Im folgenden Beitrag berichten die Autoren Stefan Luckner, Markus Mu¨ller, Dominik Ra¨der, Christof Squarr und Marc Wewers u¨ber ein zweimonatiges Softwareprojekt im Rahmen ihres Wirtschaftsinformatikstu- diums an der Otto-Friedrich-Universita¨t Bamberg. Neben der Beschreibung des entwickelten Filesharing-Systems „eFox“
berichten sie von den gewonnenen Erfah- rungen und heben dabei vor allem hervor, wie wichtig die Durchfu¨hrung eines praxis- orientierten Softwareprojekts als Team- arbeit fu¨r eine praxisnahe Universita¨tsaus- bildung ist.
Auch ku¨nftig gilt: Wenn Ihr Vorschla¨ge oder Ideen fu¨r das Studierendenforum habt, oder vielleicht selbst etwas schreiben mo¨chtet, so wendet Euch bitte an uns. Zur Kontaktaufnahme genu¨gen eine Email, eine Postkarte oder ein Anruf. ber Eure Zu- schriften freuen wir uns.
eFox: Entwicklung eines P2P-Filesharing-Systems auf Basis von Webservices
Motivation und Themenstellung
Am Lehrstuhl fu¨r Praktische Informatik (Prof. Dr. Guido Wirtz) der Otto-Fried- rich-Universita¨t Bamberg ist ein Projekt- praktikum fester Bestandteil des Wahl- pflichtfachs „Verteilte und Mobile Systeme“ im Diplom-Studiengang Wirt- schaftsinformatik. Ziel des Praktikums ist es, dass Studierende Erfahrungen bei der praktischen Durchfu¨hrung eines gro¨ßeren Softwareprojekts im Team sammeln und die Lehrinhalte durch deren unmittelbare Anwendung vertieft werden.
Ziel des Projektes „Filesharing mit Web- services“ im Wintersemester 2003/2004 (betreut durch Jens Bruhn, MScIS) war es, im Rahmen einer Fallstudie herauszufin- den, ob die Kombination der beiden Kon- zepte Peer-to-Peer und Webservices ein sinnvoller Ansatz fu¨r die Entwicklung ver- teilter Anwendungen ist.
Die Aufgabe der Teilnehmer bestand da- rin, ein Programmsystem auf Basis von Webservices zu erstellen, das folgende Grundanforderungen erfu¨llt:
& Zusammenschluss von Akteuren zu ei-
nem Filesharing-Netzwerk,
& Bereitstellen von Dateien zum Down-
load,
& Suche nach beliebig im Netzwerk ver-
teilten Dateien,
& Download ausgewa¨hlter Dateien.
Im Rahmen des Praktikums wurden da- ru¨ber hinaus folgende Funktionen imple- mentiert:
& Verwaltung von Metainformationen
(Dateityp, Schlagwo¨rter, etc.) u¨ber Da- teien,
& Einsatz der Metainformationen zur
Konkretisierung der Suchanfragen,
& Mo¨glichkeit zum parallelen Download
einer Datei von unterschiedlichen Quel- len,
& Unterschiedliche Mechanismen zur
transparenten Behandlung von Fehlern.
Das entstandene Filesharing-System tra¨gt den Namen eFox (electronic Filesharing over XML).
Im Folgenden werden die zugrunde lie- genden Konzepte sowie die Funktionswei- se und Architektur des Systems vorgestellt.
Daru¨ber hinaus werden mo¨gliche Ansatz- punkte zur Weiterentwicklung des Systems genannt. Abschließend werden die wich- tigsten Erkenntnisse aus dem Projektprak- tikum in Form eines Erfahrungsberichtes wiedergegeben.
P2P und Webservices
Peer-to-Peer (P2P) und Webservices sind zwei Konzepte fu¨r die Realisierung verteil- ter Systeme, die seit einigen Jahren in For- schung und Praxis diskutiert werden.
Die enorme Steigerung der Rechenleis- tung, Bandbreite und Speicherkapazita¨t von PC-Systemen resultierte in einer be- achtlichen Menge ungenutzter Ressourcen, wie beispielsweise Speicherplatz. P2P-Sys- teme zielen auf die Nutzung dieser Res- sourcen ab. Ein Peer als Knoten im Netz- werk vereinigt dabei die Rolle des Dienst- nutzers mit der des Dienstanbieters.
Idealerweise gibt es in P2P-Systemen kei- nerlei zentrale Rechner und Dienste. Statt- dessen sollen deren Aufgaben von allen Zuschriften bitte an
Universita¨t Karlsruhe (TH)
Institut fu¨r Informationswirtschaft und -management
Lehrstuhl Informationsbetriebs- wirtschaftslehre
Prof. Dr. Ch. Weinhardt Redaktion Studierendenforum z. Hd. Dipl.-Wi.-Ing. Henner Gimpel Englerstraße 14
76131 Karlsruhe 0721 608-8374
gimpel@iw.uni-karlsruhe.de
WI – Studierendenforum
Ausgabe 70
Teilnehmern des Netzwerkes gemeinsam u¨bernommen werden. Weit verbreitete und beliebte Anwendungsgebiete des P2P-Pa- radigmas sind beispielsweise Instant Mes- saging und Filesharing-Systeme [ScFi03].
Heutigen P2P-Systemen fehlt es ha¨ufig an Interoperabilita¨t, um die Ressourcen einer Vielzahl unterschiedlicher Rechnersysteme effektiv nutzen zu ko¨nnen.
Ziel von Webservices ist vor allem die berwindung der Heterogenita¨t in Verteil- ten Systemen. Dieses Ziel soll durch die Definition von Standards erreicht werden.
Die Festlegung dieser Standards orientiert sich stark am Konzept der serviceorientier- ten Architektur (SOA), welche die Rollen Dienstnutzer, Dienstanbieter und Ver- zeichnisanbieter unterscheidet. Die wich- tigsten Standards wurden unter Leitung desWorld Wide Web Consortiums (W3C) festgelegt. Fu¨r die Serialisierung von Nach- richten wird u¨blicherweise das Simple Ob- ject Access Protocol (SOAP) verwendet.
Fu¨r die bertragung der Nachrichten ko¨n- nen unterschiedliche Transportprotokolle verwendet werden, deren ga¨ngigstes das Hypertext Transfer Protocol (HTTP) ist.
Die Webservice Description Language (WSDL) dient der Beschreibung der Funk- tionalita¨t von Diensten sowie der Zugriffs- mo¨glichkeiten auf diese Dienste. Zum Ver- o¨ffentlichen und Auffinden von Diensten kann der Verzeichnisdienst Universal De- scription, Discovery and Integration (UDDI) verwendet werden.
Das im Rahmen des Praktikums erstellte System eFox vereint die beiden Konzepte P2P und Webservices, um dem Problem mangelnder Interoperabilita¨t heutiger P2P-Anwendungen zu begegnen. Weitere Ausfu¨hrungen zur Kombination der bei- den Konzepte in diesem Projekt finden sich in [Bruþ05].
Das eFox-Netzwerk
Bezu¨glich der Netzwerkorganisation wur- de ein mo¨glichst hoher Dezentralisierungs- grad angestrebt, um bekannte Vorteile von P2P-Systemen wie Ausfallsicherheit und Skalierbarkeit zu realisieren. Auf ein zen- trales Verzeichnis mit Informationen u¨ber im Netzwerk verfu¨gbare Dateien und Knoten wurde bewusst verzichtet. Dies fu¨hrte auch dazu, dass sich die Projektteil- nehmer gegen den Einsatz eines zentralen UDDI Verzeichnisdienstes entschieden.
Stattdessen verwaltet jeder Knoten sowohl die Dateien, welche er zum Download an-
bietet, als auch eine Liste mit Adressen von weiteren Knoten im Netz.
Dieser Netzwerkaufbau fu¨hrt jedoch zu Problemen, wenn ein Knoten erstmals eine Verbindung zu einem Netz herstellen will und keine anderen Knoten kennt, oder wenn keiner der Knoten aus seiner Adress- liste erreichbar ist. Deshalb bietet eFox die Mo¨glichkeit, sogenannte Startknoten in das Netzwerk einzubinden, die selbst nicht am Filesharing teilnehmen. Es wird angenom- men, dass die Startknoten mit hoher Wahr- scheinlichkeit erreichbar sind. Sie stellen Adressen von aktiven Knoten zur Ver- fu¨gung und ko¨nnen als Einstiegsknoten ge- nutzt werden. Daru¨ber hinaus ko¨nnen sie eingesetzt werden, um Netzwerkfragmen- tierungen entgegen zu wirken. Die Adress- listen der Startknoten werden aktuell ge- halten, indem sich aktive Peerknoten in regelma¨ßigen Absta¨nden dort melden.
Bild 1 zeigt exemplarisch einige Knoten ei- nes Netzwerks und deren Nachrichtenaus- tausch. Die Funktion der Startknoten wird anhand des Peerknoten 4 deutlich, der kei- ne anderen Peerknoten kennt und deshalb eine Liste mit aktiven Knoten beim Start- knoten A anfordert.
Eine Suche im eFox-Netzwerk ist nach Namen, Namensbestandteilen, Schlu¨ssel- wo¨rtern, Dateitypen und anderen Meta- daten oder aber anhand einer File-ID mo¨g-
lich. In Bild 1 ist der Ablauf einer Suche exemplarisch dargestellt. Der Peerknoten 2 initiiert eine Suche, indem er alle Peerkno- ten aus seiner individuellen Knotenliste (Peerknoten 1 und 3) fragt, ob sie die ge- wu¨nschte Datei zur Verfu¨gung stellen. Eine Anfrage wird von den Peerknoten beant- wortet, falls diese mindestens eine zur An- frage passende Datei bereitstellen (Peer- knoten 3). Besitzt ein Knoten keine passen- de Datei (Peerknoten 1), so leitet er die Anfrage an alle ihm bekannten Peerknoten weiter. Zyklen beim Weiterleiten von Such- anfragen werden anhand einer ID fu¨r die Suchanfrage erkannt und unterbrochen.
Wurde eine Datei gefunden, so kann der Benutzer deren Download veranlassen.
Falls eine Datei bei mehreren Peerknoten vorhanden ist, ko¨nnen verschiedene Datei- fragmente – fu¨r den Benutzer transparent – von unterschiedlichen Knoten parallel an- gefordert werden. Zu diesem Zweck wird jede Datei in kleinere Fragmente unterteilt.
Ein Knoten kann bereits erhaltene Frag- mente einer Datei unmittelbar weiteren Knoten zum Download zur Verfu¨gung stellen, auch bevor er selbst alle Fragmente empfangen hat. Dies fu¨hrt zu einer schnel- leren Verbreitung von Dateien und zu einer gleichma¨ßigeren Lastverteilung innerhalb des Netzwerks. Fa¨llt wa¨hrend der bertra- gung einer Datei die Verbindung zur mo-
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Bild 1 Das eFox-Netzwerk
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mentanen Quelle aus, so wird transparent fu¨r den Benutzer nach neuen Quellen fu¨r diese Datei gesucht, um die bertragung der fehlenden Fragmente zu initiieren. Die bertragung von Dateien kann daru¨ber hi- naus durch den Nutzer angehalten und wieder aufgenommen oder aber auch abge- brochen werden.
Beschreibung der Softwarearchitektur
Um zuna¨chst einen Gesamtu¨berblick u¨ber die Struktur des eFox-Programmsystems zu geben, zeigt Bild 2 ein vereinfachtes
Modell der realisierten Softwarearchitek- tur.
Da eFox einerseits auf Webservices ba- siert, andererseits aber vom Benutzer auch u¨ber eine grafische Schnittstelle in Form ei- ner Java-Anwendung bedient werden kann, ergibt sich zuna¨chst zwangsla¨ufig ei- ne Zweiteilung des Programmsystems. Ein Programmteil (in Bild 2 links dargestellt) la¨uft innerhalb eines Webservers, im kon- kreten Fall demJakarta Tomcat-Server 5.
Der andere Programmteil (in Bild 2 rechts dargestellt) la¨uft außerhalb des Webservers als eigensta¨ndige Java-Anwendung, in einer eigensta¨ndigenJava Virtual Machine.
Der grundlegende Aufbau der eFox-Ar- chitektur ergibt sich aus dem ADK-Struk- turmodell [FeSi01]. Dabei werden die Teil-
systeme Anwendungsfunktionen, Daten- verwaltung, und Kommunikation mit Personen sowie Kommunikation mit Ma- schinen unterschieden. Um sich die Option zum Austausch einzelner Komponenten offen zu halten, wurde großer Wert darauf gelegt, dass die Interaktion der Kom- ponenten nur u¨ber klar definierte Schnitt- stellen stattfindet. Im Folgenden werden die einzelnen Komponenten des Gesamt- systems kurz erla¨utert.
Die Kommunikationslogik (ComLog) stellt die zentrale Komponente eines eFox- Knotens dar. Sie implementiert die fu¨r den Betrieb des Filesharing-Systems notwendi- gen Algorithmen. Zur Speicherung von Da- ten nutzt sie die von der Datenhaltung ange- botene Funktionalita¨t. Die Kommunikation mit anderen Knoten erfolgt mithilfe des Kommunikationsmanagement (ComMgt).
Die Datenhaltung (DataMgt) besteht aus drei Teilkomponenten. DasSharedFilesMgt verwaltet die zum Download bereitstehen- den Dateien eines Knoten inklusive der zu- geho¨rigen Metainformationen. Die Kon- figurationsparameter des eFox-Systems ko¨nnen mithilfe desConfigMgtausgelesen und angepasst werden. DasNodeMgtver- waltet alle Informationen u¨ber andere Knoten im Netzwerk.
Ziel des Kommunikationsmanagements (ComMgt) ist es, der Kommunikations- logik eine implementierungsneutrale Kom- munikationsschnittstelle bereitzustellen.
Auch wenn die momentane Implementie- rung eine Verwendung von Webservices und dabei insbesondere die Java API for XML-based RPC (JAX-RPC 1.1) der JSR-101 Expert Group in der Referenzim- plementierung des Java Web Service De- velopment Pack(JWSDP 1.2) vorsieht, so ist theoretisch jede andere Middleware- Plattform als Basiskommunikationsplatt- form denkbar.
Fu¨r die Interaktion mit dem Nutzer ste- hen sowohl eine Java-GUI als auch das in Bild 3 dargestellte Web-Interface zur Ver- fu¨gung. Beide Benutzeroberfla¨chen ermo¨g- lichen den Zugriff auf die Filesharing- Funktionalita¨t eines eFox-Knotens und die wesentlichen Konfigurationsparameter.
Fu¨r versierte Anwender bietet das Web-In- terface daru¨ber hinaus Zugriff auf weitere Konfigurationsparameter, welche fu¨r die situationsabha¨ngige Feinabstimmung des Systems genutzt werden ko¨nnen. Mithilfe des Web-Interface ist außerdem der Remo- te-Zugriff auf einen eFox-Knoten mo¨g- lich.
Bild 2 Architekturmodell des eFox-Systems
Bewertung und Ausblick
Ziel bei der Entwicklung von eFox war es, zuku¨nftige Systemerweiterungen zu er- mo¨glichen und den Austausch einzelner Komponenten zu unterstu¨tzen. Dies wur- de durch die konsequente Nutzung des Abstract Factory Patternund die Spezifika- tion von Schnittstellen fu¨r alle Systemkom- ponenten erreicht. Die Anpassbarkeit an unterschiedliche Einsatzumgebungen wird mithilfe einer großen Anzahl an Konfigu- rationsparametern gewa¨hrleistet. Weiterhin wurde sehr auf eine strikte Einhaltung der Standards im Bereich von Webservices ge- achtet, um die Heterogenita¨t in P2P-Net- zen tatsa¨chlich u¨berwinden zu ko¨nnen.
Die exakte Beachtung der Spezifikation von SOAP und WSDL garantiert die Inter- operabilita¨t mit anderen Implementierun- gen und Plattformen.
Die entwickelte Softwarearchitektur er- laubt weitere Verbesserungen der derzeiti- gen Implementierung. Ein Ansatzpunkt wa¨re die Optimierung einzelner Algorith- men (z. B. Suche, Knotenverwaltung). Um die Benutzbarkeit des Systems weiter zu verbessern, ist die Bereitstellung einer benutzerfreundlichen Installationsroutine von zentraler Bedeutung. Derzeit erfolgt die Installation noch u¨ber Ant-Skripte.
Auch Sicherheitsaspekte wurden bislang nicht ausreichend beru¨cksichtigt. Einen mo¨glichen Ansatzpunkt fu¨r die weitere Entwicklung stellt die Evaluierung der Leistungsfa¨higkeit im Vergleich zu anderen Filesharing-Systemen dar. In diesem Zu- sammenhang scheint insbesondere die Quantifizierung des Mehraufwands, der durch die Nutzung von Webservice-Stan- dards entsteht, interessant.
Teamarbeit
Fu¨r die Projektteilnehmer war die Mitwir- kung an diesem Projekt eine wichtige Gele- genheit, Erfahrungen bei der Durchfu¨hrung eines umfassenden Software-Entwicklungs- projektes zu sammeln. Im Rahmen des Pro- jekts konnten Lehrinhalte des Wirtschafts- informatikstudiums in die Praxis umgesetzt und gleichzeitig interessante Erkenntnisse zur Projektarbeit gewonnen werden.
Im Studium erworbenes Wissen u¨ber die Modellierung von Systemen mithilfe von formalen und semi-formalen Beschrei- bungsverfahren sowie zur Organisation von Projekten mithilfe von Vorgehens- modellen (z. B. Wasserfallmodell) half da- bei, das komplexe Problem zu strukturie-
ren, in Teilprobleme zu zerlegen, Ziele zu definieren und geeignete Lo¨sungsverfahren zu entwerfen. Des Weiteren waren typische Probleme, die in verteilten Umgebungen auftreten ko¨nnen, und deren ga¨ngige Lo¨- sungsverfahren bereits bekannt. Gerade auch das in Grundlagenveranstaltungen zu Algorithmen und Datenstrukturen, objekt- orientierter Programmierung und Daten- kommunikation erworbene Wissen erwies sich als a¨ußerst nu¨tzlich bei der Bearbei- tung der Aufgabenstellung.
Insgesamt kann ein derart umfassendes Projekt dazu beitragen, den Zusammen- hang zwischen den theoretischen Inhalten des Studiums und den Erfordernissen eines praktisch umzusetzenden Softwareprojekts herzustellen, auch wenn sich in einigen Si- tuationen herausgestellt hat, dass die ideali- sierten Herangehensweisen, welche die Theorie vorschla¨gt, in der Praxis nicht im- mer direkt umsetzbar sind.
Fu¨r den Erfolg des Projekts war neben der im Studium „erlernten“ methodischen Vorgehensweise wichtig, dass die zufa¨llig zusammengetroffenen Gruppenmitglieder ein „Team“ bildeten (vgl. [KaSm93]). Ent- scheidend ist, dass die unterschiedlichste Interessen verfolgenden Individuen sich ei- nem gemeinsamen Ziel (hier der Realisie- rung von eFox) verpflichten und ihre jewei- ligen Fa¨higkeiten eigenverantwortlich zur Erreichung dieses Ziels einsetzen. Das Ge- samtergebnis des Teams ha¨ngt von jedem
einzelnen ab, weshalb es unerla¨sslich ist, dass niemandem Informationen vorenthal- ten werden, dass Entscheidungen kollektiv getroffen werden, dass Teammitglieder ent- sprechend ihren Interessenschwerpunkten eingesetzt werden und dass Schwa¨chere un- terstu¨tzt werden.
Fordernde, aber realistische Teilziele, wie z. B. die prototypische Realisierung einer Kommunikationsinfrastruktur fu¨r eFox, stecken die Arbeitsbereiche von Teilgrup- pen ab, ohne das Gesamtziel aus den Augen zu verlieren. Sie vereinfachen die Kom- munikation innerhalb des Teams, dienen der Kontrolle des Zeitplans und wirken nicht zuletzt motivationsfo¨rdernd. Mitent- scheidend fu¨r die Effizienz eines Teams ist auch dessen Gro¨ße. Die geringe und unge- rade Anzahl von fu¨nf Projektmitgliedern vereinfachte die Entscheidungsfindung, den Austausch von Informationen und ermo¨g- lichte die Arbeit im vom Lehrstuhl bereit- gestellten Labor. Gleichzeitig generieren bereits Teamsitzungen mit fu¨nf Personen kreative Ideen und die diversen Wissens- und Interessensschwerpunkte der Team- mitglieder garantieren eine effiziente Um- setzung. Nicht zuletzt beruhte der Erfolg dieses Projekts auch darauf, dass sich alle dem Projekt verpflichtet fu¨hlten, gegensei- tiges Vertrauen herrschte und ein freund- schaftliches Verha¨ltnis unter den Projekt- mitgliedern entstand.
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Bild 3 Grafische Benutzeroberfla¨che
eFox: Entwicklung eines P2P-Filesharing-Systems auf Basis von Webservices 313
Fazit
In einem zweimonatigen Projektpraktikum wurde von den fu¨nf Projektteilnehmern das auf Webservice-Technologien basierende Filesharing-System eFox entwickelt. Dabei wurde deutlich, dass neben dem Erwerb von Fachkenntnissen auch die Durchfu¨h- rung von Projekten im Team ein wichtiger Bestandteil jeder praxisnahen Universita¨ts- ausbildung sein sollte. Als Projektteilneh- mer ko¨nnen wir jedem Studierenden nur empfehlen, angebotene Projektpraktika mo¨glichst zu nutzen, um Erfahrungen bei der Durchfu¨hrung eines gro¨ßeren Soft- wareprojekts zu gewinnen und das in der Theorie erworbene Wissen anzuwenden.
Außerdem mo¨chten wir jeden Lehrstuhl dazu ermuntern, derartige Projekte auch anzubieten!
Literatur
[Bruþ05]Bruhn, J.; Luckner, S.; Mu¨ller, M.; Ra¨der, D.; Squarr, C.; Wewers, M.; Wirtz, G.:eFox – Fi- lesharing with Web Services. 23rd IASTED In- ternational Conference on Software Engineering, Innsbruck, Austria, 2005.
[FeSi01]Ferstl, O. K.; Sinz, E. J.:Grundlagen der Wirtschaftsinformatik. Oldenburg, Mu¨nchen, Wien 2001.
[KaSm93]Katzenbach, Jon R.; Smith, Douglas K.:
The discipline of teams. In: Harvard Business Review 71 (1993) 2, S. 111–120.
[ScFi03] Schoder, D.; Fischbach, K.:Peer-to-peer prospects. In: Communications of the ACM 46 (2003) 2, S. 27–29.
Autoren:
Stefan Luckner
(Stefan.Luckner@iw.uni-karlsruhe.de) Markus Mu¨ller
(Markus1.Mueller@stud.uni-bamberg.de) Dominik Ra¨der
(Dominik.Raeder@stud.uni-bamberg.de) Christof Squarr
(Christof.Squarr@stud.uni-bamberg.de) Marc Wewers
(Marc.Wewers@stud.uni-bamberg.de) Zum Zeitpunkt des Projektpraktikums alle Studierende der Wirtschaftsinformatik an der Otto-Friedrich-Universita¨t Bamberg
F A X - B e s t e l l u n g 0 6 1 1 . 7 8 7 8 - 4 3 9
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Projektkompass für die Erstellung von leistungsfähigen IT-Systemen 6., durchges. Aufl. 2005.
XXIV, 400 S. mit 103 Abb. u. Online-Service.
Br.€49,90 ISBN 3-528-55490-8
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