Với sự tiến bộ không ngừng của khoa học và kỹ thuật nói chung, đặc biệt trong lĩnh vực công nghệ thông tin, ngày nay mạng máy tính đã phát triển nhanh chóng và đa dạng cả về cấu hình mạng lưới, thiết bị mạng, hệ điều hành và ứng dụng... Vì vậy, những chương trình ứng dụng chạy trên các máy tính đơn lẻ trước đây dần dần được thế chỗ bới những chương trình ứng dụng chạy trên mạng.Khi thông tin được sử dụng chung thì nó nảy sinh nhiều vấn đề cần phải giải quyết như: Đồng bộ dữ liệu trên các nút mạng khác nhau (các Servers, dữ liệu các thiết bị mạng …). Định tuyến và phân luồng truy cập vào các Servers một cách hợp lý và hiệu quả. Chống truy cập bất hợp pháp. …Một trong những vấn đề chính cần phải giải quyết là làm sao phải đảm bảo dữ liệu trên mạng phải thống nhất. Đây cũng là một trong những yêu cầu chính của lĩnh vực lập trình mạng.Nội dung chủ yếu trình bày trong tiểu luận này là giải quyết một vấn đề về lập trình mạng, cụ thể như sau: Sử dụng giải thuật Le Lann để lập trình cho các hệ phân tán gắn bó yếu. Xây dựng hệ thống phân tán với một số server có khả năng phátnhận thông điệp. Xây dựng giải pháp gắn bó yếu trên CSDL. Lập chương trình bằng Java.Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Lê Văn Sơn đã trực tiếp giảng dạy và giúp đỡ tôi hoàn thành tiểu luận này.
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TIỂU LUẬN LẬP TRÌNH MẠNG ĐỀ tài: Áp dụng phương án (thuật toán) Le Lann đảm bảo gắn bó liệu CSDL phân tán Tiểu luận mơn học: Lập trình mạng GVHD: PGS.TS.Lê Văn Sơn Giảng viên hướng dẫn : PGS.TS Lê Văn Sơn Sinh viên thực : Đinh Thị Thiên Anh Đỗ Văn Nhỏ Lớp : Khoa học máy tính Khoá : K11 Đà Nẵng, tháng 03 năm 2010 Học viên thực hiện: Thiên Anh – Văn Nhỏ Trang Tiểu luận môn học: Lập trình mạng GVHD: PGS.TS.Lê Văn Sơn LỜI MỞ ĐẦU Với tiến không ngừng khoa học kỹ thuật nói chung, đặc biệt lĩnh vực cơng nghệ thơng tin, ngày mạng máy tính phát triển nhanh chóng đa dạng cấu hình mạng lưới, thiết bị mạng, hệ điều hành ứng dụng Vì vậy, chương trình ứng dụng chạy máy tính đơn lẻ trước chỗ bới chương trình ứng dụng chạy mạng Khi thông tin sử dụng chung nảy sinh nhiều vấn đề cần phải giải như: • Đồng liệu nút mạng khác (các Servers, liệu thiết bị mạng …) • Định tuyến phân luồng truy cập vào Servers cách hợp lý hiệu • Chống truy cập bất hợp pháp • … Một vấn đề cần phải giải phải đảm bảo liệu mạng phải thống Đây yêu cầu lĩnh vực lập trình mạng Nội dung chủ yếu trình bày tiểu luận giải vấn đề lập trình mạng, cụ thể sau: • Sử dụng giải thuật Le Lann để lập trình cho hệ phân tán gắn bó yếu • Xây dựng hệ thống phân tán với số server có khả phát/nhận thơng điệp • Xây dựng giải pháp gắn bó yếu CSDL • Lập chương trình Java Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Lê Văn Sơn trực tiếp giảng dạy giúp đỡ tơi hồn thành tiểu luận Học viên thực hiện: - Đinh Thị Thiên Anh - Đỗ Văn Nhỏ Học viên thực hiện: Thiên Anh – Văn Nhỏ Trang Tiểu luận mơn học: Lập trình mạng GVHD: PGS.TS.Lê Văn Sơn Giải thuật LeLann để lập trình cho hệ phân tán gắn bó yếu 1.1 Khái niệm gắn bó thơng tin hình thức gắn bó hệ phân tán Để thuận tiện việc mô tả khái niệm gắn bó yếu, trước hết ta định nghĩa gắn bó thơng tin hệ phân tán gì? 1.1.1 Gắn bó thơng tin hệ phân tán Các đối tượng khác hệ thống đối tượng độc lập nhau, chúng quan hệ với tập hợp quan hệ gọi ràng buộc toàn vẹn Các ràng buộc thể sâu sắc đặc tính riêng biệt hệ Trạng thái hệ thoả mãn tập ràng buộc tồn vẹn gọi trạng thái gắn bó Một sở liệu gọi gắn bó, thỏa mãn tập ràng buộc tồn vẹn ngữ nghĩa T Gắn bó Khơng gắn bó Gắn bó Trước cập nhật (thay đổi) Trong cập nhật (thay đổi) Sau cập nhật (thay đổi) Vậy gắn bó yếu gì? 1.1.2 Gắn bó yếu Gắn bó yếu loại gắn bó thông tin Khi thông tin hệ thống nằm rải rác nút mạng khác đồng với thời điểm gắn bó mạnh Ngược lại, thơng tin khơng đồng thời điểm mà đồng theo chu kỳ định (có thể chu kỳ thời gian) gắn bó yếu Tóm Học viên thực hiện: Thiên Anh – Văn Nhỏ Trang Tiểu luận mơn học: Lập trình mạng GVHD: PGS.TS.Lê Văn Sơn lại, với gắn bó yếu, thơng tin khơng cần phải cập nhật tức thời nút mạng hệ thống Ví dụ: việc cập nhật bảng định tuyến Routers hệ thống viễn thơng có số trường hợp khơng cần thiết phải gắn bó mạnh mà cập nhật bảng định tuyến với theo chu kỳ thời gian 1.2 Giải thuật LeLann 1.2.1 Giới thiệu giải thuật LeLann 1.2.1.1Giới thiệu toán: Cho tập hợp gồm nút phần tử mạng kết nối với theo vòng Ring Độ ưu tiên phần tử mạng ban đầu chưa có khơng có phần tử đảm nhận chức điều khiển trung tâm Vấn đề đặt tìm phần tử vịng Ring có độ ưu tiên cao (hoặc thấp nhất) Khơng tính tổng qt, tốn u cầu tìm phần tử có độ ưu tiên cao 1.2.1.2Giải thuật LeLann 1.2.1.2.1 Nội dung giải thuật Giải thuật LeLann yêu cầu tất nút mạng gửi thông điệp, thông điệp mang số ưu tiên (priority) riêng Như vậy, tất nút mạng vòng Ring nhận thông điệp nút khác, sau thực việc xếp nút mạng có số hiệu ưu tiên cao bầu Giả sử rằng, nút mạng biết độ ưu tiên mình, sau bắt đầu khởi tạo gán độ ưu tiên vào thông điệp gửi đi, việc thực chuyển thông điệp theo chiều kim đồng hồ (chiều bên trái nút mạng): Học viên thực hiện: Thiên Anh – Văn Nhỏ Trang Tiểu luận môn học: Lập trình mạng GVHD: PGS.TS.Lê Văn Sơn Nếu độ ưu tiên thông điệp nhận cao độ ưu tiên nó, thơng điệp chuyển tiếp vịng Ring Nếu độ ưu tiên thơng điệp nhận thấp độ ưu tiên nó, khơng chuyển tiếp thơng điệp Nếu độ ưu tiên thơng điệp nhau, độ ưu tiên cao cần tìm vịng Ring Chú ý: giải thuật xác định độ ưu tiên cao mạng Học viên thực hiện: Thiên Anh – Văn Nhỏ Trang Tiểu luận mơn học: Lập trình mạng GVHD: PGS.TS.Lê Văn Sơn LeLann’s Algorithm 1.2.1.2.2 Di chuyển thông điệp (Message Passes) Tổng số thơng điệp di chuyển vịng Ring trường hợp: Trường hợp tốt nhất: n+n-1=2n-1 Trường hợp tồi nhất: Trường hợp trung bình: = 1.3 n(1+ Áp dụng giải thuật LeLann để lập trình cho hệ phân tán gắn bó yếu 1.3.1 Bài tốn: Áp dụng giải thuật LeLann để đồng liệu cho Routers vòng Ring theo chu kỳ thời gian T=30s Học viên thực hiện: Thiên Anh – Văn Nhỏ Trang Tiểu luận mơn học: Lập trình mạng GVHD: PGS.TS.Lê Văn Sơn 1.3.2 Giải thuật: Repeat send(nid); //Gửi thông tin theo chiều kim đồng hồ vòng Ring receive(nid); update(information); //Cập nhật thông tin Delay(30s); //Tạm dừng 30s trước phát/nhận thông điệp Until disconect Học viên thực hiện: Thiên Anh – Văn Nhỏ Trang Tiểu luận mơn học: Lập trình mạng GVHD: PGS.TS.Lê Văn Sơn Xây dựng hệ thống phân tán với số Server có khả phát/nhận thơng điệp 1.4 Bài toán: Xây dựng hệ thống đa server có khả phát/nhận thơng điệp theo hình vẽ Nội dung thông điệp giả sử mang thông tin độ ưu tiên Server, thông điệp phát/nhận theo chiều kim đồng hồ giải thuật LeLann 1.5 Thuật toán: 1.5.1 Xây dựng bảng định tuyến: • Trước tiên ta xây dựng bảng định tuyến để vào bảng này, server chuyển thông điệp mạng theo chiều kim đồng hồ Ví dụ: Server 01 -> Server 02 Server 02 -> Server 03 Server 03 -> Server 04 … Server N-1 -> Server N Server N -> Server 01 • Như vậy, thông điệp phát mạng từ Server(i) đến Server(i+1) Ngược lại, Server(i) nhận gói tin từ Server(i-1) gửi đến Học viên thực hiện: Thiên Anh – Văn Nhỏ Trang Tiểu luận môn học: Lập trình mạng GVHD: PGS.TS.Lê Văn Sơn 1.5.2 Xây dựng thủ tục cho Servers: • Điều kiện ban đầu: Server biết độ ưu tiên mạng lưới • Các Server phát thơng tin độ ưu tiên mình, nhận tin từ Server khác gửi đến thực so sánh, độ ưu tiên lớn khơng chuyển tiếp thông điệp nữa, ngược lại chuyển đến Server 1.5.3 Xây dựng thủ tục phát/nhận thông điệp • Cấu trúc thông điệp: Học viên thực hiện: Thiên Anh – Văn Nhỏ Trang 10 Tiểu luận môn học: Lập trình mạng GVHD: PGS.TS.Lê Văn Sơn • Mỗi Server phát nhận thông điệp, chiều phát/nhận theo bảng định tuyến xây dựng • Nội dung thông điệp độ ưu tiên Server, kết thúc trình cho hệ thống biết Server có độ ưu tiên cao theo giải thuật LeLann Học viên thực hiện: Thiên Anh – Văn Nhỏ Trang 11 Tiểu luận mơn học: Lập trình mạng GVHD: PGS.TS.Lê Văn Sơn Xây dựng giải pháp gắn bó yếu CSDL 1.6 Giới thiệu hệ thống CSDL phân tán Một sở liệu phân tán tập hợp nhiều sở liệu có liên đới logic phân bố mạng máy tính Từ ta định nghĩa: Hệ quản trị sở liệu phân tán (DDMS) hệ thống phần mềm cho phép quản lý sở liệu phân tán làm cho việc phân tán trở nên “vơ hình” người sử dụng Môi trường hệ cở liệu phân tán mơ tả qua hình vẽ sau: Vấn đề đặt để đảm bảo gắn bó yếu hệ thống liệu Hiện có nhiều giải thuật giải vấn đề gắn bó yếu CSDL, tìm hiểu giải thuật phần 1.7 Các thuật toán giải vấn đề gắn bó yếu CSDL 1.7.1 Giải thuật LeLann: Đã trình bày phần Học viên thực hiện: Thiên Anh – Văn Nhỏ Trang 12 Tiểu luận mơn học: Lập trình mạng GVHD: PGS.TS.Lê Văn Sơn 1.7.2 Thuật toán đảm bảo gắn bó yếu nhờ dấu Đóng dấu hành vi gán giá trị nguyên cho thông điệp nhằm ghi nhận thời điểm truyền sở tham chiếu đồng hồ logic Theo yêu cầu phát cho tập hợp trạm Trên trạm, tồn tiến trình server đảm nhận nhiệm vụ tiếp nhận yêu cầu theo trật tự dấu Điều cho phép có gắn bó yếu khác Các giao dịch cần khả đọc, ghi hay cập nhật Cập nhật xác định dãy thao tác đọc ghi, thao tác kiểm tra đọc tức trạng thái hành Mỗi server tiếp nhận yêu cầu ghi đến từ trạm cục thời điểm cho trước Nó tiếp nhận u cầu tính tốn sở dấu theo tiêu chí lâu Việc xác định yêu cầu không tiến hành tức khắc ngun ta khơng thể biết chắn u cầu lâu Yêu cầu lâu truyền đường Tính khơng chắn xuất có điều kiện với giả thiết hệ viễn thông Khi trạm i truyền qua thông điệp cho trạm j, trật tự nhận thông điệp j hoàn toàn giống với trật tự nhận thông điệp phát Giả thiết kiểm tra mạng thông thường Việc xác định yêu cầu cần xử lý trạm hồn tồn Có hai trường hợp cần xem xét: • Tập hợp yêu cầu ghi chờ chứa yêu cầu từ tất trạm khác Trong trường hợp này, yêu cầu qua, chúng tồn tại, so với yêu cầu qua Nói cách khác, u cầu lâu yêu cầu chờ • Tồn trạm mà khơng có u cầu truyền đến Ta đưa đến trường hợp trước cách truyền cho tất trạm thông điệp yêu cầu bắt buộc phải xác nhận Do vậy, sau khoảng thời gian, theo giả thiết độ ổn định, ta nhận yêu cầu qua, trả lời cho thông điệp yêu cầu Lúc này, ta có thơng điệp đến từ tất trạm 1.7.3 Thuật toán đảm bảo gắn bó yếu nhờ tuần hồn Ở thuật toán này, ta xem trạm lắp đặt vòng tròn theo chiều định gọi vòng tròn ảo Mỗi trạm liên hệ với trạm gần với Học viên thực hiện: Thiên Anh – Văn Nhỏ Trang 13 Tiểu luận mơn học: Lập trình mạng GVHD: PGS.TS.Lê Văn Sơn trạm bên trái (succ) trạm bên phải (pred) Trước phát yêu cầu trạm cần phải kết hợp với số thứ tự cấp từ tuần hoàn Các yêu cầu tiếp nhận trạm theo trật tự thống Điều giúp ta có gắn bó yếu Bộ cung cấp cho yêu cầu số tới chưa dùng, giả sử T Khi đến phiên trạm nhận tuần tự, yêu cầu số lượng n số số lượng yêu cầu cập nhật chờ trạm Các số là: T, T+1, …, T+n-1 Nó tiếp tục chuyển cho trạm kề liền sau số tới chưa dùng đến T+n Khi trạm có số, phát yêu cầu cập nhật với số Trên trạm, cập nhật thực cách tiếp nhận yêu cầu số liên tiếp (theo trật tự) Để xác định yêu cầu đến cần phải xử lý, trạm trì biến chứa số V phối hợp với yêu cầu xử lý cuối Các yêu cầu mang số lớn V+1 lưu trữ chờ xử lý yêu cầu V+1 Một trạm rút lượng số cần phải sử dụng hết đến lượt tiếp nhận không trạm khác phải chờ 1.8 Bài tốn gắn bó yếu CSDL 1.8.1 Phát biểu toán Giả sử hệ thống mạng viễn thơng có thiết bị định tuyến (router), thiết bị ban đầu chứa bảng (dữ liệu) định tuyến Lúc bảng định tuyến chứa địa mạng phần tử kế nối trực tiếp (connected) với Học viên thực hiện: Thiên Anh – Văn Nhỏ Trang 14 Tiểu luận môn học: Lập trình mạng GVHD: PGS.TS.Lê Văn Sơn Để tất phần tử mạng liên lạc với nhau, bảng định tuyến router phải cập nhật liên tục Bài toán đặt xây dựng chương trình mơ việc cập nhật liệu bảng định tuyến router, cụ thể sau: Dữ liệu đầu vào: thông tin bảng định tuyến router lưu file connected routerX.txt Trên router có mạng sau: 192.168.1.0/30, 192.168.1.4/30, 192.168.1.8/30 Trên router có mạng sau: 192.168.1.24/30, 192.168.1.28/30 Trên router có mạng sau: 192.168.1.12/30, 192.168.1.16/30, 192.168.1.18/30 Dữ liệu đầu ra: thông tin định tuyến sau router trao đổi thông tin với lưu file: routing table.txt Học viên thực hiện: Thiên Anh – Văn Nhỏ Trang 15 Tiểu luận mơn học: Lập trình mạng GVHD: PGS.TS.Lê Văn Sơn 1.8.2 Giải toán 1.8.2.1Thuật toán: Áp dụng giải thuật LeLann, thủ tục xây dựng cho Server gửi/nhận thông điệp xây dựng phần • Một router gửi thơng tin định tuyến có gửi cho router kế vịng Ring Thơng tin định tuyến đọc từ file connected routerX.txt routing table.txt • Sau nhận thông tin định tuyến, router nhận ghi kết lên file routing table.txt tiếp tục chuyển (forward) đến router theo thứ tự 1.8.2.2Kết quả: • Sau số bước gửi/nhận thơng tin, tồn router hệ thống mạng có thơng tin định tuyến hồn chỉnh Học viên thực hiện: Thiên Anh – Văn Nhỏ Trang 16 Tiểu luận môn học: Lập trình mạng GVHD: PGS.TS.Lê Văn Sơn KẾT LUẬN Đánh giá Qua đề tài tiểu luận, nghiên cứu nắm bắt nhiều kiến thức lập trình mạng ngơn ngữ Java Chương trình ứng dụng xây dựng đạt mục tiêu tốn đặt Hướng phát triển chương trình Lĩnh vực lập trình mạng lĩnh vực khó phức tạp Vì vậy, nghiên cứu tiểu luận lý thuyết chương trình cịn nhiều điểm cần phải chỉnh sửa để hoàn thiện Cụ thể, chương trình cần sửa đổi bổ sung thêm số tính sau: • Xử lý có cố xảy mạng • Xử lý chọn lọc thông tin trước gửi để tối ưu mặt đường truyền Học viên thực hiện: Thiên Anh – Văn Nhỏ Trang 17 Tiểu luận môn học: Lập trình mạng GVHD: PGS.TS.Lê Văn Sơn Tài liệu tham khảo [1] Hệ tin học phân tán – TS Lê Văn Sơn, Nhà xuất Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh [2] Java lập trình mạng – Nguyễn Phương Lan, Hoàng Đức Hải, Nhà xuất lao động – xã hội [3] Java™ 2:The Complete Reference, Fifth Edition [4] Internet: Lê Văn Sơn Trường Đại họcc Sư phạm – Đại học Đà Nẵng, nghiên cứu phát triển giải thuật quản lý nhiều cho ứng dụng phức tạp (researching to develop algorithm managing multicopies for complicated applications) [5] Internet: LeLann’s algorithm Học viên thực hiện: Thiên Anh – Văn Nhỏ Trang 18 Tiểu luận môn học: Lập trình mạng GVHD: PGS.TS.Lê Văn Sơn Mục lục ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG .1 TIỂU LUẬN LẬP TRÌNH MẠNG Giải thuật LeLann để lập trình cho hệ phân tán gắn bó yếu Xây dựng hệ thống phân tán với số Server có khả phát/nhận thơng điệp .9 Xây dựng giải pháp gắn bó yếu CSDL 12 KẾT LUẬN 17 Học viên thực hiện: Thiên Anh – Văn Nhỏ Trang 19 ... để lập trình cho hệ phân tán gắn bó yếu 1.1 Khái niệm gắn bó thơng tin hình thức gắn bó hệ phân tán Để thuận tiện việc mô tả khái niệm gắn bó yếu, trước hết ta định nghĩa gắn bó thơng tin hệ phân. .. giải thuật Le Lann để lập trình cho hệ phân tán gắn bó yếu • Xây dựng hệ thống phân tán với số server có khả phát/nhận thơng điệp • Xây dựng giải pháp gắn bó yếu CSDL • Lập chương trình Java... nhất: Trường hợp trung bình: = 1.3 n(1+ Áp dụng giải thuật LeLann để lập trình cho hệ phân tán gắn bó yếu 1.3.1 Bài tốn: Áp dụng giải thuật LeLann để đồng liệu cho Routers vòng Ring theo chu kỳ