（计算机软件与理论专业论文）基于智能节点的p2p重叠网nms的设计与实现.pdf

摘要 当今互联网的开放性及p 2 p 技术的产生，引发了互联网p 2 p 文件共享和视音频 传输应用的流行。基于各种p 2 p 协议的网络流量飞速增长并占据了运营商的大部分带 宽，因此极大的降低了基于w e b 、e m a i l 等用户的用户体验，同时也为网络运营商增 加了网络管理的难度。针对解决这一矛盾，提出了发展统一的智能节点重叠网i n o n 。 重叠网架构在互联网的顶部，不但可以提供分布式控制，还可以支持p 2 p 等各种的全 新应用服务。智能节点重叠网做为一种概念框架，是一种全新的技术。本文基于智能 节点重叠网，以构建智能节点网管系统为目标，提出了智能节点网管系统的设计方案 并对其进行实现。 本文先介绍了智能节点重叠网，它是智能节点网管系统的基础。其次重点研究了 如何根据智能节点的功能来设计网管系统，使网管系统通过调用智能节点提供的a p i 实现智能节点的平台功能，以及网管系统与智能节点之间如何通信，将网管系统上输 入的命令下发至智能节点端并保证命令能被有效执行。 网管系统以j 2 e e 为平台，采用多层体系结构，综合应用m v c 设计模式的s t r u t s 技术，可扩展标记语言x m l 及进程间通信的s o c k e t 技术，设计一个基于w e b 的， 开放的，可扩展的，基本覆盖智能节点功能的网络管理系统。文章给出了网管系统的 总体结构，介绍了网管系统的功能模块设计，并对工作流程及主要实现过程做了详细 说明，最后对系统的主要功能和性能进行了简单评测。 智能节点重叠网系统的出现为缓解p 2 p 流量对网络运营商带来的巨大压力提供 了有效的解决方案，智能节点网管系统对于管理重叠网平台起到较为重要的作用，目 前实现的系统原型在实验室经过评测，其结果基本满足系统设计要求。 关键词：智能节点重叠网，p 2 p ，i p v 6 ，r o n ，网络管理系统，s t r u t s a b s t r a c t n o w a d a y st h eo p e n n e s so fi n t e m e ta n dt h et e c h n o l o g yo fp 2 pi n i t i a t e t h e p o p u l a r i t yo fp 2 pf i l e ss h a r i n ga n dv i d e o so ra u d i o st r a n s m i s s i o no ni n t e m e t t h e n e t w o r kt r a f f i cb a s e do fa l lk i n d so fi 2 pp r o t o c o l si n c t e a s e sr a p i d l ya n do c c u p i e st h e m o s tb a n d w i d t ho ft h eo p e r a t o r s a sar e s u l t t h eu s e re x p e r i e n c e sb a s c do fw e b ， e m a i la n ds oo ni sd e c r e a s e dg r e a t l y , a tt h es a m et i m et h en e t w o r km a n a g e m e n t d i f f i c u l t i e sa r er a i s e df o rt h eo p e r a t o r s a i m e da ts o l v i n gt h ec o n t r a d i c t i o n ，d e v e l o p i n g t h eu n i f i e di n t e l l i g e n tn o d e so v e r l a yn e t w o r k ( i n o n lw a sp r o p o s e d t h ei n o nw i l l b ec o n f i g u r e dt h et o po fi n t e m e t i tc a nn o to n l yp r o v i d et h ed i s t r i b u t e dc o n t r o l , b u t a l s os u p p o r ta l lk i n d so fn e wa p p l i c a t i o ns e r v i c e ss u c ha sp 2 p b e i n gac o n c e p t f r a m e w o r k , i n o ni saw h o l en e wt e c h n o l o g y t h i sa r t i c l ea i m sa tc o n s t r u c t i n gt h e m 0 nn e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e m ( n m s ) t h e np u t sf o r w a r dt h ed e s i g np r o p o s a l o fn m sb a s e do fi n o na n di m p l e m e n t si t t h i st e x ti n t r o d u c e st h ei n o nf i r s t l y , w h i d ii st h eb a s i so ft h ei n t e l l i g e n tn o d e s n e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e m t h e nt h i sa r t i c l ef o c u so nd i s c u s s i n gh o wt od e s i 辨 n m sa c c o r d i n gt ot h e o nf u n c t i o n s w h i c h nm a k en m si m p l e m e n tt h e p l a t f o r mf u n c t i o no fi nb vc a l l i n gt h ea p i st h a t 烈0 np r o v i d e d ，a n dh o wt o c o m m u n i c a t eb e t w e e nn m sa n d 玎q w h i c hm a k et h ec o m m a n df r o mn m sd e l i v e ri n a n dg u a r a n t e et h a tt h ec o m m a n dc a nb ee x e c u t e de x a c t l y t h en m su s ej 2 e et ob eap l a t f o r ma n du s em u l t i p l a y e ra r c h i r e c t u r e ，a n dt h e n a p p l ys t r u t st e c h n o l o g yb a s e do fm v cd e s i g nm o d e ，e x t e n s i v em a k e u pl a n g u a g e ( x m l la n ds o c k e tt e c h n o l o g yo fp r o c e s sc o m m u n i c a t i o nt od e s i g nao p e n ，e x t e n s i v e n m st h a ti sb a s e do fw e ba n dc o v e rm o s ti n o nf u n c t i o n s t l l i sa r t i c l eg i v e sa o v e r a l ls t r u c t u r eo fn m s i n t r o d u c e st h ef u n c t i o n a lm o d u l e sd e s i g no fn m s ，a n d d e s c r i b e si nd e t a i lt h ew o r kf l o wa n dt h em a i ni m p l e m e n t a t i o np r o c e d u r e f i n a l l y , i t e v a l u a t e ss i m p l ym a j o rf u n c t i o n sa n dp e r f o r m a n c e t h ea p p e a r a n c eo fi n o np r o v i d e sa ne f f e c t i v es o l u t i o nf o rr e l i e v i n gt h e t r e m e n d o u sp r e s s u r et h a tt h ep 2 pt r a f f i c sb r o u g h tt h en e t w o r ko p e r a t o r s t h e i n t e l l i g e n tn o d e sn e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e mp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ef o rm a n a g i n g t h eo v e r l a yn e t w o r kp l a t f o r m t h es y s t e mp r o t o t y p ei m p l e m e n t e dc u r r e n t l yh a sb e e n e v a l u a t e di nt h el a b ，a n dt h er e s u l tc a nb a s i c a l l ys a t i s f yt h ed e s i g nr e q u i r e m e n t so ft h e s y s t e m k e yw o r d s ：i n o n ，p 2 p , i p v 6 ，r o n ，n m s ，s t r u t s i i - 图表1 图表2 图表3 图表4 图表5 图表6 图表7 图表8 图表9 图表1 0 图表1 1 图表1 2 图表1 3 图表1 4 图表1 5 图表1 6 图表1 7 图表1 8 图表1 9 图表2 0 图表2 1 图表2 2 中央控制网络体系结构 分散分布网络体系结构 混合网络体系结构 图表 智能节点弹性重叠网系统结构示意图 基于i p v 6 的智能节点弹性重叠网络关系模型 基于i p v 6 的智能节点功能结构框图 智能节点组成弹性重叠网 自动组网图 智能节点的策略路由表 基于多关键字的语义信息存储检索 j 2 e e 平台体系架构 端到端的多层应用系统架构 m v c 设计模式 s t r u t s 体系结构 t c ps o c l | 匝 r 程序基本工作流程 智能节点重叠网网络管理系统结构图 重叠网系统功能模块图 网管系统功能模块结构图 网管系统工作流程 网管系统程序模块流程示意图 b s 模块示意图 基于s t r r s 的网管系统体系架构 v 3 2 3 2 3 4 3 4 3 8 4 4 4 5 4 5 4 9 4 9 5 1 卫o也心b：。堪为 原创性声明 本人郑重声明：本人所呈交的学位论文，是在导师的指导下独立 进行研究所取得的成果。学位论文中凡引用他人已经发表或未发 表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明 引用的内容外，不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研 成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以 明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：幽查鱼 日期： 型乒_ 关于学位论文使用授权的声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知 识产权归属兰州大学。本人完全了解兰州大学有关保存、使 用学位论文的规定，同意学校保存或向国家有关部门或机构 送交论文的纸质版和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人 授权兰州大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有 关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存和汇编本学 位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该论文直接相 关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为兰州大学。 保密论文在解密后应遵守此规定。 论文作者签名：瑚导师签 期：班f g 兰州大学硕士研究生毕业论文基于智能节点的p 2 p 重叠网n m s 的设计与实现 1 1 背景 第1 章引言 1 1 1互联网发展趋势 随着互联网技术的不断发展，p 2 p 应用正快速成为口业务应用的主导模式。 目前p 2 p 应用占宽带流量5 0 - 6 0 ( 白天) 到9 0 ( 晚上) ，企业用户的4 0 。0 i m p 3 和视频文件共享下载的p 2 p 流量已经成为宽带互联网业务的主流，基于p 2 p 的 即时通信和互联网电话发展迅速，对等广播正在兴起，p 2 p 协同计算和网格方兴 未艾。但是p 2 p 的迅速普及也给运营商造成了许多麻烦。p 2 p 流量消耗了巨大的 网络带宽，尤其是国际带宽，使网络拥塞，提高了运营商的运营成本，使网络基 础设施不堪重负。管理每个用户的带宽增长成本增加；现有的带宽资源很难增加 新用户；无法保持客户满意度；难以管理未来p 2 p 流量增长；无法确保基于高 增值业务的q o s ( 如i p t v 、v o d ) 等。某些电信运营商对p 2 p 流量采用了各种各样 的堵截手段，但问题并没有真正解决，反之电信宽带运营商与宽带用户之问的分 歧争执也越来越频繁。带宽压力日益增加，p 2 p 洪灾愈演愈烈，已经成为令网络 运营商头疼的难题之一。 【2 】因特网的发展趋势是正在出现公共因特网和运营商的可管理的m 网并存 的局面，可管理的m 网与因特网虽然都是基于m 技术，但是它们的基本理念是不 同的。因特网将向下一代因特网( n g i ) 演化，i p v 6 为其主要特征。可管理的口网 结合各种增值业务模块将演化成下一代网络( n g n ) 。n n g i 和n g n 以及固网和 移动网络的融合发展将形成无所不在的网络。作为下一代互联网协议的i p v 6 具 有更安全、更经济、可承载多种业务等诸多优势。目前，国内各大运营商正在进 行运营商传统网络向高性能可盈利的下一代网络的演进以及下一代新业务的开 发和运营模式的探索与实践。 基于智能节点的p 2 p 弹性重叠网络系统正是针对解决以上问题而提出的一 种解决方案。 兰州大学硕士研究生毕业论文 基于智能节点的p 2 p 重叠网n m s 的设计与实现 1 1 2 p 2 p 技术发展及面临的问题 1 4 1 p 2 p 技术是目前流行于国际计算机网络技术研究领域的一个热点，它允许 i n t e r n e t 用户直接使用对方的文件，而不需要连接到服务器上再进行浏览与下 载。p 2 p 技术可简单地定义为：藉由直接交换，实现计算机间处理能力和存储资 源的共享。通过使用p 2 p 技术，用户可以轻易地在互联网上发布、查找和获取数 据。 p 2 p 技术改变了互联网“内容”所在的位置。内容正在从“中心”走向“边 缘”，也就是说内容将不是存在于几个主要的服务器上，而将存在于每个用户的 电脑上。即互联网的存储模式，将由现在的“内容位于中心”模式转变为“内容 位于边缘”模式。也就是“搜索分布在网络上进行，内容驻留在边缘”。 p 2 p 技术发展从兴起到现在，大致经历了3 个重要的发展阶段。 第一阶段：中央控制网络体系结构 图表1 中央控制网络体系结构 这种体系结构的p 2 p 技术，以n a p s t e r 为代表。采用了集中式的目录服务器 机制，目录服务器集中存放对等节点的地址信息和所保存数据的信息。 这种结构具有资源定位时间短，协议简单等特点。但是，随着规模的增长， 这个集中的服务器会成为系统的瓶颈，而且会成为系统的单一故障点。 第二阶段：分散分布网络体系结构 2 兰型i 大堂墅士研究生毕业论文 基于智能节点的p 2 p 重叠同n m s 的设计与实现 图表2分散分布网络体系结构 这种体系结构的p 2 p 技术，以g n u t e l l a 为代表。它采用f l o o d i n g 机制进行 消息处理。 这种结构具有完全分布式的特点，支持分布式的查找策略，没有中央控制点， 消除了网络的单点故障。但是它采用的是类似于o s p f 路由协议的f l o o d i n g 机制， 这种机制一方面造成网络通信负担较大，另一方面可扩展性也较差。 第三阶段：混合网络体系结构 图表3混合网络体系结构 这种体系结构的p 2 p 技术，结合了n a p s t e r 和g n u t e ll a 的技术特长，采用 了结构化的分布式p 2 p 技术。改进了节点定位机制，有效的减少了分布式网络的 3 兰塑盔堂鲰士研究生毕业论文基于智能节点的p 2 p 霞叠网n m s 的设计与实现 冗余消息，没有中央控制器，消除了单点故障。当前，商用的p 2 p 应用几乎都是 基于这种结构。 当前，p 2 p 应用尚处在起步阶段，而且都在i p v 4 的环境下开发。i p v 4 网络 由于地址短缺，大量使用了私有地址和n a t 技术，导致大量用户没有真实地址， 这给用户识别和管理带来了很大困难，n a t 技术虽然可以暂时缓和地址短缺的困 境，但必然带来实现的复杂性和性能的损失。此外，目前分散的p 2 p 应用有着自 己的重叠网，众多的重叠网给现有互联网造成很大伤害，运营商已经面临巨大的 流量和管理压力，这使得运营商开始限制和阻断p 2 p 应用。因此要想促进p 2 p 技术的良性发展，必须为p 2 p 应用构建一个公共的、开放的基础平台，对p 2 p 应用进行整合和优化，实现p 2 p 应用的可管理、可运营。 1 1 3 弹性重叠网络r o n 的发展 互联网是由大量独立运营的自治系统a s 对等连接构成。在这种体系结构 中，详细的路由信息被保存在每一个自治系统a s 和它管辖的网络中，一般由一 些网络运营商来运营。其他网络运营商和a s 共享的信息是经过在a s 之间边界 处的路由器上运行的b g p 协议过滤和简化过的。这种结构使得互联网能够被扩 展到连接数百万个网络，但也为此付出了降低互联网上主机端到端通信容错能力 的代价。同时，也导致目前的互联网故障恢复能力较差，易受攻击。 弹性重叠网是一种体系结构，提供分布式互联网应用。它能够有效的减少丢 包率，降低时延，提高吞吐量，可以在几秒钟内发现路径损耗和周期性性能下降 并且使之恢复正常，而目前使用的广域路由协议b 6 p 等为此要耗费几分钟。r o n 作为应用层被重叠在现有的互联网选路层上，其结点通过监视互联网路径信息来 决定是直接利用互联网来传输数据还是通过其他1 1 0 n 的结点，实现根据应用特 性优化路径。 构成弹性重叠网络的结点被放置在不同的选路域中，它们之间相互协作互相 转发数据。由于a s 是独立行政管理、配置和选路的，很少有共享的内部链路， 其发生的故障彼此间具有独立性。弹性重叠网络能够有效的利用底层网络拓扑的 物理路径冗余，在互联网路径出现故障时，通过它的节点建立新的路径。同时， 弹性重叠网络能够通过主动探测和监视节点之间的链路来发现问题：如果下面互 4 兰州大学硕士研究生毕业论文 基于智能节点的p 2 p 重叠刚n m s 的设计与实现 联网的路径是最好的，就使用这路径，不需要其他节点介入：如果下面互联网路 径不是最好的，就将数据转发到其他结点，建立最佳路径。 当前比较著名的弹性重叠网络包括：c h o r d ，t a p e s t r y ，p a s t r y ，c a n 等， 国内外一些科研机构也在进行相关的研究，但在i p v 6 环境下的r o n 还未见诸文 献。 1 1 4 i p v 6 发展及面临问题 l 随着v 4 地址的日益匮乏，以及互联网应用要求的提高，越来越迫切的 要求用一种新的协议体系来代替现有l p v 4 协议，i p v 6 协议由此应运而生。它除 了有i p v 4 无可比拟的地址优势以外，还给出了q o s 保证，地址的自动配置，更 好的移动性支持和安全保证，因此，i p v 6 必将取代i p v 4 已经得到了业界的一致 认可。对于我国实际情况来说，由于不是互联网的发源地，i p 地址资源匮乏问 题更显突出，加上人口稠密，以及近年来经济和信息技术的快速发展，对地址不 足的压力比较敏感，为此，我国政府对基于i p v 6 技术的下一代互联网的研究和 应用非常关注和重视，启动了一系列的研究项目，以推动i p v 6 在我国的发展。 尽管i p v 6 有着这样那样的优势，但是，互联网络发展至今，网络平台已经 部署到世界的各个角落，各种政府、企业应用和信息内容等关键性业务已经全面 展开，原有i p v 4 网络已经经历了庞大网络投资和内容应用建设，要想升级到i p v 6 网络，就像给正在飞行的飞机更换发动机一样，要在不暂停原来所有应用的情况 下对互联网进行升级，这将是一个非常巨大和复杂的系统工程。 另外，关于地址紧张、安全、q o s 等问题，i p v 4 也在通过对协议的补充和完 善，以及采取其他补救的方法解决部分问题。 因此，以上因素决定了i p v 6 的商用化只能是一个渐进的过程，必须平滑的 过渡才不会对互联网的健康发展产生影响。要想加快其转化的进度，既需要进一 步完善相应的核心支撑技术平台，也需要新兴应用需求的刺激和促进。因此， c n g i 仅仅发展i p v 6 ，进行i p v 6 核心网络建设还不够，还需要充分发挥i p v 6 的 优势，积极发展，开拓新的业务应用，从而不仅可以刺激i p v 6 的发展，同时也 可以借助于i p v 6 的优势，提供更好的业务平台，从而提供更好的商业机遇和更 丰富完善的业务及应用。在c n g i 上基于结构化p 2 p 技术构建智能节点弹性重叠 兰州大学硕士研究生毕业论文基于智能节点的p 2 p 重叠阿n m s 的设计与实现 网络，并在上面开展p 2 p 内容存取、流媒体等应用，是很好的解决方案。 1 2 国内外相关技术与智能节点重叠网的现状 1 2 1 p 2 p 发展现状 p 2 p 是刚崛起的一项新技术，把互联网的架构由集中到分散，再从分散到集 中，然后形成了现在这种蜘蛛网式的网络格局。p 2 p 的出现正在深刻而快速的影 响互联网从今而后的架构，服务提供者开始把网上的控制权完全交给网民，网民 与网民间开始真正直接、简单、自由的沟通。 p 2 p 市场发展极为迅速。除了国外免费软件b t 、e m u l e 、e d o n k e y 以外，目 前国内有十余家p 2 p 公司进入市场竞争的行列，无论从产品水平还是用户规模 上，发展都十分快。1 7 1 根据计算机世界网2 0 0 4 年4 月1 9 日的一篇文稿提供的即 时数据显示，在该文稿截稿之时，p p 点点通累计注册用户1 3 0 0 万，同时在线2 万人；o p ( o p e n e x t ) 累计注册用户也在1 4 0 0 万以上，活跃用户2 3 0 万左右， 自2 0 0 3 年1 1 月开始收费后，同时在线保持在2 3 万人左右；另一家较小规模的 r e a l l i n k 由武汉维宇软件公司运营，已经有4 5 0 万用户，同时在线也已过万人大 关。还有另一个不容忽视的情况是，这几家公司的规模都在3 0 人以下。 据运营商统计，p 2 p 流量已经占运营商总流量的7 0 以上，而且流量比例 呈上升趋势。目前的p 2 p 技术还主要限于文件共享，在不远的将来，随着p 2 p 技术的逐渐发展，还会有更多的p 2 p 应用在互联网上出现，促使p 2 p 技术得到 更进一步得发展。 1 2 2p 2 p 智能节点弹性重叠网在c n g i 网络上的定位 p 2 p 智能节点重叠网的市场定位主要是提供平台产品和服务。 c n g i 网是我国发展、，6 网络的一项重要举措，但是由于目前的i n t e r n e t 网 还基本上都是i p v 4 网，i p v 6 上还缺少必要的应用和服务，这就影响了c n g i 网 络的市场推广，广大用户还不能享受到i p v 6 方便、快捷的服务。由于应用和用 户的缺乏，也影响了对c n g i 网的技术研究。宽带网发展的事实已经证明，应用 服务和用户群培养是一个相辅相成的过程，但是应用服务先行将可以促使用户群 的快速发展。 兰州大学硕士研究生毕业论文基于智能节点的p 2 p 重叠网n m s 的设计与实现 选择什么样的应用服务，取决于各个应用服务提供商而p 2 p 应用正是当前 互联网上的一个热点，从p 2 p 流量占运营商流量的7 0 来看，选择p 2 p 应用作 为切入点，无疑是一个多快好省的途径。但是，还应该看到，当前的p 2 p 技术 主要是文件共享技术，而p 2 p 应用具有广阔前景，决不仅仅是文件共享所能涵 盖的。因此，发展c n g l 网络上的p 2 p 技术，不应该仅仅受限制于文件共享，而 应该通过研制p 2 p 弹性重叠网络智能节点，创造一个有利于p 2 p 各项增值应用 服务发展的平台，在平台的前期，主要提供文件共享类服务，在平台逐渐完善过 程中，提供更多的增值类应用。这些增值应用服务，不一定完全通过c n g i 来实 现，完全可以吸收社会各界的力量，共同参与，共同建设，共同将c n g i 建设成 一个丰富多彩的网络。 1 8 p 2 p 弹性重叠网智能节点提供一组以a p i 和协议接口为表现的平台服务， 各增值应用服务开发商，包括：服务，网络电视服务，软件发布服务，数字 媒体发布服务，游戏服务，拍卖服务，社区服务，交友服务，电子商务应用等等， 另外，a p i 也提供2 种方式，客户端软件a p i 方式和服务器端a p i 方式，可以直 接使用a p i 嵌入到客户端和服务器端软件中使用，也可以使用协议接口方式， 本项目提供有关资源与用户查询、定位、发布和存储的协议接口，有关的应用服 务提供商可以在客户端和服务器中引入这些协议接口，只需要符合协议规范即 可。 1 3 研究的必要性及意义 自2 0 0 0 年开始，国内外多家p 2 p 产品纷纷问世，其中以国外n a p s t e r 、g r o o v e 、 0 p e n c o l a 等和国内0 p e n e x t 、k u g o o 、p o c 0 等为代表的p 2 p 产品在短短几年时间， 用户的注册量不断增长，已成为许多网民不能离弃的上网伙伴。就国内p 2 p 软件 市场而言，由于目前存在的几家知名p 2 p 产品几乎都是以即时通信和文件搜索、 共享为主要功能，而且多数产品还处于开发和运营的初期。随着全球宽带技术的 发展和网民数量的剧增，p 2 p 所倡导的共享与自治的理念，将会被越来越多的网 络人群所接受，而p 2 p 所带来的潜力巨大的市场，也将成为越来越多的i t 企业 激烈争夺的对象。 p 】尽管p 2 p 应用有着这样那样的应用前景，但目i j 的p 2 p 应用尚处在起步阶 7 劐大学硕士研究生毕业论文基于智能节点的p 2 p 重叠网n m s 的设计与实现 段，而且都是在i p v 4 的环境下开发。由于i p v 4 采用了专用地址和n a t 技术，大 量用户没有真实的地址，导致了用户识别和管理的困难；而n a t 穿透技术虽然可 以工作，但必然带来实现的复杂性和性能的损失，从而在一定程度上限制了p 2 p 应用的进一步普及。而且p 2 p 本身也存在着很多发展中的问题，例如版权问题， 管理机制上的问题，安全性问题，都需要进一步在大量的实际应用环境中进行研 究解决。 i p v 6 由于在地址空间上有着i p v 4 无可比拟的优越性，可以使得每个设备都 有真实的i p 地址，实现用户之间真正的点对点连接。从安全角度出发，在i p v 6 网络中，i p 地址就提供了发送者身份的识别依据，消除了安全隐患。同时，运 营商在网络部署过程中，由于不再需要考虑n a t 及其软件之间的兼容性，简化了 网络设计，运行成本将大大降低。因此，p 2 p 应用有望为i p v 6 提供“杀手级业 务”，从而推动i p v 6 的迅速普及与发展。从这个意义上来说，p 2 p 应用将是i p v 6 应用的一个突破点。而且i p v 6 也必然通过自身的优势，反过来促进p 2 p 应用的 迅速发展。 智能节点重叠网架构在c n g i 或者已经有的互联网基础设施的顶部以无缝且 持续的方式构建，不但可以提供分布式控制，还可以支持p 2 p 等各种全新应用服 务。智能节点弹性重叠网络将有效融合p 2 p 技术和i p v 6 技术，使互联网有能力 摆脱2 0 世纪7 0 年代提出的网络体系结构的局限性，并将新一代互联网带入2 1 世纪。 基于以上p 2 p 应用对用户的巨大吸引力和良好发展前景，在c n g i 上开展基 于i p v 6 的p 2 p 应用，充分展示和运用i p v 6 在多方面无可比拟的优越性，推动 i p v 6 的普及发展；同时，通过c n g i 平台，也将给p 2 p 应用探索一个可运营、可 管理和可控制的示范模式，进一步推动p 2 p 应用的良性发展，更好地满足用户需 求。 1 4 本文的主要工作 对于现有p 2 p 技术的发展和对互联网影响的分析可以发现，目前对于p 2 p 应用造成的运营商带宽压力和用户数不断增多的矛盾还没有一个很好的解决方 案。基于p 2 p 智能节点的弹性重叠网络是一个有益尝试。尽管目前功能还没有 8 兰州大学硕士研究生毕业论文基于智能节点的p 2 p 重叠阿n m s 的设计与实现 考虑的非常全面，但是对于解决目前运营商主要面l 临的网络压力和用户的应用需 求在功能上已经基本满足。 本文首先介绍了研制智能节点和开发智能节点网管系统的背景及研究的必 要性。对智能节点的技术背景做了重点介绍，主要包括p 2 p 技术，弹性重叠网 r o n 及i p v 6 技术。 其次介绍了智能节点重叠网研究的目的及智能节点的组成，重点介绍了基于 智能节点的p 2 p 弹性重叠网的系统结构，主要功能模块及其关键实现技术。 文章第三部分对网管系统的开发技术做了简单介绍。本文的网管系统以j 2 e e 为开发平台，采用了一种基于m v c 模式开源框架技术s t m t s ，系统采用b s 系统结构。网管系统与被管的智能节点网元不同进程之间的通信问题通过s o c k e t 机制来解决，通过s o c k e t 建立t c p i p 连接。传输的信息通过可扩展标记语言 x m l 进行封装和解析。 第四部分重点介绍了网管系统的设计与实现。网管系统的功能设计与智能节 点是相对应的，智能节点给网管系统提供了可供调用的a p i ，网管系统通过管理 员对页面的操作，触发对智能节点的操作过程，智能节点完成操作后向网管系统 返回结果，则一次操作完成。文章对网管系统的工作流程及主要实现做了相应介 绍。 本文最后针对现有的技术进行总结，并提出改进建议和未来要做的工作。 9 兰州大学硕士研究生毕业论文 基于智能节点的p 2 p 重叠刚n m s 的设计与实现 第2 章智能节点p 2 p 重叠网系统概述 本章对智能节点及其构成的p 2 p 重叠网做一个概括介绍。基于智能节点的 p 2 p 弹性重叠网是一个复杂的系统，需要多个系统模块之间的协调工作，比如自 动组网，分布式信息检索，路由优化和路径测量等。因此，整个系统设计需要考 虑诸多的技术问题，本章下面的部分，对智能节点系统研究的目的，组成及系统 结构进行介绍，重点介绍了系统功能模块及其实现的关键技术。 2 1 系统研究目的 在c n g i 上构建基于结构化p 2 p 模型的i p v 6 弹性重叠网络( r e s i l i e n t o v e r l a yn e t w o r k ) ，实现一个分布式资源管理平台；监控链路状态，屏蔽网络故 障和变更，为应用层提供可靠、高效的资源定位和查找服务；利用智能节点探测 网络路径和性能，为应用提供路由优化等网络服务；实现基于智能节点的分布式 病毒监测架构，并且可为c n g i 提供一种分布式网络管理工具。 2 2 智能节点的组成 智能节点是组成p 2 p 弹性重叠网的关键，智能节点包括智能节点服务器( 硬 件设备+ 基础软件) 、智能节点管理软件、智能节点安全模块和p 2 p 应用开发a p i 。 i 智能节点 智能节点由服务器硬件设备和弹性重叠网络组网基础软件组成。智能节点服 务器是重叠网上的主要控制设备。智能节点设备采用标准服务器，运行为智能节 点开发的基础和配套软件。根据需要管理的自治域大小、需要服务的客户节点数 量以及承担的应用服务类型等性能要求，智能节点可以采用不同的硬件配置，包 括单机单c p u 智能节点、单机多c p u 智能节点、集群智能节点等。 弹性重叠网络组网基础软件采用结构化p 2 p 组网技术，通过在智能节点上安 装组网基础软件，智能节点可以在底层网络之上，自动构建成为一层结构化的 p 2 po v e r l a y 网络，形成本系统的基础平台。 2 智能节点管理软件 i o 兰州大学硕士研究生毕业论文 基于智能节点的p 2 p 重叠阿n m s 的设计与实现 通过在智能节点上安装配置后台管理软件，可以管理和监控智能节点的运行 情况、业务情况、网络情况等等，并能对网络拓扑结构、网络流量分布情况进行 自动监测和处理，完成内容选路、网络监测、资源管理、网络优化等功能。 智能节点后台管理软件支持网元管理和网络管理功能。 网元级管理：对关键网元进行监视，使运营者在发生服务中断前就及时发现 问题并加以修复。所监视的智能节点关键状态参数有：电源状态、c p u 利用率、 磁盘利用率、网卡吞吐率等，报警总结表列出所有己答复和未答复的报警信号， 按严重性采用颜色编码。运营者设置的过滤器能以不同的粒度控制显示总结信息 量。报警信息写入日志文件，用于打印或导入第三方分析应用程序。作为选项， 报警信息可以通过i p 连接和s n m p 陷井消息传给高层网络管理系统。 网络级管理：可以自动识别网络拓扑和设备资源的变化，提供高性能、轻便、 直观和数据敏感的拓扑图形用户界面，拓扑图采用基于电子地图的导航式管理， 便于查询和快速定位故障。并更新其配置表项。使运营者可按层次浏览网络，通 过遍历网络层次，可获得从网络到结点，机箱，模块直至测试点的丰富的信息。 选择拓扑图中的一个模块，便可了解模块内各点的详细信息。 3 安全模块： 通过在智能节点上安装安全模块，弹性重叠网络可以在c n g i 范围内提供一 个分布式的病毒监测系统( i d s ) ，监测邻近网络的病毒入侵数据，判断病毒来源。 实现分布式的病毒情况查询和阻断。 4 应用开发a p i 通过应用开发a p i ，弹性重叠网可以为应用服务开发者提供基于结构化p 2 p 技术的多种平台服务。这些平台服务在网络上主要以发布服务端口为表现形式， 只要平台服务的使用者调用有关的应用开发a p i 接口，通过服务端口输入协议报 文，即可以获取平台返回的服务协议报文。在此基础上，网络应用服务提供商就 可以基于弹性重叠网络开发出各种p 2 p 应用。 2 3 网络系统结构 本系统结构如图表4 所示：底层是c n g i 网络，上层是由智能节点利用弹性 组网技术相互连接构成的弹性重叠网络r o n 。系统中的节点主要可以分为两大 l l 兰州大学硕士研究生毕业论文基于智能节点的p 2 p 重叠网n m s 的设计与实现 类：1 ) 由运营商维护的智能节点；2 ) 参与弹性重叠网的客户节点。1 1 0 l 智能节 点是系统中最为重要部件，它承担着信息的存储和检索，网络测量以及路由优化 等方面的任务。客户节点是系统的使用者，通过智能节点加入弹性重叠网，利用 弹性重叠网络提供的统一a p i 接口使用系统提供的各种功能。网络管理系统在 该系统中对所有参与组网的智能节点进行统一管理。 图表4 智能节点弹性重叠网系统结构示意图 下图给出了重叠网系统的各逻辑功能单元之间的关系模型： 智 能 节 点 重 叠 网 络 同 1 _ 一 内容存取类应用音视频通讯点播类 病毒监测应用 c n g i 1 2 - 2 a类应用应用 存储和查找接口内容路由接口 服务管理接口 网络探测ij 自动组网l i 消息路由l i 资源管理f 分布式对象存储和索引基础平台 1 1 6 技术结构化p 2 p 技术 图表5基于i p v 6 的智能节点弹性重叠网络关系模型 该弹性重叠网络是基于i p v 6 之上的一个虚拟网络，网络的分布式资源管理 采用结构化p 2 p 技术来实现，从这个角度出发，该系统是在i p v 6 基础网络上通 过结构化p 2 p 技术来实现的一个分布式对象存储和索引基础平台。为了实现这个 兰州大学硕士研究生毕业论文基于智能节点的p 2 p 重叠网n m s 的设计与实现 基础平台，弹性重叠网络需要包含一些功能单元，例如：网络探测、弹性重叠网 的自动组网、弹性重叠网内部的消息路由机制、弹性重叠网的资源管理等。基于 这些基本功能，弹性重叠网作为一个基础平台，向上对应用提供丰富的服务访问 接口，包括：信息存储和查找接口、内容路由接口、服务管理接口等。这3 个基 本接口定义了该弹性重叠网作为基础平台的功能。作为对网络病毒等威胁网络安 全的病毒的抵抗，弹性重叠网将提供一个病毒检测的应用解决方案。 2 4 系统功能模块 智能节点是弹性重叠网络的核心功能部件，图表6 给出了智能节点功能结构 框图。 囡圈 图表6基于n v 6 的智能节点功能结构框图 如图所示，一个智能节点包含两大主要功能模块，一是基于结构化p 2 p 技术 的分布式信息存储和搜索模块；二是具有选路功能和内容路由的弹性组网功能模 块。 分布式信息存储和检索模块采用结构化p 2 p 技术，实现资源的弹性存储和索 引，通过提供远程a p i 接口，可以方便其它的p 2 p 应用快速的开发和部署。 分布式网络测量模块利用分布部署在不同自治域的智能节点，主动探测网络 状况，为重叠路由模块提供寻路决策。 弹性组网模块具有选路功能和内容路由的功能，提供对运营商以及内容寻路 转发这两个层面的支持。 分布式病毒检测应用利用弹性重叠网中智能节点分布部署的特点对网络中 兰州大学硕士研究生毕业论文基于智能节点的p 2 1 重叠踟n m s 的设计与实现 的病毒进行分布式探测，为网络管理员或程序( 比如设置防火墙规则的后台程序) 提供有关当前网络病毒传播等各种信息。 下面介绍前三个功能模块的主要研究技术。 2 5 弹性组网模块 利用分布式网络测量技术，弹性重叠网提供相应的路由方案，一方面为运营 商不同自治域之间的网络路由提供优化方案或者直接为网络第三层路由提供选 择信息；另一方面是直接在重叠网层面上实现目的节点定位和数据内容的转发、 路由。 客户节点客户节点 图表7 智能节点组成弹性重叠网 在该系统中，所有系统中的节点构成一个p 2 p 网络，网络中的p 2 p 节点分 为两种，一种称为“智能节点”，一种称为“客户节点”( 如图表7 所示) 。智能 节点问使用d h t 的方式组织，形成一个结构化的o v e r l a y 的p 2 p 网络，即“弹 性重叠网”；同时智能节点和客户节点共同组织成一个非结构化的o v e r l a y 的p 2 p 网络。 对于内容存取的应用来说，在客户节点实际进行内容获取的时候，先是使用 d h t 的模型，把请求内容的关键字信息哈希( h a s h ) 到智能节点组中的其中一 个，客户节点首先连接到本区域的智能节点a 上，在此节点上进行哈希区域的 1 4 兰州大学硕士研究生毕业论文基于智能节点的p 2 p 鼋叠嘲n m s 的设计与实现 匹配，查到存储此哈希值索引的智能节点b ，然后到智能节点b 上取得实际存储 内容的节点的口地址，然后再由所有智能节点所组成的o v e r l a y 上根据分布式网 络测量得到的相关链路状态信息进行路由优化，避免路径拥塞。 除此之外，弹性重叠网中的智能节点还需要对运营商的网络路由进行优化， 当某个客户端发出请求时，由本区域的智能节点根据本机存储的全局核心链路状 态信息进行基于策略的优化路由的选择，最后把最优路径所经过的核心路由器的 m 地址信息发送给客户端，由客户端参考此信息进行优化路由。 2 5 1 自动组网机制 为了在智能节点重叠网上进行信息查找，以获得存储信息的节点信息，智能 节点使用结构化d h t 形式组网【1 1 l ，使得内容的索引信息分散地存储在这些智能 节点上。它是一个相对于客户节点和智能节点共同组成的比较稳定的f 2 p 网络， 智能节点的加入和退出并不频繁，当有智能节点加入和退出时可以向整个弹性重 叠网公告，这种开销并不大。 实际的内容信息往往是存储在加入p 2 p 网络的客户节点，为了获得这些内 容信息，请求的客户节点必须通过实际的物理网络路由到存储内容的客户节点， 在网络负载较重的情况下，口层的路由无法保证服务质量，常常会出现距离短 的路径上过度拥塞，而距离较长的路径上业务量很少的情况，这种问题直接在口 层很难得到改善，于是我们提出了在所有加入p 2 p 网络的智能节点组成的网络 上建立一层新的o v e r l a y ，在这个o v e r l a y 层上进行路由的优化，改善网络的传输 性能。 图表8 自动组网图 o o 智能节点 客户节点 兰州大学硕士研究生毕业论文基于智能节点的p 2 p 鼋叠网n m s 的设计与实现 如图表8 所示，每个a s 区域中的智能节点负责维护本a s 区域中一些活动 的p 2 p 节点的状态，称为n c a s h ，其中包括了这些节点的口地址等信息。当一 个新节点作为客户节点加入p 2 p 网络时，它首先找到本区域的一个智能节点， 从该智能节点处得到本a s 区域中一些活动p 2 p 节点的信息，根据邻近区域选择 策略，比如利用i p v 6 地址层次性特性，以i p v 6 地址为参