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硕士学位论文 (专业学位) 互联网域名抽查系统的设计及实现 姓 名 : 学 号: 所在院系:软件学院 职业类型:工程硕士 专业领域:软件工程 指导教师: 校外导师: 二 一三年十月 互联网域名抽查系统的设计及实现 A in an of 2013 互联网域名抽查系统的设计及实现 同济大学 互联网域名抽查系统的设计及实现 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保 存、使用学位论文的规定,同意如下各项内容:按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本;学校有权保存学位论文的印刷本和电子版,并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文;学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务;学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版;在不以赢利为目的的前提下,学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名: 年 月 日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师指导下,进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名: 年 月 日 摘要 I 摘要 在实际工作中,管理 理人员在巡查运营商 房工作过程中发现某些运营商没有按照自身实际域名备案情况来执行而是存在一些域名没有备案,这样网安人员就不清楚他们究竟有哪些域名在使用。因此管理好域名信息的确是一件繁重而重复的劳动,而且实际情况是他们花了很大力气但结果仍然收效甚微。在此情况下我们积极配合协助网安人员解决该棘手的难题。在跟网安人员沟通、协商,深入获取客户需求,并经过反复的论证以后,研发 了本系统,即互联网域名信息管理系统。 系统采用典型的三层架构设计,分为前台、数据库和后台三个部分。前台是数据比对和数据展示平台,跟用户提供领号的操作界面,注重用户体验。同时负责数据比对,找出报备的和未报备的域名和 据库是中间部分,负责存储从后台解析出来的域名和 台是解析平台,具有千兆的解析能力,抓取原始数据包以后负责解析数据,获取里面的原始域名和 后再向数据库存储。形成一个完整的工作流程。 从产品设计之初,我们就决定坚持从实际情况出发,做到操作简单,使用方便,结果准确,注重实战。将易用 性和准确性相结合,将具体功能与实际应用相结合,确保本系统能解决用户的实际问题。使用该系统可以准确获取某最原始的域名信息,可以有效鉴别跟运营商存在的未报备的域名和 违法信息发现后及时处置并生成报表,既降低了网安人员的工作强度,又提高了工作效率,彻底解放了网安人员在域名管理方面的困扰。实践证明,该系统的确是网安人员做域名信息管理的的“好助手”。 关键词 : 管 , 报备域名 , 解析 生成报表互联网域名抽查系统的设计及实现 n DC is a to DC is no so do is a is a of In we to In in to of A is in is on P is P is is to of P; to a at we to be to on of of to of a of of P. of of of II of in is a to P, 联网域名抽查系统的设计及实现 录 第 1章 . 绪论 . 1 课题背景 . 1 本课题的目的意义 . 2 课题研究内容 . 2 第 2章 . 相关理论或技术 . 3 协议分析技术 . 3 据库 . 3 C+ 和面向对象思想 . 4 2. 5 第 3章 . 系统的需求分析 . 7 功能性需求 . 7 管理平台需求 . 7 解析平台需 求 . 9 整体功能结构 . 11 非功能性需求 . 12 系统用例分析 . 14 第 4章 . 系统设计 . 18 整体架构设计 . 18 管理平台模块介绍 . 23 解析平台模块介绍 . 28 划分各类简介 . 28 子模块介绍 . 32 第 5章 . 数据库设计 . 40 数据表类 . 40 . 44 数据 (库 )关系图 . 46 触发器 . 47 据触发器 . 47 据触发器 . 49 第 6章 . 系统实现 . 51 登陆系统 . 51 修改密码 . 52 基础库 . 54 基础库 . 58 目录 V 系统运行主页 . 63 状态信息 . 78 第 7章 . 系统测试 . 80 测试环境 . 80 网络环境拓扑图 . 80 主要测试用例 . 81 测试结论 . 90 第 8章 . 总结 . 92 总结 . 92 下一步工作 . 92 致谢 . 94 参考文献 . 95 个人简历 . 错误 !未定义书签。 第 1 章 绪论 1 第 1章 . 绪论 课题背景 近年来,随着信息化和网安工作的快速发展,互联网基础数据采集和互联网安全监管等基础工作的重要性日益凸现。为进一步夯实网安部门基础工作,推进网安基础工作信息化建设,按照公安部党委“基础工作信息化,信息工作基础化”的总体要求 ,公安部第十一局正组织全国网安部门集中开展互联网基础数据采集和基础数据库建设工作。 为配合业务工作的开展,根据公安部十一局新颁布的互联网基础数据库数据格式规范对数据采集的要求,实现对各类基础数据的录入、维护,对网安业务基础信息进行汇总、查询和分析,向全国各级网安部门提供在线网安基础信息的综合查询服务,同时向其他警种业务部门提供相关基础数据共享,为处置网上安全事件和突发事件、侦办网络违法犯罪案件提供信息支持。不过如何保证基础库信息被完全上报,如何保证准确上报,公安机关也不能时刻去检查,只能采用抽查的方 式去做调研。 但是对公安人员来说,基础库( 案信息的监督管理是非常困难的。就一线城市而言,每个城市向网安备案的域名信息达到几十万个,没有备案的域名信息更多,而且备案的域名信息又存在变更后没有再次备案的。如何保证运营商数据报备的准确?如何保证运营商将数据完全报备?可见管理机房备案信息是一件繁重而重复的劳动,网安人员根本没有足够多的精力来完成这项工作,而且实际情况是,他们花了很大力气但结果仍然收效甚微。 在此情况下,我们积极协助网安人员解决该棘手的问题,在跟网安人员沟通、协商、深入获取客户需 求,并经过反复的论证以后,我们研发了本系统,即互联网服务商备案信息抽查系统,简称互联网域名抽查系统或抽查工具。 互联网域名抽查系统的设计及实现 2 本课题的目的意义 在日常工作中,我们经过多次客户调研,意识到客户对该方面要求较为强烈,繁忙的日常工作让他们整天疲于应对而仍然得不到彻底解决。公安人员问机房管理者是否已经将基础信息域名和 全报备,他们肯定说是,至于是否真的报备或者报备到什么程度,公安人员也是束手无策,无法验证。通过使用该系统能够可以解决此问题。一方面能够提高上报数据的质量,另一方面也能够避免漏报。有效地起到了监督规范的作 用。同时也在很大程度上解放了公安人员的日常工作,使他们在浩如烟海的基础数据中操作起来游刃有余。 课题研究内容 本课题主要研究基础数据信息上报的准确性,检查 谓 即 互联网数据中心 ,是指在互联网上提供的各项增值服务的机构。它包括:申请 域名 、租用 虚拟主机 空间、 主机托管 等业务的服务。 机位、机架、 、资源出租 (如 虚拟主机 业务、 数据存储 服务 )、系统维护 (系统配置、数据备份、故障排除服务 )、管理服务 (如带宽管理、流量分析、负载均衡、入侵检测、系统漏洞诊断 ),以及其他支撑、运行服务等。 拟主机和电子商务等。比如网站发布,单位通过托管主机,从电信部门分配到互联网 静态 址 后,即可发布自己的 自己的产品或服务通过互联网广泛宣传;虚拟主机是单位通过托管主机,将自己主机的海量硬盘空间出租,为其他客户提供虚拟主机服务,使自己成为 子商务是指单位通过托管主机,建立自己的 电子商务系统 ,通过这个商业平台来为供应商、批发商、经销商和最终用户提供完善的服务。 根据公安部相关规定,任何 系统就是为了检查 2 章 相关理论或技术 3 第 2章 . 相关理论或技术 本系统的设计和开发都采用了目前主流的技术比如协议分析技术、面向对象思想、 论和 计模式。下面我们分别介绍这这几种将要使用到的技术理论: 协议分析技术 协议分析( 一个程序或设备是解码网络协议头部和尾部来了解这个数据和在分组内部由一个协议压缩的信息的过程。为了管理协议分析,避免数据分组丢失,必须实时捕获数据分组并用于线路速度分析或随后分析。比如分析后解开数据包是 通过数据包重组技术获取整个数据流的实体内容,通过该技术解析,最终得到我们需要的域名信息和 息。 据库 数据库技术是信息系统的一个核心技术。它研究如何组织和存储数据,如何高效地获取和处理数据。它的具体内容主要包括: 通过对数据的统一组织和管理,按照指定的结构建立相应的数据库和数据仓库。利用数据库管理系统和数据挖掘系统设计出能够实现对数据库中的数据进行多种功能的数据管理和数据挖掘应用系统。最终利用应用管理系统实现对数据的处理、分析和理解。 联数据库将数据保存在不同的表中,而不是将所有数据放在一个大仓库内, 这样就增加了速度并提高了灵活性。于其体积小、速度快、总体拥有成本低的特点,一般中小型网站的开发都选择 数据库。也可以搭配 谢希仁 .计算机网络 2007,103 崔洋 . 据库应用从入门到精通 2010,179联网域名抽查系统的设计及实现 4 C+ 和面向对象思想 C+语言是一种优秀的面向对象程序设计语言,它在 C 语言的基础上发展而来,但它比 C+以其独特的语言机制在计算机科学的各个领域中得到了广泛的应用。面向对象的设计思想是在原来结构化程序设计方法基础上的一个质的飞跃, C+完美地体现了面向对象的各种特性。面向对象程序设计有 4 个主要特点:抽象、封装、继承和多态性。要较好地进行面向对象程序设计,还必须了解面向对象程序设计另外两个重要特征 继承性和多态性。面向对象技术强调软件的可重用性 ( C+语言提供了类的继承机制,解决了软件重用问题。在 C+中可重用性是通过继承(一机制来实现的。一个类中包含了若干数据成员和成员函数。在不同的类中,数据成员和成员函数是不相同的。但有时两个类的内容基本相同或有一部分相同。利用原来声明的类 为基础,再加上新的内容即可,以减少重复的工作量。 C+提供的继承机制就是为了解决这个问题。一个新类从已有的类那里获得其已有特性,这种现象称为类的继承。通 过继承,一个新建子类从已有的父类那里获得父类的特性。从另一角度说,从已有的类 (父类 )产生一个新的子类,称为类的派生。类的继承是用已有的类来建立专用类的编程技术。派生类继承了基类的所有数据成员和成员函数,并可以对成员作必要的增加或调整。一个基类可以派生出多个派生类,每一个派生类又可以作为基类再派生出新的派生类,因此基类和派生类是相对而言的。面向对象 (O)是当前计算机界关心的重点,它是 90 年代软件开发方法的主流。面向对象的概念和应用已超越了程序设计和软件开发,扩展到很宽的范围。 单纯直接的给面向对象下定义是相当困难的,它可以有不同层次的理解。从世界观的角度可以认为:面向对象的基本哲学是认为世界是由各种各样具有自己的运动规律和内部状态的对象所组成的;不同对象之间的相互作用和通讯构成了完整的现实世界。因此,人们应当按照现实世界这个本来面貌来理解世界,直接通过对象及其相互关系来反映世界。这样建立起来的系统才能符合现实世界的本来面目。从方法学的角度 (美) . . 著 ,李师贤等译 . C+ 文版第 4 版 2013,60 2 章 相关理论或技术 5 可以认为:面向对象的方法是面向对象的世界观在开发方法中的直接运用。它强调系统的结构应该直接与现实世界的结构相对应,应该围绕现实世界中的对象来构造 系统,而不是围绕功能来构造系统。 言和 兴起 一种可以撰写跨平台应用软件的面向对象的程序设计语言,是由司于 1995年 5月推出的 是一种简单、面向对象、分布式、解释性、健壮、安全与系统无关、可移植、高性能、多线程和动态的语言。 术具有卓越的通用性、高效性、平台移植性和安全性,广泛应用于个人 据中心、游戏控制台、科学超级计算机、移动电话和互联网,同时拥有全球最大的开发者专业社群。 在全球云计算和移动互联网的产业环境下, 2台标准版 ), 台企业版 ), 台微型版 )。 其中 户端应用程序和 是运行在服务器端的 E 组件是运行在服务器端的业务组件。正是由于其组件的优势目前大多数企业应用都在使用它。 计模式的优点 (美)埃克尔编著 ,陈昊鹏等译 . 程思想 2010,74 杨树林 ,胡洁萍 . E 企业级架构开发技术与案例教程 2011,127联网域名抽查系统的设计及实现 6 图 2模型 (视图 (控制器(缩写,一种软件设计典范,用于组织代码用一种业务逻辑和数据显示分离的方法,这个方法的假设前提是如果 业务逻辑被聚集到一个部件里面,而且界面和用户围绕数据的交互能被改进和个性化定制而不需要重新编写业务逻辑 理和输出功能在一个逻辑的图形化用户界面的结构中。 视图是用户看到并与之交互的界面。对老式的 图就是由 新式的 一些新的技术已层出不穷,它们包括 像 eb 处是它能为应用 程序处理很多不同的视图。在视图中其实没有真正的处理发生,不管这些数据是联机存储的还是一个雇员列表,作为视图来讲,它只是作为一种输出数据并允许用户操纵的方式。模型表示企业数据和业务规则。在 型拥有最多的处理任务。例如它可能用像 样的构件对象来处理数据库,被模型返回的数据是中立的,就是说模型与数据格式无关,这样一个模型能为多个视图提供数据,由于应用于模型的代码只需写一次就可以被多个视图重用,所以减少了代码的重复性。控制器接受用户的输入并调用 模型和视图去完成用户的需求,所以当单击 面中的超链接和发送 单时,控制器本身不输出任何东西和做任何处理。它只是接收请求并决定调用哪个模型构件去处理请求,然后再确定用哪个视图来显示返回的数据。常见的 式有 第 3 章 系统的需求分析 7 第 3章 . 系统的需求分析 互联网的高速发展伴随着 务商快速扩容,域名和 备案信息检查越来越困难,就一线城市而言,向网安备案的信息达到上百万,没有备案的信息更多,备案信息发生变更的情况也越来越多。所以,如果快速和准确抽查域 名和 否报备,降低网安人员工作量,彻底解决网安人员在机房备案信息管理方面的困扰,成为本产品最重要的一个功能。通过市场人员收集用户的需求,经过产品部门的整理,描述了用户对本产品的需求,包括功能需求 (包含协议需求 )、性能需求、非功能需求。 对各个需求方向的需求点进行了初步的描述,功能需求描述了系统的基本功能,这是一个系统的基础部分,是一个底层的平台,是其他需求的载体。性能需求描述了产品应该达到的性能标准,它反应了系统的工作效率。非功能需求描述了系统的健壮性,包括系统安全性、可靠性、可扩展性、可伸缩性等。下面 我们分别通过可访问的 管理平台和底层采集平台来分别介绍。 功能性需求 管理平台需求 管理平台是向用户展示数据的一组用户界面。它从数据库里面读取数据,根据用户的需要,向用户提供数据接口,用户可移植性插入、修改、删除、查询、导入、导出、分析等操作。 用户登录 需求 用户通过该页面输入控制面板的用户名、密码、验证码,身份认证后进入主机控制面板。本页面为用户登录主机控制面板页面,用户输入用户名、密码、验证码,点击登录按钮,进行验证后登录到控制面板。 密码修改需求 (美)沙赫编著,邓迎春 .软件工程:面向对象和传统的方法 2009,143联网域名抽查系统的设计及实现 8 用户通过系统主页的“密码修改”功能项进入密码修改 控制面板。本页面为用户进入修改密码控制面板页面,用户输入旧密码、新密码、重复新密码,点击提交按钮,进行验证后提示修改成功。 退出系统需求 用户通过系统主页的“退出”功能注销当前用户的登录状态,释放相应的资源并回到系统登录首页。本功能没有多次交互的流程,用户直接点击“退出”按钮。 据采集需求 始采集后,提取用户端 过 础信息库的 把最终的报备情况保存在数据库中。 据采集需求 的单位名称,开始采集后,提取 取服务器 名信息,通过和 把最终的报备情况保存在数据库中。 础信息库需求 照一定格式的模版进行导入到本系统的 询,删除功能。 础信息库需求 照一定格式的模版进行导入到本系统的 础信息库中。 询,删除功能。 统计报表需求 主页在结束采集后,用户点击生成报表,根据当前采集的数据类型生成不同的报表。 备详情中显示 址,报备情况。 对应关系错误; 名未 第 3 章 系统的需求分析 9 报备;域名正确报备, 备详情中显示序号,顶级域名,域名, 备情况,其中顶级域名一样的需要单元格合并。 位”为统计条件,显示该“单位”的域名报备情况,报备情况分“域名报备”和“域名未报备”两种。 备需求 位”为统计条件,显示该“单位”的 备情况分“ “ 种。 状态查询需求 状态查询主要是为了完成对系统当前网卡接收包数、丢弃包数、丢弃比例、当前流量、平均流量,以及操作系统 存,硬盘使用率情况。 解析平台需求 并行接入需求 解析平台 式捕包时,只需要把镜像好的旁路数据接入过来,简单配置捕包的网卡就可以开始工作了。 千兆网络接入需求 采集平台工作正常的情况下,其采集和解码能力要达到 1000右,在此流量下正常解析能力应该在 95%,平均连续工作 7*24小时无异常退出。 接入方式 镜像数据可以通过电口方式输入,也可以通过光口方式输入,底层对光口和电口类型的数据抓包要一致 ,数据类型需要支持 种类型的互联网数据。 采集信息 系统同时支持 统的功能区域应该显示的把 况的数据采集,展示区分开来,避免混淆。 后台与管理平台处理分离 互联网域名抽查系统的设计及实现 10 采集平台是指“后台”,管理平台是指“前台”。要求前后台各自独立,耦合性小。后台可以通过下发标准格式的配置文件或数据库交互实现对前台的控制。比如前后台都需要单独的安装包,安装包做到一键安装或直接解压缩运行。前后台都需要自启动脚本和监控脚本,做到开机自启动。 管理平台对采集平台的控制 虽然前台与后台各自保持独立,但是后台对前台有一定的控制能力。管理平台,下发标准格式的配置文件控制后台,后台根据配置信息作为采集或者采集策略,对数据进行提取、 过滤和输出。包括前台采集控制开关通过启动和停止后台解析程序的脚本实现;采集数据的类型( 采集单位通过点击开始采集时更新数据库某个字段实现;后台程序采集到数据时把记录输出到一个临时文件中,前台采集信息输出页面通过定期读取临时文件把最新的采集信息展示在页面中。 采集方式调度处理 不同的网络环境下采用不同的采集模式,比如在问题跟踪时采用文件模式,在实际工作环境下采用 集平台采用灵活的配置,要求只需要修改配置参数就能够运行不同的模式工作。 加密保存需求 鉴于数据的极其保 密性,坚决避免任何环节的数据被非法获取,在数据还原以后关键数据需要加密保存到硬盘,就是说硬盘上保存的是密文。 数据加密需求 数据从后台回传到前台时,要求传输的是密文。 硬盘 I/O 控制需求 硬盘使用超过一定阀值(由用户通过配置文件设定,默认值为 90)之后所有数据都不保存,检测主要是检测数据分区(由用户指定数据分区,默认值为/ 内存 I/O 控制需求 内存使用大小,要求可以在内存使用超过一个阀值(由用户通过配置文件设定)之后,内存不足程序退出,再自动重启,且在重启之前进行日志输出。 流量统 计需求 第 3 章 系统的需求分析 11 为方便定位问题和跟踪程序运行过程,可以即时的观察采集平台的工作状态,比如:数据包数,丢包数, 接数, 接数,当前数据流量,最大数据流量。 日志信息 为方便定位问题和跟踪程序运行过程,增加日志信息,分为错误日志和系统日志。错误日志是用来在运行过程中如果该关键代码处出现异常,比如创建线程失败,需要写入错误日志。有时候跟踪程序运行状态,内存使用超过设定值后台程序退出,写入系统日志。 整体功能结构 根据以上管理平台和采集平台两个部分的需求点描述,我们初步搭建了系统整体的功能模块图,见下 图所示: 互联网域名抽查系统的设计及实现 12 图 3能模块图 非功能性需求 非功能性需求项 要求 类型 需求项 性能需求 响应时间 简单查询 2秒;复杂查询 5秒 更新处理时间 单条更新 1秒;批量更新 5秒 数据传输时间 视数据量而定,可参照相应时间。 计算时间 一般性的计算 10 秒;复杂的条件计算 30 秒 第 3 章 系统的需求分析 13 连接建立时间 3秒 并发数支持 支持 1000 界面数支持 10 个以上 页面内存占用 不超过 150M 表单字段数 200 个以上 荷率 正常情况下服务器 25%( 5分钟间隔),工作站 35%( 5 分钟间隔);事故情况下:服务器 40%( 5分钟间隔),工作站 50%( 5分钟间隔) 网络负荷率 正常情况下平均负荷 10%(任意 5 分钟内),事故情况下平均负荷 20%(任意 5分钟内) 可靠性需求 平均无故障时间 3104h 系统故障恢复时间 2h 可用性需求 负载平衡 支持负载平衡,可通过多种形式的负载平衡实现多个系统间的动态负载均衡和容错机制。 数据完整性 所有的数据:流程定义数据、流 程实例数据、处理数据和配置数据均需要保持完整性。支持以上数据的在线备份功能。 服务可用性 提供内建机制,支持服务的 7 24的可用性。 安全性需求 数据加密 应具备加密登录、数据加密传输、数据存储等安全方面的保障,以确保系统的安全性 权限控制 对用户的数据权限、功能权限、授权权限进行严格控制 环境需求 网络 完全依托电力内部信息网,要求网络设备与网络链路应有冗余备份功能,网络可通过对多种网络设备的配置组成多路由,以防止设备或网络链路出现故障后系统无法工作。 主机 关键性业务应用主机必须采用双 机或多机高可互联网域名抽查系统的设计及实现 14 用群集系统 存储、备份及恢复 存储设备采用磁盘阵列;系统应有良好的备份策略和恢复计划。 备注 系统用例分析 本系统分为 备管理、 础数据库管理和状态管理四大模块。用例图关系如下: 第 3 章 系统的需求分析 15 图 3能管理用例图 用户在使用该系统以前,必须先导入对应的基础数据。基础库数据分为两种,分别是 图 3础库管理用例图 报备查询模块式系统主要模块之一,它包含总体报备查询、 名报备 查询、 备查询、域名二次分析,共 5 个子模块。其中总体报备查询可以查询名查询可以查询所有捕获到的域名信息, 询可以查询该 应的若干个域名信息,域名二次分析可以在才、基础库比对结果的基互联网域名抽查系统的设计及实现 16 础上再根据其他方式进行进一步的比对,进而提高数据结果的准确性。见下图: 图 3角色管理模块,可以实现对各角色和其对应的权限管理。比如管理员权限可以实现对普通用户的添加、修改、删除等操作,也可以查询某用户的信息。 第 3 章 系统的需求分析 17 图 3色管理用例图 互联网域名抽查系统的设计及实现 18 第 4章 . 系统设计 整体架构设计 本 系统总体由三部分组成,分别是采集平台部分、数据库部分和管理平台部分(见下图)。其中采集平台也成为解析平台,负责采集数据,解析数据,最后还原数据成明文,进而获取该数据里面的域名信息。数据库模块是将获取到的域名信息添加到数据库,同时将本地基础库信息导入到数据库,进而作结果比对。管理平台负责结果展示,比如获取到的 息、域名和 面分别描述这三部分模块的具体设计。 采 集 平 台数 据 库 管 理 平 台图 4体结构图 第 4 章 系统设计 19 管理平台 根据 设计要求,管理平台需要划分为六大模块,首页查询、 备情况、备情况、 据信息、 据信息和状态信息模块。其中 备情况模块划分为 体报备情况、 据信息模块划分为基础库 息和 记两个子模块。 据信息模块划分为基础库 性结构展示如下图所示:缓存数据入库图 4理平台结构图 互联网域名抽查系统的设计及实现 20 管理平台通过基础库 入互联网基础数据库 息,并根 据解析系统解析的 域名信息与 息进行比对,将比对结果存入数据库中,通过 理平台总体流程图如下: C T - 2 3 0 0 互 联 网 服 务 商 备 案 信 息 抽 查 系 统首页I D 报备情况I D 理平台功能结构图 下表是管理平台的主要模块信息: 模块名

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