CN112738240B - 一种大规模分布式网络数据传输和协同的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种大规模分布式网络数据传输和协同的方法，其中，包括：群组通信采用发送订阅模式，对于订阅同一个主题的订阅者作为一个组员都放到同一个群组内；群组管理员负责管理群组守护进程维护的所有群组；进行群组集群中的主群组守护进程的选择；每一个群组有任意多个组员，当一个组员要加入某一个群组的时候，新的组员给群组守护进程发送加入群组的消息，并通过状态迁移的过程来达到和其他组员一致的状态；当某一个组员希望退出群组的时候，该某一个组员发送离开群组的消息给群组守护进程；当一个组员崩溃后，组员连接的代理通过扫描崩溃组员连接的订阅列表中的主题，帮助崩溃的应用程序发送离开群组的消息给群组守护进程。

Description

一种大规模分布式网络数据传输和协同的方法
技术领域
本发明属于网络安全技术领域，特别是一种网络应用层安全防护系统。
背景技术
随着网络的发展和数据的骤增，传统的信息处理技术已难以实现有效支撑，新技术出现让信息技术体系发生了颠覆性的变革，从“集中式的传统信息技术体系”演变成为如今的“分布式的新型信息技术体系”，软件架构也得到了重塑，从“区域集中式网络架构”变成“广域分布式网络架构”。越来越多的企业认识到，要继续下一步发展，必须要解决网络联通和数据融合的关键技术瓶颈，必须要实现多中心、多层级、多区域之间网络的完全贯通，以及让数据真正融合产生智能，为业务智能化提供支撑，目前主流的技术都是采用通过消息中间件(RocketMq、RabbitMq、Kafaka等)、分布式协同软件(ZooKeeper)及其他软件来支持大规模分布式应用系统各组成部分之间底层网络数据传输和广域分布式协同。
窄带宽传输具有带宽窄、网络不稳定、每次发送字节有限等特点，弱连接网络传输具有丢包率高、链路状态不稳定和传输时延大等特点，分布式系统部署的边缘端常常存在窄带宽弱连接的网络情况出现，边端的数据通过主流消息中间件实现跨网跨域的数据传输时，数据通信的可靠性、稳定性和传输数据的高效性、一致性、完整性会出现问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种网络应用层安全防护系统，用于解决上述现有技术的问题。
本发明一种大规模分布式网络数据传输和协同的方法，其中，包括：群组通信采用发送订阅模式，对于订阅同一个主题的订阅者作为一个组员都放到同一个群组内；群组管理员负责管理群组守护进程维护的所有群组；进行群组集群中的主群组守护进程的选择；每一个群组有任意多个组员，当一个组员要加入某一个群组的时候，新的组员给群组守护进程发送加入群组的消息，并通过状态迁移的过程来达到和其他组员一致的状态；当某一个组员希望退出群组的时候，该某一个组员发送离开群组的消息给群组守护进程；当一个组员崩溃后，组员连接的代理通过扫描崩溃组员连接的订阅列表中的主题，帮助崩溃的应用程序发送离开群组的消息给群组守护进程；群组守护进程负责管理群组中的组员列表，一旦群组被创建，其中有一个组员称之为协调者，在这个群组中级别最高，协调者会定期向所有其他的成员发送心跳信息并同步主题信息，其他成员同时会响应该心跳消息并更新消息数据，维持整个群组消息的有序；如果协调者在一段时间内，没有接收到其他某个成员的回应消息，那么协调者认为对应的组员已经死亡，重新触发更新群组信息；每个组员会定期向主群组守护进程发送Ping消息，群组守护进程会响应该Ping消息，如果某个组员连续多次无法得到对应群组守护进程的回应消息，则认为自身已经离开组；配置群组守护进程被动检查成员的心跳信息，如果开启对应开关，则群组守护进程会定期检查组员心跳信息，如果在超时时间内还未收到对应的心跳，则认为对应的组员已死，触发重新更新群组和组员信息。
根据本发明所述的大规模分布式网络数据传输和协同的方法的一实施例，其特征在于，使用群组通信来把消息广播给同一个组里的所有成员，广播的消息选择先进先出顺序，当任意组员发生故障时，群组通信功能会保证消息会被发送给所有的组员或者完全不会发送给任意一个组员，使用群组通信来实现状态机的复制。
根据本发明所述的大规模分布式网络数据传输和协同的方法的一实施例，其特征在于，通过群组守护进程配置成集群模式，集群模式使用集群一致性算法来实现。
根据本发明所述的大规模分布式网络数据传输和协同的方法的一实施例，其特征在于，在集群模式下，所有群组守护进程都会向其他副本发送心跳信息；对一个群组守护进程而言，如果在一定时间内，没有收到其他群组守护进程副本的心跳，则认为对应的副本已经不存在；如果群组守护进程不存在，则将按照集群一致性算法算法的机制进行新的主群组守护进程的选举。
根据本发明所述的大规模分布式网络数据传输和协同的方法的一实施例，其特征在于，通过集群一致性算法，进行群组集群中的主群组守护进程的选择。
根据本发明所述的大规模分布式网络数据传输和协同的方法的一实施例，其特征在于，通过群组守护进程控制器对群组管理员进行控制，实现对群组以及组员的增删。
根据本发明所述的大规模分布式网络数据传输和协同的方法的一实施例，其特征在于，通过心跳探测器对集群中其他群组守护进程发送心跳信息。
根据本发明所述的大规模分布式网络数据传输和协同的方法的一实施例，其特征在于，在集群模式下，主群组守护进程会定期向其他副本发送刷新消息，从而达到数据同步的目的。
根据本发明所述的大规模分布式网络数据传输和协同的方法的一实施例，其特征在于，消息发送者把消息放到消息队列里，消息接收者从消息队列中取消息，实现数据的传输，消息发布和订阅都是基于消息主题。
根据本发明所述的大规模分布式网络数据传输和协同的方法的一实施例，其特征在于，数据传输流程包括：消息发布者将消息发布到指定的主题下；消息队列开始建对应主题的群组；群组把消息订阅者作为新组员加入；按照消息队列订阅规则，将消息投递到相应的群组，每个主题被多个组员同时进行消费，各消费者之间相互无干扰。
通过群组模式的通信模式，可以实现大规模分布式应用系统各组成部分之间的底层网络数据传输和广域分布式协同，能够保证在复杂网络环境下数据传输的高性能和高可靠性，支持在分布式环境下各软件模块之间的复杂事件驱动、处理以及协同机制。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
为了保障窄带宽、弱连接网络环境下的数据可靠传输，本发明提出了一种基于群组通信模式的消息中间件，在这种模式下，在因分布式应用的个别终端断电、被击毁等退出群组时，只要群组中有组员已经收到数据，就能保证群组中其他成员能按照正确的顺序收到数据，从而达到在网络非常脆弱的情况下也可以保证数据传输的可靠性、有序性和一致性，实现应用的可靠数据送到和状态接收。
群组通信主要依赖于群组守护进程提供相应的服务，群组通信被专门设计用于开发可靠的分布式应用程序。
群组通信采用发送订阅模式，对于订阅同一个主题(Topic)的订阅者作为一个组员都放到同一个群组内。
群组管理员负责管理群组守护进程维护的所有群组；
集群一致性算法负责群组集群中的主群组守护进程的选择；
群组守护进程控制器对群组管理员进行控制，实现对群组、组员的增删；
心跳探测器负责对集群中其他群组守护进程发送心跳信息。
每一个群组可以有任意多个组员。当一个组员要加入某一个群组的时候，新的组员给群组守护进程发送加入群组的消息，并通过状态迁移的过程来达到和其他组员一致的状态。当某一个组员希望退出群组的时候，这个组员会发送离开群组的消息给群组守护进程。当一个组员崩溃后，组员连接的代理可以通过扫描此组员连接的订阅列表中的主题，帮助崩溃的应用程序发送离开群组的消息给群组守护进程。在每一个群组中。
群组守护进程负责管理群组中的组员列表，一旦群组被创建，其中有一个组员比较特殊，称之为协调者(Coordinator)，在这个群组中级别最高，协调者会定期向所有其他的成员发送心跳信息并同步主题(Topic)信息，其他成员同时会响应该心跳消息并更新消息数据，维持整个群组消息的有序。。如果协调者在一段时间内，没有接收到其他某个成员的回应消息，那么协调者将会认为对应的组员已经死亡，将会重新触发更新群组信息。
同样，每个组员都会定期向主群组守护进程进程发送Ping消息，该通讯也是基于代理的消息通信，同时群组守护进程会响应该Ping消息，如果某个组员连续多次无法得到对应群组守护进程的回应消息，则它自己认为自身已经离开组。这个流程和上面的逻辑配合，共同维护着活着的和未活着的组员的状态信息和主题(Topic)信息。在上述逻辑基础上，可以配置群组守护进程被动检查成员的心跳信息，如果开启对应开关，则群组守护进程会定期检查组员心跳信息，如果在超时时间内还未收到对应的心跳，则认为对应的组员已死，会触发重新更新群组和组员信息。
应用程序可以使用群组通信来把消息广播给同一个组里的所有成员。广播的消息可以选择先进先出顺序。当任意组员发生故障时，群组通信功能会保证消息会被发送给所有的组员或者完全不会发送给任意一个组员。应用程序可以使用群组通信来实现状态机的复制。在多个进程的起始状态一致的情况下，如果他们接收到的消息的顺序也都是一致的，那么他们的最终状态也应该是也一致的。
群组守护进程可以配置成集群模式来满足高可用要求。集群模式使用集群一致性算法(Paxos)算法来实现。按照集群一致性算法(Paxos)要求，群组守护进程集群个数必须是奇数个，比如三个群组守护进程可以容忍一个群组守护进程失效，五个节点可以容忍两个节点失效。依次类推。
在集群模式下，主群组守护进程会定期向其他副本发送刷新消息，从而达到数据同步的目的。
在集群模式下，所有群组守护进程都会向其他副本发送心跳信息。针对一个群组守护进程而言，如果在一定时间内，没有收到其他群组守护进程副本的心跳，则认为对应的副本已经不存在。如果群组守护进程不存在，则将按照集群一致性算法(Paxos)算法的机制进行新的主群组守护进程的选举。
群组通信为分布式网络环境下各组件和各节点之间的高效协同工作提供支撑，能够实现分布式网络环境中多成员之间数据交换的原子性、一致性和有序性。
消息发送者把消息放到消息队列里，消息接收者从消息队列中取消息，实现数据的传输，消息发布和订阅都是基于消息主题。
步骤一：消息发布者将消息发布到指定的主题(Topic)下。
步骤二：消息队列开始建对应主题(Topic)的群组。
步骤三：群组把消息订阅者作为新组员加入。
步骤四：按照消息队列订阅规则，将消息投递到相应的群组，每个主题(Topic)被多个组员同时进行消费，各消费者之间相互无干扰。根据群组通信的通信原理，能够保证所有组员都能收到或者没有任何成员收到；所有组员收到的消息都是完整的，内容完全一致；群组中所有组员收到的消息顺序是完全一致的。
本发明基于分布式应用同步和分布式协作能力，通过对主流消息队列的通信模式进行改造，实现跨域的分布式应用间的状态和数据同步和协作。
通过群组模式的通信模式，可以实现大规模分布式应用系统各组成部分之间的底层网络数据传输和广域分布式协同，能够保证在复杂网络环境下数据传输的高性能和高可靠性，支持在分布式环境下各软件模块之间的复杂事件驱动、处理以及协同机制。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种大规模分布式网络数据传输和协同的方法，其特征在于，包括：
群组通信采用发送订阅模式，对于订阅同一个主题的订阅者作为一个组员都放到同一个群组内；
群组管理员负责管理群组守护进程维护的所有群组；
进行群组集群中的主群组守护进程的选择；
每一个群组有任意多个组员，当一个组员要加入某一个群组的时候，新的组员给群组守护进程发送加入群组的消息，并通过状态迁移的过程来达到和其他组员一致的状态；
当某一个组员希望退出群组的时候，该某一个组员发送离开群组的消息给群组守护进程；
当一个组员崩溃后，组员连接的代理通过扫描崩溃组员连接的订阅列表中的主题，帮助崩溃的应用程序发送离开群组的消息给群组守护进程；
群组守护进程负责管理群组中的组员列表，一旦群组被创建，其中有一个组员称之为协调者，在这个群组中级别最高，协调者会定期向所有其他的成员发送心跳信息并同步主题信息，其他成员同时会响应该心跳信息 并更新消息数据，维持整个群组消息的有序；如果协调者在一段时间内，没有接收到其他某个成员的回应消息，那么协调者认为对应的组员已经死亡，重新触发更新群组信息；
每个组员会定期向主群组守护进程发送Ping消息，群组守护进程会响应该Ping消息，如果某个组员连续多次无法得到对应群组守护进程的回应消息，则认为自身已经离开组；
配置群组守护进程被动检查成员的心跳信息，如果开启对应开关，则群组守护进程会定期检查组员心跳信息，如果在超时时间内还未收到对应的心跳，则认为对应的组员已死，触发重新更新群组和组员信息。
2.如权利要求1所述的大规模分布式网络数据传输和协同的方法，其特征在于，使用群组通信来把消息广播给同一个组里的所有成员，广播的消息选择先进先出顺序，当任意组员发生故障时，群组通信功能会保证消息会被发送给所有的组员或者完全不会发送给任意一个组员，使用群组通信来实现状态机的复制。
3.如权利要求1所述的大规模分布式网络数据传输和协同的方法，其特征在于，通过群组守护进程配置成集群模式，集群模式使用集群一致性算法来实现。
4.如权利要求3所述的大规模分布式网络数据传输和协同的方法，其特征在于，在集群模式下，所有群组守护进程都会向其他副本发送心跳信息；对一个群组守护进程而言，如果在一定时间内，没有收到其他群组守护进程副本的心跳，则认为对应的副本已经不存在；如果群组守护进程不存在，则将按照集群一致性算法的机制进行新的主群组守护进程的选举。
5.如权利要求1所述的大规模分布式网络数据传输和协同的方法，其特征在于，通过集群一致性算法，进行群组集群中的主群组守护进程的选择。
6.如权利要求1所述的大规模分布式网络数据传输和协同的方法，其特征在于，通过群组守护进程控制器对群组管理员进行控制，实现对群组以及组员的增删。
7.如权利要求1所述的大规模分布式网络数据传输和协同的方法，其特征在于，通过心跳探测器对集群中其他群组守护进程发送心跳信息。
8.如权利要求3所述的大规模分布式网络数据传输和协同的方法，其特征在于，在集群模式下，主群组守护进程会定期向其他副本发送刷新消息，从而达到数据同步的目的。
9.如权利要求1所述的大规模分布式网络数据传输和协同的方法，其特征在于，消息发送者把消息放到消息队列里，消息接收者从消息队列中取消息，实现数据的传输，消息发布和订阅都是基于消息主题。
10.如权利要求1所述的大规模分布式网络数据传输和协同的方法，其特征在于，数据传输流程包括：
消息发布者将消息发布到指定的主题下；
消息队列开始建对应主题的群组；
群组把消息订阅者作为新组员加入；
按照消息队列订阅规则，将消息投递到相应的群组，每个主题被多个组员同时进行消费，各消费者之间相互无干扰。
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