結(jié)構(gòu)化P2P網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、P2P(Peer-to-Peer)網(wǎng)絡(luò)是建立在 Internet上的一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)或者稱(chēng)為重疊網(wǎng)，P2P網(wǎng)絡(luò)最典型的特點(diǎn)是自組織性與分布式結(jié)構(gòu)。P2P系統(tǒng)可以劃分為結(jié)構(gòu)化P2P系統(tǒng)(Structured P2P)以及非結(jié)構(gòu)化P2P系統(tǒng)(Unstructured P2P)。本論文主要針對(duì)結(jié)構(gòu)化 P2P系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了一系列研究，結(jié)構(gòu)化 P2P采用 DHTs(Distributed Hash Tables)作為自己的底層支持。DHTs是一

2、系列分布式算法，它們利用哈希函數(shù)，例如SHA_1來(lái)實(shí)現(xiàn)名字空間與哈希數(shù)值空間之間的轉(zhuǎn)換，并采用一系列算法來(lái)實(shí)現(xiàn)快速定位和查找的目的。DHTs具有可靠性高，可擴(kuò)展性好，容錯(cuò)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。除了能夠?yàn)镻2P系統(tǒng)提供底層支持以外，DHTs系統(tǒng)近來(lái)應(yīng)用于新一代網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)(LISP：Location-Identifier Separation Protocol)以及內(nèi)容投遞網(wǎng)絡(luò)(CDN：Content Delivery Network)中。在LI

3、SP中，最典型的應(yīng)用為L(zhǎng)ISP-DHT，它以Chord為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了EID與Locators映射的存儲(chǔ)與查詢(xún)；在CDN中，PSIRP(Publish-Subscribe Internet Routing Paradigm)系統(tǒng)利用DHT的可靠性與可擴(kuò)展性好的優(yōu)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)名字查詢(xún)系統(tǒng)的功能。
　　論文對(duì)主要針對(duì)DHTs系統(tǒng)存在的一些公認(rèn)的問(wèn)題進(jìn)行了分析，包括邏輯與物理拓?fù)渲g的不匹配問(wèn)題以及優(yōu)化和公平性問(wèn)題等。論文的結(jié)構(gòu)如下：

4、　　1.第一章給出了DHT的背景介紹和相關(guān)研究方向以及取得的研究成果。
　　2.第二章分析DHT系統(tǒng)物理空間與邏輯空間不匹配問(wèn)題產(chǎn)生的原因：邏輯拓?fù)浜臀锢硗負(fù)涞男纬上嗷オ?dú)立，互不相關(guān)。由于不匹配問(wèn)題會(huì)引入大量的冗余流量，從而增加了鏈路的負(fù)擔(dān)，降低了系統(tǒng)的吞吐量，因此提出采用帶權(quán)重的二部圖模型來(lái)模擬 DHT系統(tǒng)的匹配模型，并基于已知查詢(xún)分布的情況下，采用KM(Kuhn-Munkres)算法和遺傳算法來(lái)實(shí)現(xiàn) DHT系統(tǒng)的最優(yōu)匹配，從而

5、減小系統(tǒng)的開(kāi)銷(xiāo)并提高系統(tǒng)的查詢(xún)效率。
　　3.第三章研究DHTs在LISP框架下的應(yīng)用。對(duì)于LISP而言，一個(gè)可靠性高，可擴(kuò)展性好的映射儲(chǔ)存和查詢(xún)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)LISP覆蓋的關(guān)鍵?；诖?，提出了指針Chord結(jié)構(gòu)并以此為基礎(chǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)LISP的映射系統(tǒng)：LISP-PCHORD。LISP-PCHORD不僅具有DHT固有的擴(kuò)展性好，可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，另外，通過(guò)對(duì)LISP-PCHORD系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)：對(duì)映射系統(tǒng)的邏輯空間進(jìn)行重新劃分并且與物理空間

6、進(jìn)行重新匹配，能夠解決由于目前 IP地址不連續(xù)性特征造成查詢(xún)系統(tǒng)的 UH(Unnecessary Hop)問(wèn)題以及不匹配問(wèn)題，提出數(shù)學(xué)規(guī)劃和遺傳算法兩種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化，從而消除 UH問(wèn)題和解決不匹配問(wèn)題，使得系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)匹配從而達(dá)到最優(yōu)的性能。
　　4.第四章研究分層DHT系統(tǒng)并且針對(duì)于查詢(xún)本地化問(wèn)題，提出三層DHT結(jié)構(gòu)，其中頂層為全局DHT系統(tǒng)，其功能為信息的發(fā)布和收集；中間層由管理節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，每個(gè)管理節(jié)點(diǎn)管理一組

7、節(jié)點(diǎn)，組的粒度可以為一個(gè)ISP(Internet Service Provider)，一個(gè)AS(Autonomous System)等；下層由多個(gè)“分組”構(gòu)成，對(duì)每個(gè)分組來(lái)說(shuō)，其內(nèi)部節(jié)點(diǎn)可以采用不同的連接方式，這里采用集中式、全連通和 DHT的三種連接方式。對(duì)分層系統(tǒng)的查詢(xún)量進(jìn)行理論分析并采用仿真驗(yàn)證了分析的正確性。針對(duì)每個(gè)分組有多個(gè)管理節(jié)點(diǎn)的情況，對(duì)分組內(nèi)部節(jié)點(diǎn)與外部節(jié)點(diǎn)的通信提出了三種出口選擇模式：效率優(yōu)先出口選擇模式、本地分組流量

8、最小化出口選擇模式以及出口節(jié)點(diǎn)的負(fù)載平衡和公平性選擇模式。
　　5.第五章研究DHT系統(tǒng)的查詢(xún)效率，提出多Chord環(huán)結(jié)構(gòu)，采用多種準(zhǔn)則對(duì)原Chord環(huán)進(jìn)行拆分以實(shí)現(xiàn)查詢(xún)的并發(fā)進(jìn)行，從而提高系統(tǒng)的查詢(xún)效率。
　　6.第六章研究Chord系統(tǒng)的可靠性與公平性。分析了衡量系統(tǒng)可靠性最重要的參數(shù)-“丟失率”的計(jì)算方式，提出了通過(guò)改進(jìn)節(jié)點(diǎn)處理能力來(lái)提高系統(tǒng)可靠性的模型并給出了提高處理能力與系統(tǒng)性能之間的優(yōu)化關(guān)系；基于指針Chord，