Im folgenden Beitrag berichten die AutorenStefan Luckner, Markus Muller, DominikRader, Christof Squarr und Marc Wewersuber ein zweimonatiges Softwareprojekt imRahmen ihres Wirtschaftsinformatikstu-diums an der Otto-Friedrich-UniversitatBamberg. Neben der Beschreibung desentwickelten Filesharing-Systems „eFox“berichten sie von den gewonnenen Erfah-rungen und heben dabei vor allem hervor,wie wichtig die Durchfuhrung eines praxis-orientierten Softwareprojekts als Team-arbeit fur eine praxisnahe Universitatsaus-bildung ist.Auch kunftig gilt: Wenn Ihr Vorschlage

oder Ideen fur das Studierendenforumhabt, oder vielleicht selbst etwas schreibenmochtet, so wendet Euch bitte an uns. ZurKontaktaufnahme genugen eine Email, einePostkarte oder ein Anruf. �ber Eure Zu-schriften freuen wir uns.

eFox: Entwicklung eines P2P-Filesharing-Systemsauf Basis von Webservices

Motivationund Themenstellung

Am Lehrstuhl fur Praktische Informatik(Prof. Dr. Guido Wirtz) der Otto-Fried-rich-Universitat Bamberg ist ein Projekt-praktikum fester Bestandteil des Wahl-pflichtfachs „Verteilte und MobileSysteme“ im Diplom-Studiengang Wirt-schaftsinformatik. Ziel des Praktikums istes, dass Studierende Erfahrungen bei derpraktischen Durchfuhrung eines großerenSoftwareprojekts im Team sammeln unddie Lehrinhalte durch deren unmittelbareAnwendung 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 einsinnvoller Ansatz fur die Entwicklung ver-teilter Anwendungen ist.Die Aufgabe der Teilnehmer bestand da-

rin, ein Programmsystem auf Basis vonWebservices zu erstellen, das folgendeGrundanforderungen erfullt:& Zusammenschluss von Akteuren zu ei-

nem Filesharing-Netzwerk,& Bereitstellen von Dateien zum Down-

load,& Suche nach beliebig im Netzwerk ver-

teilten Dateien,& Download ausgewahlter Dateien.Im Rahmen des Praktikums wurden da-ruber hinaus folgende Funktionen imple-mentiert:& Verwaltung von Metainformationen

(Dateityp, Schlagworter, etc.) uber Da-teien,

& Einsatz der Metainformationen zurKonkretisierung der Suchanfragen,

& Moglichkeit zum parallelen Downloadeiner Datei von unterschiedlichen Quel-len,

& Unterschiedliche Mechanismen zurtransparenten Behandlung von Fehlern.

Das entstandene Filesharing-System tragtden Namen eFox (electronic Filesharingover XML).Im Folgenden werden die zugrunde lie-

genden Konzepte sowie die Funktionswei-se und Architektur des Systems vorgestellt.Daruber hinaus werden mogliche Ansatz-punkte zur Weiterentwicklung des Systemsgenannt. Abschließend werden die wich-tigsten Erkenntnisse aus dem Projektprak-tikum in Form eines Erfahrungsberichteswiedergegeben.

P2P und Webservices

Peer-to-Peer (P2P) und Webservices sindzwei Konzepte fur die Realisierung verteil-ter Systeme, die seit einigen Jahren in For-schung und Praxis diskutiert werden.Die enorme Steigerung der Rechenleis-

tung, Bandbreite und Speicherkapazitatvon 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

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Zuschriften bitte an

Universitat Karlsruhe (TH)Institut fur Informationswirtschaft und-managementLehrstuhl Informationsbetriebs-wirtschaftslehreProf. Dr. Ch. WeinhardtRedaktion Studierendenforumz. Hd. Dipl.-Wi.-Ing. Henner GimpelEnglerstraße 1476131 Karlsruhe0721 608-8374gimpel@iw.uni-karlsruhe.de

WI – StudierendenforumAusgabe 70

WI – Studierendenforum

Teilnehmern des Netzwerkes gemeinsamubernommen werden. Weit verbreitete undbeliebte Anwendungsgebiete des P2P-Pa-radigmas sind beispielsweise Instant Mes-saging und Filesharing-Systeme [ScFi03].Heutigen P2P-Systemen fehlt es haufig anInteroperabilitat, um die Ressourcen einerVielzahl unterschiedlicher Rechnersystemeeffektiv nutzen zu konnen.Ziel von Webservices ist vor allem die

�berwindung der Heterogenitat in Verteil-ten Systemen. Dieses Ziel soll durch dieDefinition von Standards erreicht werden.Die Festlegung dieser Standards orientiertsich stark am Konzept der serviceorientier-ten Architektur (SOA), welche die RollenDienstnutzer, Dienstanbieter und Ver-zeichnisanbieter unterscheidet. Die wich-tigsten Standards wurden unter Leitungdes World Wide Web Consortiums (W3C)festgelegt. Fur die Serialisierung von Nach-richten wird ublicherweise das Simple Ob-ject Access Protocol (SOAP) verwendet.Fur die �bertragung der Nachrichten kon-nen unterschiedliche Transportprotokolleverwendet werden, deren gangigstes dasHypertext Transfer Protocol (HTTP) ist.Die Webservice Description Language(WSDL) dient der Beschreibung der Funk-tionalitat von Diensten sowie der Zugriffs-moglichkeiten auf diese Dienste. Zum Ver-offentlichen und Auffinden von Dienstenkann der Verzeichnisdienst Universal De-scription, Discovery and Integration(UDDI) verwendet werden.Das im Rahmen des Praktikums erstellte

System eFox vereint die beiden KonzepteP2P und Webservices, um dem Problemmangelnder Interoperabilitat heutigerP2P-Anwendungen zu begegnen. WeitereAusfuhrungen zur Kombination der bei-den Konzepte in diesem Projekt findensich in [Bruþ05].

Das eFox-Netzwerk

Bezuglich der Netzwerkorganisation wur-de ein moglichst hoher Dezentralisierungs-grad angestrebt, um bekannte Vorteile vonP2P-Systemen wie Ausfallsicherheit undSkalierbarkeit zu realisieren. Auf ein zen-trales Verzeichnis mit Informationen uberim Netzwerk verfugbare Dateien undKnoten wurde bewusst verzichtet. Diesfuhrte auch dazu, dass sich die Projektteil-nehmer gegen den Einsatz eines zentralenUDDI Verzeichnisdienstes entschieden.Stattdessen verwaltet jeder Knoten sowohldie Dateien, welche er zum Download an-

bietet, als auch eine Liste mit Adressen vonweiteren Knoten im Netz.Dieser Netzwerkaufbau fuhrt jedoch zu

Problemen, wenn ein Knoten erstmals eineVerbindung zu einem Netz herstellen willund keine anderen Knoten kennt, oderwenn keiner der Knoten aus seiner Adress-liste erreichbar ist. Deshalb bietet eFox dieMoglichkeit, sogenannte Startknoten in dasNetzwerk einzubinden, die selbst nicht amFilesharing teilnehmen. Es wird angenom-men, dass die Startknoten mit hoher Wahr-scheinlichkeit erreichbar sind. Sie stellenAdressen von aktiven Knoten zur Ver-fugung und konnen als Einstiegsknoten ge-nutzt werden. Daruber hinaus konnen sieeingesetzt werden, um Netzwerkfragmen-tierungen entgegen zu wirken. Die Adress-listen der Startknoten werden aktuell ge-halten, indem sich aktive Peerknoten inregelmaßigen Abstanden dort melden.Bild 1 zeigt exemplarisch einige Knoten ei-nes Netzwerks und deren Nachrichtenaus-tausch. Die Funktion der Startknoten wirdanhand des Peerknoten 4 deutlich, der kei-ne anderen Peerknoten kennt und deshalbeine Liste mit aktiven Knoten beim Start-knoten A anfordert.Eine Suche im eFox-Netzwerk ist nach

Namen, Namensbestandteilen, Schlussel-wortern, Dateitypen und anderen Meta-daten oder aber anhand einer File-ID mog-

lich. In Bild 1 ist der Ablauf einer Sucheexemplarisch dargestellt. Der Peerknoten 2initiiert eine Suche, indem er alle Peerkno-ten aus seiner individuellen Knotenliste(Peerknoten 1 und 3) fragt, ob sie die ge-wunschte Datei zur Verfugung stellen. EineAnfrage 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 dieAnfrage an alle ihm bekannten Peerknotenweiter. Zyklen beim Weiterleiten von Such-anfragen werden anhand einer ID fur dieSuchanfrage erkannt und unterbrochen.Wurde eine Datei gefunden, so kann der

Benutzer deren Download veranlassen.Falls eine Datei bei mehreren Peerknotenvorhanden ist, konnen verschiedene Datei-fragmente – fur den Benutzer transparent –von unterschiedlichen Knoten parallel an-gefordert werden. Zu diesem Zweck wirdjede Datei in kleinere Fragmente unterteilt.Ein Knoten kann bereits erhaltene Frag-mente einer Datei unmittelbar weiterenKnoten zum Download zur Verfugungstellen, auch bevor er selbst alle Fragmenteempfangen hat. Dies fuhrt zu einer schnel-leren Verbreitung von Dateien und zu einergleichmaßigeren Lastverteilung innerhalbdes Netzwerks. Fallt wahrend der �bertra-gung einer Datei die Verbindung zur mo-

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Bild 1 Das eFox-Netzwerk

eFox: Entwicklung eines P2P-Filesharing-Systems auf Basis von Webservices 311

mentanen Quelle aus, so wird transparentfur den Benutzer nach neuen Quellen furdiese Datei gesucht, um die �bertragungder fehlenden Fragmente zu initiieren. Die�bertragung von Dateien kann daruber hi-naus durch den Nutzer angehalten undwieder aufgenommen oder aber auch abge-brochen werden.

Beschreibungder Softwarearchitektur

Um zunachst einen Gesamtuberblick uberdie Struktur des eFox-Programmsystemszu geben, zeigt Bild 2 ein vereinfachtes

Modell der realisierten Softwarearchitek-tur.Da eFox einerseits auf Webservices ba-

siert, andererseits aber vom Benutzer auchuber eine grafische Schnittstelle in Form ei-ner Java-Anwendung bedient werdenkann, ergibt sich zunachst zwangslaufig ei-ne Zweiteilung des Programmsystems. EinProgrammteil (in Bild 2 links dargestellt)lauft innerhalb eines Webservers, im kon-kreten Fall dem Jakarta Tomcat-Server 5.Der andere Programmteil (in Bild 2 rechtsdargestellt) lauft außerhalb des Webserversals eigenstandige Java-Anwendung, in einereigenstandigen Java 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 mitPersonen sowie Kommunikation mit Ma-schinen unterschieden. Um sich die Optionzum Austausch einzelner Komponentenoffen zu halten, wurde großer Wert daraufgelegt, dass die Interaktion der Kom-ponenten nur uber klar definierte Schnitt-stellen stattfindet. Im Folgenden werdendie einzelnen Komponenten des Gesamt-systems kurz erlautert.

Die Kommunikationslogik (ComLog)stellt die zentrale Komponente eines eFox-Knotens dar. Sie implementiert die fur denBetrieb des Filesharing-Systems notwendi-gen Algorithmen. Zur Speicherung von Da-ten nutzt sie die von der Datenhaltung ange-botene Funktionalitat. Die Kommunikationmit anderen Knoten erfolgt mithilfe desKommunikationsmanagement (ComMgt).Die Datenhaltung (DataMgt) besteht aus

drei Teilkomponenten. Das SharedFilesMgtverwaltet die zum Download bereitstehen-den Dateien eines Knoten inklusive der zu-gehorigen Metainformationen. Die Kon-figurationsparameter des eFox-Systemskonnen mithilfe des ConfigMgt ausgelesenund angepasst werden. Das NodeMgt ver-waltet alle Informationen uber andereKnoten 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 Webservicesund dabei insbesondere die Java API forXML-based RPC (JAX-RPC 1.1) derJSR-101 Expert Group in der Referenzim-plementierung des Java Web Service De-velopment Pack (JWSDP 1.2) vorsieht, soist theoretisch jede andere Middleware-Plattform als Basiskommunikationsplatt-form denkbar.Fur die Interaktion mit dem Nutzer ste-

hen sowohl eine Java-GUI als auch das inBild 3 dargestellte Web-Interface zur Ver-fugung. Beide Benutzeroberflachen ermog-lichen den Zugriff auf die Filesharing-Funktionalitat eines eFox-Knotens und diewesentlichen Konfigurationsparameter.Fur versierte Anwender bietet das Web-In-terface daruber hinaus Zugriff auf weitereKonfigurationsparameter, welche fur diesituationsabhangige Feinabstimmung desSystems genutzt werden konnen. Mithilfedes Web-Interface ist außerdem der Remo-te-Zugriff auf einen eFox-Knoten mog-lich.

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Bild 2 Architekturmodell des eFox-Systems

312 Studierendenforum

Bewertung und Ausblick

Ziel bei der Entwicklung von eFox war es,zukunftige Systemerweiterungen zu er-moglichen und den Austausch einzelnerKomponenten zu unterstutzen. Dies wur-de durch die konsequente Nutzung desAbstract Factory Pattern und die Spezifika-tion von Schnittstellen fur alle Systemkom-ponenten erreicht. Die Anpassbarkeit anunterschiedliche Einsatzumgebungen wirdmithilfe einer großen Anzahl an Konfigu-rationsparametern gewahrleistet. Weiterhinwurde sehr auf eine strikte Einhaltung derStandards im Bereich von Webservices ge-achtet, um die Heterogenitat in P2P-Net-zen tatsachlich uberwinden zu konnen.Die exakte Beachtung der Spezifikationvon SOAP und WSDL garantiert die Inter-operabilitat mit anderen Implementierun-gen und Plattformen.Die entwickelte Softwarearchitektur er-

laubt weitere Verbesserungen der derzeiti-gen Implementierung. Ein Ansatzpunktware die Optimierung einzelner Algorith-men (z. B. Suche, Knotenverwaltung). Umdie Benutzbarkeit des Systems weiter zuverbessern, ist die Bereitstellung einerbenutzerfreundlichen Installationsroutinevon zentraler Bedeutung. Derzeit erfolgtdie Installation noch uber Ant-Skripte.Auch Sicherheitsaspekte wurden bislangnicht ausreichend berucksichtigt. Einenmoglichen Ansatzpunkt fur die weitereEntwicklung stellt die Evaluierung derLeistungsfahigkeit im Vergleich zu anderenFilesharing-Systemen dar. In diesem Zu-sammenhang scheint insbesondere dieQuantifizierung des Mehraufwands, derdurch die Nutzung von Webservice-Stan-dards entsteht, interessant.

Teamarbeit

Fur die Projektteilnehmer war die Mitwir-kung an diesem Projekt eine wichtige Gele-genheit, Erfahrungen bei der Durchfuhrungeines umfassenden Software-Entwicklungs-projektes zu sammeln. Im Rahmen des Pro-jekts konnten Lehrinhalte des Wirtschafts-informatikstudiums in die Praxis umgesetztund gleichzeitig interessante Erkenntnissezur Projektarbeit gewonnen werden.Im Studium erworbenes Wissen uber die

Modellierung von Systemen mithilfe vonformalen und semi-formalen Beschrei-bungsverfahren sowie zur Organisationvon Projekten mithilfe von Vorgehens-modellen (z. B. Wasserfallmodell) half da-bei, das komplexe Problem zu strukturie-

ren, in Teilprobleme zu zerlegen, Ziele zudefinieren und geeignete Losungsverfahrenzu entwerfen. Des Weiteren waren typischeProbleme, die in verteilten Umgebungenauftreten konnen, und deren gangige Lo-sungsverfahren bereits bekannt. Geradeauch das in Grundlagenveranstaltungen zuAlgorithmen und Datenstrukturen, objekt-orientierter Programmierung und Daten-kommunikation erworbene Wissen erwiessich als außerst nutzlich bei der Bearbei-tung der Aufgabenstellung.Insgesamt kann ein derart umfassendes

Projekt dazu beitragen, den Zusammen-hang zwischen den theoretischen Inhaltendes Studiums und den Erfordernissen einespraktisch umzusetzenden Softwareprojektsherzustellen, auch wenn sich in einigen Si-tuationen herausgestellt hat, dass die ideali-sierten Herangehensweisen, welche dieTheorie vorschlagt, in der Praxis nicht im-mer direkt umsetzbar sind.Fur den Erfolg des Projekts war neben

der im Studium „erlernten“ methodischenVorgehensweise wichtig, dass die zufalligzusammengetroffenen Gruppenmitgliederein „Team“ bildeten (vgl. [KaSm93]). Ent-scheidend ist, dass die unterschiedlichsteInteressen verfolgenden Individuen sich ei-nem gemeinsamen Ziel (hier der Realisie-rung von eFox) verpflichten und ihre jewei-ligen Fahigkeiten eigenverantwortlich zurErreichung dieses Ziels einsetzen. Das Ge-samtergebnis des Teams hangt von jedem

einzelnen ab, weshalb es unerlasslich ist,dass niemandem Informationen vorenthal-ten werden, dass Entscheidungen kollektivgetroffen werden, dass Teammitglieder ent-sprechend ihren Interessenschwerpunkteneingesetzt werden und dass Schwachere un-terstutzt werden.

Fordernde, aber realistische Teilziele, wiez. B. die prototypische Realisierung einerKommunikationsinfrastruktur fur eFox,stecken die Arbeitsbereiche von Teilgrup-pen ab, ohne das Gesamtziel aus den Augenzu verlieren. Sie vereinfachen die Kom-munikation innerhalb des Teams, dienender Kontrolle des Zeitplans und wirkennicht zuletzt motivationsfordernd. Mitent-scheidend fur die Effizienz eines Teams istauch dessen Große. Die geringe und unge-rade Anzahl von funf Projektmitgliedernvereinfachte die Entscheidungsfindung, denAustausch von Informationen und ermog-lichte die Arbeit im vom Lehrstuhl bereit-gestellten Labor. Gleichzeitig generierenbereits Teamsitzungen mit funf Personenkreative Ideen und die diversen Wissens-und Interessensschwerpunkte der Team-mitglieder garantieren eine effiziente Um-setzung. Nicht zuletzt beruhte der Erfolgdieses Projekts auch darauf, dass sich alledem Projekt verpflichtet fuhlten, gegensei-tiges Vertrauen herrschte und ein freund-schaftliches Verhaltnis unter den Projekt-mitgliedern entstand.

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Bild 3 Grafische Benutzeroberflache

eFox: Entwicklung eines P2P-Filesharing-Systems auf Basis von Webservices 313

Fazit

In einem zweimonatigen Projektpraktikumwurde von den funf Projektteilnehmern dasauf Webservice-Technologien basierendeFilesharing-System eFox entwickelt. Dabeiwurde deutlich, dass neben dem Erwerbvon Fachkenntnissen auch die Durchfuh-rung von Projekten im Team ein wichtigerBestandteil jeder praxisnahen Universitats-ausbildung sein sollte. Als Projektteilneh-mer konnen wir jedem Studierenden nurempfehlen, angebotene Projektpraktikamoglichst zu nutzen, um Erfahrungen beider Durchfuhrung eines großeren Soft-wareprojekts zu gewinnen und das in derTheorie erworbene Wissen anzuwenden.Außerdem mochten wir jeden Lehrstuhldazu ermuntern, derartige Projekte auchanzubieten!

Literatur

[Bruþ05] Bruhn, J.; Luckner, S.; Muller, M.; Rader,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 derWirtschaftsinformatik. Oldenburg, Munchen,Wien 2001.

[KaSm93] Katzenbach, Jon R.; Smith, Douglas K.:The discipline of teams. In: Harvard BusinessReview 71 (1993) 2, S. 111–120.

[ScFi03] Schoder, D.; Fischbach, K.: Peer-to-peerprospects. In: Communications of the ACM 46(2003) 2, S. 27–29.

Autoren:Stefan Luckner(Stefan.Luckner@iw.uni-karlsruhe.de)Markus Muller(Markus1.Mueller@stud.uni-bamberg.de)Dominik Rader(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 alleStudierende der Wirtschaftsinformatik an derOtto-Friedrich-Universitat Bamberg

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