【文章內(nèi)容簡介】 中心化”。對于一臺與服務器聯(lián)機并接受服務的PC 機來說，這臺PC 機就是客戶機，其性能相對弱小。而P2P 技術(shù)模式弱化了服務器的作用，甚至取消服務器，任意兩臺PC 互為服務器，同時又是客戶機，即對等。這種運用將帶來以下改變:首先，客戶不再需要將文件上傳到服務器，而只需要使用P2P 與其他計算機進行共享,提高了數(shù)據(jù)傳送的實時性；其次，使用P2P 技術(shù)的計算機不需要固定的IP 地址和永久的Internet 連接，這使得占有極大比例的撥號上網(wǎng)用戶也可以享受P2P 帶來的變革。2. P2P 技術(shù)的兩種模式P2P 有兩種技術(shù)模式。一種是完全P2P 的，即網(wǎng)絡中任何節(jié)點兩兩互連，沒有“中間服務器”的概念。其拓撲結(jié)構(gòu)如下所示：基于P2P 技術(shù)模式的民辦高校遠程教學系統(tǒng)及在線課堂軟件的研究與實現(xiàn)14圖 . 完全P2P 模式這種模型的P2P 軟件，因為沒有中間服務器，因此無法進行諸如安全管理、身份認證、流量管理、計費等。另一類模式是基于“中心文件目錄/分布式文件系統(tǒng)”結(jié)構(gòu)，中間服務器起的作用是讓兩臺電腦進行“握手”，然后P2P 客戶軟件通過雙方都可識別的“握手協(xié)議”建立完全開放的可共享文件目錄，直接進行信息交換和共享。其結(jié)構(gòu)如下所示： 有中間服務器的P2P 模式3. P2P 技術(shù)特性P2P 技術(shù)具有如下的特性：[1] 既是S 又是C，網(wǎng)絡應用由使用者自由驅(qū)動；[2] 信息在網(wǎng)絡設備間直接流動，高速及時，降低中轉(zhuǎn)服務成本；基于P2P 技術(shù)模式的民辦高校遠程教學系統(tǒng)及在線課堂軟件的研究與實現(xiàn)15[3] 構(gòu)成網(wǎng)絡設備互動的基礎和應用；[4] 在使網(wǎng)絡信息分散化的同時，使信息按新方式又一次集中。4. P2P 軟件的應用前景P2P 作為一項技術(shù)已經(jīng)被運用于很多方面。我們一直在使用的各種即時訊息系統(tǒng)如ICQ、OICQ 等都是最流行的P2P 應用。應用P2P 技術(shù)的互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品正在迅速開辟出一塊新的互聯(lián)網(wǎng)應用市場。另外，P2P 軟件的使用也會使部分用戶放棄Email，侵蝕Email 市場。由于P2P 技術(shù)方案不同于S/C 方式的特性，可以在許多方面彌補S/C 方式的不足，P2P 產(chǎn)品將建立互聯(lián)網(wǎng)上的一種新的應用模式，這時用戶不僅在PC 裝有瀏覽器，而且還有數(shù)種P2P 軟件來實現(xiàn)新的互聯(lián)網(wǎng)應用。5. P2P 模式中的關(guān)鍵技術(shù)P2P 是一種基于互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的新的應用型技術(shù)，主要為軟件技術(shù)。1) 在通信基礎方面，P2P 必須提供在現(xiàn)有硬件邏輯和底層通信協(xié)議上的端到端定位（尋址）和握手技術(shù)，建立穩(wěn)定的連接。涉及的技術(shù)有IP 地址解析、路由及防火墻等。2) 在應用層面上，如果兩個Peer 分別代表兩家不同的公司，而且它們已通過互聯(lián)網(wǎng)建立連接，那么一方的信息就必須為另一方所識別。3) 有通信就要有安全保障，加密技術(shù)是必須要考慮的。4) 其他需考慮的有如何設置中心服務器，如何控制網(wǎng)絡規(guī)模等。 P2P 模式與B/S 模式的比較1．通信的對稱性：目前互聯(lián)網(wǎng)主要技術(shù)模式是B/C（C/S）方式。 C/S 模式隱含了通訊時的非對稱性?？蛻魴C/服務器模型工作時包含了一套協(xié)議，它必須在通訊的兩頭都被實現(xiàn)。協(xié)議可能是對稱的或是非對稱的。C/S 模式工作于非對稱的協(xié)議中，一方被不可改變地認為是主機，而另一方則是從機。而在對稱協(xié)議中，每一方都有可能扮演主從角色。P2P 模式就工作于非對稱的協(xié)議中。P2P 技術(shù)的特征之一就是弱化了服務器的作用，甚至取消服務器，任意兩臺PC互為服務器，同時又是客戶機。2．拓撲結(jié)構(gòu)：B/S 及C/S 結(jié)構(gòu)：基于P2P 技術(shù)模式的民辦高校遠程教學系統(tǒng)及在線課堂軟件的研究與實現(xiàn)16. C/S 結(jié)構(gòu)模式P2P 結(jié)構(gòu)：. P2P 結(jié)構(gòu)模式3．性能：P2P 模式 C/S 模式數(shù)據(jù)發(fā)布 好 差數(shù)據(jù)接收 中 好數(shù)據(jù)互動性 好 差數(shù)據(jù)即時性（傳輸速度） 好 差數(shù)據(jù)安全性 差 好數(shù)據(jù)更新 好 差數(shù)據(jù)質(zhì)量（價值） 中 好數(shù)據(jù)覆蓋率和數(shù)量（價值） 差 好數(shù)據(jù)成本控制 好 差數(shù)據(jù)管理方便性 差 好. P2P 模式與C/S 模式比較基于P2P 技術(shù)模式的民辦高校遠程教學系統(tǒng)及在線課堂軟件的研究與實現(xiàn)17 系統(tǒng)整體技術(shù)模式的策略選擇從上面的對比中我們還可以看到，P2P 技術(shù)模式與C/S 模式是各有所長的。P2P模式由于弱化甚至取消了服務器的作用，一方面降低了服務器的工作壓力和投資成本，另一方面也降低了數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的延時性，因此在互動性、實時性、數(shù)據(jù)成本控制、數(shù)據(jù)更新等方面優(yōu)于C/S 模式。因此，使用P2P 來構(gòu)建在線課堂實時系統(tǒng)成為必然的技術(shù)選擇。另外，整個遠程教學系統(tǒng)中，諸如學生注冊、學籍管理、BBS、圖書查閱、個人專區(qū)等功能，并不具有強烈的交互性和實時性，因此利用Web 技術(shù)構(gòu)建門戶網(wǎng)站以實現(xiàn)這些“靜態(tài)”的功能顯然是更明智的選擇。 在線課堂的P2P 模式描述本系統(tǒng)主要包括“聽課工具”和“授課工具”兩個通信模塊；從不同的使用者角度來分，則包括：實時教學系統(tǒng)、同步學習系統(tǒng)和協(xié)作式學習系統(tǒng)。因此，在底層通信技術(shù)的實現(xiàn)方面，本課題注重從“通信”的角度來敘述，而在功能描述方面，則以“功能”的角度來敘述，這將在下兩章里分別闡述。在此，給出系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)示意圖，如下所示：. “在線課堂”功能結(jié)構(gòu)示意圖從上面的視圖可以看到，“在線課堂”主要包含以下部分：教案制作、課件制作、基于P2P 技術(shù)模式的民辦高校遠程教學系統(tǒng)及在線課堂軟件的研究與實現(xiàn)18系統(tǒng)管理、課堂記錄、作業(yè)交流、教師實時答疑、討論組等。這些功能子系統(tǒng)在“軟件結(jié)構(gòu)策略分析”一節(jié)中已經(jīng)進行了策略論述，其具體功能將在以后的章節(jié)中詳細論述。另一方面，由于本系統(tǒng)的“靜態(tài)”功能又是通過基于C/S 和B/S 結(jié)構(gòu)的Web 技術(shù)來實現(xiàn)的，因此，從客戶獲得使用工具并通過合法注冊到實現(xiàn)P2P 網(wǎng)絡課堂的整個過程中，仍然包含著C/S、B/S 模式和P2P 模式這兩種。這里，我們從P2P 數(shù)據(jù)流的角度，把信息分為兩大類：系統(tǒng)信息和客戶信息。系統(tǒng)信息：建立P2P 連接過程中系統(tǒng)之間傳遞的 “握手”信息；客戶信息：指客戶（教師和學生）之間傳遞的功能信息。由此，將上面示意圖中的中心環(huán)節(jié)“提取” 出來，按信息流的傳遞來建立P2P模式系統(tǒng)，則可以得到下面兩個過程中的P2P 模式示意圖。第一步，建立與服務器的握手：. P2P 客戶端與服務器端的連接第二步：客戶端的P2P 連接：基于P2P 技術(shù)模式的民辦高校遠程教學系統(tǒng)及在線課堂軟件的研究與實現(xiàn)19 客戶端P2P 連接示意圖通過以上兩個過程，在不考慮技術(shù)細節(jié)的情況下，一個基于有中間服務器的P2P技術(shù)模式的在線課堂教學系統(tǒng)即已建立。在第一步中，通過客戶購買客戶端軟件的方式獲得合法身份，從而獲得P2P 客戶端軟件的一個合法拷貝，并通過這個客戶端軟件（教師購買“授課工具” ，學生購買“聽課工具”）與服務器建立連接，獲得身份驗證；第二步，教師與學生“甩開”服務器直接建立P2P 連接。具體的技術(shù)方法，將在下一章論述。2. 4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)包含兩個兩方面的成果：遠程教學系統(tǒng)的總體設計方案和在線課堂的實現(xiàn)。鑒于本文前文已敘述過的策略考慮，遠程教學系統(tǒng)的具體功能模塊包括：在線課堂、教案制作、課件制作、系統(tǒng)管理、課堂記錄、作業(yè)交流、在線考試、圖書館、教師答疑、討論組等。其中以“在線課堂”為核心功能。1．門戶網(wǎng)站基于P2P 技術(shù)模式的民辦高校遠程教學系統(tǒng)及在線課堂軟件的研究與實現(xiàn)20. 門戶網(wǎng)站功能結(jié)構(gòu)示意圖. 門戶網(wǎng)站中共享資源模塊功能結(jié)構(gòu)示意圖. 門戶網(wǎng)站中個人專區(qū)模塊功能結(jié)構(gòu)示意圖基于P2P 技術(shù)模式的民辦高校遠程教學系統(tǒng)及在線課堂軟件的研究與實現(xiàn)212. 核心模塊“在線課堂”簡要功能描述在線課堂是本系統(tǒng)的核心功能。在線課堂由教學服務器在課堂開始的時間啟動，隨后，教師和學生可以陸續(xù)連接到該服務器。當老師通過操作關(guān)閉了該教室后，在線課堂結(jié)束。在課堂上的交流分為公共交流和私下交流。公共交流指使用者發(fā)送的信息可以被所有在線課堂中的其他使用者接收到。私下交流指兩個使用者之間的秘密交流。教師和學生使用不同的在線課堂客戶端軟件，教師使用的軟件比學生使用的軟件擁有更多的功能，包括載入教案，課堂狀態(tài)的控制和發(fā)言控制等等。 系統(tǒng)技術(shù)環(huán)境1．服務器平臺：本系統(tǒng)中心服務器使用基于Linux 的低檔PC 服務器作為基本配置。同時兼容各種UNIX 服務器。Web 服務器選用同Linux 捆綁的apache 作為基本配置，并使用php 作為Web 開發(fā)工具。也可選用其他Web 服務器如Netscape Server, Microsoft IIS 等。系統(tǒng)教學服務器支持Windows 系列服務器。2．數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：中心服務器選用大型數(shù)據(jù)庫Oracle；教學服務器選擇Microsoft SQL。3．客戶機平臺：客戶端軟件運行在目前普及的Windows 環(huán)境下，由于需要系統(tǒng)對網(wǎng)絡和高級界面的支持，因此Windows 的版本必需為97 以上（建議為98），并且必須安裝了Internet （或以上版本）。4．開發(fā)語言環(huán)境：采用Visual C++6 為系統(tǒng)開發(fā)工具，采用php 為Web 網(wǎng)頁開發(fā)工具。5．開發(fā)技術(shù)：開發(fā)技術(shù)涵蓋較廣，主要有MFC 技術(shù)、 Windows Sockets 技術(shù)、TCP/IP 協(xié)議技術(shù)、多媒體技術(shù)、ActiveX 技術(shù)等?；赑2P 技術(shù)模式的民辦高校遠程教學系統(tǒng)及在線課堂軟件的研究與實現(xiàn)22第三章 在線課堂P2P 模式通信技術(shù)的設計原則3．1 通信節(jié)點的關(guān)系模式這里的通信節(jié)點是指使用上層軟件進行“聽課”或“授課”的學生或教師客戶端。通信節(jié)點關(guān)系模式是從通信技術(shù)的角度，由在線課堂的教學狀態(tài)來確定的。在線課堂有兩種狀態(tài)：無序和有序。在開始正式上課前或結(jié)束正式上課后，在線課堂處于無序狀態(tài)，這時登錄到在線課堂的使用者可以任意交流，不受限制。 在正式上課的過程中，在線課堂處于有序狀態(tài)，所有公共交流受到教師的控制，并且教師可以看見某些學生在進行私下交流（但無法看見交流的內(nèi)容）。由此，從通信方式來看，在線課堂中存在兩種關(guān)系模式： “一對一”關(guān)系和“一對多”關(guān)系。1．“一對一”關(guān)系模式：在無序狀態(tài)下，使用者登錄后可以任意選擇通信對象，不受限制，這種相互關(guān)系在通信的實現(xiàn)上是“一對一”的，即IP 是單點傳送，任意通信雙方的通信內(nèi)容不受其他通信方的限制和干擾。這時學生節(jié)點與教師節(jié)點具有相同的地位，如下圖所示： 無序狀態(tài)一對一模式示意圖2．“一對多”關(guān)系模式：在有序狀態(tài)下，由于教師必須控制課堂的次序，并將講課內(nèi)容同時傳授給每一位登錄的學員，而此時學員如果沒有獲得教師許可，就不具有發(fā)言權(quán)。這時的使用者關(guān)系模式就是“一對多”關(guān)系，通信方式為IP 多點傳送和局域網(wǎng)廣播。如下圖所示：基于P2P 技術(shù)模式的民辦高校遠程教學系統(tǒng)及在線課堂軟件的研究與實現(xiàn)23 有序狀態(tài)一對多模式示意圖以上兩種應用模式，在本系統(tǒng)中都以P2P 通信模式來實現(xiàn)。這里沒有談到中間服務器的作用。但事實上，中間服務器作為一個通信橋梁，自始至終都參與了這兩種模式的運作。各葉子節(jié)點如果不先與服務器建立“握手”，是根本無法識別對方的，“在線課堂”也就無法運作。因此，中間服務器實際上一直維持著系統(tǒng)的正常運行，不斷地“監(jiān)控”著用戶的狀態(tài)并及時響應用戶的登錄、連接、通信、退出等請求。只不過中間服務器作為系統(tǒng)中的一個節(jié)點，并不參與接收和發(fā)送用戶信息，因此，在上面兩種模式的示意圖中也并未標注。這并不是說中間服務器不起作用，而是它的作用在用戶通信的過程中被“弱化”了。3. 2 P2P 模式的通信協(xié)議域本系統(tǒng)的P2P 模式是一種新的網(wǎng)絡通信模式，但基于這種模式而建立的上層應用，仍然是要解決Internet 的節(jié)點通信問題。目前，P2P 通信模式并沒有統(tǒng)一的規(guī)范和標準， 因此，P2P 通信的實現(xiàn)就必須遵從Internet 的通信協(xié)議。目前使用最為普遍的，就是TCP/IP 協(xié)議域。 通信協(xié)議層次模型P2P模式的通信協(xié)議基于TCP/IP體系而實現(xiàn)，它管理著所有系統(tǒng)數(shù)據(jù)的發(fā)送、接收以及在整個Internet上的傳輸，具有十分重要的作用。下面是本P2P通信協(xié)議的層次模型示意圖，如下所示：基于P2P 技術(shù)模式的民辦高校遠程教學系統(tǒng)及在線課堂軟件的研究與實現(xiàn)24 P2P模式的通信協(xié)議層次結(jié)構(gòu)在本文中的前面幾個章節(jié)中，已經(jīng)說明了實施本系統(tǒng)的核心部分——在線課堂的技術(shù)策略。由于TCP和UDP協(xié)議及相關(guān)技術(shù)在本系統(tǒng)中的重要性，下面給予簡述。 基于TCP的連接特性TCP（傳輸控制協(xié)議）數(shù)據(jù)報包含兩部分：TCP報頭和數(shù)據(jù)區(qū)。TCP報頭中包含16位的源端口和目的端口號，32位的序列號和32位的確認號。通過端口號和IP，就能使網(wǎng)絡中的兩臺主機唯一的兩個應用程序進行通信。TCP是可靠的、面向面向連接的協(xié)議，它提供可靠的字節(jié)流（stream）服務，即TCP在進行數(shù)據(jù)傳輸之前必須先進行連接，連接雙方先進行握手，確認雙方已經(jīng)建立了TCP連接，才開始進行數(shù)據(jù)傳輸。TCP連接是全雙工的，任何一端都可以關(guān)閉TCP連接。當一端關(guān)閉時，另一個方向的數(shù)據(jù)流仍會繼續(xù)。只有當兩端的主機都發(fā)送具有關(guān)閉標志的報文，整個TCP連接才關(guān)閉。 基于UDP的連接特性1. UDP數(shù)據(jù)報格式：UDP的報頭比較簡單，一共有四個域：源端口號、目的端口號、報文長度和校驗和。其報頭格式如下圖所示：基于P2P 技術(shù)模式的民辦高校遠程教學系統(tǒng)及在線課堂軟件的研究與實現(xiàn)25 UDP報頭格式2．UDP的連接特性UDP是不可靠的、面向無連接的協(xié)議。進程的每個輸