信息化技术及校园信息化建设

杨邓奇博士副教授主要内容信息化相关概念几种主流的信息化技术P2P技术及其在校园信息化中的应用云计算技术及其在校园信息化中的应用物联网与智慧校园信息化相关概念信息技术指有关信息的收集、识别、提取、变换、存储、传递、处理、检索、检测、分析和利用等的相关技术。信息化是指培育、发展以智能化工具为代表的新的生产力并使之造福于社会的历史过程信息化相关概念工业、农业、商业、国防及社会生活等各个方面皆存在信息化档案管理信息化政府办公信息化企业管理信息化教育信息化战争信息化信息化的意义高效时间效率、空间效率、产出效率可靠在业务比较繁忙时人工容易出错、纸质数据不易保存环保绿色、低碳（绿色计算）信息化的目标初级的信息化建设目标电子化、无纸化、无接触简化工作、节省成本、提高效率高级的信息化建设目标想什么就有什么（人的需求驱动）人性化——人文与技术的统一信息化六大要素开发利用信息资源建设国家信息网络推进信息技术应用发展信息技术和产业培育信息化人才制定和完善信息化政策信息化六大要素开发利用信息资源抽象、描述，将现实生活数字化信息资源的组织与管理集中控制与存储、统一管理和调度（资源服务器）分布式存储、统一管理和调度（调度服务器，Tracker）分布式存储、分散式管理和调度（无中心节点）信息资源的共享一对一（点对点通信）一对多（C/S模式）多对多（P2P模式、云计算、AdHoc、）信息化六大要素建设国家信息网络国家公共网络设施平台，信息高速公路国家信息基础设施（NII）不断扩展的仪器设备（通信设备、终端设备、传输介质）各种网络协议各种网络标准和传输编码信息化六大要素推进信息技术应用各种应用平台、应用软件的部署和推广发展信息技术和产业应用是技术进步的原动力培育信息化人才人才是信息化建设的执行者制定和完善信息化政策政策是信息化建设的保障信息化的技术基础早期：计算机技术现在：现代通信网络技术数据库技术信息化技术基础信息化核心技术网络技术本质上是网络应用技术信息化也可以说是网络化网络技术（计算机技术+通信技术）高性能（高速、可靠）智能化（大数据）移动化（智能手机的兴起）安全化（信息化部署的保障条件）网络即计算机计算机网络技术的发展第一阶段：20世纪50年代将彼此独立的计算机技术与通信技术相结合。第二阶段：20世纪60年代美国国防高级研究计划局（DARPA）的ARPANET与分组交换技术的出现。第三阶段：20世纪70年代中期网络体系结构与网络协议的国际标准化研究及开放系统互连参考模型（OSI/RM）的提出。第四阶段：20世纪90年代起Internet及高速网络网络计算的新时代未来的网络结构：IPovereverything/EverythingoverIP第1章概述用户BackBoneAccessNetworkPOP用户AccessNetwork用户用户POPPOPPOPPointofPrensence汇聚点端用户：机顶盒、手机、计算机、物体等网络计算的新时代云计算资源的演进：从集中到分散再到集中全世界只需要5台电脑就足够了——托马斯·沃森个人用户的内存只需640K足矣——比尔·盖茨计算时代网络时代云时代网络计算的新时代——物联网第1章概述两种通信方式在网络边缘的端系统中运行的程序之间的通信方式通常可划分为两大类：非对等通信模式C/S模式（Client/Server模式）B/S模式（Client/Server模式）对等通信模式P2P模式（Peer-to-Peer方式)运行客户程序网络边缘网络核心运行服务器程序AB客户服务器客户A向服务器B发出请求服务，而服务器B向客户A提供服务。对等连接方式对等连接(peer-to-peer，简写为P2P)是指两个主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方还是服务提供方。只要两个主机都运行了对等连接软件（P2P软件），它们就可以进行平等的、对等连接通信。网络边缘网络核心运行P2P程序运行P2P程序DCEF运行P2P程序运行P2P程序几种主流的信息化技术P2P技术及其在校园信息化中的应用云计算及其在校园信息化中的应用物联网与智慧校园P2P技术2001年以来，大量P2P软件出现。P2P技术被用于各种应用，如：文件共享：Napster、Gnutella、eDonkey、eMule、BT等；科学计算：SETI@home、Avaki、PopularPower等；协同与服务共享平台：JXTA、Magi、Groove等；即时通信：ICQ、QQ、YahooMessenger、MSNMessenger等；视频直播/点播：网络电视：沸点、PPStream、PPLive、QQLive、SopCast等。P2P应用系统分类根据资源组织、调度模式，P2P拓扑结构被可以分为：中心化拓扑（CentralizedTopology）；全分布式P2P拓扑全分布式非结构化拓扑（DecentralizedUnstructuredTopology）；全分布式结构化拓扑（DecentralizedStructuredTopology，也称作DHT网络）；半分布式拓扑（PartiallyDecentralizedTopology）。P2P应用系统分类集中式P2P文件共享——BitTorrentWeb服务器Tracker服务器SeederLeecherLeecherLeecherNewArrivalLeecher1234P2P文件共享中有哪些关键技术？文件如何描述？Pieces、blocks数据交换策略？向不同的用户请求不通pieces中blocks文件描述B编码：一种以简洁格式指定和组织数据的方法。元信息文件：即种子文件，扩展名.torrent长度：文件字节数长度（整数）名称:文件的名称。建议使用（字节串）片断长度:每个片断的字节数（整数）片断（piece）:包含所有20字节(160位)SHA-1散列值的字符串，每个片断都有唯一的值。亦称文件的特征信息发布（列表）:（Tracker）服务器的发布URL（列表）创建日期：（可选）torrent文件的创建时间评论：（可选）发布者的自由评论（字符串）由…创建：（可选）创建torrent文件的名字和程序版本nodes字段，这个字段包含一系列ip和相应端口的列表，是用于连接DHT初始node。Announce：Tracker的主服务器announce-list：Tracker服务器列表path：文件的名字，在下载时不可更改name：推荐的文件夹名，此项可于下载时更改。客户端向Tracker的GET请求参数info_hash：种子文件组info字段的SHA-1值。peer_id：客户端ID，20字节的字符串端口：客户端监听的端口号已上传的：从客户端发送“已开始”事件到服务器算起的上传总量已下载的：从客户端发送“已开始”事件到服务器算起的下载总量剩下的：客户端需要下载的字节数事件：取值为{已开始，已完成，已停止}中的一个ip：可选。客户端的真实IP地址（使用代理服务器时用）需求数目：可选。客户端想从服务器接收的用户数目Tracker向客户端的响应参数失败原因：指示请求失败的原因警告消息：与失败原因相似，但响应仍然会被正常处理。时间间隔：以秒计算，是客户端发送规则请求到服务器之后等待的时间。完成：拥有完整文件的用户数，即做种者（整数）未完成：非种子用户的数目，也叫“吸血者”（整数）用户：peerslist，默认50用户idIp端口BT用户线路协议TCP三次握手在两peer之间建立TCP连接。BT握手消息确认信息的一致性。pstrlenpstrreservedinfo_hashpeer_id检查协议是否一致检查infor_hash是否一致Diffie-Hellman握手协议协商加密密钥（rc4）消息keep-alive:len=0000bitfield:len=0001+Xid=5bitfieldinterested:len=0001id=2notinterested:len=0001id=3BT用户线路协议消息choke:len=0001id=0unchoke:len=0001id=1request:len=0013id=6索引开始长度(请求)piece:len=0009+Xid=7索引开始块（响应）have:len=0005id=4pieceindexcancel:len=0013id=8索引开始长度port:len=0003id=9listen-port（用于DHT）数据交换策略——节点选择排队通常建议用户在每个连接上保持一些未完成的请求。阻塞与最佳畅通策略（3+1模式）随机选择4个instrested用户进行数据上传。阻塞算法：tit-for-tat-ish；每10秒钟，阻塞4个用户中上传速率最小的。最佳畅通：发现是否比当前使用的更好的未使用连接。最佳畅通的用户30秒循环一次最新连接的用户被选中作为最近畅通的可能是其他peer的3倍，这给它们得到一个完成块就上传的机会。数据交换策略——节点选择反冷落当过了1分钟而没有从某个非最佳畅通用户得到一个片断，BitTorrent认为它被那个用户“冷落”了，不上传给那个用户。这会频繁导致超过1个的用户同时变成最佳畅通最后阶段下载接近完成时，最后几块的速度有变慢的趋势。为了加速，客户端向其他所有拥有自己缺少块的用户发送请求。为防止变成无效，客户端在每个块完成后就向其他用户发送一个取消的消息。数据交换策略——片段选择Piece:每个piece由若干个block组成客户端可以随机顺序下载片断。最少片段优先原则首先下载源最少的片断。客户端可以从每个其他用户保存的原始位字段来决定，通过拥有消息来更新。然后，客户端可以下载出现在其他用户位字段中频率最低的片断。分布式P2P系统结构化P2P系统DHT网络的理论基础六度分割理论或小世界理论：你和任何一个陌生人之间所间隔的人不会超过五个，也就是说，最多通过五个中间人你就能够认识任何一个陌生人在IP网络的基础上，构建P2P覆盖网（overlaynetwork）在P2P节点与节点之间建立逻辑联系，确保任意节点之间逻辑联通。在资源与节点之间建立逻辑联系，为资源找到发布节点（资源信息管理节点）ID是基础也是核心ID空间结构化DHTP2P网络给每个节点分配一个唯一的标识符，称为ID。系统中所有ID构成一个欧式距离空间，其满足：基于DHT的结构化P2P系统拓扑基于DHT的结构化P2P系统拓扑基于DHT的结构化P2P系统拓扑半分布式——混合式半分布式——混合式P2P概念模型P2POverlayNetworkSearchpeerJoinP2POverlayNetworkStratumTransportationStratum应用层统一调度层资源管理层节点管理层网络传输服务层TCP/IP参考体系应用层运输层互连层网络接口层应用层统一调度层资源管理层节点管理层网络传输服务层P2P参考模型P2P参考模型与TCP/IP参考体系层次对应关系文件共享视频直播点播即时通信分布式计算分布式存储应用层用户接口用户接口用户接口用户接口用户接口共享文件编码、解码等格式化节目列表、视频块编码、解码等格式化用户标识、通信消息编码、解码格式化空闲CPU时钟表示、计算任务分解、编码等空闲存储单元表示、存储数据编码、加密等统一调度层会话管理会话管理会话管理会话管理会话管理文件搜索、共享组管理和数据交换控制等节目搜索、共享组管理和数据交换控制等用户搜索、共享组管理和消息交换控制等空闲CPU时钟搜索、共享组