不对称曲线（精选7篇）
不对称曲线 篇1
0 引言
霍永高速公路西段DK0+234.87匝道桥位于山西省临汾市隰县寨子乡境内, 该桥现场地形比较复杂, 山体坡度达60°, 地表高低起伏, 表层分布15 m~20 m的黄土, 工期位于雨季, 无法对地面进行常规的平整、加固。20 m箱梁平面半径非常小, 仅为60 m, 对于移动架模的设计要求非常高。本文以霍永高速公路西段DK0+234.87匝道桥为实例, 详细介绍满堂支架 (开间较大用于桥梁顶部施工) 、钢管立柱支架 (易搭设, 支撑上部所有荷载) 、工字钢 (作为分配梁, 将结构荷载、支架荷载和施工荷载分配到钢管立柱上) 的不对称支架组合体系施工工艺。
现浇连续梁的支架方案直接影响到现浇梁施工的安全、质量、工期和工程建设的经济性, 支架体系的选择和施工是现浇梁施工中的重点内容。传统支架施工广泛采用满堂红支架方案, 随着工作范围的逐渐扩大, 桥梁建设的施工工艺也越来越复杂, 桥梁地形条件的复杂多样决定了单一的支架方案不能满足施工的要求, 要根据现场实际进行支架体系的设计, 保证施工质量。
本文设计了一种不对称支架组合体系, 满足了沉降变形控制要求。
1 不对称支架体系特点
1) 在复杂地形、特殊地质条件下现浇梁横断面设计了不对称支架体系, 突破了现场复杂地形的限制。2) 根据湿陷性黄土的特点, 采用了两种基础形式, 控制了支架的沉降变形。3) 在雨季施工条件下, 采用相应的排水措施, 控制了湿陷性黄土地区不对称支架体系下不同基础形式的沉降差。4) 采用沙子灌注钢管柱加斜撑提高钢管柱的稳定性技术, 保证了受压高柱的稳定性。
2 工艺原理
针对黄土地基地形变化较大、不同墩台柱高变化剧烈的现浇梁施工, 将同一横断面支架基础处理分为两个部分, 一部分采用30 cm厚三七灰土换填和C15混凝土硬化地表, 另一部分采用桩基础加支架体系。
以桥梁中心线为准, 向左9 m范围为换填地基, 向右为桩基础。桥梁中心线右侧桩基础上加设钢护筒并调节标高, 再铺设横、纵向工字钢作为分配梁, 使左右两侧标高统一, 然后采用满堂红支架方案进行现浇梁施工。
3 施工工艺流程及操作要点
3.1 施工工艺流程
施工准备→独立桩基础施工→原状黄土地基处理→雨季防排水措施完善→钢管立柱施工→钢管立柱之间平联斜撑施工→钢管立柱顶工字钢横梁施工→纵向受力工字钢施工→碗扣支架施工→现浇梁底模安装→现浇梁钢筋、模板、混凝土施工→现浇箱梁支架拆除→竣工验收。
3.2 关键工序及操作要点
1) 复杂地形条件下曲线现浇连续梁组合支架施工方案选取。
因寨子互通DK0+234.87匝道桥现场地形比较复杂, 山体坡度达60°, 地表高低起伏, 表层分布15 m~20 m的黄土, 工期位于雨季, 常规场地平整方法无法满足承载力和变形的要求。20 m箱梁平面半径非常小, 仅为60 m, 对于移动架模的设计要求非常高, 而且工期方面, 每跨强度满足要求后才能进行下一跨施工。结合以往的施工经验, 最终决定该支架方案采用满堂支架 (开间较大用于桥梁顶部施工) 、钢管立柱支架 (易搭设, 支撑上部所有荷载) , 工字钢 (作为分配梁, 将结构荷载、支架荷载和施工荷载分配到钢管立柱上) , 下部基础左幅采用三七灰土换填, 右幅采用桩基础。
2) 现浇梁施工工艺、技术要点。
a.独立桩基础灌注施工。
根据设计计算, 采用人工挖孔桩基础, 桩径1 m, 桩长13 m。按照现场实际地形要求, 利用GPS配合全站仪准确定位桩位中心, 做好标记, 挖桩前, 把桩中心位置向桩的四周引出四个桩心控制点, 用牢固的木桩控制。现场按照技术交底制作钢筋笼, 按照规范要求进行灌注桩的施工。
b.原状黄土地基处理。
以桥梁中心线为准, 向左9 m范围撒白灰线, 作为黄土地基处理边线。该范围黄土地基属于原状土体挖方段落。挖方施工时, 按照既定支架方案中每跨左幅基底标高 (含30 cm三七灰土换填预留) , 预留5 cm~8 cm, 多余土使用自卸车进行拉除, 人工配合装载机进行平整处理。
待平整完成后, 使用18 t振动压路机进行压实, 先进行静压处理基底, 监控现场标高, 对缺土段, 人工进行补齐、平整。然后使用30 cm三七灰土重新回填, 对灰土垫层进行振动压实, 压实遍数为4次~6次。
碾压完成后, 每跨随机挑选6个点, 进行地基承载力动力触探, 根据既定方案中地基承载力验算要求, 确保每点地基承载力在200 k Pa以上, 不足点段落使用压路机进行复压, 直至承载力满足要求为止。
采用15 cm厚C20混凝土进行硬化处理, 硬化时控制标高, 确保单跨支架基础位于同一平面上。每跨分别在距小里程墩柱2 m、跨中、距大里程墩柱2 m等3个位置预埋3个钢筋头, 作为3个观测点, 用以观测对比左右幅不同地基方式沉降。
c.钢管立柱及工字钢分配梁施工。
采用529型钢管搭设, 钢管横向3.5 m间距布设, 根据现场地形按需布设, 纵向按照5 m间距布置, 钢管顶面焊接3 cm厚钢板, 钢板顶面保持一致的高度。根据现场实际情况, 高度大于6 m的钢护筒灌注沙子, 提高钢护筒的稳定性, 同时每6 m高使用10 cm槽钢进行横向连接和斜向支撑。每横向钢管立柱顶放置一根Ⅰ50a型工字钢, 悬挑2 m, 墩柱位置按需安设抱箍, 抱箍上横向放置两根Ⅰ50c型工字钢。其上纵桥向按12×60 cm+1×90 cm间距铺设Ⅰ36a型钢。
钢管立柱要求插入灌注桩内, 灌注桩混凝土浇筑到设计标高位置, 进行钢管立柱的安装, 需要根据基坑不同部位的底标高确定其高度。将加工好的钢管立柱进行编号, 对号入座。钢管立柱安装采用吊车, 根据钢管立柱不同的设计长度进行对号入座。
横向50工字钢与钢护筒连接、36工字钢与50工字钢连接时, 使用槽钢在工字钢左右两侧进行满焊固定, 防止支架搭设过程中翻转、滑移。尤其是钢护筒柱顶、柱脚使用钢板焊接封顶, 然后与上下介质焊接。其上正常搭设脚手架。
每跨对应左侧预留观测点位置, 分别在距小里程墩柱2 m、跨中、距大里程墩柱2 m等3个位置的纵向36工字钢上面, 作3个观测点标记, 用以观测对比左右幅不同地基方式沉降。
d.支架施工。
采用满堂支架搭设, 整幅支架立杆间距布置横桥向为:3×0.9 m+21×0.6 m+3×0.9 m;顺桥向立杆间距为0.6 m。即箱体下部立杆间距为0.6 m×0.6 m, 翼缘板下部立杆间距为0.6 m×0.9 m。钢管底部连接底托, 步距1.2 m。为保证支架整体稳定性, 支架总宽度共为18 m。支架搭设一次一联 (3跨) 整体搭设。
支架搭设过程中应保证立杆碗扣将横杆全部扣住并锁紧, 以保证支架良好受力。支架顶端安装支架顶托调整底模标高。支架搭设完毕后, 应再次检查支架横杆连接情况, 保证每个节点处全部锁死。横纵向扫地杆不得高于地面30 cm设置。脚手架如果高度大于15 m, 则在高度15 m位置, 设置一组缆风绳 (4根~6根) 。
剪刀撑设置:横向剪刀撑每4.2 m设置一道, 纵向剪刀撑设置4道 (支架两侧各设一道, 两个腹板下各设一道) , 水平剪刀撑每4.8 m设置一道。剪刀撑设置时应连续, 钢管搭接时搭接长度不小于1 m, 并且采用不少于2个扣件连接, 剪刀撑设置角度45°~60°, 与立杆锁死位置尽量与横杆交汇处不大于20 cm。
e.支架施工预压及同一断面不同支架基础处理形式的沉降差观测。
支架预压在钢管支架施工完毕, 梁体底模安装后进行。为使堆载时荷载更接近浇筑混凝土时实际荷载, 将梁体按2 m~3 m分段计算其重量, 划分每一堆载区域, 堆载物采用沙袋, 在现场实地称量每个土包的重量, 根据每一区域内计算荷载值, 确定该区域用沙袋数量 (预压荷载按上部重量的120%确定) 。
基础处理完成后, 在支架预压及上部现浇梁施工时, 因同一断面支架采取不同的支架基础处理形式, 所以在观测支架稳定的同时, 应加强对支架基础沉降的观测, 如果存在不均匀沉降过大, 则需立即停止上部加载施工, 进行适当处理后, 方可继续进行, 确保支架的基础稳定。
预压加载及卸载全过程对底模的沉降做细致的观测记录。预压时在跨中、1/4跨中及3/4跨中底模处设置测点, 每处设置左中右3个测点。在预压、持荷及卸载过程对测点进行沉降观测, 得出支架的弹性变形、地基及支架的非弹性变形。
4 结语
近年来, 随着交通基础设施的快速发展, 各种复杂地形、地质条件下的山区公路建设中遇到大量的桥梁工程。因地形条件限制、线路总体线形要求或特殊的桥隧相连等情形, 曲线现浇连续梁作业环境恶劣、地形复杂的比比皆是。山丘地貌条件下的现浇梁支架方案选择与施工时, 要根据现场实际条件决定, 才能保证现浇梁的质量。同一断面采用不同的支架基础处理方案大大提高组合支架法对现浇连续梁桥的适用性。
参考文献
[1]王云江.桥梁施工技术[M].北京:中国建筑工业出版社, 2005.
[2]向中富.桥梁施工控制技术[M].北京:人民交通出版社, 2001.
不对称曲线 篇2
解法一:假设在椭圆C上存在两点A (x1, y1) 、B (x2, y2) 关于直线l对称。
设直线AB的方程为:,
由得9x2-4mx+4m2-16=0。
∵直线AB与椭圆C有两个交点
设AB的中点为M (x0, y0) , 则。
∵点M在直线l上,
∴, 解得不满足条件 (1) ,
∴椭圆C上不存在两点关于直线l对称。
解法二:假设在椭圆C上存在两点A (x1, y1) 、B (x2, y2) 关于直线l对称, 且AB的中点为M (x0, y0) 。
∵A、B两点在椭圆C上,
又∵l⊥AB, 且点M在直线l上,
∴点M在椭圆外。
∴椭圆C上不存在两点关于直线l对称。
在平面解析几何中, 经常会遇到这样一类问题:圆锥曲线上存在两点关于直线对称, 求解参数范围问题。常见题型是圆锥曲线C的方程或直线l的方程中含参变量m, 圆锥曲线C上存在两点关于直线l对称, 求参数m的取值范围, 对于这类问题的求解方法一般是“判别式法”和“点差法”。“判别式法”:即利用垂直、平分及韦达定理, 由中点公式求得AB中点M, 根据中点M坐标, 满足对称方程列一等式, 而直线AB与椭圆相交满足Δ>0这一不等式, 两者结合得出结果;“点差法”:即利用平方差法, 巧用中点坐标公式和斜率公式求得AB的中点坐标, 利用弦中点必在椭圆内或抛物线的开口内, 列出不等式, 解出结果。
例1已知双曲线C:mx2-y2=1, 若双曲线C上存在两点关于直线l:y=x+1对称, 求m的取值范围。
解:设双曲线C上存在不同的两点A (x1, y1) 、B (x2, y2) 关于直线l对称, 线段AB的中点为M (x0, y0) 。
设直线AB的方程为:y=-x+n,
则由
得 (m-1) x2+2nx-n2-1=0。
∵直线AB与双曲线C有两个不同交点,
∴m≠1且Δ>0, 得mn2+m-1>0且m≠1, (1)
由韦达定理得:,
∴y1+y2= (-x1+n) + (-x2+n) =
∵点M (x0, y0) 为AB的中点,
∵点M在直线l上,
把 (2) 代入 (1) 中, 解得m>1,
不对称曲线 篇3
例1 已知椭圆C:undefined, 试确定 m 的取值范围, 使得对于直线L:y=4x+m 在椭圆C上存在不同的两点关于直线L对称.
解:设椭圆上存在不同的两点M (x1, y1) , N (x2, y2) 关于直线L对称, 线段MN的中点为P (x0, y0) , 则
①-②可得:undefined,
即undefined
由于MN⊥L, 所以undefined,
故 y0=3x, ③
又由P (x0, y0) 在直线L上得
y=4x0+m. ④
联立③④解得 x0=-m, y0=-3m.
因为点P (x0, y0) 在椭圆undefined内,
所以undefined, 即undefined,
解得undefined
所以 m 的取值范围为
undefined
例2 已知双曲线C:x2-y2=1及定点A (2, 0) , 若在该双曲线上存在不同的两点关于过点A的直线L对称, 试求出直线L的斜率的范围.
解:设双曲线C:x2-y2=1上存在不同的两点M (x1, y1) , N (x2, y2) 关于直线L对称, 线段MN的中点为P (x0, y0) , 由题意可得直线L的斜率K必存在, 设直线L方程为:
y=k (x-2) .
当 k=0时, 由双曲线的对称性知双曲线上存在关于直线L对称的两点M和N;当 k≠0时, 由 xundefined-yundefined=1, xundefined-yundefined=1两式相减得
(x1-x2) - (x1+x2) - (y1-y2) (y1+y2) =0,
即undefined
又由P (x, y) 在直线L上得:
y0=k (x0-2) . ②
联立①②解得 x0=1, y0=-k.
由 xundefined-yundefined>1, 或 xundefined-yundefined<0, 得1- (-k) 2>1, 或1- (-k) 2<0, 解得|k|>1.
综上:直线L的斜率的范围为 k>1, 或 k<-1, 或 k=0.
例3 若抛物线 y=ax2-1 (a>0) 上存在关于直线L:x+y=0对称的两点, 求 a 的取值范围.
解:设抛物线上存在不同的两点M (x1, y1) , N (x2, y2) 关于直线L对称, 线段MN的中点为P (x0, y0) , 则
y1=ax2-1, ①
y2=ax2+1. ②
undefined
因为MN⊥L, 所以 kMN=2x0a=1. ③
由点P (x0, y0) 在 x+y=0上的得
y=-x0. ④
由③④联立得undefined
因为 (x0, y0) 在 y=axundefined-1内部,
所以 y0>axundefined-1,
即undefined, 解得undefined
所以 a 的取值范围为undefined
不对称曲线 篇4
对称分裂是产生具有同样命运子细胞的分裂方式。当一群干细胞被作为一个群体看待时, 具有同样发育潜能的干细胞可能在一些分裂过程中只产生具有干性的子细胞, 而在另一些分裂过程中则只产生分化细胞。总的来说, 干细胞可完全依赖于对称分裂或依赖于对称分裂和不对称分裂的组合。在模式生物Caenorhabditis elegans, Drosophila和脊椎动物的研究中, 干细胞的这两种分裂方式均有充足的证据。
在本篇综述中, 我们将探究多数干细胞对称或不对称的分裂模式及这两种模式之间如何受发育阶段和环境中信号调控达到平衡以产生适当数量的干细胞和分化的子细胞。在此, 我们根据细胞分裂产生子细胞命运的不同将其分为对称分裂和不对称分裂。尽管已有的数据并不完全, 它们仍可表明绝大多数干细胞具有在对称分裂和不对称分裂之间转换的能力, 而疾病状态下这两种分裂模式间转换的平衡是缺陷的。
1 干细胞和不对称分裂
不对称细胞分裂在干细胞调控过程中发挥重要作用。目前研究表明不同物种, 不同组织间的干细胞不对称分裂机制不尽相同甚至完全不同, 但可能有一些共同的调控过程, 概括起来主要有如下几种。
1) 细胞分裂时细胞命运决定因子不对称分布于子细胞中。典型例子是Drosophila成神经细胞的不对称分裂。在Drosophila成神经细胞中, 一个进化中保守的细胞命运决定因子Numb不对称分布于将要分化的子细胞中。Numb是Notch信号通路的抑制因子, 其不对称分布导致细胞命运的不同[2]。
2) 细胞极性因子不对称分布或受外源信号调控导致中心粒和纺锤体的不对称分布。Par-3, Par-6和a PKC这3种蛋白在胞内的不对称分布决定了细胞极性轴的取向, 进而引发其它命运决定蛋白和纺锤体的极性分布[3]。此外, Yamashita等报道在Drosophila雄性生殖干细胞分裂过程中, 在干细胞巢提供的信号的作用下, 母细胞的中心粒留在靠近细胞巢一侧, 而子中心粒移入细胞另一侧, 产生的两个子细胞命运也不同[4]。
3) 干细胞巢通过信号传导和直接与干细胞相互作用调控其分裂面和胞内信号不均分布导致干细胞的不对称分裂。干细胞巢是维持干细胞状态的“微环境”。Drosophila生殖干细胞可重复地定向分裂产生一个留在干细胞巢中的保留干细胞特征的子细胞和一个被排出干细胞巢并开始分化的子细胞。卵巢中, 组成干细胞巢的帽细胞合成配体Decapentaplegic (DPP) 和Glass bottom boat (GBB) , 他们可激活生殖干细胞中的骨形态发生蛋白 (BMP) 信号传导, 因此抑制编码促进分化的蛋白的bag-of-marbles基因。干细胞巢和生殖干细胞接触部位的特定连接将干细胞锚定于其上。更重要的是, 这些定向不对称分裂的干细胞控制子细胞的定位, 进而控制它们与外界信号的接触从而调控干细胞特性。
4) 不朽DNA链在子细胞和母细胞中的不对称分配。Shinin等在成体肌肉干细胞肌卫星细胞中已观察到母细胞的DNA链倾向于共同进入某一子细胞, 这从一定程度上暗示维持干细胞特性的子细胞保留母链DNA, 以避免可能发生的复制错误和突变。该现象在体外培养中同样存在, 说明其独立于体内的干细胞巢[5]。
5) 染色体的表观遗传修饰, 折叠形成二级结构等。一些染色质结合因子, 如可激活或抑制组蛋白修饰的因子, 可影响参与自我更新过程的DNA结合蛋白的表达和作用, 进而影响该DNA的表达和活性, 使表观修饰不同的子细胞具有不同的表达和命运, 参与不同的生理活动[6]。
现已证实, 虽然有相当的保守性, 不对称分裂机制在不同的物种和不同的组织中具有特异性。有的组织的不对称分裂一种因素占主导, 如C.elegans受精卵的不对称分裂主要需要PAR-3, PAR-6和位于表层的非典型蛋白激酶C (PAR-a PKC) 复合物的不对称定位, 而不对称分布的PAR蛋白反过来也控制纺锤体定位和胞质细胞命运决定因子的不对称分离[7]。有些则是综合作用的结果, 胞外信号影响胞内决定因子的分布, 而胞内因子的不对称分布也影响对胞外信号的应答, 如Numb改变了继承它的子细胞对Notch信号的应答。
2 对称分裂可扩增干细胞数量
在无脊椎动物和脊椎动物的发育过程中均能观察到干细胞的对称分裂, 且对称分裂在创伤修复和再生中也十分常见。干细胞以对称分裂方式增殖以干细胞数目的增加为标志。
在C.elegans的生殖系中, 线虫孵化出来时仅有两个生殖干细胞, 但在以后的幼虫发育阶段, 它们却繁殖出成体性腺中约2 000个子细胞, 包括一池未分化的性细胞和一池分化的配子细胞。一些证据表明C.elegans生殖细胞在幼虫发育阶段对称分裂。首先, 分裂产生的子细胞具有相同的大小和形态, 且分裂面和子细胞的位置也不固定。第二, 一个或多个生殖细胞可通过激光消融被移除而不影响干细胞自我更新和产生配子的能力。第三, 实验上在早期发育阶段, 即当所有生殖细胞均在增殖的时候, 对干细胞巢的重新定位使只要接近它的生殖细胞均能维持干性。最后, 干细胞巢的复制导致干细胞池的翻倍。因此, 在生殖细胞系的增殖阶段, C.elegans生殖细胞产生具有相同发育潜能, 却由于位置和干细胞巢数目的不同最终具有不同分化命运的子细胞[1]。在Drosophila幼虫发育过程中, 最近也观察到了类似的生殖细胞对称分裂的现象。
哺乳动物干细胞在胚胎或早期幼体发育阶段似乎也大量经历对称分裂以扩增干细胞数量。例如, 小鼠造血干细胞在妊娠中期每天都将数量翻倍, 表明这些干细胞中的大部分都须经历对称的自我更新分裂。但是, 目前对这些干细胞分裂的直接观测尚未实现。类似的, 幼体表皮的细胞分裂也似乎大多数是等分, 在干细胞存在的基底层产生形态相同的未分化细胞。但是, 形态位置相同, 均存在于干细胞部位的子细胞仍有可能具不同的分化潜能。因此, 在没有直接证据表明发育潜能和细胞命运的时候, 对等分裂和不等分裂的推断都是基于一个不完整的标准的, 只是暂时适用的。
3 等分裂可持续到成体
等分裂的干细胞在发育中的组织中很常见, 但在成体中也常观测到, 如成体Drosophila的卵巢。Drosophila成体生殖干细胞一般不对称分裂, 但雌性生殖干细胞在实验操作手段下可被诱导进行对称分裂并再生出额外的干细胞, 其中之一被移出干细胞巢。因此, Drosophila成体生殖干细胞可在不对称分裂和对称分裂之间转换。
最近的实验进一步表明Drosophila生殖干细胞的子细胞尽管具有不同的细胞形态, 但仍具有相同的发育潜力。在卵巢中, 生殖干细胞可通过热击启动子诱导促进分化的活化因子bag-ofmarbles表达, 同时卵巢体细胞中DPP配体异位表达, 而丢失干细胞形态并获得了具分化命运的子细胞的细胞特征。当调节因子活性被抑制, 正在分化的细胞又可重获干细胞形态和干细胞的发育潜能[8]。
可能的解释是Drosophila生殖干细胞通过不等分裂产生具相同分化潜能但位于具有不同信号途径的干细胞巢的位置。这些相同的子细胞根据某些信号通路的存在或缺失而获取不同的标记。这一观点可被更直接地验证, 如调换两个子细胞在巢中的位置观察它们的命运是否调换或通过激光消融技术移除一个干细胞来观察另一个正在分化的子细胞是否可以进入干细胞巢并获取干细胞命运。但是这些物理操作在目前的系统下仍有相当的难度[1]。
4 干细胞分裂和肿瘤
干细胞对称分裂的自我更新能力可维持发育的可塑性, 增加生长能力和修复能力, 却也可能造成内在的肿瘤形成风险。一般情况下, Drosophila的成神经细胞受表层极性因子的不对称分布 (如PINS和a PKC) , 细胞命运决定因子 (如Numb和Prospero) 的不对称分布以及有丝分裂纺锤体的分布而进行不对称分裂。但当调节不对称分裂的机制受到干扰, 这些成神经细胞便开始对称分裂并形成肿瘤。
缺少PINS的细胞克隆具成瘤性, 且缺少PINS和LGL的双突变细胞能产生主要由对称分裂和自我更新的成神经细胞组成的大脑。缺少细胞命运决定因子Numb或Prospero的细胞克隆具成瘤性并可在移植到新宿主后繁殖。此外, 这些肿瘤细胞在进行对称分裂40天后即具有染色体非整倍性。一个较具说服力的解释是对称分裂的能力可能是成瘤转变的前提条件且肿瘤至少部分反映出对称分裂的能力。
促进不等细胞分裂的机制在肿瘤抑制过程中扮演着进化上保守的角色。基因APC为Drosophila精原干细胞的不对称分裂所必需且也是哺乳动物小肠上皮细胞的一个重要的肿瘤抑制因子。Numb基因的缺失可能导致乳腺癌中Notch信号通路的过度兴奋。尽管这些基因的产物可以通过多种途径抑制肿瘤发生, 有些独立于它们对细胞极性的作用, 但它们作为肿瘤抑制因子暗示了不对称分裂本身可以抑癌。
对称分裂和肿瘤之间的关系被哺乳动物细胞中一些基因既能诱导对称分裂也能作为原癌基因的现象进一步证明。一个例子是a PKC, 一个非典型的蛋白激酶, 正常情况下作为PAR-a PKC复合物的一部分定位于成神经细胞顶端。变异的a PKC导致对称分裂的成神经细胞数目的增加。与Drosophila成瘤潜力相一致, a PKC在人类肺癌中也被确定为原癌基因。由此推测不对称分裂除了维持干细胞数目和分化后代的平衡, 可能还具有抑癌作用。
对称分裂可能不仅促进干细胞的增殖, 也进而促进染色体非整倍性的发生率。与这一假设相一致, 不对称分裂的机制调控纺锤体的定向。导致果蝇成神经细胞对称分裂出现非整倍性的原因可能是功能缺失的中心体, 不论是复制错误还是形态失常, 都可能导致染色体分裂异常。在哺乳动物细胞中由肿瘤抑制因子调控的中心粒功能对避免基因组的不稳定性十分重要。事实上, 在不等分裂的细胞中, 中心体和纺锤体似乎都被严格调控以保证子细胞获得不同的命运。可以合理推测被严格调控的中心体可保护染色体避免分离中的错误。如果是这样的话, 对称分裂可能不仅增加干细胞数目, 也会由于对纺锤体控制的放松而增加非整倍性和其它连带突变的可能性[1]。
5 展望
早期发育和损伤后的干细胞对称分裂对发育和损伤后修复具有重要意义。而其在依赖于发育和环境因素的对称和非对称分裂模式间的转换是增加修复能力并扩展细胞寿命的关键。干细胞对称分裂的增加具有致瘤的额外风险, 尤其考虑到肿瘤细胞经常出现于成体干细胞的转换过程中。此外, 如果肿瘤生长和发展由肿瘤干细胞驱动, 这一过程可能依赖于能使干细胞级数扩增的分裂模式。
今后的重要论题是干细胞是如何受调控而在对称分裂和不对称分裂间转换的。对这一过程在分子水平的认识不仅有利于基础干细胞学的研究, 还对干细胞治疗的调控有重要的临床意义。
摘要：干细胞通过对称和不对称分裂进行增殖。前者多发生于发育过程或受伤害后的增殖过程中, 而后者在使干细胞维持自身特性 (自我更新) 的同时也能产生分化的后代细胞, 是其维持合适的干细胞数的一种方式, 因而被认为是干细胞的典型特征。干细胞对称分裂和不对称分裂之间的平衡对成体再生能力起关键作用, 失调则可能导致肿瘤。本文将对目前已取得的干细胞不对称分裂机制研究进展及与肿瘤发生关系进行讨论。
关键词：干细胞,不对称分裂,对称分裂,肿瘤
参考文献
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风险和收益的对称性与不对称性 篇5
一、有效市场理论
在传统的金融学的背景下, 有效市场理论是指在一个有效率的资本市场上, 将不存在未加利用的盈利机会。金融市场的结构使得许多市场参与者都能参与该市场, 只要存在盈利机会, 密切注意资本市场的人就会抓住出现的机会, 获取利润, 从而使得资本市场的套利空间缩小并迅速消失。
其中有一个典型就是强有效的市场, 现在大多数人都认为欧美市场更接近于中性和强有效市场, 可以说价格充分反映了所有的信息, 而不管这些信息是否公开发布, 在这个市场上不可能看到业绩之中好过市场水准的投资管理者, 该套理论体系的核心思想是市场是有效的, 任何一个在市场长期做投资的投资者, 无法超过指数本身。
有效市场理论有一个资本资产定价模型CAPM, 即在一个竞争的市场中, 期望风险溢价与风险参数β成正比, 核心的意思就是在一个有效的市场里面, 如果希望取得超出市场的回报的话, 所冒的风险会更大, 这是现在资本市场比较盛行的一个核心的思想。
但是资产定价模型隐含了一些假设:1、认为历史可以重演, 也就是历史再现。2、认为所有的投资者都是理性投资者。3、认为整个市场是没有交易和摩擦成本, 也就是没有手续费, 没有其他一些摩擦过程。这些假设也导致了该模型的致命缺陷。
对上述三个假设一些其它认识:
首先历史永远不能重演, 人不可能踏进同一条河两次, 不能在同一个故事中同样的状态下同样的发生重新经过, 所以说像技术分析、很多理论上的分析不会赞同, 包括前面提及的CAPM模型里历史重演有一个前提就是β值取得历史风险最大, 实际上隐含着意思是一个股票历史的波动率可以引申到未来的波动率, 可以认为这是一个极其荒谬的理论。其次一个假设是认为投资者都是理性的, 这个社会是由人构成的, 而人类社会最大的特点就是非理智性。人本身是一个群居性的动物, 我们可以看到, 为什么现在社会中城市的规模越来越大, 为什么更多的人跨入了城市生活?另外可举例说明验证, 包括在投资世界上的荷兰郁金香事件、英国南海泡沫, 包括九七年香港的股票和房地产泡沫, 还包括近期中国存在的房地产泡沫、资产泡沫, 从这些都可以说明一点, 人是无理性的, 大多数人会在不同的时候相互感染, 人们会把自己的乐观和自己对事物的看法, 传染给其他人, 在这样的一个过程中, 一件事情会不断反复加强和强化, 最后的结果就是进入一个疯狂的状态。而第三, 就是无交易成本, 而无交易成本是不可能。
二、风险和收益的对称性
风险和收益的三种表现情况:1、高风险和低收益。2、低风险和高收益。3、风险和收益对等。
曲线所反映的就是风险收益对等, 传统的CAPM理论就是认为在这条曲线上做投资可以达到市场效益最大化, CAPM理想化的状态就是达到风险收益对等, 那么任何低于这条曲线的点就是高风险低收益, 也就是付出同样的风险但是回报是更低的, 高于这条曲线上的点也就是低风险高收益的。传统的CAPM认为无法超越这条曲线, 特别是长期看来。在传统的投资理论和世俗的观念里, 想要求发达就要冒更大的风险, 但是如果想要谋发达你一定不要冒风险, 这是如果想要在十年二十年间积累更大的财富所要遵循的。在每次做投资决策或投资活动中, 一定是希望风险最小或是没有风险, 但是希望每次投资活动中都能取得较高收益。
在长期的投资过程中, 并不需要每天都去做交易, 拿着现金, 富有耐心的等待, 由于社会的波动性, 由于人类社会的无理智性, 在不同的时间里, 比如三至五年的周期里, 都会等到一个相对完美的低风险、高收益的时间, 那时候就是该出手的时候。如果在投资组合里累计了很多次这样的投资后, 我们就会发现从长期来看取得了远远超出市场回报的机会, 这就是总的投资思想。总结起来就是投资理念, 即投资的核心是确定风险和收益的对称性。
任何风险资产都是可以投资的, 只要有足够的收益补偿。投资研究的核心目的是寻找风险与收益之间的对称关系。围绕着这一对称关系, 可引伸到投资的所有领域例如股票的风险及定价, 保险资产的风险及补偿, 抵押债券的定价, 期货、期权等衍生工具的定价等。也就是说可把这个世界所有的东西都可以看作收益率的曲线, 所有的东西都以收益和风险的对称关系来考虑。比如投资港口业、投资航空业、投资计算机业或者各种各样的股票、期权、债券的时候, 都是寻找外在的载体, 所有的投资都是外在的载体, 最核心的本质是要研究。任何投资的标的都是投资的工具而已, 必须保持找出这种投资里面最根本的东西, 也就是这次出手投资的标的所带来的风险是不是有足够的补偿, 当任何一次出手的时候发现它的补偿是足够的时候, 那么从长期来看的话, 将会得到超出市场收益率的组合。
三、风险和收益的不对称性
在不确定的市场环境背景下, 人类社会经济活动的非理性反复循环出现, 投资者往往会对公司的过去业绩过度反应, 同时也会对未来的坏的预期过度反应。由于这些过度的反应, 从长期的角度来看, 高风险和低收益的投资组合存在被高估, 而低风险和高收益的组合则被低估。风险和收益的不对称性也显现与此。
因而就对专业投资而言, 控制风险是专业化的第一步。
专业投资者控制风险, 最本质所在就是寻找风险和收益的偏差。当研究标的由于各种原因致使出现风险收益的非对称定价关系时, 就是我们获取超过市场平均利润水平的机会。相对一般投资者而言, 专业投资者的优势并不一定体现在一段时间、单只股票赚钱的多少, 而是体现在保持控制风险的能力上, 风险的量化程度是衡量投资者专业化程度的标志。
可以说投资的核心是不仅在于寻找风险和收益的对称性, 而且更应明确认识到风险和收益的不对称性, 寻找两者之间的偏差。
进而对于专业投资者, 需要从更大的范围考虑: (1) 目前该市场的整体平均市盈率水平合理吗? (2) 该公司股票的市盈率水平合理吗? (3) 市盈率指标足以反映公司的内在风险吗? (4) 是否有更好的风险与收益的测度手段? (5) 考虑和规避整个市场的系统性风险?
为了能够把握住风险和收益的非对称时机, 需要思索是否有更好的风险收益的测度手段。从更大的范围考虑, 就会发现最明显的风险收益不对称性存在于市场结构的扭曲中, 存在于人们对来自各个方面信息的过度反应, 如人为的市场割裂等结构缺陷往往意味着巨大的风险收益的不对称性。而就是在打破市场结构缺陷的过程中, 才有套利的机会。
由于中国证券市场先天的原因, 先权后股, 处于国有股、法人股、A股、B股、H股等各种分割之下, 这种分割是西方成熟市场所没有的, 也是违背股权市场的发展规律的, 因为同股不同权、同股不同价, 也就意味着风险相同、收益率不同。只要这个市场最终要发展, 这种被人为扭曲的构架必然要被纠正, 其收益就蕴藏在纠正偏差的过程中。如2005年的股权分置改革, 也是期望打破这种分割, 而在较早期介入法人股市场的敏锐投资者, 自然就有超额回报。
在中国证券市场股权被人为分割的时候, 从静态来看, 各种股票的定价本身存在着巨大的扭曲;而从动态来看这种分割的打破会对股价产生巨大的影响。有效市场理论如CAPM模型是建立在市场有效的前提下, 但是在一个新兴加转轨的市场上, 这个前提是不存在的, 市场是无效的, 因此按照历史数据得出的β值, 现实意义也不大。巨变的市场对某些金融理论的冲击是不容忽视的, 正如08年这场席卷全球的金融风暴一样, 需要重新审视我们的金融架构与监管体系。
四、投资原则
历史数据不断提醒我们, 市场非理性状况持续的时间比我们想象的都要长, 无论是市场上涨还是下跌。实际情况是, 没有人会知道未来市场行情将如何演绎, 股市前景的不明确提醒我们, 要关注自己真正能控制的因素, 承担自己能承担的风险。
在当前的不确定性大市场背景情况下如何做投资, 可以把握如下一些原则选择风险被高估和收益被低估的企业: (1) 企业的负债率要低。一个企业如果它过度的扩张或者是它负债率过高的话, 在通胀恶化情况下它的盈利是非常脆弱的。如果有大量的现金流那就更好。 (2) 企业自主定价能力强, 行业进入门槛较高。 (3) 企业毛利率足够高, 与同行业企业平均毛利率比较而扬。 (4) 企业主营业务的安全性, 最好具有相对的市场垄断地位。
投资有时就像战争一样, 商场如战场。任何社会财富的积累, 背后的本质都是相同的, 都要靠权力等手段达到社会财富的再分配, 从而到达金字塔的塔尖。在古代, 财富的表现形式是土地, 为了夺取土地就开始打仗, 那么现代社会呢, 就体现在商场上, 商场就和古代的战场是一样的, 在任何一次战场和商场上生存永远是必须的。做任何一次投资可以把它看作是作战, 在作战过程中第一要素是什么?是不要被消灭掉!明确到每一次的战斗中, 在战局顺利的情况下扩大战果, 可能会获得几倍的回报, 在不顺利的情况下只损失10%或20%, 确实做到止损, 而把主要实力保存下来, 如果在每一次投资都抱着这种态度的话, 会发现长时间来说一定是赢家, 财富就会达到金字塔的顶端。投资是生存的艺术!衡量一个投资者不是今年赚取了多少, 而是能生存下来。防止亏损的能力应该是第一位的。宁可错失, 不可冒进。在资本市场上, 活下来永远是第一位的。
市场是大众各种心理影响的随机反映。市场总是在投资者喜悦和恐惧的交替循环中达到波峰和冰谷, 完成牛熊的转换。由于人类社会活动的特性, 会把恐惧和喜悦过度扩大, 人们会看着别人的行动而行动。一件事物一开始是个体, 后来是一个小队伍, 后来是一个大队伍, 到最后一定是整个社会都在进取。有一个很好的参照指标可以来评价, 当看到大多数人都在谈论一件事物, 每个人都在排队去买一个事物的时候, 有90%的概率这个事物可能会被高估, 每个人都想去买的时候一定不会便宜。当看到证券市场人声鼎沸, 每个人都赚钱了的时候, 一定要小心。而像现在, 每个人都在亏钱的时候更要小心, 不过 (下转第69页) 面良好二者在博弈中孰胜孰败, 或者此消彼长会持续较长的一段时间, 那么一切就得靠市场来解释和见证了。
摘要：本文主要通过对投资风险和收益的对称与不对称性进行分析探讨, 以此构建基本的投资框架, 期望为投资者在当前不确定的市场环境下把握投资机遇, 确立科学的投资理念提供有益借鉴。
不对称曲线 篇6
在微观世界里, 基本粒子有三个基本的对称方式:一是粒子和反粒子互相对称, 即对于粒子和反粒子, 定律是相同的, 这被称为电荷 (C) 对称;二是空间反射对称, 也叫内禀宇称对称, 它是表征粒子或粒子组成的系统在空间反射下变换性质的物理量。在空间反射变换下, 粒子的场量只改变一个相因子, 这相因子就称为该粒子的宇称。这叫宇称 (P) 对称;三是时间反演对称, 即如果我们颠倒粒子的运动方向, 粒子的运动是相同的, 这被称为时间 (T) 对称。微观世界里的这三种对称都是存在的, 而不对称也是存在的。三者都是对称与不对称的统一。
时间、宇称和电荷守恒定律曾被认为是支撑现代物理学的基础之一。20世纪50年代来, 物理学家先后发现一些守恒定律有时并不完全满足对称性。美籍华人物理学家杨振宁和李政道提出弱相互作用中宇称不守恒理论并经实验证实。
近几十年来, 物理学家一直在研究时间对称性在微观世界中是否同样适用。欧洲原子能研究中心的实验观测首次证明, 至少在中性K介子衰变过程中, 时间违背了对称性。在实验中研究人员发现, 反K介子转换为K介子的速率要比其时间逆转过程、即K介子转变为反K介子来得要快。这是物理学史上首次直接观测到时间不对称现象。
美国费米实验室所获得的数值结果其精确度比此前实验都有所提高, 基本证明了中性K介子在衰变过程中直接违背电荷宇称联合对称法则, 也就直接证明了宇称和电荷守恒定律确实有局限性。
实验证明, 电荷 (C) 、宇称 (P) 、时间 (T) 三者的对称现象都是存在的, 其不对称现象也是存在的。人们既不能否认三者的不对称性, 也不能完全否认三者的对称性, 三者都是对称与不对称的统一。
二、“现在”的范围及其变动性
在基本粒子的三个基本对称方式中, 时间 (T) 对称具有重要意义, 因为它直接涉及四维空时。了解时间 (T) 对称的关键在于了解“现在”的范围及其变动性。
众所周知, 过去的时间是无限的, 未来的时间也是无限的, 那么, 过去与未来之间有没有“现在”呢?应该说有。如果没有“现在”, 那么人们只能生活在过去或未来。这可能吗?
对过去与未来, 人们都知道二者的量, 那么, 在过去与未来之间的“现在”有没有量呢?
如果说“现在”没有一定的量, 那么也就没有“现在”。因为质与量是不可分的, 没有一定的量也就没有质。也就没有“现在”。应该说, “现在”有一定的量。在过去与未来之间有“现在”。“现在”并不是隔开过去与未来的一张无形的纸, 它是由旧事物向新事物转化的过程。空间与时间统一为四维连续区的关键就在于:“现在”有一定的量。“现在”的量也就是时间这一维的量。
“现在”的范围是指“现在”的前后两个面之间的范围。“现在”的前一个面与未来交界, 而后一个面与过去交界。这两个面无限大, 而两个面之间的距离却极小。这两个面是光子运动的主要跑道。
我们说时间是物质的存在形式, 当然包括过去与未来, 但是, 过去的时间只是物质曾经有过的存在形式, 而未来的时间是未来物质的存在形式。实际上, 现实的物质的存在形式只是“现在”。
在四维空时中, 时间一维上的长度是有限的, 只是在“现在”有现实的物质。
只有在四维连续区里, 物质才能发生质变。或者说, 正因为物质有量变和质变, 所以才形成四维连续区。
“现在”的物质, 就是宇宙中的一切物质。无论什么物体都不能离开“现在”, 离开了“现在”也就离开了物质。物体的速度若大于光速, 它将飞到未来或飞回过去。这是不可能的, 因为过去已经没有物质了, 而未来还没有物质。
“现在”的范围是确定的, 又是不确定的, 因为时间是不断前进的。“现在”不断地向未来前进, 未来不断地转化为“现在”, “现在”不断地转化为过去。
因为时间是不断前进的, 所以时间 (T) 对称不是永恒的对称。时间 (T) 对称是指时间反演对称, 即如果我们颠倒粒子的运动方向, 粒子的运动是相同的。
因为时间是不断前进的。“现在”不断地向未来前进, 未来不断地转化为“现在”, 所以如果我们颠倒粒子的运动方向, 粒子的运动不可能是相同的。如果我们颠倒粒子的运动方向, 粒子向着过去的方向后退, 它不可能回到来时的起点, 因为原起点已经成了过去。如果我们颠倒粒子的运动方向, 粒子向着未来的方向前进, 当它回到来时的起点时, 此段距离已经缩短, 因为时间已经前进了。
因为事物的运动是绝对的, 所以一切对称都是相对的, 而不对称则都是绝对的。完全否定相对的对称是错误的。相对于平衡类似, 一切平衡都是暂时的、相对的, 完全否定平衡是错误的。
三、C、P、T三种对称与四维空时的关系
一切事物都是四维的, 且都存在于四维空时之中, 只有在四维空时中对称才算完全对称。C、P、T三种不对称现象与四维空时有密切的关系
四维空时是由空间三维和时间一维组成的统一体, 它是不可分割的。在四维空时统一体中, 时间一维有两种不同的量:一种是以秒、分、小时等为计量单位的时间;另一种是与三维空间的量同质的量, 例如厘米等。为什么厘米等这类三维空间的量可以用来计量时间呢?这是因为时间与空间都是物质的存在形式, 二者的内容是同一物质。时间是物质运动、变化过程的持续性和顺序性, 在物质运动、变化的持续过程中有没有物质的长度呢?有。有过程就必然有长度。
如果承认时间与空间都是物质的存在形式, 如果承认宇宙是四维的, 那就应该承认时间与空间一样, 也是物质的。大家知道, 空间作为物质的存在形式, 其内容是物质, 那么, 时间作为物质的存在形式, 其内容是什么呢?当然, 也是物质。时间中的物质与空间中的物质是否不同呢?没有区别, 时间与空间的内容是同一物质。有物质就有物质的量, 就有一定的长度。
在四维空时的时间一维中, 若没有物质的长度也就否定了时间一维。在时间一维中, 若只有以秒、分、小时等为计量单位的时间而没有以厘米、米等来计量的时间, 那就否定了四维空时。以秒、分、小时等为计量单位的时间的量, 并不是物质自身的量, 它只是物质运动、变化过程的持续性和顺序性。
一切事物都是四维的, 且一切事物的时间一维都有以厘米等计算的长度。电子也是如此。因此, 电荷 (C) 对称不仅仅是指三维电子对称, 也是指四维电子对称。如果仅仅是立体的电子对称, 那还不是真正的对称。四维电子的时间一维极短, 因此要发现其不对称性是很困难的。
对宇称 (P) 对称来说, 在三维空间对称的粒子, 在四维空时中不一定对称。宇称 (P) 对称也就是空间反射对称, 它是指同一种粒子之间互为镜像, 它们的运动规律是相同的。这种空间反射对称仅仅是三维立体对称, 而一切粒子都是四维的。互为镜像的两粒子, 并不表明其时间一维也对称。
不对称VPN系统研究 篇7
随着新的网络安防设备的出现,传统的第3层VPN系统(如IPSec、L2TP和PPTP等)面临着诸多新的问题。一是它们使用的隧道协议(如ESP、GRE等)是在NAT广为流传前的时代被开发的,必须处理不同IP路由,这样使得VPN通道不是经常可以建立,并且它们封装的VPN数据包属于特殊的IP数据包无法很好通过网络安防设备。并且构建这种VPN系统对用户的权限要求较高,如果网络管理人员想要利用WEBSHELL远程进行内部网络服务资源的维护管理,就会因为权限不足而止步。我们就设想有没有一种好的方法,既可以通过防火墙、代理服务器或NAT设备等网络安防设备,又能在普通用户权限下实现远程维护管理,这就引出了本文的主要内容。
1 相关基础简介
虚拟HUB顾名思义是虚拟的HUB,主要是通过软件模拟物理以太网交换机的行为,其功能和物理交换HUB一样。不同的是后者使用硬件来处理,而前者使用软件进行处理,其虚拟端口通过隧道协议连接到计算机终端的虚拟端口。每个虚拟HUB都有其自身的转发数据库(FDB),且具备自动进行MAC地址学习的能力,定期更新适应网络环境。
2 不对称 VPN 系统设计
2.1 系统设计原理
引入虚拟HUB、虚拟网卡等概念把以太网架构完全虚拟化,并对现有SSL VPN模型进行改进和扩展,在权限一般的WEBSHELL管理端运行用户态的TCP/IP协议栈创建Sec NAT会话,在高权限的VPN客户端创建普通VPN会话,通过这种不对称的方式从而实现在只具有WEBSHELL普通用户权限下完成远程管理目标内网资源的目标。这个不对称,有两层含义,一是两个接入的客户端网络规模不对称,二是VPN接入对端的权限不对称。
2.2 总体框架设计
不对称VPN系统是一款基于开源软件开发的VPN系统,拟采用C/S结构模型,按如图1所示拓扑结构设计,整个系统由服务器和多个客户端组成。服务器用于启动监听进程,等待客户端的连接,并对客户端的数据包进行转发,客户端发起连接并与服务端建立安全连接。VPN连接建立后,服务器和所有客户端如同工作于一个局域网之中,在整个网路上传递是二层以太网数据帧。
根据系统架构拟开发出运行在具有公网IP服务器上的服务端程序、运行在目标网络具有WEBSHELL管理接口下的客户端程序和运行在管理者终端网络的客户端程序。服务端程序创建多个虚拟HUB,每个虚拟HUB拥有独立的二层网络,相互间不能通信。服务端程序创建虚拟HUB时,把虚拟HUB的管理权限及HUB管理密码传送给其管理者。服务端程序有两种运行模式,服务模式和用户模式。后台服务模式运行时,可以在系统服务中查看其运行状态、管理服务等;用户模式时,服务端程序与其他的用户模式操作的应用程序一样,是普通的用户权限可运行的程序操作,用户退出的同时服务端程序也会结束。运行在管理者终端网络的客户端程序主要完成与部署在互联网上具有公网IP的VPN服务器的交互、接收和发送数据、数据加解密和VPN管理等任务。具有WEBSHELL管理接口的客户端程序主要完成用户态TCP/IP协议栈、VPN隧道处理、接收和发送数据、数据加解密等。
2.3 系统结构设计
2.3.1 服务端结构设计
服务端系统结构如图2所示,主要包括VPN隧道处理模块、虚拟网卡模块、虚拟HUB模块、用户态协议栈处理模块。
VPN隧道处理模块由虚拟HUB管理子模块、通信封装子模块、身份认证子模块、加解密子模块组成,完成与客户端的交换、接收与发送数据。由于VPN服务器根据需要可能产生多个虚拟HUB,所以虚拟HUB管理子模块主要用于管理、维护和删除这些虚拟HUB。通信封装子模块用于与VPN客户端建立通信链路、发送和接收数据。身份认证子模块进行VPN客户端身份验证工作,保证VPN会话的合法性。加解密子模块进行数据包的加密与解密工作,发送数据前进行数据的加密操作,接收到数据后进行解密操作,以保证数据在通信链路上的完整性、机密性及抗重放攻击。虚拟网卡模块主要是模拟真实网卡的工作过程完成与操作系统TCP/IP协议栈的交互,另一方面向用户态提供一个字符设备接口,实现核心态和用户态的数据交互,两方面的功能分别由网卡驱动子模块和字符设备子模块实现。虚拟HUB模块由VPN会话管理子模块、MAC地址数据库、用户帐户数据库、Sec NAT子模块组成,主要负责维护管理一个或多个VPN会话,注册或查询MAC地址数据库快速交换处理以太网数据帧。一个虚拟HUB可能有多个VPN会话,VPN会话管理子模块主要负责管理、维护和删除VPN会话。MAC地址数据库类似于局域网交换环境下的FDB,存储VPN会话中的MAC址址列表。用户帐户数据库用于存储用户的账号、密码等信息以及管理日常用户登录日志等。Sec NAT子模块主要根据命令完成构建一组用户态协议栈、构建Socket API接口等工作。
2.3.2 客户端结构设计
整个系统客户端分两类,一类为普通VPN客户端,另一类则是Sec NAT客户端。因为其各自功能及运行权限的不同,其结构设计也不尽相同。
普通VPN客户端结构如图3所示,主要包括VPN隧道处理模块、虚拟网卡模块、UI接口模块等。
VPN隧道处理模块,由通信封装子模块、身份认证子模块、加解密子模块组成,完成与服务器端的连接、接收与发送数据。通信封装子模块用于与VPN客户端建立通信链路、发送和接收数据,该模块通过socket通信机制实现,采用TCP协议建立面向连接的通信。身份认证子模块进行VPN客户端身份验证工作,保证VPN会话的合法性。加解密子模块进行数据包的加密与解密工作,发送数据前进行数据的加密操作,接收到数据后进行解密操作,以保证数据在通信链路上的完整性、机密性及抗重放攻击。虚拟网卡模块主要是模拟真实网卡的工作过程完成与操作系统TCP/IP协议栈的交互,另一方面向用户态提供一个字符设备接口,实现核心态和用户态的数据交互,两方面的功能分别由网卡驱动子模块和字符设备子模块实现。UI接口模块主要是完成图形化控制台界面设计与实现,使用户不用关心具体的实现细节,便于用户的操作使用。
Sec NAT客户端系统结构如图4所示,主要包括VPN隧道处理模块、用户态协议栈处理模块、应用程序处理模块等。
VPN隧道处理模块与普通VPN客户端该模块类似,由通信封装子模块、身份认证子模块、加解密子模块组成,完成与服务器端的连接、接收与发送数据,具体功能不再重复描述。用户态协议栈处理模块由捕包子模块、一组虚拟用户态协议栈子模块组成。一组虚拟用户态协议栈子模块主要用于实现一个完整的用户态协议栈,包括构建一组虚拟用户态协议栈,在此基础上分配至少一个虚拟IP、构建Socket API接口等。用户态协议栈处理线程。数据包处理子模块主要功能是捕获网络数据包并发送到上层IP协议处理子模块,同时转发从IP协议处理子模块发送过来的数据到VPN隧道处理模块,其对外表现与真实路由器一样,可以与真实的物理网络建立连接并传输数据。一组虚拟用户态协议栈通常包括IGMP协议处理模块、IP协议处理模块、ICMP协议处理模块、UDP协议处理模块、TCP协议处理模块和DNS协议处理模块等。IP协议处理模块接收从数据包处理子模块发送过来的数据,并根据数据的协议类型对应地转发给ICMP、IGMP、TCP、UDP协议处理子模块,ICMP、IGMP、TCP、UDP、DNS协议处理子模块分别对各自接收的数据进行处理,DNS协议构建在UDP协议之上。应用程序处理模块使用Socket API或者TCP代理API进行网络操作,从而使用户数据进入VPN隧道处理模块与对端VPN进行交互。
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