P2P網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)踐應(yīng)用探究

摘 ?要：運(yùn)用P2P技術(shù)的信息系統(tǒng)往往能夠?qū)崿F(xiàn)信息和服務(wù)的共享和管理，具有各個(gè)客戶端能夠相互協(xié)作，可以建立互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的基層結(jié)構(gòu)等優(yōu)勢。對P2P技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息和服務(wù)的共享和管理及其網(wǎng)絡(luò)的基層結(jié)構(gòu)等優(yōu)勢進(jìn)行了研究，分析P2P技術(shù)的基本原理和特點(diǎn)后，提出了基于P2P技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)中的合理應(yīng)用方法，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于P2P技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：P2P網(wǎng)絡(luò);C/S結(jié)構(gòu);教學(xué)系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP393.2 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2020）12-0081-04

Abstract：Information systems using P2P technology can often achieve the sharing and management of information and services，and have the advantages that each client can collaborate with each other and can establish a basic structure of the internet. After studying the advantages of P2P technology to realize the sharing and management of information and services and the basic structure of the network，after analyzing the basic principles and characteristics of P2P technology，this paper proposes a reasonable application method based on P2P technology in network teaching system，and designs a network teaching system based on P2P technology.

Keywords：P2P network;C/S structure;teaching system

0 ?引 ?言

目前，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展以及國家對職業(yè)院校教育的大力支持，職業(yè)院校尤其是高職院校正在嘗試開設(shè)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)課程，因此，根據(jù)高職院校自身的需求，建立一個(gè)既滿足其教學(xué)需要又能利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)施，實(shí)現(xiàn)促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)課程管理、提高教學(xué)質(zhì)量、方便師生交流等的網(wǎng)上教學(xué)系統(tǒng)顯得十分的必要。特別是新冠疫情以來，利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)在線教學(xué)更成為各高校緊迫面臨的課題，受到高校師生的高度關(guān)注。為了進(jìn)一步提升我院信息化教學(xué)的水平，適應(yīng)當(dāng)前疫情防控長期化的需要，本文探究基于P2P技術(shù)平臺(tái)的高效實(shí)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的實(shí)施路徑。

1 ?P2P技術(shù)

P2P技術(shù)我們其實(shí)并不陌生，如今當(dāng)大家在使用QQ、MSN等實(shí)時(shí)聊天工具時(shí)，均可以體驗(yàn)到P2P技術(shù)提供的便捷。高速發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使人們相互之間的溝通和交流顯得格外及時(shí)和方便，而溝通交流方式的變革成為互聯(lián)網(wǎng)里程碑的標(biāo)識(shí)。P2P技術(shù)已成熟應(yīng)用于當(dāng)今的社會(huì)活動(dòng)中，P2P即Peer to Peer，也就是點(diǎn)對點(diǎn)，在互聯(lián)網(wǎng)中，單個(gè)客戶端就能稱作一個(gè)點(diǎn)，例如一臺(tái)計(jì)算機(jī)。傳統(tǒng)服務(wù)器模式的下載方式都是HTTP或者FTP，即用戶從服務(wù)器上下載，這無疑受到服務(wù)器容量、處理能力和網(wǎng)絡(luò)帶寬的影響和限制。當(dāng)前BT下載就不需要存儲(chǔ)整個(gè)文件到服務(wù)器中了，甚至服務(wù)器只需要存儲(chǔ)一個(gè)BT種子文件，用戶可以從其他客戶端下載數(shù)據(jù)，該方式類似于一張錯(cuò)綜復(fù)雜的網(wǎng)，充分利用互聯(lián)網(wǎng)資源共享的特點(diǎn)，為服務(wù)器去除了繁重的負(fù)擔(dān)，這也就是目前主流的分布式計(jì)算。純P2P模式?jīng)]有客戶端和服務(wù)器之分，各臺(tái)計(jì)算機(jī)既充當(dāng)了客戶端的角色又充當(dāng)了服務(wù)器的角色，兩者節(jié)點(diǎn)級別相同，這與傳統(tǒng)的C/S模式有著天壤之別。圖1為P2P結(jié)構(gòu)和C/S結(jié)構(gòu)對比示意圖，充分體現(xiàn)了P2P結(jié)構(gòu)交流的方便性，運(yùn)用P2P技術(shù)的信息系統(tǒng)往往能夠?qū)崿F(xiàn)信息和服務(wù)的共享和管理、各個(gè)客戶端相互協(xié)作、可建立互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的基層結(jié)構(gòu)等優(yōu)勢。

2 ?P2P網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢

與傳統(tǒng)中心化結(jié)構(gòu)相比，P2P技術(shù)具有以下幾個(gè)方面優(yōu)勢。

2.1 ?非中心化

與傳統(tǒng)C/S模式不同的是，P2P技術(shù)網(wǎng)絡(luò)中的資源和服務(wù)均分散在各個(gè)節(jié)點(diǎn)上，節(jié)點(diǎn)相互之間的傳輸和服務(wù)均不需要通過額外的服務(wù)器和其他環(huán)節(jié)，而是直接進(jìn)行的，從根本上解決了C/S模式系統(tǒng)受限于服務(wù)器承載能力的問題。

2.2 ?健壯性

P2P技術(shù)采用分布式原理，端點(diǎn)之間的交互被分散在不同的節(jié)點(diǎn)上，其耐攻擊性和系統(tǒng)容錯(cuò)性較強(qiáng)，即使部分網(wǎng)絡(luò)被攻擊破壞時(shí)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｊ浇Y(jié)構(gòu)會(huì)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，保證了整體上相關(guān)節(jié)點(diǎn)的連通性，不會(huì)影響到其他網(wǎng)絡(luò)的正常使用。P2P網(wǎng)絡(luò)體系是全動(dòng)態(tài)的，能夠進(jìn)一步提高系統(tǒng)自身對網(wǎng)絡(luò)負(fù)載、節(jié)點(diǎn)數(shù)以及帶寬等方面的變化的調(diào)整適應(yīng)能力。

2.3 ?可擴(kuò)展性

P2P技術(shù)的全分布的體系結(jié)構(gòu)使系統(tǒng)不用擔(dān)心瓶頸的問題，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)地位平等，能夠被視為無限擴(kuò)展。隨著系統(tǒng)用戶的增加，系統(tǒng)整體資源和服務(wù)也同時(shí)增加，使得系統(tǒng)始終能夠滿足新增加的服務(wù)需求。

2.4 ?負(fù)載均衡

P2P結(jié)構(gòu)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)既是作為客戶端使用，又是作為服務(wù)器使用，節(jié)點(diǎn)間的交互通信直接進(jìn)行，相比傳統(tǒng)C/S結(jié)構(gòu)，大幅降低了對服務(wù)器的計(jì)算處理、儲(chǔ)存能力的要求，而且資源分散分布在各個(gè)節(jié)點(diǎn)，使得整體系統(tǒng)能夠輕易實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。

2.5 ?隱私保護(hù)

因?yàn)镻2P結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)間的交互通信均是直接進(jìn)行的，無須集中經(jīng)過某個(gè)特定的服務(wù)器，也不用對交互信息內(nèi)容進(jìn)行驗(yàn)證，使得各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的用戶被竊聽或被泄露的概率較小，保證了用戶隱私信息的安全性。

2.6 ?性價(jià)比高

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計(jì)算機(jī)硬件的不斷發(fā)展和成熟，讓PC的處理、計(jì)算、儲(chǔ)存以及網(wǎng)絡(luò)帶寬都依照摩爾定律飛速發(fā)展，P2P結(jié)構(gòu)將資源和服務(wù)分散分布在各個(gè)節(jié)點(diǎn)上，最大化地利用了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)資源，使得P2P具有絕對的性能優(yōu)勢，受到廣泛關(guān)注。

3 ?P2P技術(shù)的應(yīng)用

針對純P2P技術(shù)系統(tǒng)而言，其應(yīng)該完全貫徹對等協(xié)議，不存在客戶端和服務(wù)器的概念之分，然而現(xiàn)實(shí)生活中純P2P技術(shù)系統(tǒng)是十分少見的，大部分基于P2P技術(shù)開發(fā)的系統(tǒng)也會(huì)相應(yīng)包括和依賴類似于DNS等的相關(guān)不對等單元，而且實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)中也采用了多種協(xié)議，包括讓節(jié)點(diǎn)分時(shí)作為客戶端或服務(wù)器（有時(shí)候作為客戶端，有時(shí)候作為服務(wù)器）、讓節(jié)點(diǎn)作為客戶端、讓節(jié)點(diǎn)作為服務(wù)器、節(jié)點(diǎn)同時(shí)作為客戶端和服務(wù)器等協(xié)議。實(shí)際應(yīng)用中，像FidoNet和Usenet這種完全分散的對等網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)應(yīng)用了較長時(shí)間。

大部分基于P2P技術(shù)的系統(tǒng)都采用具有超級節(jié)點(diǎn)充當(dāng)局部服務(wù)器，每個(gè)超級節(jié)點(diǎn)又星狀連接著各類客戶節(jié)點(diǎn)。上世紀(jì)末，在即時(shí)通訊流行前，sun公司就添加相關(guān)類到Java應(yīng)用中，使得系統(tǒng)編程人員可以開發(fā)分散的實(shí)時(shí)聊天應(yīng)用，促進(jìn)了對等網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的發(fā)展，但是現(xiàn)在這個(gè)工作主要由JXTA工程負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)前，P2P技術(shù)的應(yīng)用主要由以下幾個(gè)方面組成。

3.1 ?資源共享

互聯(lián)網(wǎng)兩臺(tái)計(jì)算機(jī)間的資源共享是P2P技術(shù)出現(xiàn)的最早形式，且基于P2P技術(shù)的資源共享可直接進(jìn)行，無須經(jīng)過任何一臺(tái)核心服務(wù)器。

3.2 ?分布計(jì)算

P2P系統(tǒng)通過協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)中計(jì)算機(jī)共同完成某個(gè)計(jì)算任務(wù)就稱為分布計(jì)算，有時(shí)候也被叫作網(wǎng)絡(luò)計(jì)算。圖2為簡單的分布式計(jì)算網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，如圖所示，當(dāng)需要進(jìn)行某個(gè)計(jì)算任務(wù)時(shí)，Popular Power負(fù)責(zé)分配計(jì)算任務(wù)到各個(gè)節(jié)點(diǎn)PC機(jī)，各PC機(jī)返回計(jì)算結(jié)果再經(jīng)過集成和計(jì)算處理即完成該次計(jì)算任務(wù)。

3.3 ?協(xié)同工作

現(xiàn)代企業(yè)辦公的細(xì)化讓企業(yè)員工的工作趨向于區(qū)域化，為企業(yè)員工和客戶提供便捷的信息共享和工作協(xié)作工具也就顯得尤為重要?；ヂ?lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展讓企業(yè)員工辦公間的關(guān)系更加緊密，但是如果按照傳統(tǒng)的核心服務(wù)器模式實(shí)現(xiàn)辦公系統(tǒng)，對服務(wù)器具有較高要求的同時(shí)還會(huì)造成一定網(wǎng)絡(luò)堵塞或者服務(wù)器瓶頸問題，并不能為企業(yè)辦公的便捷和高效提供幫助，而P2P技術(shù)能夠很好地從實(shí)質(zhì)上解決辦公協(xié)同問題。

3.4 ?深度搜索工具

基于P2P技術(shù)的應(yīng)用系統(tǒng)能夠快速對資料文檔進(jìn)行深度搜索，而且這種搜索不受制于文檔格式和宿主設(shè)備，同時(shí)搜索無須通過其他服務(wù)器進(jìn)行驗(yàn)證核查，大大加快了搜索效率和質(zhì)量，可用來開發(fā)大規(guī)模搜索工具。

4 ?P2P技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文根據(jù)筆者教學(xué)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)和開發(fā)一個(gè)基于P2P技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)，為教師與學(xué)生提供一個(gè)Internet的教學(xué)平臺(tái)，在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)教師在線上課、講解、演示等主要功能。同時(shí)，通過P2P技術(shù)實(shí)現(xiàn)教學(xué)信息資源、教學(xué)課件等文件的在線共享，充分提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用效率，減少傳統(tǒng)服務(wù)器模式中核心服務(wù)器的負(fù)擔(dān)，避免受限于核心服務(wù)器的問題，提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的擴(kuò)展性，讓師生的教、學(xué)不再需要局限在傳統(tǒng)的固定時(shí)間集中在某個(gè)地點(diǎn)的真實(shí)課堂方式，提高師生教學(xué)質(zhì)量。

總體上說，本文網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的研發(fā)最終目的是通過采用先進(jìn)的現(xiàn)代化教學(xué)理念和方式，合理安排教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)進(jìn)程，達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量和品質(zhì)的目的;通過文字、圖片、音視頻等多種形式文件，豐富教學(xué)資源和內(nèi)容;構(gòu)建良好的教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)的友好環(huán)境，培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需求的人才。一般情況下，課程設(shè)置包括公共基礎(chǔ)課和學(xué)生自學(xué)課，公共課面向所有學(xué)生，人數(shù)多、內(nèi)容單一，適合一起教學(xué)，自學(xué)課可根據(jù)學(xué)生各取其需，同時(shí)教師和學(xué)生之間能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)溝通交流、學(xué)術(shù)探討、在線答疑等。教學(xué)系統(tǒng)主要包括用戶管理、在線課堂、在線答疑、作業(yè)管理、資源共享、在線考試以及視頻點(diǎn)播功能，如圖3所示。

4.1 ?用戶管理功能

系統(tǒng)管理員具有系統(tǒng)最高權(quán)限，可對系統(tǒng)用戶賬號(hào)進(jìn)行管理和權(quán)限分配，還能夠合理設(shè)置教學(xué)過程需求，并及時(shí)維護(hù)和操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

4.2 ?在線課堂功能

教師通過此功能能夠在線制作教學(xué)課件，并建立教師個(gè)人的課件庫;學(xué)生通過此功能能夠根據(jù)自身興趣和需求對合適的在線課程進(jìn)行選擇。

4.3 ?在線答疑功能

學(xué)生通過此功能能夠?qū)⒆约涸趯W(xué)習(xí)過程中遇到的問題、疑惑與教師進(jìn)行交流溝通，也可以向教師留言，提出自己的問題，等待教師答復(fù);教師則通過此功能能夠根據(jù)學(xué)生留言提交的問題針對性地進(jìn)行答復(fù)，也能夠與學(xué)生進(jìn)行在線溝通，為學(xué)生遇到的問題進(jìn)行講解和解釋。

4.4 ?作業(yè)管理功能

學(xué)生通過此功能能夠在線提交所完成的作業(yè)，既能夠統(tǒng)一管理自己的作業(yè)，又可以統(tǒng)一作業(yè)形式;教師通過此功能能夠?qū)W(xué)生提交的作業(yè)進(jìn)行在線批改，還能匯總作業(yè)完成情況。

4.5 ?資源共享功能

教師和學(xué)生都能夠通過此功能獲取自己想要的資料，受益更多的尤其是學(xué)生，通過該功能能夠下載各種教學(xué)資料和各類信息文件，有利于開闊學(xué)生視野，及時(shí)了解就業(yè)前景和知識(shí)需要，有利于提前進(jìn)行規(guī)劃和安排。

4.6 ?在線考試功能

考試是教學(xué)過程中必不可少的環(huán)節(jié)之一，作為教師考查學(xué)生學(xué)習(xí)成果的主要方式，本系統(tǒng)的在線考試功能應(yīng)該涵蓋學(xué)生在線考試答題、教師在線批閱試卷和管理題庫等功能。此功能應(yīng)當(dāng)應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)庫的在線實(shí)時(shí)系統(tǒng)，為教師對學(xué)生的考試內(nèi)容和考試成績進(jìn)行分析和統(tǒng)計(jì)工作提供便利，方便了教師的試卷分析工作，也減少了教師對考試情況統(tǒng)計(jì)的工作量，提高了閱卷和考試分析工作效率。

4.7 ?視頻點(diǎn)播功能

教師和學(xué)生能夠通過這個(gè)功能實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)操作的互動(dòng)，他們能夠任何時(shí)間點(diǎn)播自身想要觀看的內(nèi)容。

5 ?系統(tǒng)功能優(yōu)勢

通常情況下，信息系統(tǒng)的性能需求是基于空間和時(shí)間資源有限的條件下，充分考慮系統(tǒng)是否能夠高效地完成系統(tǒng)相應(yīng)功能需求。系統(tǒng)性能需求包含執(zhí)行效率、穩(wěn)定可靠性、安全性、兼容性、可擴(kuò)展性、可維護(hù)性、技術(shù)先進(jìn)性等方面。

5.1 ?執(zhí)行效率

基于相關(guān)實(shí)踐需求，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該結(jié)合相應(yīng)理論指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)合理清晰的效果，系統(tǒng)界面簡單、導(dǎo)航菜單清晰明確，系統(tǒng)操作簡單方便。

5.2 ?穩(wěn)定可靠性

穩(wěn)定可靠性是一個(gè)信息系統(tǒng)基本的要求之一，考慮到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)易出現(xiàn)學(xué)生同時(shí)訪問量大，導(dǎo)致系統(tǒng)堵塞的問題，因此應(yīng)該充分考慮服務(wù)器響應(yīng)速率，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性顯得尤其重要。

5.3 ?安全性

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)牽涉到教師、學(xué)生基本信息，教學(xué)資料等信息，系統(tǒng)安全性尤為重要，這也是信息系統(tǒng)基本要求之一。因此應(yīng)該采用適當(dāng)?shù)陌踩Ｗo(hù)措施，以防止系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)信息受到破壞。

5.4 ?兼容性和可擴(kuò)展性

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)涉及的教學(xué)科目眾多，課程種類也很多，系統(tǒng)用戶個(gè)人喜好差異也很大，這些問題對系統(tǒng)的兼容性提出了較高的要求。同時(shí)，隨著系統(tǒng)用戶的增多，系統(tǒng)承受負(fù)載增大，這就對系統(tǒng)的可擴(kuò)展性能提出了相應(yīng)要求。前文在第1部分中已經(jīng)詳細(xì)介紹，P2P技術(shù)本身具有得天獨(dú)厚的兼容性優(yōu)勢和可擴(kuò)展優(yōu)勢，可較好地滿足系統(tǒng)的復(fù)雜性、兼容性和可擴(kuò)展性需求。

5.5 ?系統(tǒng)可維護(hù)性

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)儲(chǔ)存了教師教學(xué)以及學(xué)生學(xué)習(xí)的相關(guān)課件資料，關(guān)系到教師教學(xué)任務(wù)的進(jìn)度，為了防止系統(tǒng)的故障影響到教師教學(xué)任務(wù)的正常進(jìn)行，系統(tǒng)應(yīng)該具備良好的可維護(hù)性，一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，便于管理員對系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)。

5.6 ?系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)性

考慮到日后系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境的發(fā)展需求，系統(tǒng)開發(fā)時(shí)理應(yīng)采用較為先進(jìn)的主流編程技術(shù)，以滿足日后教學(xué)系統(tǒng)的發(fā)展。

6 ?結(jié) ?論

運(yùn)用P2P技術(shù)，設(shè)計(jì)一個(gè)具備用戶管理模塊、網(wǎng)絡(luò)課堂功能、討論組、作業(yè)管理、網(wǎng)絡(luò)答疑、考試子系統(tǒng)、資源共享、視頻點(diǎn)播等功能的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)，通過分析和設(shè)計(jì)相關(guān)函數(shù)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的文字通信、音視頻通信以及遠(yuǎn)程控制等功能，可一定程度上有效解決網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)當(dāng)前存在的沖突和矛盾。

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作者簡介：孫敬（1991.04—），女，漢族，河南鄭州人，教師，碩士，研究方向：計(jì)算機(jī)技術(shù)。