（通信與信息系統(tǒng)專業(yè)論文）ipv6中基于節(jié)點異構(gòu)的結(jié)構(gòu)化p2p系統(tǒng)研究.pdf

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)t i j i ：l j 學(xué)位論文摘要 摘要 目前，大部分的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用都采用c s ( c l i e n t s e r v e r ，客戶i n 務(wù)器) 模式，在互 聯(lián)網(wǎng)上放置少量的服務(wù)器，為互聯(lián)網(wǎng)中的客戶提供服務(wù)，如為任何兩個客戶之間的通信提供 中轉(zhuǎn)的服務(wù)。近年來，隨著通信技術(shù)與計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，i n t e r n e t 規(guī)模不斷擴大，連 入i n t e r n e t 的主機數(shù)、上網(wǎng)的人數(shù)都在飛速增長，在網(wǎng)絡(luò)邊緣出現(xiàn)了大量的閑散計算和存儲 資源；另外，隨著社會和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，人們對數(shù)據(jù)存儲和傳輸、高性能計算等也有著迫切的 需求，用戶希望直接交換信息和數(shù)據(jù)而不必經(jīng)由特定的服務(wù)器中轉(zhuǎn)。顯然，c s 模式無法利 用客戶端的閑置資源，同時也增加了中轉(zhuǎn)服務(wù)成本，給用戶：肖點直接通信帶來了不便。因此， 如何有效地利用網(wǎng)絡(luò)邊緣的計算和存儲資源成為研究的熱點。p 2 p ( p e e rt op e e r ，對等網(wǎng)絡(luò)) 技術(shù)出現(xiàn)的目的就是希望充分利用互聯(lián)網(wǎng)中所蘊含的潛在計算和存儲資源。 p 2 p 是不同于c s 、b s ( b r o w s e r s e r v e r ，瀏覽器n 務(wù)器) 和s m ( s l a v e m a s t e r ，主 從) 等傳統(tǒng)模式的通信技術(shù)，它最人的特點是拋開了應(yīng)用服務(wù)器的束縛，系統(tǒng)中的各個：肖點 是邏輯對等的，每個= 仃點既是服務(wù)器，也是客戶：協(xié)點，：1 了點之間可以直接通信、共享資源或 協(xié)同：i ：作。 由于系統(tǒng)中所有：1 y 點都是服務(wù)器，這樣，將產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)。在如此海量的數(shù)據(jù)中，如 何快速有效地檢索到目的資源，就成為p 2 p 面臨的首要問題。為了對p 2 p 的信息進行查找， 通常都在實際p 2 p 網(wǎng)絡(luò)之上抽象出米一個邏輯層，稱作o v e r l a y 層，它把底層物理網(wǎng)絡(luò)中的 p 2 p 節(jié)點提取出來，重新組成一個新的邏輯層面上的網(wǎng)絡(luò)。以n a p s t e r 為代表的基于中央目 錄服務(wù)器的p 2 p 系統(tǒng)和以g n u t e l l a 為代表的1 卜結(jié)構(gòu)化p 2 p 系統(tǒng)不能提供有效且可擴展的檢 索機制。針對這個問題，近年來提出了c a n ( c o n t e n t a d d r e s s a b l en e t w o r k ，內(nèi)容尋址網(wǎng)絡(luò)) 、 p a s t r y 、t a p e s t r y 和c h o r d 等采剛d h t ( d i s t r i b u t e dh a s ht a b l e ，分布式哈希表) 技術(shù)的結(jié)構(gòu) 化p 2 p 系統(tǒng)，d h t 最基本的功能是提供資源的精確定位( l o o k u p ) 操作，這是目前擴展性 最好的p 2 p 路由方式之一。 然而現(xiàn)有的d h t 系統(tǒng)在定位目標資源時，都存在尋路延時人、路由效率低下的問題， 這是由于這些系統(tǒng)忽略了：協(xié)點在地理上的鄰近性：一般根據(jù)：1 了點標識符n o d e i d 來組織邏輯 層的重疊網(wǎng)絡(luò)，而標識符通過哈希：仃點的i p 地址產(chǎn)生，這就使得。仃點在物理網(wǎng)絡(luò)上的位置 信息遭到破壞，重疊網(wǎng)絡(luò)上的邏輯相鄰二1 了點在實際物理網(wǎng)絡(luò)上可能相距甚遠；另外，不同：1 ， 點的資源包括帶寬、c p u 處理能力、存儲空間等存在著很人的差異，然而現(xiàn)有的人部分d h t 系統(tǒng)并沒有考慮這一點，而是將系統(tǒng)中所有：怙點都視為完全等同的。這樣勢必導(dǎo)致查找過程 的實際時延較人，尋路效率低。卜。 本文在提高基，t - i p v 6 的d h t 系統(tǒng)的尋路效率方面做了人量深入的研究。針對d h t 系 統(tǒng)存在的上述兩個方面的問題，提出二種有效的改進方案，并通過仿真利分析闡明了這些方 案能有效地改善現(xiàn)有d h t 系統(tǒng)的尋路效率。 首先介糾j x i o n g 等人提出的c h o r d 6 ( c h o r di ni p v 6 ) 的思想。由- 丁i p v 6 地址具有層 次化聚類的特性，同一白治域內(nèi)的主機通常具有一定長度的相同網(wǎng)絡(luò)前綴，岡而d h t 系統(tǒng) 中的二1 ，點可以從白己的i p v 6 地址前綴中獲取位置信息。通過分段哈希：1 ，點的i p 地址，使得 中國科學(xué)技術(shù)火學(xué)7 頁：l 學(xué)位論文摘要 同一個域內(nèi)的：仃點能夠聚類到一起，解決了d h t 系統(tǒng)中邏輯網(wǎng)絡(luò)與物理拓撲脫二仃的問題。 提出i p v 6 中基于：l 了點異構(gòu)的結(jié)構(gòu)化p 2 p 系統(tǒng)。將系統(tǒng)中的節(jié)點依據(jù)資源分為s n ( s u p e r n o d e ，超級節(jié)點) 稈1c n ( c l i e n tn o d e ，客戶節(jié)點普通：肖點) ，將同一個域的所有：f 了點組成 一個d h t 系統(tǒng)，每個域選出一個r s n ( r e p r e s e n t a t i v es u p e rn o d e ，代理超級：j f 】點) ，所有 的r s n 節(jié)點組成一個上層的d h t 系統(tǒng)，不同域內(nèi)的兩個：仃點之間的通信通過r s n 進行代 理。能夠有效地減小路由延時，提高路由效率。本文針對c h o r d 構(gòu)造了r c c h o r d 6 ( r e s o u r c e c o n s i d e r e dc h o r di ni p v 6 ) 系統(tǒng)，并通過分析和仿真驗證了這種方案的有效性。 由于d h t 系統(tǒng)的相似性，該方案同樣適用于其它的d h t 系統(tǒng)如c a n 、p a s t r y 和t a p e s t r y g , g _ j o 在r c c h o r d 6 中，每個域內(nèi)n o d e i d 最小的= 仃點將存儲大量的( k e y , v a l u e ) 對，并需要 響應(yīng)對應(yīng)的查詢請求，如果該節(jié)點是一個c n ，將導(dǎo)致全局的路由效率低下，甚至使得該節(jié) 點崩潰。針對這一點，本文提出該方案的一個簡單的變型。本文以c h o r d 為例，提出了 r c c h o r d 6 一i i 系統(tǒng)，將每個域內(nèi)n o d e i d 最小的= 聲點上存儲的大部分( k e y , v a l u e ) 對都轉(zhuǎn)移 到該：仃點所在域的r s n = 仃點上。通過分析和仿真驗證了該方案的有效性，使得系統(tǒng)能夠更 加穩(wěn)定地運行。 針對p 2 p 的一個重要應(yīng)用文件共享，提出基于本地查詢的結(jié)構(gòu)化p 2 p 系統(tǒng)。在文 件共享系統(tǒng)中，每個文件都可能存在兒個至j l 百個甚至更多的備份，如果本域內(nèi)就存在目標 文件的備份，每個用戶都希望選擇在本域內(nèi)下載目標文件。文中以c h o r d 為例，提出了 l q r c c h o r d 6 ( l o c a lq u e r yr e s o u r c e c o n s i d e r e dc h o r di ni p v 6 ) 系統(tǒng)，每個文件都在本域內(nèi) 保存對應(yīng)的信息；查詢目標文件時，首先在域內(nèi)尋路，若找到目標文件，貝0 直接卜載：否則 按照r c c h o r d 6 i i 的方式繼續(xù)尋路。通過分析和仿真，l q r c c h o r d 6 的路由效率遠高，t - c h o r d 和c h o r d 6 ，近似于甚至高于r c c h o r d 6 一i i 的路由效率：更為重要的是，減小了r s n ：肖點的 負載，減小了。昌干網(wǎng)的帶寬消耗，提高了剛戶一卜載文件的速率。 本文的第一章介紹 了p 2 p 的導(dǎo)入背景及其基本概念，并指出對。t - p 2 p 系統(tǒng)中的海量數(shù) 據(jù)，基于d h t 的結(jié)構(gòu)化p 2 p 能夠提供有效的管理機制和有效且可擴展的檢索機制，強調(diào)研 究i p v 6 中基于：仃點異構(gòu)的結(jié)構(gòu)化p 2 p 系統(tǒng)的必要性和意義；第二章介紹j l 種典耍! 的d h t 系統(tǒng)：c a n 、p a s t r y 、t a p e s t r y 、c h o r d ；第三章介糾利用i p v 6 地址聚類的特性對c h o r d 的一 個個改進系統(tǒng)c h o r d 6 ( c h o r di ni p v 6 ) ；第四章基于i p v 6 地址層次化聚類的特性，綜合 考慮。仃點資源的差異，提出i p v 6 中基于1 i 點異構(gòu)的結(jié)構(gòu)化p 2 p 改進系統(tǒng)一一r c c h o r d 6 ( r e s o u r c e c o n s i d e r e dc h o r di ni p v 6 ) ，并提出了使r c c h o r d 6 系統(tǒng)能夠更加穩(wěn)定的改進方案； 第五章針對p 2 p 的一個重要應(yīng)用文件共享，提出基于本地查詢的結(jié)構(gòu)化p 2 p 系統(tǒng) l q r c c h o r d 6 ( l o c a lq u e r yr e s o u r c e c o n s i d e r e dc h o r di ni p v 6 ) ；第入章總結(jié)全文，并指山了 進一步的研究方向。 關(guān)鍵詞：對等網(wǎng)絡(luò)p 2 pi p v 6 分布式哈希表d h tc h o r d ：1 ，點資源 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)碩：l 學(xué)位論文a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h eg r e a ti r n p r o v e m e n to fp cp e r f o r m a n c ea n dt h ef a s tg r o w t ho fi n t e m e tu s e r s ，t h e r e e m e r g e sav a s tq u a n t i t yo fc o m p u t i n ga n ds t o r a g er e s o u r c e s0 1 1t i l ei n t e m e te d g e o nt h eo t h e rs i d e ， p e o p l eh a v ei n c r e a s i n gd e m a n d so nd a t es t o r a g ea n d et r a n s m i s s i o n ，h i g h p e r f o m a a n c ec o r n p u t i n g a n dt h e yw a n tt oc o m m u n i c a t ew i t he a c ho t h e rd i r e c t l yi n s t e a do fr e l a y i n gb yd e d i c a t e ds e r v e r s i n t h et r a d i t i o n a lc s ( c l i e n t s e r v e r ) s y s t e m ，t h e r ea r eas m a l l q u a n t i t yo fs e r v e r s w h i c hr e l a y c o m m u n i c a t i o n sb e t w e e ne v e r yt w oc l i e n tn o d e ，w h i c hm e a n st h ea b u n d a n tr e s o u r c e so nt h e i n t e r n e te d g ec a n tb eu s e di nt h ec ss y s t e m h o wt ou s et h e s ea b u n d a n tr e s o u r c e se f f e c t i v e l y ? p 2 p ( p e e r t o p e e r ) t e c h n o l o g yc a nb ea ne f f e c t i v em e a n st ou s et h e s er e s o u r c e sa d e q u a t e l y , w h i c h a c c o u n t sf o rt h ef a c t t h a tp 2 pa p p l i c a t i o n sa r eb e c o m i n gm o r ea n dm o r ep o p u l a rt h e s ed a y s u n l i k et h et r a d i t i o n a ls y s t e m ss u c ha sc l i e n t s e r v e r ，b r o w s e r s e r v e ra n ds l a v e m a s t e r ，i na p 2 ps y s t e n l ，t h e r ea r en od e d i c a t e ds e r v e r sw h i l ea l lp e e r sa r ei d e n t i c a lr e g a r d i n gf u n c t i o n a l i t ya n d p e e r s c a l ld i r e c t l yc o n m a u n i c a t ew i t he a c ho t h e rf o rd a t at r a n s m i s s i o n ，r e s o u r c es h a r i n ga n d c o n c u r r e n tw o r k i nt h ep 2 ps y s t e m ，a l lt h ep e e r sa r es e v e r s ，s ot h e r ea r et r e r n e n d o u sd a t ai nt h ew h o l es y s t e m af u n d a m e n t a li s s u et h a tc o n f r o n t sal a r g e s c a l ep 2 ps y s t e n li st h ee f f i c i e n tl o c a l i z a t i o no ft h e n o d et h a ts t o r e st h ed e s i r e dd a t ei t e m h o w e v e r ，t h ef i r s tg e n e r a t i o no fp 2 ps y s t e m sd i dn o ts o l v e t h ep r o b l e mw e l l n a p s t e ra d o p t sac e n t r a l i z e dc a t a l o gs e r v e rb u ts c a l a b i l i t yi sl i m i t e db yt h e n l a c h i n ep o w e ra n dt h en e t w o r kb a n d w i d t ho ft h ec e n t r a lp o i n t g n u t e l l ae m p l o y sam e s s a g i n g m e c h a n i s mb a s e do nf l o o d i n g ，w h i c hc a ni m p o s eh e a v yb u r d e no nn e t w o r k sa n dt h u sc o m p r o m i s e i t s s c a l a b i l i t y t oa d d r e s st h ep r o b l e n l ，s e v e r a lr e s e a r c hg r o u p sp r o p o s e dd h t ( d i s t r i b u t e dg a s h t a b l e ) s y s t e m si n d e p e n d e n t l y , w h i c hi n c l u d ec h o r d ，c a n ，p a s t r ya n dt a p e s t r y t h ef u n d a m e n t a l f u n c t i o no fd h ti sa c c u r a t el o c a l i z a t i o no ft h er e s o u r c ew h i c hh a st h eb e s te x p a n s i b i l i t yc u r r e n t l y h o w e v e r ，d h t sa r es t i l lf a c e dw i t hm a n yp r o b l e m ss u c ha sg r e a tl a t e n c ya n di n e f f i c i e n c yi n r o u t i n g 。t h i si sb e c a u s ed h t sn e g l e c tt h en e i g h b o u r h o o da n dt h er e s o u r c ed i f f e r e n c e sa m o n gt h e n o d e s d h t sr e o r g a n i z ep e e r si n t oa no v e r l a yi nt h ea p p l i c a t i o nl e v e la n dr o u t eq u e r i e st h r o u g h t h e o v e r l a yu s i n gt h en o d ei d e n t i f i e r sw h i c ha r et h eh a s h o fi p t h i sw i l ld e s t r o yt h e n e i g h b o u r h o o da m o n gn o d e s o nt h eo t h e rs i d e ，t h en o d e sa c c e s s e dt oi n t e r n e ta r ed i f f e r e n t i a t e di n t h ec a p a c i t yo fc p ua n dn e t w o r kb a n d w i d t hw h i c hw i l ll e a dt og r e a td i f f e r e n c ei nr e l a y i n gt h e m e s s a g e s i t sb e c a u s eo ft h e s et w of a c t o r st h a tr e s u l ti ng r e a tl a t e n c ya n di n e f f i c i e n c yi nr o u t i n g t oa d d r e s st h ep r o b l e n l ，w ep r o p o s et h r e es o l u t i o n sb a s e do nl a i b e r a r c h yo fi p v 6a d d r e s sa n d t h eh e t e r o g e n e i t ya n l o n gn o d e s t oi l l u s t r a t eo u rs o l u t i o n s ，w eb u i l dr c c h o r d 6 ，r c c h o r d 6 一i ia n d l q r c c h o r da l lu p o nt h eo r i g i n a lc h o r ds y s t e m a n a l y s i sa n ds i m u l a t i o nr e s u l t sp r o v et h a to u r s o l u t i o n sc a ng r e a t l yi m p r o v er o u t i n ge f f i c i e n c yi nc h o r d t h er e s to ft h i sp a p e ri so r g a n i z e da sf o l l o w s ：t h ec o n c e p t i o n ，a p p l i c a t i o na n dc l a s s i f i c a t i o n o fp 2 pi si n t r o d u c e db r i e f l yi nc h a p t e r1 ；f o u rt y p i c a ld h t sw h i c hi n c l u d ec a n ，p a s t r y , t a p e s t r y 中國科學(xué)技術(shù)火學(xué)碩：卜學(xué)位論文a b s t r a c t a n dc h o r da r eg i v e ni nc h a p t e r2 ；i nc h a p t e r3 ，w ed e s c r i b e sc h o r d 6 ( c h o r di ni p v 6 ) p r o p o s e db y j x i o n gu s i n g t h e h i b e r a r c h y o fi p v 6 a d d r e s s ； i n c h a p t e r 4 ， w e p r o p o s e r c c h o r d 6 ( r e s o u r c e c o n s i d e r e dc h o r di ni p v 6 )u p o nt h ec h o r d 6b yc o n s i d e r i n gt h e h e t e r o g e n e i t ya m o n gn o d e s ，as o l u t i o nw h i c hc a nm a k er c c h o r d 6m o r es t a b l ei sa l s op r o p o s e di n t h i sc h a p t e r ；i nc h a p t e r5 ，w ep r o p o s el q r c c h o r d 6 ( l o c a lq u e r yr e s o u r c e c o n s i d e r e dc h o r di n i p v 6 ) w h i c hc a nb eu s e di nf i l e s h a r i n g ；f i n a l l y , w ec o n c l u d et h ep a p e rm a dm a k es u g g e s t i o n so n f u t u r ew o r ki nc h a p t e r6 2 4 t h em a jo rc o n t r i b u t i o n so ft h i sp a p e ra r el i s t e da sf o l l o w s ： i n h e r i tt h ec h o r d 6 ：i p v 6a d d r e s s e sa r ea s s i g n e di nah i e r a r c h i c a lw a ys ot h a tn o d e sw i t ht h e s a m ep r e f i xa r ei nt h es a m ea u t o n o n a o u sd o m a i n t h e r e f o r e ，p e e r si nad h ts y s t e mc a no b t a i n t h e i rl o c a t i o ni n f o r m a t i o nf r o mt h e i ro w ni p v 6a d d r e s s e s n o d ei d e n t i f i e r sc a nb ed i v i d e di n t o s e v e r a lp a r t sa n dp r o d u c e ds e p a r a t e l y an o d ei d e n t i f i e ri sd i v i d e di n t ot w op a r t s ，t h eh i g h e r b i t sc a nb eo b t a i n e db yh a s h i n gt h es h a r e da d d r e s sp r e f i xa m o n ga l ln o d e sw i t h i nt h es a m ea s ， a n dt h e1 0 w e rb i t sa r et h eh a s hr e s u l to ft h er e s to ft h ei p v 6a d d r e s s a sar e s u l t p e e r sc l o s ei n t o p o l o g ys h a l la l s ob ea d j a c e n ti nt h eo v e r l a y p r o p o s ea s t r u c t u r e dp 2 ps y s t e mi ni p v 6b a s e do nh e t e r o g e n e i t ya m o n gn o d e s ：f i r s t ，w e d e v i d et h en o d e si n t os u p e rn o d e sm a dc l i e n tn o d e sa c c o r d i n gt ot h er e s o u r c eo f n o d e ss u c ha s t h ec a p a c i t yo fc p ua n dt h en e t w o r kb a n d w i d t h t h e n ，w eb u i l dat w o l e v e lo v e r l a ys y s t e mi n w h i c ht h eb o t t o m l e v e ld h t sa r ec o m p o s e do ft h en o d e sw i t h i nt h es a m ea sw h i l et h e t o p l e v e ld h t i sc o m p o s e do fa l lo ft h er s n s ( r e p r e s e n t a t i v es u p e rn o d e ) w h i c ha r es e l e c t e d u n i q u e l yf r o me v e r ya s c o m m u n i c a t i o n sb e t w e e nt w oa sa r er e l a y e db yt h er s n sw h i c h c a nd e c r e a s et h er o u t i n gl a t e n c ya n di m p r o v et h er o u t i n ge f f i c i e n c y w eb u i l dr c c h o r d 6u p o n c h o r d a n a l y s i sa n ds i m u l a t i o nr e s u l t sp r o v et h a tr c c h o r d 6c a ng r e a t l yi r e p r o v er o u t i n g e f f i c i e n c yi nc h o r da n dc h o r d 6 i nr c c h o r d 6 ，t h en o d e sw i t ht h es m a l l e s tn o d ei d e n t i f i e ri ne a c ha sw i l lo v e r l o a d e dw h i c h w i l lm a k et h es y s t e mu n s t a b l e w ep r o p o s e dr c c h o r d 6 一i iu p o nr c c h o r d 6v i ad i v e r t i n gm o s t o ft h e ( k e y , v a l u e ) o nt h en o d ew i t ht h es m a l l e s tn o d ei d e n t i f i e rt ot h er s no ft h ea s a n a l y s i sa n ds i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tr c c h o r d 6 一i ic a nm a k er c c h o r d 6m o r es t a b l e p r o p o s e dl q r c c h o r d 6t h a tc a nb eu s e di nf i l e s h a r i n gw h i c hi sa ni m p o r t a n ta p p l i c a t i o no f p 2 p i naf i l e s h a r i n gs y s t e m ，e a c hf i l es h o u l dh a v es e v e r a lt oh u n d r e d so fc o p i e s e v e r yu s e r s h a l ld o w n l o a dt h ef i l e sf r 0 1 t lt h es a m ea si n s t e a do fo t h e ra s s s oi t si m p o r t a n tt oh i tt h e t a r g e ti nt h es a m ea sf i r s t l y w ep r o p o s e dl q r c c h o r d 6u p o nc h o r di nw h i c he v e r yn o d e p r e s e r v ei t s ( k e y , v a l u e ) i nt h es a m ea s w h e nan o d eq u e r i e s af i l e ，i tw i l l f i n dt h e c o r r e s p o n d i n g ( k e y , v a l u e ) i nt h es a m ea sf i r s t l y i ft h eq u e r yh i t st h et a r g e t ，t h en o d ew i l l d o w n l o a dt h et a r g e tf i l e ；o t h e r w i s e ，i tq u e r i e st h ef i l ei nt h es a m ew a yw i t ht h er c c h o r d 6 一i i a n a l y s i sa n ds i r n u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h er o u t i n ge f f i c i e n c yo fl q r c c h o r d 6i sb e t t e rt h a n c h o r da n dc h o r d 6 ，w h i l ei t sp e r f o n n a n c ei sc l o s et oo rb e t t e rt h a nr c c h o r d 6 一i i w h a t sm o r e ， i tc a nd e c r e a s et h eb u r d e no fr s n s ，u s i n go ft h eb a n d w i d t ho fi n t e m e tb a c k b o n ea n di m p r o v e t h es p e e do fd o w n l o a d i n g k e y w o r d s ：p 2 p , i p v 6 ，d h t , c h o r d ，r e s o u r c eo fn o d e i v 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)碩：l ：學(xué)位論文圖表索0 圖表索引 幽1 1c l i e n t s e r v e r 網(wǎng)絡(luò)模型1 圖1 2c s 模型中請求一應(yīng)答1 圖1 31 9 9 1 年至2 0 0 5 年i n t e r n e t 中主機數(shù)增長曲線( 單位：百萬) 2 圖1 4i n t e l 的對等計算棧結(jié)構(gòu)3 圖1 5p 2 p 網(wǎng)絡(luò)模型4 圖1 6n a p s t e r 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 3 一6 圖1 7g n u t e l l a 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 5 6 圖2 1 五個：悔點維護的二維c a n 虛平面1 2 圖2 2c a n 信息獲取過程1 2 圖2 3c a n 節(jié)點加入過程1 3 圖2 4n o d e i d 為1 0 2 3 3 1 0 2 的p a s t r y 節(jié)點維護的狀態(tài)示意圖1 5 圖2 5t a p e s t r y 節(jié)點鄰居實例j1 8 圖2 - 6t a p e s t r y 信息獲取過程1 8 圖2 7 基本c h o r d 的資源定位過程2 0 圖2 8c h o r d 指針表示例一2 1 圖2 - 9 擴展的c h o r d 資源定位過程2 2 圖3 1i p v 6 按網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)層次化地分配地址2 4 圖3 2c h o r d 與c h o r d 6 邏輯圖比較2 5 圖4 1 三種系統(tǒng)邏輯空間分布比較2 9 圖4 2r c c h o r d 6 的路由表3 0 圖4 3r c c h o r d 6 的信息獲取3 3 圖4 4 邏輯跳數(shù)概率分布比較3 6 圖4 5 域從l 遞增至4 0 9 6 的路由延時一3 7 圖4 - 6s n 從1 遞增至4 0 9 6 的路由延時3 8 圖4 7 邏輯跳數(shù)概率分布比較4 0 圖4 8 域從l 增至4 0 9 6 個的路由延時4 1 圖4 9s n 從1 增至4 0 9 6 個的路由延時4 l 圖5 1l q r c c h o r d 6 的信息獲取一4 6 圖5 2 邏輯跳數(shù)概率分布比較4 9 圖5 3p 從0 增至1 的邏輯路由平均跳數(shù)一4 9 幽5 4p 從0 增至1 的端到端延時5 0 圖5 5p 從o 增至1 的r s n 平均被利剛次數(shù)5 2 表2 1 各種d h t 的比較一2 3 表4 1r c c h o r d 6 的尋路算法3 1 表5 1l q r c c h o r d 6 的尋路算法4 4 v l i l 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論 第一章緒論 帚一早殖化 1 1p 2p ( p e e rt op e e r ) 概述 1 1 1p 2 p 的導(dǎo)入背景 最早的大規(guī)模分布式應(yīng)用都采用c s ( c l i e n t s e r v e r ，客戶朋艮務(wù)器) 模型。c s 網(wǎng)絡(luò)模 型如圖1 1 所示，在互聯(lián)網(wǎng)上放置少量的服務(wù)器，這些服務(wù)器擁有高帶寬和強大的數(shù)據(jù)處理 能力，配合高檔的服務(wù)器軟件，再將大量的數(shù)據(jù)集中存放在上面，并且要安裝多樣化的服務(wù) 軟件，在集中處理數(shù)據(jù)的同時可以對互聯(lián)網(wǎng)上其它p c ( p e r s o n a lc o m p u t e r ) 提供服務(wù)，提 供或接收數(shù)據(jù)，提供處理能力及其它應(yīng)用。對于一臺與服務(wù)器聯(lián)機并接受服務(wù)的p c 機來說， 這臺p c 機就是客戶端，其性能可以相對弱小?？蛻舳伺c服務(wù)器形成多對一的關(guān)系，即多個 客戶端對應(yīng)于一個服務(wù)器。 圖1 1c l i e n t s e r v e r 網(wǎng)絡(luò)模型 在c s 模型中，查找資源很簡單，只要客戶端知道服務(wù)器的i p 地址或域名，就可以獲 取資源從而達到資源共享的目的。這個資源查找的過科可以示- 丁圖l 一2 ，一般由客戶端進行 客戶機 建立連接( 已知服務(wù)器的i p 地址或域名) j 耋適鱉墾 圖 發(fā)送應(yīng)答信息 l ：燮 _ 一服務(wù)器 關(guān)閉連接 功能少，性能著 圖i - 2c s 模孤i j 中請求一應(yīng)答 功能強人，成本高 中國科學(xué)技術(shù)人學(xué)t i ) c , , - i ：學(xué)位論文第一章緒論 初始化，向服務(wù)器發(fā)送請求，服務(wù)器對客戶端的請求進行應(yīng)答。 c s 模型將互聯(lián)網(wǎng)上所有可以公開訪問的共享資源幾乎都存儲在服務(wù)器上，服務(wù)器通常 不問斷地運行保證了共享資源的相對穩(wěn)定性，緩解了并發(fā)性、數(shù)據(jù)一致性等問題，需要維護 的：竹點少，只需維護服務(wù)器即可保證系統(tǒng)的安全性，這樣便于管理。但是c s 模型共享網(wǎng)絡(luò) 也存在著很多缺點： ( 1 ) c s 模型中需要性能較好的服務(wù)器，服務(wù)器性能越好，價格就越高。 ( 2 ) 整個網(wǎng)絡(luò)中由于有單個服務(wù)器從而容易出現(xiàn)單點失效，并且隨著客戶的不斷增加和服 務(wù)要求的不斷提高，服務(wù)器的性能也需要不斷擴展，這也需要很大的代價。 ( 3 ) 服務(wù)器的數(shù)量、存儲容量和c p u 的處理能力有限，硬盤讀寫速度和網(wǎng)絡(luò)接口都有一定 的限制，越來越不足于滿足激增的用戶需要。隨著客戶機的增多，服務(wù)器負載過重， 可能會成為瓶頸，服務(wù)能力和質(zhì)量必然會下降。 ( 4 ) 服務(wù)器的i p 地址或域名對于客戶來說是己知的，這樣也給服務(wù)器帶來了很多不安全因 素，為了保證服務(wù)器的安全，需要對服務(wù)器進行額外的維護。 近年來，隨著通信技術(shù)與計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，i n t e r n e t 規(guī)模不斷擴大，i n t e m e t 入網(wǎng) 的主機數(shù)、上網(wǎng)的人數(shù)都在飛速增長。圖1 3 為白1 9 9 1 年至2 0 0 5 年i n t e m e t 中主機數(shù)的增 長趨勢示意圖 1 。 4 0 0 3 5 0 3 n 0 2 5 0 2 0 0 1 5 0 1 0 0 5 0 0 1 ，11 ，19 ，二1 ，q1 ，51 ，1 ，r1 ，蕁1 ，1 1 0 u0 0 1c o i _ l c二0 0 q i 1 0 圖1 31 9 9 1 年至2 0 0 5 年i n t e m e t 中主機數(shù)增長曲線( 單位：百萬) 從圖中可以看出，i n t e r n e t 中主機數(shù)呈指數(shù)增長的趨勢，2 0 0 5 年接入i n t e r n e t 的主機數(shù) 已經(jīng)達到了4 億臺。與此同時接入i n t e r n e t 的設(shè)備也變得多樣化，不僅有人型機、p c 機， 而且有越米越多的像手機和p d a ( p e r s o n a ld i g i t a la s s i s t a n t ，個人數(shù)字助理) 這樣具有計算 能力的手持終端設(shè)備。作為客戶機的個人計算機存儲和計算能力人為增加，例如今天的主流 p c 機配置，c p u 主頻人都達到1 g h z 以上，內(nèi)存5 1 2 m 左右，硬盤一般火于8 0 g ，而l a n ( l o c a la r e an e t w o r k ，局域網(wǎng)) 或?qū)拵ЬW(wǎng)絡(luò)接口都有1 0 m 或1 0 0 m 的帶寬。很明顯，網(wǎng)絡(luò) 邊緣分布著火量的計算和存儲資源，剛戶主機已經(jīng)不再是一個簡單的i o 設(shè)備，再加上網(wǎng)絡(luò) 帶寬的提高，川戶之間完全有能力進行共享和協(xié)作。另外，隨著社會利網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，人們對 數(shù)據(jù)存儲和傳輸、高性能計算等也有著迫切的需求，川戶希望直接交換信息和數(shù)據(jù)而不必經(jīng) 由特定的服務(wù)器中轉(zhuǎn)。然而，c s 模式無法利州客戶端的閑置資源，同時也增加了中轉(zhuǎn)服務(wù) 成本，給川戶二協(xié)點直接通信帶米了不便。岡而，如何有效地利川這些計算和存儲資源也隨之 成為研究的熱點。p 2 p ( p e e rt op e e r ，對等網(wǎng)絡(luò)) 技術(shù)出現(xiàn)的目的就是希望充分利川且聯(lián)網(wǎng) 2 中國科學(xué)技術(shù)火學(xué)碩二i 。j 學(xué)位論文第一章緒論 中所蘊含的潛在計算和i 存儲資源。 1 1 2p