设计不受传统网络限制的 P2P 系统

核心提示：随着移动计算的普及和嵌入式可联网微处理器的无处不在的应用，TCP/ip 终于显露出它已经显得过时，设计不受传统网络限制的 P2P 系统，设计 Jxta 的初衷就是要突破当今基于 TCP/IP 的网络的限制，从而扩展因特网所能触及的范围，这得益于 Jxta 支持动态自我组织网络支持跨越许多硬件平台和编程语言的多种不同实现

　　随着移动计算的普及和嵌入式可联网微处理器的无处不在的应用，TCP/ip 终于显露出它已经显得过时。设计 Jxta 的初衷就是要突破当今基于 TCP/IP 的网络的限制，从而扩展因特网所能触及的范围。在 developerWorks 的讨论 Jxta 的系列的这最后一篇文章中，Sing Li 举例说明了体现这种扩展的系统，并解决了一个实际问题。您将看到 Jxta 不受客户机／服务器网络的典型约束的限制。请单击本文顶部或底部的讨论，在讨论论坛与作者及其他读者共享关于本文的心得。
　　
　　到本系列文章的这里为止，我们仔细考察了 Jxta，一个 java 参考实现的新 P2P 平台，是如何工作的。在第一部分中，我们了解了 Jxta 的互操作特征。Jxta 被定义为一组互操作协议，可以跨硬件平台、操作系统和编程语言实现。我们也讨论了 Jxta 的操作模型和包括对等机、对等组、服务和管道在内的许多重要概念。在第二部分中，我们的着眼点是建立和运行 Jxta。我们探讨了一个 Jxta 应用程序 — Jxta shell — 并经历了创建管道并从一个对等机发送消息到另一个对等机的情形。在我们编写 Jxta shell 扩展时，我们第一次获得了用 Jxta API 编程的经验。迄今为止，我们讨论 Jxta 的方式都是从下到上的。对于像我们这样具有系统编程和网络工程背景的人来说，这是再自然不过的。
　　
　　在本系列的这第三篇也即最后一篇文章中，我们要把事情颠倒过来。从那些从事应用级设计和体系结构的人的角度来说，本文是自上而下看待 Jxta 的。我们从一个特定的示例问题开始，对这个问题进行分析并设计出一个解决方案，从而展示 Jxta 是如何自然地解决该问题的。
　　
　　随着本文的进行，我们讨论 Jxta 如何通过并列（juxtaposition）改变联网的前景展望，我们还提供一个 Jxta 服务和客户机的设计和代码。
　　
　　解决一个分布式数据收集问题
　　设想一下我们需要创建一个大规模的气象数据收集和分析系统。在这个系统中，我们有数百个气象数据收集点；每个收集点配备一个微型气象站，这些气象站将当前温度（和其它大气状态）提供给一组数据集中器。收集器遍布世界各地；这些收集器并不是都直接连接到因特网，任何时候都可能有新的数据收集器连接上来或脱开连接。在这个项目中，参与进来的收集器的确切数量经常在变化；数据分析和处理基于区域平均值。
　　
　　开始时只有 10 个集中器。每个集中器监视来自许多个收集器的数据，这些数据被实时提供给关系数据库。随后，来自关系数据库的数据被提供给运行气象分析和猜测的仿真模型的超级计算机并由它处理。集中器的数量和位置会发生变化，但它们的行为则大多更稳定。一旦安装后，集中器就会保持运转，除非碰到系统失效。
　　
　　我们必须解决的问题：我们的系统如何能够持续运转，并能考虑到在几乎不影响整体性能的条件下，答应动态添加或除去收集器和集中器。
　　
　　初始分析：特定网络的复杂性
　　系统中的某些收集器可直接访问因特网；其它的通过无线电传输技术进行连接，它们处在恶劣的外部环境中。事实上，在这些基于无线电的收集器中，许多都被设计成了节能的，以延长电池寿命；收集器的有效范围仅够与下一个最近的收集器或基站联系。这些收集器中许多都不支持 TCP/IP，而是使用基本的分组无线技术。一些更独立的收集器仅仅靠其太阳能电池板获得能量，并使用卫星传输进行通信。还有另外一些收集器则连接到标准蜂窝电话上，用 SMS（short message service，短消息服务）消息传递来发送消息。
　　
　　在项目的整个生命周期中，可用的收集器的数量会发生变化；在项目开始时，我们无法猜测将会构建到未来收集器中的连接类型，也无法猜测收集器将使用的技术。例如，在项目的某个阶段，在一个超级计算机群集内使用软件仿真来仿真数量巨大的收集器。我们的解决方案必须能适应所有收集器，不管是真正的还是仿真的，现在的还是将来的。
　　
　　解决方案：并列（Juxtaposition）
　　图 1 显示用来解决这个问题的高层次设计。
　　
　　图 1. 解决数据收集问题
　　　
　　请注重，并列 P2P 网络用来适应网络的多种不同情况，而集中器提供 P2P 网络和传统的客户机／服务器网络之间的连接，数据库服务器和超级计算机驻留在客户机／服务器网络。集中器充当两个网络之间的网桥 — 每个集中器在 P2P 网络上具有动态特性，在客户机／服务器网络具有静态特性。
　　
　　这个体系结构反映了 Jxta 对传统系统的补充作用和提供并行于这些传统系统的增值的能力 — 通过并列（juxtaposition），Jxta 的名称就源于这个词语。
　　
　　我们不想深入讨论这里的客户机／服务器网络的细节，因为其中并没有什么独特之处；我们甚至可以使用 VPN 技术在因特网上运行它。有趣的部分在 P2P 网络。图 2 显示了它的组成，它可随将来的变化而变化。请注重其中用到的多种不同技术。
　　
　　图 2. 数据收集器网络的组成
　　　
　　在实现这个 P2P 网络时，我们可以利用 Jxta，从而获得以下优点：
　　
　　轻易地添加或除去新的收集器或集中器，这得益于 Jxta 的统一分散寻址
　　
　　设计简单性，这得益于 Jxta 的网络虚拟化
　　
　　持续运转，这得益于 Jxta 支持故障弹性
　　
　　免维护运转，这得益于 Jxta 支持动态自我组织网络
　　
　　支持跨越许多硬件平台和编程语言的多种不同实现，支持所用的各种不同通信协议让我们来更具体地研究一下其中几个益处，并看看 Jxta 如何为体系结构的各个方面作出独特的贡献。