書訊--Microsoft Windows Communication Foundation Step by Step

SOA 觀念提出後，經過多年的時間終於開始發酵。微軟世界裡因 WCF 的出現，簡化了實做的基礎。SOA 強調如下的重點：

l   一切技術遵循公開標準

l   服務定義的邊界明確

l   服務自主而不受制於其他服務

l   服務間只共用合約和原則

這些概念既抽象，實際設計與撰寫也很繁瑣，且維護不易，WCF 則盡量將我們所需要開發的商業邏輯與 SOA 的基本要求分開。系統開發人員依然專註在使用者的需求，若要滿足 SOA 的特性，僅需要照著 WCF 的規範提供定義後，就交由平台去負責。

換句話說，要落實 SOA 的概念，需要容易開發自定服務的整合環境與執行平台。在強調組裝、重用與整合下，程式如何遵循標準，共用資料合約和服務合約，而非綁死在基本資料型態和類別。在開放架構下，跨異質型平台的溝通變成是基本，如何彈性、安全、有效率地溝通。當上述問題變成是基本需求，則根穩固才會枝繁葉茂。微軟就此推出了 WCF，為架構工程師和程式設計師清除了底層的障壁。

什麼是 WCF

WCF 全名是 Windows Communication Foundation，程式碼名稱為 ”Indigo”，是建立在 .NET 上的應用程式溝通架構，集微軟分布式應用經驗之大成。整合了 .Net 平台和分散式運算相關的技術，如.Net Remoting、Web Service/WSE/WS-*、分布式交易(.NET Enterprise)和訊息處理(MSMQ)，以及以往的 COM+/DCOM 等技術。提供開發人員建立跨平台、安全、可信賴、交易管理的解決方案，且與既有系統相容。

WCF 內建於.Net Framework 3.0。Windows Vista 及 Windows 2008 作業系統會預含該架構。而 Windows XP 和 Windows 2003 作業系統也可以單獨安裝 .NET Framework 3,0 Runtime。現今通行的 Visual Studio 2005 中並沒有包含WCF，但可自微軟的網站下載 Visual Studio 2005 extensions for .NET Framework 3.0，以方便開發架在 WCF 上的系統。

WCF 總體架構如圖 1 所示：

圖 1：WCF 的總體架構

WCF 規範你在寫商業邏輯前，要先制定程式間溝通時所需的合約，如資料合約、服務合約、訊息合約等。接著，透過設定 behavior 你可以調整 WCF runtime 如何搭配你的服務執行，例如是否要提供 WSDL 說明給前端，是否傳回完整錯誤訊息…等。

就程式或系統間的溝通而言，WCF 可以跨程式(Process)、機器、區域網路絡、乃至於網際網路。以 WCF 為基礎的服務，其宿主(Host)程式可以是 IIS、ASP.NET，EXE，Windows Service，COM+…等。WCF 支援的網路通訊協定包括 SOAP、HTTP、Named Pipe、TCP…等，而它提供的安全機制包括各種加解密演算法、SAML、Kerberos、X509、帳號/密碼等多種標準與模式，你也可以自訂協議與安全機制，以延伸其功能。

另外，圖 1 中 Messaging 區塊內的 Channel 代表傳輸時，各種功能的堆棧。雖然是畫在一起，但邏輯上有層次之分，例如 Transaction Flow 最高，Reliable 次之，Security 再次之，而 HTTP、TCP、Named Pipe 同屬底層的傳輸協議。

總而言之，WCF將所有與程式溝通相關的技術都包含在內，並替你實做了 OASIS 組織所定義一堆的 WS-* 標準規格[1]。而熟悉 WCF 是簡化 SOA 開發的第一步。

WCF 的優點

概括地說，WCF具有如下的好處：

l   統一：如前所述，WCF 整合微軟曆來分布式開發的技術。

l   相容：充分與舊有系統相容。安裝WCF並不會影響企業內原有的技術，且仍可與其溝通。

l   整合：WCF支援多種通訊協定以保證系統間的互通性，且期待經由標準的 WS-*/Web Service/SOAP 等規格，可跨異質型平台整合。

l   安全：支援 WS-* 所規範的多種安全機制，如 WS-Security，WS-Trust 和WS-SecureConversation 等標準，以用於使用者認證，資料完整性驗證，資料隱私等多種安全議題。

l   可信賴的訊息溝通：一般對可信賴的訊息溝通之要求可大分為兩部分，一是安全，另一是兩端收發訊息的品質。安全的部分如前點所述，WCF 同時支援 WS-ReliableMessaging、WS-Addressing 標準，提供可信賴的端對端通訊[2]。同時還支援 MTOM 規格(訊息傳輸最佳化機制，Message Transmission Optimization Mechanism)，讓大型位元據可以有效地傳遞。

l   整合隊列(Queue)：上述訊息品質指的是兩端應用程式同時在線上之端對端溝通。而 WCF 也支援透過隊列(Queue)傳遞訊息，讓兩端不必同時存在同一時空中。

l   交易管理：建立在 WS-Coordination 和 WS-AtomicTransaction 標準之上，以整合異質型平台的交易，提供分布式證券交易所需的兩階段完成交易協議(two-phase commit transactions)。

l   簡化開發：讓以往需徒手撰寫的功能改以設定啟動(依據微軟舉的例子，將原本需撰寫 56296 行的程式碼簡化成 3 行程式碼，4 行設定)。

光是表列這麼多 WCF 的好處當然不夠J，上圖 1 的架構也非三言兩語可以道盡。在此介紹一本關於 WCF 的好書「Microsoft Windows Communication Foundation Step by Step」，作者是 John Sharp，Microsoft Press 出版。它有著 Step by Step 系列書籍的特徵，就是藉由許多實做範例導引你。但不同的是，本書所援引的技術廣且深[3]。

書籍內容

本書共有十六個章節，利用前三章介紹了 WCF 的基本原理，其餘針對不同的需求面向，深入解釋並輔之以實做。第一章以簡單範例啟始，用架在 WCF 上的使用者端應用程式呼叫服務。第二章介紹透過 .NET Framework 3.0 的 System.ServiceModel.ServiceHost 類別來承載我們所撰寫的服務，但由於它只是一個類別，自己不會執行。作者進一步示範如何撰寫 WPF 以及 Windows Service 兩種應用程式類型來載入先前撰寫的服務。

當系統整合時，會潛藏很多的不確定因素，因為每個系統Team Dev對需求與規格的認知不同，技術能力良莠不齊，自然會有很多的例外錯誤。但這些錯誤需要在異質平台間傳遞，因此 WCF 需要能將 .NET Framework 的 Exception 改以 SOAP Fault 來呈現，這是第三章所要強調的主題。其內並示範如何在定義 DataContract 後，再傳回自訂的錯誤結構。

第四章討論當使用者端與服務端透過網路溝通時，如何保護其安全。在這章中，你可以瞭解到僅透過設定，藉由 WCF 已經提供的完備功能可以輕易完成驗證、簽章、加解密等機制。第五章則延伸安全的討論到網際網路。

第六章主要在介紹服務和資料合約的版本控管，以及建議更新版本的做法。第七章介紹如何在伺服端維護使用者端的狀態，但這與服務執行個體的生命週期密切相關。第八章討論分布式交易，透過簡單的範常式序代碼說明如何在前端程式控制交易，但可惜對於異質型平台的分布式交易著墨不多。第九章介紹如何維持通訊品質，同時藉由保證訊息順序的唯一標識/編號和失效等機制，可以防止駭客的回放攻擊(replay attack)。

第十章討論如何藉由程式來設定與管理 WCF 所提供的功能，也解釋了圖 1 中 Service Runtime 和 Messaging 兩個區塊。第十一章討論單向(OneWay)與非同步兩種溝通方式，這與使用者端是否需要伺服器端的響應，以及兩者間是否需要同步處理單一需求有關，設計的好壞將影響整體系統的效能和前端程式的流暢與否。第十二章探討為保證資源有效使用而提供的流量限制，以及傳遞如多媒體資料等大型位元據時，使用的 MTOM 規格。第十三章介紹訊息的繞送，並據此示範經由繞送使用者端的需求來達成Server Load Balancer(load balance)。第十四章說明從伺服器端反向呼叫使用者端，這需先在伺服器端定義回呼合約(Callback contract)，並由使用者端實作。當伺服器端發生了使用者端有興趣的事件時，可以反過來呼叫使用者端的程式。

第十五章介紹了 .NET Framework 3.0 引進的 Windows CardSpace 技術，以驗證使用者的身分。經由實做，讓筆者從懵懂進而理解其架構，以及如何整合憑證(Certificate)來保證雙方的安全。本書的最後一章解釋如何將以往用 ASP.NET 開發的 Web Service<