来，随着i n t e r n e t 技术的飞速发展，w e b 服务已经成为蓬 勃兴起的一种分布式计算模型。w e b 服务将程序封装成单个实体发布 到网络上以供其他程序使用，它结合了面向组件的方法和w e b 技术的 优势，是一种新的面向服务的体系结构。传统的w e b 服务架构中，集 中式的注册中心存储服务描述信息，保证注册到其中的所有服务均能 被检索。但注册服务的数量急剧增多时，该架构也具有单点失效和性 能瓶颈等问题，从而严重影响了w e b 服务发布和发现的效率。 p 2 p 网络中所有节点的地位相同。把p 2 p 的思想与w e b 服务结合 起来，可以有效地解决集中式的w e b 服务所带来的一系列问题。每个 节点既可以作为服务提供者来发布自己的服务，又可以作为服务需求 者来查找和调用所需服务。 本文针对集中式w e b 服务发布与发现中存在的问题，提出了基于 p 2 p 分层网络的w e b 服务发现模型。 在结构化p 2 p 网络层面，针对传统的c h o r d 网络的不足，提出了 分层网络模型。使物理上相邻的节点，在逻辑覆盖网络上位于同一个 域。同时，用p l a n e t s i m 对模型进行仿真，仿真实验结果表明，此模 型确实可以有效减少物理相邻节点之间路由查找的跳数，加快了相邻 节点之间的查找速度。在系统拓扑方面，针对集中式拓扑可扩展性差 的问题，提出了以p 2 p 网络将各个注册节点连接，用以取代传统的集 中式的u d d i 的注册方式，增强了系统的健壮性和可扩展性。最后介 绍了p b w s m 系统的原型实现。 关键词：w e b 服务服务发现p 2 p 网络c h o r d 网络分层模型 扣 ， u 悸 一 r e s e a r c ha n di m p l e m e n t p 汀i o no fw e bs e r v i c e s d i s c o v e r y b a s e do np 2 pl a y e r e dn e r w o r k a b s t r a c r w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fi n t e r n e tt e c h n o l o g yi nr e c e n ty e a r s ，w e bs e r v i c e i sb e c o m i n gan e w - e m e r g i n gc o m p u t i n gm o d e li nt h ea r e ao fd i s t r i b u t e dc o m p u t i n g w e bs e r v i c ew r a p st h ea p p l i c a t i o ni n t oas i n g l ee n t i t ya n dp u b l i s h e si tt ot h ei n t e r n e t t oe n a b l eo t h e ra p p l i c a t i o n st ou s ei t i tc o m b i n e st h ec o m p o n e n t o r i e n t e da p p r o a c h a n dt h ea d v a n t a g e so fw e bt e c h n o l o g y , i san e ws e r v i c e - o r i e n t e da r c h i t e c t u r e i n t r a d i t i o n a lw e bs e r v i c e sa r c h i t e c t u r e ，t h ec e n t r a l i z e dr e g i s t r a t i o nc e n t e rs t o r a g e s e r v i c ed e s c r i p t i o n st oe n s u r et h a ta l ls e r v i c e sr e g i s t e r e dt oi tc a nb er e t r i e v e d b u t w i t ht h es h a r pi n c r e a s ei nt h en u m b e ro fr e g i s t r a t i o ns e r v i c e s ，t h ea r c h i t e c t u r eh a sa s h o r t c o m i n go fs i n g l ep o i n to ff a i l u r ea n dp e r f o r m a n c eb o t t l e n e c k sa n do t h e ri s s u e s ， t h e r e b ys e r i o u s l ya f f e c t i n gt h ew e b s e r v i c ep u b l i s h i n ga n dd i s c o v e r ye f f i c i e n c y a l ln o d e sa r ei nt h es a m es t a t u si np 2 pn e t w o r k t h ec o m b i n a t i o no fp 2 pi d e a s a n dw e bs e r v i c e sc a l le f f e c t i v e l ys o l v e sas e r i e so fp r o b l e m sa r i s i n gf r o mc e n t r a l i z e d w e bs e r v i c e s e a c hn o d ee i t h e ra sas e r v i c ep r o v i d e rt ol a u n c ht h e i ro w ns e r v i c e s ，b u t a l s oc a ns e r v ea sad e m a n dt of i n da n di n v o k et h er e q u i r e ds e r v i c e s i n t h i sp a p e r , aw e bs e r v i c ed i s c o v e r ym o d e lb a s e do nh i e r a r c h i c a lp 2 pn e t w o r k i sp r o p o s e df o rt h ep r o b l e m so fc e n t r a l i z e dw e bs e r v i c ep u b l i s h i n ga n dd i s c o v e r y i nt h es t r u c t u r e dp 2 pn e t w o r kl e v e l ，al a y e r e dn e t w o r km o d e li sp r o p o s e df o r t h e d e f i c i e n c i e so ft r a d i t i o n a lc h o r dn e t w o r k ；s ot h a tt h en o d e so fp h y s i c a lp r o x i m i t yc a n b el o c a t e do nt h es a m ed o m a i ni nt h ei o g i c a lo v e r l a yn e t w o r k a tt h es a m et i m e ， p l a n e t s i mi su s e dt os i m u l a t et h em o d e l t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h i sm o d e i c a ni n d e e de f f e c t i v ei nr e d u c i n gt h ep h y s i c a lr o u t eb e t w e e na d j a c e n tn o d e si nh o p s ， w h i c ha c c e l e r a t e st h es e a r c h i n gs p e e db e t w e e na d j a c e n tn o d e s i nt h es y s t e mt o p o l o g y , w i t hr e g a r dt ot h ep r o b l e mo fp o o rs c a l a b i l i t yo fc e n t r a l i z e dt o p o l o g y , p u t sf o r w a r da p 2 pn e t w o r kt oc o n n e c te a c hr e g i s t e rn o d et or e p l a c et h et r a d i t i o n a lc e n t r a l i z e du d d i r e g i s t r a t i o nm e t h o d s ，w h i c hi n c r e a s e st h es y s t e m sr o b u s t n e s sa n ds c a l a b i l i t y f i n a l l y , i n t r o d u c e st h ep r o t o t y p ei m p l e m e n t a t i o no fp b w s m s y s t e m k e yw o r d s ：w e bs e r v i c e ss e r v i c e sd i s c o v e r yp 2 pn e t w o r kc h o r dn e t w o r k l a y e r e dm o d e l 棚 入 产 ， 目录 第一章绪论l 1 1 研究背景1 1 2 国内外研究现状。2 1 3 论文的主要内容和贡献3 1 4 论文章节安排3 第二章w e b 服务与p 2 p 网络5 2 1w e b 服务5 2 1 1w e b 服务概述5 2 1 2w e b 服务体系结构模型6 2 1 3 w e b 服务发现一7 2 2p 2 p 网络8 2 2 1p 2 p 网络概念和定义8 2 2 2p 2 p 网络结构和特点9 2 2 3p 2 p 网络应用和发展1 2 第三章双层网络p b t l c 模型1 4 3 1c h o r d 网络简介1 4 3 2 双层c h o r d 网络p b t l c 模型2 0 3 2 1 设计思想2 1 3 2 2 模型结构2 l 3 2 3 节点i d 生成2 2 3 2 4 资源i d 生成2 4 3 2 5 域内查询表和环问查询表2 4 3 2 6 节点的加入和退出2 7 3 3 性能分析和系统仿真2 8 3 3 1 性能分析2 8 3 3 2 仿真与分析2 9 第四章基于p b t l c 的w e b 服务发现模型3 8 4 1 基于p b t l c 的模型p b w s m 3 8 4 2r c p 4 0 4 3w e b 服务发布4 l 4 4w e b 服务发现4 2 第五章p b w s m 系统的设计和实现4 4 5 1 系统结构4 4 5 2 模块设计和实现4 5 5 2 1 登录和连接模块4 5 5 2 2 发布和查找模块4 9 5 2 3 退出模块5 2 第六章系统测试5 3 6 1 测试环境5 3 6 2 系统测试5 4 1 3 第七章总结和展望5 5 7 1 总结5 5 7 2 展望5 5 参考文献5 7 致谢5 9 攻读学位期间发表的学术论文6 0 v 北京邮电大学硕士学位论文 基于p 2 p 分层网络的w e b 服务发现研究与实现 1 1研究背景 第一章绪论昴一早瑁记 w e b 服务是w e b 上数据和信息集成的有效机制，是一种真正与平台无关和实 现语言无关的开发技术卫1 。w e b 服务使得网页从静态的，松散的w e b 页面逐渐演 化成动念的，互联的应用和服务平台，依循w e b 服务架构的分布式系统能方便地 实现应用的集成，满足企业发展的需要。静态网页只能按预先定义好的方式向用 户展示信息，缺少灵活性，难以满足用户多种多样的需求，而多个w e b 服务可以 动态按需协同工作，完成任务，提供信息，满足用户即时的按需交换动态信息的 需求劓。 w e b 服务技术可以将i n t e r n e t 上的各种信息资源和服务功能整合在一起， 在任何时间，任何地点向用户提供优质的服务。使用w e b 服务技术相互连接的软 件可以在i n t e r n e t 上自由沟通，智能设备上的应用软件可以随时调用i n t e r n e t 上任何地点的w e b 服务。 w e b 服务的发布和发现是整个w e b 服务的核心。传统的w e b 服务的发布过程 是将服务发布到服务注册中心。服务请求者到服务注册中心去发现和匹配自己想 要的服务，典型系统如u d d i h 5 1 。这是一种基于c s 的架构。当w e b 服务的数量 急剧增加，这种服务发布和发现的方式就会容易出现单点失效，负载失衡的现象。 而且，这种基于中心服务器的服务发布方式，当出现网络攻击时，就可能出现整 个系统的服务瘫痪。 针对传统w e b 服务的不足，研究人员提出了分布式的w e b 服务模型。这种模 型的主要目的是实现多主机，分布式w e b 服务。每台主机都可以作为服务提供者 发布服务，同时，又可以查询和请求其他主机上的服务。而p 2 p 网络天生的分布 性，良好的负载均衡和抗攻击能力，使得其成为w e b 服务良好的研究平台。 综上所述，w e b 服务蕴涵着巨大的潜力，但是当前w e b 服务存在过于依赖注 册服务器的问题。而结合p 2 p 技术是解决这个问题的一种有效方法。但是在p 2 p 网络下的w e b 服务发现又存在路由选择和发现速度的问题。如何很好地解决当前 这两个问题，具有很大的研究价值和意义。本文的研究工作就是在这样的背景下 北京邮电人学硕士学位论文基于p 2 p 分层网络的w e b 服务发现研究与实现 开展的。 1 2 国内外研究现状 随着i n t e r n e t 的发展，w e b 服务的数量急剧增加。传统的集中式的服务注 册和发现方式已经不能满足日益增多的服务需求。与此同时，p 2 p 网络的快速发 展，给了研究人员一个全新的分布式平台。现在很多研究人员和研究机构开始在 p 2 p 网络下面做一些w e b 服务方面的研究。 美国g e o r g i a 大学l s d i s 实验室主持研究了m e t e r o - s 肺刀项目。此项目以无 歧义，计算机可以理解的方式来描述w e b 服务的功能和行为。引入p 2 p 技术将多 个注册服务器连接成分布式网络，共享服务描述信息。 w s d a ( w e bs e r v i c ed i s c o v e r ya r c h i t e c t u r e ) m 1 是欧洲原子能研究中心针对 大规模跨域异构的分布应用设计如数据网格d a t a g r i d ，需要维护和动态查询的 主动参与的服务信息。w s d a 定义简单w e b 服务描述语言s w s d l ，即只含w e b 服务 名称和服务接口集。w s d a 的服务描述信息发布到注册器连接的任意结构的p 2 p 网络上。w s d a 认为查询请求可以传播到合适的注册器上进行查询。 瑞典的d a n i e le l e n i u s 等人基于j x t a 和o w l s 提出了一种在p 2 p 网路中基 于本体的服务发现方法o d e n 哼1 。在该方法中，服务查找分为两个阶段：首先是查 找满足某种类型条件的p e e r 然后再这些节点上基于o w l 对服务进行推理。 北京航空航天大学在c r o w n 系统中提出了s - c l u b 机制n0 1 。该机制的基本思 想是，在网格信息服务( g i s ) 网络上构建一个层叠网络，该层叠网络将提供相同 类型服务的g i s 组成一个c l u b 。 文献 1 1 中设计了一个基于结构化p 2 p 网络的w e b 服务发现架构p w s d 。在 p w s d 中没有集中式的服务器，服务信息完全以非集中式的方式进行管理，采用 基于分布式哈希表的对等网络构建了一个用于w e b 服务发现的分布式注册中心 p w s d ，每个节点既是客户端又是服务器端，节点间通过c h o r d 方式连接。该方法 提高了服务发现的效率，但是底层c h o r d 网络没有考虑如何使物理相邻节点在逻 辑覆盖网上相邻。 文献 1 2 提出了一种基于d h t 的非集中式w e b 服务发布与发现方法。通过定 义服务供求双方共同遵守的领域本体，实现具有同样语义概念的两种不同描述的 统一，提高了服务发现的效率和准确度。为了实现类别本体与领域本体的层次式 组织，将层次式结构引入c h o r d 协议，系统中的节点组织成一个两层的网络，每 层都是基于c h o r d 协议将节点组织在一起这种组织能够解决完全分布式p 2 p 网络的可扩展性和可管理性问题，同时具有d h t 的固有有点。整个服务目录系统 2 北京邮电大学硕上学位论文 基于p 2 p 分层网络的w e b 服务发现研究与实现 包括了两个层次：类服务的发布与发现是在特定应用领域范围内进行，因此减少 了服务搜索空间，提高了服务发现效率。 除此之外，还有很多机构和研究人员在对p 2 p 和w e b 服务如何有效结合进行 长期而深入的研究。现有系统的成功，给我们指引了研究的方向，同时，针对现 有系统的不足，我们还应当更进一步的发现p 2 p 和w e b 服务的关系，挖掘其潜在 的能力。 1 3 论文的主要内容和贡献 随着w e b 服务应用的普及，w e b 服务的大量出现使得能够发现最合适的w e b 服务成为w e b 服务应用首先要解决的难题。基于2 2 p 方式发现w e b 服务可以更有 效地解决现有集中式解决方案所带来的问题。目前典型的w e b 应用过于集中，对 中央服务器的依赖过重。而p 2 p 网路没有中央服务器，独立的节点直接交互，没 有集中式的瓶颈。同时p 2 p 网络中一个节点可以同时从多个其他节点获取信息， 因此基于p 2 p 方式实现w e b 服务发现可以使系统具有更高的可用性，可扩展性， 健壮性等。充分利用w e b 服务和p 2 p 之间的协作关系，通过p 2 p 的离散化技术提 高w e b 服务的灵活性，使基于w e b 服务的分布式应用更高效，有更好的互操作性， 这对于w e b 服务和p 2 p 的发展都具有十分重要的意义。 ” 主要内容和贡献如下所示： 提出了基于物理拓扑的双层c h o r d 网络模型p b t l c 。此模型改进了传统的 c h o r d 网络的缺点，使得物理相邻的节点在逻辑覆盖网络中同样相邻，这些相邻 节点位于同一个域。减少了相邻节点之间的路由跳数，加快了查找速度。在p b t l c 基础之上，提出了基于p 2 p 分层网络的w e b 服务发现系统p b w s m 。利用p b t l c 网 络将分散的w e b 服务注册中心连接起来，增强了系统的可扩展性和健壮性。同时， 将每一个服务注册中心进行了模块化的划分，细化了各个注册中心节点的功能， 描述了w e b 服务发布和发现的详细过程。最后，介绍了p b w s m 系统的原型实现。 1 4 论文章节安排 全文共分为七章，按以下的方式组织全文： 第一章是绪论部分，主要介绍了本文的研究背景，国内外研究现状，主要内 容和贡献，以及论文章节安排。 第二章是w e b 服务与p 2 p 网络概述，主要介绍了w e b 服务与p 2 p 网络。 第三章是双层网络p b t l c 模型。主要介绍了c h o r d 网络，分层网络模型，并 且对模型进行了性能分析和仿真。 3 北京邮电大学硕士学位论文基于p 2 p 分层网络的w e b 服务发现研究与实现 第四章是基于p b t l c 网络的w e b 服务发现模型。主要介绍了模型的结构，r c p 体系结构，w e b 服务发布和发现过程。 第五章是p b w s m 系统的设计和实现，主要介绍了系统结构，系统的模块设计 和功能实现。 第六章是系统测试，主要介绍了系统测试环境的搭建，测试的过程和步骤， 以及测试结果分析。 第七章是总结和展望，对本文工作做了总结，并且对将来工作做了展望。 析了当前不同p 2 p 网络体系结构，给出了p 2 p 网络的应用和发展。这些内容都是 后续章节研究工作的基础。 2 1 w e b 服务 w 3 c 将w e b 服务定义为一个软件系统，此系统提供了网络上不同平台，不同 框架下的软件应用程序互操作的标准方式乜3 。它拥有一个机器可处理的接1 ：3 ( 通 常是用w s d l 进行描述) 。其他的系统通过s o a p 消息与w e b 服务进行交互。他们 之间的交互通常是以x m l 和h t t p 为基础。 2 1 1w e b 服务概述 w e b 服务最基本的形式是在互联网上让不同的计算机程序或者系统之间的 信息交换更加方便。w e b 服务是以一套开放的标准为基础的，允许任何人开发或 者使用它们。 w e b 服务可以想象为一个隐藏的网页。w e b 服务可以像一个网页那样在互联 网上访问。然而，一个w e b 服务并不是让人类观看的。从理论上说，消费者或者 使用w e b 服务的人很少知道源系统的情况。 下面我们以一个简单的例子来说明w e b 服务。假设我们现在有一个关于身高 体重比例计算的w e b 服务，此w e b 服务的实现形式可以是多种多样的。可以是 用n e t 开发的a s m x 页面，也可以是经过j a v a 编译的j w s 文件。假设此服务存 在于服务器a 上面。现在我们想调用此服务，则只需要写一个客户端程序，以身 高和体重作为参数，调用服务器上面的w e b 服务就可以得到返回的结果。所以， 我们可以把w e b 服务想象成一个隐藏的页面。一般客户很少知道此w e b 服务。它 对于一般客户是透明的。但是，当客户编写客户端程序调用此服务时，就必须知 道此w e b 服务的一些描述细节。 5 北京邮电大学硕士学位论文 基于p 2 p 分层网络的w e b 服务发现研究与实现 2 1 2w e b 服务体系结构模型 在w e b 服务体系结构模型中共有三种工作角色：服务提供者，服务请求者， 服务注册中心。它们之间的交互和操作构成了w e b 服务的体系结构n 引。服务提供 者定义并实现w e b 服务，然后将服务描述发布到服务请求者或服务注册中心；服 务请求者使用查找操作从本地或服务注册中心检索服务描述，然后使用服务描述 与服务提供者进行绑定并调用w e b 服务。图2 一l 表示了w e b 服务模型的三种角色 及它们之间的操作关系。 图2 - 1w e b 服务体系结构模型 服务提供者是w e b 服务的所有者。该角色负责定义并实现w e b 服务，使用服 务描述语言( w s d l ) 对w e b 服务进行详细、准确、规范的描述，并将该描述发布 到服务注册中心供服务请求者查找并绑定使用。 服务请求者是w e b 服务的使用者。虽然w e b 服务面向的是程序，但程序的最 终的使用者仍然是企业或用户。从体系结构的角度看，服务请求者是查找、绑定 并调用服务，或与服务进行交互的应用程序。服务请求者角色可以由浏览器来担 当，由人或程序( 如另外一个w e b 服务) 来控制。 服务注册中心是连接服务提供者和服务请求者的纽带。服务提供者在此发布 他们的服务描述，而服务请求者在服务注册中心查找他们需要的w e b 服务。不过 在某些情况下，服务注册中心是整个模型中的可选角色，如使用静态绑定的w e b 服务，服务提供者可以把描述直接发送给服务请求者。在没有服务注册中心的 w e b 服务中，服务请求者可以从其他来源得到服务描述。 在w e b 服务体系结构模型中各角色的交互操作过程中，主要用到了以下几 方面的技术。 ( 1 ) x m l n 铂可扩展的标记语言是w e b 服务平台中表示数据的基本格式。除 了易于建立和易于分析外，x m l 主要的优点在于它既是平台无关的，又是厂商无 关的。 北京邮电大学硕士学位论文 基于p 2 p 分层网络的w e b 服务发现研究与实现 ( 2 ) s o a p n 幻w e b 服务建好以后，服务请求者就可以调用它。简单对象访问 协议( s o a p ) 提供了标准的r p c 方法来调用w e b 服务。s o a p 规范定义了s o a p 消息 的格式，以及怎样通过h t t p 协议来使用s o a p 。s o a p 也是基于x m l 的，x m l 是s o a p 的数据编码方式。 ( 3 ) w s d l u 叼w e b 服务需要以机器能阅读的方式提供一个正式的描述文档。 w e b 服务描述语言( w s d l ) 就是这样一个基于x m l 的语言，用于描述w e b 服务及其 函数、参数和返回值。因为是基于x m l 的，所以w s d l 既是机器可阅读的，又是 人可阅读的。 ( 4 ) u d d i h lu d d i 的目的是在服务设计期间和服务动态运行的过程中，帮 助用户检索并发现服务。u d d i 不仅仅是一个商业和服务的注册薄。为了使应用 程序能注册和发现商业，服务绑定和服务类型等，u d d i 还定义了数据结构和a p i 技术规范。u d d i 技术规范提供了一套公开的a p i ，以便用户能使用这些a p i 来注 册服务，此外u d d i 还提供了一套查询a p i ，以便用户能使用这类a p i 来检索服 务。除了提供用于应用程序开发的a p i 之外，u d d i 注册薄操作员还为用户在注 册薄中注册，管理和发现交易和服务提供了一套基于w e b 的用户接口。事实上， 基于w e b 的用户接口可能是用户注册自己的服务和检索服务所能使用的最为简 单和最为快捷的方法了。 2 1 3w e b 服务发现 服务发现是定位服务提供者以及检索服务描述文档的过程，并且是整个w e b 2 。 服务模型的关键n7 1 。为了让用户更让机器能有效和自动的寻找和选择合适的w e b 服务，首先要清楚需要的w e b 服务类型，以及获得此服务的必要条件。服务发现 的基本过程：在w e b 服务架构中，w e b 服务发现其实是通过服务注册中心找寻满 足服务请求者需求的服务提供者的过程。基本步骤如下： ( 1 ) 服务提供者首先描述其服务，并且提供此服务的描述文档 ( 2 ) 服务提供者发布其w e b 服务到服务注册中心 ( 3 ) 服务请求者向服务注册中心请求所需服务 ( 4 ) 服务注册中心把请求与服务广告进行匹配，并把结果返回给服务请求者。 ( 5 ) 服务请求者根据返回信息绑定所需服务 w e b 服务发现与传统的信息检索有很多相似之处，但前者具有更高的复杂性 和实现技术的不成熟性，将有更广阔的应用领域。工业标准的服务发现大多基于 框架和关键字进行精确匹配，学术上为了克服这种服务发现的缺点，大多考虑有 效利用语义信息和本体论，以实现w e b 服务发现的自动化和智能化目标。 实际应用中，w e b 服务发现技术有以下几种n 引： 7 北京邮电火学硕上学位论文 基于p 2 p 分层网络的w e b 服务发现研究与实现 ( 1 ) 直接检索：效率和实用性不高，仅用于测试和内部调用； ( 2 ) 集中式架构：此架构提供一个中心目录，服务提供者在其中注册服务， 发布服务广告和引用，典型的架构如u d d i ； ( 3 ) 分布式架构：如p 2 p 发现机制，提供良好的可扩展性和灵活性。 从技术上看，w e b 服务发现可分为三类： ( 1 ) 基于关键字的，类似传统的搜索引擎的工作方式； ( 2 ) 基于框架的，根据分类法和功能将服务归类，服务发现归结为结构化查 找； ( 3 ) 基于语义的，视w e b 服务为功能体及其关系，用语义w e b 以及本体论描 述w e b 服务，服务的发现过程就是本体论过程模型中本体论的匹配。 2 2p 2 p 网络 对等网络( p e e r - t o - p e e r ，简称p 2 p ) 是目f j i 非常热门的应用，自1 9 9 9 年以 来，p 2 p 的研究一直是国内外知名学府( 如美国m i t ，u cb e r k e l e y 和r i c e 等) 以 及知名企业的研发机构( 如微软，诺基亚研究院) 关注的重点。它甚至被美国财 富杂志称为改变因特网发展的四大新技术之一，被认为是代表无线宽带互联网 未来的关键技术。 2 2 1p 2 p 网络概念和定义 p 2 p 网络可以简单地定义成通过直接交换，共享计算机资源和服务。在p 2 p 网络环境中，成千上万台彼此连接的计算机都处于对等的地位，整个网络一般来 讲不依赖专用集中服务器。网络中的每一台计算机既能充当网络服务的请求者， 又能对其他计算机的请求做出响应，提供资源和服务引。 对于p 2 p 的定义，不同的机构有着不同的理解，每种理解方式本质上并不矛 盾，都从不同的侧面揭示了p 2 p 网络的特点。这里给出了五种定义，如表2 一l 所示。 表2 - 1p 2 p 的几种定义 定义者 定义 i n t e l 工作组通过在系统之间直接交换来共享计算机资源和服务的 一种应用模式 a w e y t s e l在因特网周边以非客户地位使用的设备 r 1 g r a n h a m 通过三个关键条件定义： 具有服务器质量的可运行计算机； 8 北京邮电大学硕上学位论文基于p 2 p 分层网络的w e b 服务发现研究与实现 具有独立予d n s 的寻址系统； 具有与可变连接合作的能力 c s h i r k y 利用因特网边界的存储c p u 内容现场等资源的一种 应用； 访问这些非集中资源意味着运行在不稳定连接和不可 预知i p 地址环境下，p 2 p 节点必须运行在d n s 系统外边； 具备有效或全部的自治； k i n d b e r g独立生存的系统 o j m i l o j i c i c给对等组提供或从对等组获得共享 为了更好的理解p 2 p 网络，i b m 为p 2 p 做了如下定义：p 2 p 系统由若干互联 协作的计算机构成。且至少具有如下特征之一：系统依存于边缘化( 非中央服务 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，构成一个虚拟或实际的群体。p 2 p 网络是互联网整体架构的基础，互联网 最基本的t c p i p 协议并没有客户端和服务器的概念，在通信过程中，所有的设 备都是平等的一端。 2 2 2p 2 p 网络结构和特点 1 集中式p 2 p 网络 集中式p 2 p 网络形式上有一个中心服务器来负责记录共享信息以及回答对 这些信息的查询。每一个对等实体对它将要共享的信息以及进行的通信负责。这 种形式具有中心化的特点，但是它不同于传统意义上的c l i e n t s e r v e r ( 客户端 服务器) 模式。传统意义上的c l i e n t s e r v e r 模式采用一种垄断的手段，所有资 料都存放在服务器上，客户端只能被动地从服务器上读取信息，并且客户端之间 不具有交互能力。而集中式p 2 p 网络则是将所有网上提供的资料分别存放在提供 该资料的客户端上，服务器只保留索引信息，此外服务器与对等实体以及对等实 体之间都具有交互能力。其典型结构如图2 - 2 所示： 9 北京邮电大学硕士学位论文 基于p 2 p 分层网络的w e b 服务发现研究与实现 图2 - 2 集中式p 2 p 网络架构 2 完全分布式非结构化p 2 p 网络 完全分布式非结构化拓扑的p 2 p 网络采用了随机图的组织方式来形成一个 松散的网络，其典型结构如图2 - 3 所示： 图2 - 3分布式非结构化p 2 p 网络 完全分布式非结构化p 2 p 网络的典型代表是g n u t e l l a 。g n u t e l l a 是一个 p 2 p 文件共享系统，它采用了完全随机图的洪泛式搜索和随机转发机制。为了控 制搜索消息的传输，( ；n u t e l l a 网络采用类似i p 数据包中t t l 机制来决定是否继 续转发消息。 在完全分布式非结构化拓扑的p 2 p 网络模型中，每个节点都具有相同的功 能，既是客户端又是服务器，因而节点也被称为对等点。 这种拓扑的优点是网络配置简单，不需要服务器的支持，在网络规模较小的 时候具有很高的查询效率。但由于在这种拓扑的网络中多采用洪泛方式查询和定 位资源，随着网络节点的增加，网络规模不断增大，从而给网络带来了沉重的负 载。 l o 北京邮电人学硕士学位论文 基于p 2 p 分层网络的w e b 服务发现研究与实现 3 完全分布式结构化p 2 p 网络 由于非结构化拓扑的p 2 p 网络中随机搜索造成的不可扩展性，人们开始研究 如何构造一个高度结构化的系统。目前，研究的重点在于如何有效地查找信息， 最新的成果是基于d h t ( d i s t r i b u t e dh a s ht a b l e ，分布式散列表) 的分布式发现 和路由算法。这种算法避免了中心服务器，也不像g n u t e l l a 那样基于广播进行 查找，而是通过分布式散列函数将输入的关键字唯一映射到某个节点上，然后通 过一些特定路由算法和该节点建立连接。 分布式散列表是由广域范围的大量节点共同维护的巨大散列把。散列把被分 割成不连续的块，每个节点都被分配一个属于自己的散列块，并维护这个散列块。 d h t 的节点既是动态的，也是数量巨大的，因此非中心化和自组织成为两个重要 的设计目标。通过散列函数，节点的i d 还有资源的键值被映射到一个巨大的线 性空间里。 在d h t 技术中，网络节点按照一定的方式分配一个唯一节点标志符( n o d e i d ) ，资源对象通过散列运算产生一个唯一的资源标志符( o b j e c ti d ) ，且该资源 将存储在节点i d 与之相等或者相近的节点上。需要查找资源时，采用同样的方 法可定为到存储该资源的节点。 d h t 类结构能够自适应节点的动态加入退出，有着良好的可扩展性，健壮 性，节点i d 分配的均匀性和自组织能力。由于重叠网络采用了确定性拓扑结构， d h t 可以提供精确的发现。只要目的节点存在于网络中，d h t 总能发现它，发现 的准确性得到了保证。 d h t 类结构的最大的问题就是d h t 维护机制较为复杂，尤其是节点频繁加入 退出造成的网络波动( c h u r n ) 会极大增加d h t 的维护代价。d h t 所面临的另外一 个问题是d h t 仅支持精确关键字匹配查询，无法支持内容语义等复杂查询。 目前已有的分布式结构化拓扑的p 2 p 网络有p a s t r y ，t a p e s t r y ，c h o r d 和 c a n 。 4 混合式p 2 p 网络 集中式p 2 p 形式有利于资源的快速检索，以及只要服务器能力足够强大就可 以无限扩展，但是其中心化的模式容易遭到直接的攻击，分布式p 2 p 形式解决了 抗攻击问题，但是又缺乏快速搜索和可扩展性。混合p 2 p 形式结合了集中式和分 布式p 2 p 形式的优点，在设计思想和处理能力上都得到了进一步优化。它在分布 式模式基础上，将用户节点按能力进行分类，使某些节点担任特殊的任务。 5 p 2 p 网络的特点 北京邮电大学硕十学位论文基于p 2 p 分层网络的w e b 服务发现研究与实现 1 ) 非中心化：网络中的资源和服务分散在所有节点上，信息的传输和服务的 实现都直接在节点之间进行，可以无需中间环节和服务器的介入，避免了可能的 瓶颈。p 2 p 非中心化的基本特点，决定了其在可扩展性，健壮性等方面的优势。 2 ) 可扩展性：在p 2 p 网络中，随着用户的加入，不仅服务的要求增加了，系 统整体的资源和服务能力也在同步的扩充，始终能较容易地满足用户的需求。整 个系统式分布式的，不存在扩展性方面的瓶颈，理论上可以实现无限的系统可扩 展性。 3 ) 健壮性：由于服务是分散在各个节点之间进行的，部分节点的实效或受到 攻击对其他部分的影响很小，另外，p 2 p 网络在部分节点失效时能够自动调整整 体拓扑，保持其他节点的连通性。所以p 2 p 网络具有耐攻击、高容错的优点。 4 ) 高性能价格比：采用p 2 p 可以有效地利用互联网边缘的大量普通节点限 制的计算资源和存储资源，以更低的成本提供更高的性能。 5 ) 隐私保护：在p 2 p 网络中，所有节点都可以提供中继转发的功能，使得信 息的传输分散在各节点之间进行，无需经过某个集中环节，用户的隐私信息被窃 听和泄漏的可能性大大减小，为用户提供更好的隐私保护。 6 ) 负载均衡：p 2 p 网络中每个节点既是服务器又是客户机，消除了传统模式 中对服务器性能的依赖，同时因为资源分布在多个节点，更好的实现了整个网络 的负载均衡。p 2 p 应用可以根据所需策略进行灵活的发布信息。 2 2 3p 2 p 网络应用和发展 p 2 p 网络技术主要应用在以下一些方面。 ( 1 ) 对等计算 采用p 2 p 技术的对等计算，是把网络中的众多计算机中暂时不用的计算能力 连接起来，使用积累的能力执行超级计算机的任务。任何需要大量数据处理的行 业都可以从对等计算中获利，有了对等计算以后，就不再需要昂贵的超级计算机 了。从本质上讲，对等计算就是网络上c p u 资源的共享。 ( 2 ) 协同工作 公司机构的日益分散，使得为员工和客户提供轻松，方便的消息和协作的工 具变得日益重要。网络的出现，使协同工作成为可能。但传统的w e b 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，使得因特网上 任意两台p c 都可以建立实时的联系，建立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，这些活动可以同时进行，也可以交互进行。 ( 3 ) 搜索引擎 北京邮电大学硕士学位论文 基于p 2 p 分层网络的w e b 服务发现研究与实现 p 2 p 技术的另一个优势是开发出强大的搜索工具。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，也可以不接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。 ( 4 ) 文件共享 p 2 p 技术使在i n t e r n e t 上的任意两台计算机之间直接共享文档，多媒体和 其它文件成为了可能。利用p 2 p 技术，网上计算机之间可以