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上的一個虛擬網(wǎng)絡(luò)或者稱為重疊網(wǎng)，P2P網(wǎng)絡(luò)最典型的特點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)。本論文主要針對結(jié)構(gòu)化 P2P系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進行了一系列研究，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來實現(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實現(xiàn)快速定位和查找的目的。DHTs具有可靠性高，可擴展性好，容錯能力強等優(yōu)點。除了能夠為P2P系統(tǒng)提供底層支持以外，DHTs系統(tǒng)近來應(yīng)用于新一代網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(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LISP-DHT，它以Chord為基礎(chǔ)，實現(xiàn)了EID與Locators映射的存儲與查詢；在CDN中，PSIRP(Publish-Subscribe Internet Routing Paradigm)系統(tǒng)利用DHT的可靠性與可擴展性好的優(yōu)點來實現(xiàn)名字查詢系統(tǒng)的功能。
　　論文對主要針對DHTs系統(tǒng)存在的一些公認的問題進行了分析，包括邏輯與物理拓撲之間的不匹配問題以及優(yōu)化和公平性問題等。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題產(chǎn)生的原因：邏輯拓撲和物理拓撲的形成相互獨立，互不相關(guān)。由于不匹配問題會引入大量的冗余流量，從而增加了鏈路的負擔，降低了系統(tǒng)的吞吐量，因此提出采用帶權(quán)重的二部圖模型來模擬 DHT系統(tǒng)的匹配模型，并基于已知查詢分布的情況下，采用KM(Kuhn-Munkres)算法和遺傳算法來實現(xiàn) DHT系統(tǒng)的最優(yōu)匹配，從而

5、減小系統(tǒng)的開銷并提高系統(tǒng)的查詢效率。
　　3.第三章研究DHTs在LISP框架下的應(yīng)用。對于LISP而言，一個可靠性高，可擴展性好的映射儲存和查詢系統(tǒng)是實現(xiàn)LISP覆蓋的關(guān)鍵。基于此，提出了指針Chord結(jié)構(gòu)并以此為基礎(chǔ)來實現(xiàn)LISP的映射系統(tǒng)：LISP-PCHORD。LISP-PCHORD不僅具有DHT固有的擴展性好，可靠性高的優(yōu)點，另外，通過對LISP-PCHORD系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計：對映射系統(tǒng)的邏輯空間進行重新劃分并且與物理空間

6、進行重新匹配，能夠解決由于目前 IP地址不連續(xù)性特征造成查詢系統(tǒng)的 UH(Unnecessary Hop)問題以及不匹配問題，提出數(shù)學(xué)規(guī)劃和遺傳算法兩種方式來實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化，從而消除 UH問題和解決不匹配問題，使得系統(tǒng)達到最優(yōu)匹配從而達到最優(yōu)的性能。
　　4.第四章研究分層DHT系統(tǒng)并且針對于查詢本地化問題，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)點構(gòu)成，每個管理節(jié)點管理一組

7、節(jié)點，組的粒度可以為一個ISP(Internet Service Provider)，一個AS(Autonomous System)等；下層由多個“分組”構(gòu)成，對每個分組來說，其內(nèi)部節(jié)點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。對分層系統(tǒng)的查詢量進行理論分析并采用仿真驗證了分析的正確性。針對每個分組有多個管理節(jié)點的情況，對分組內(nèi)部節(jié)點與外部節(jié)點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)點的負載平衡和公平性選擇模式。
　　5.第五章研究DHT系統(tǒng)的查詢效率，提出多Chord環(huán)結(jié)構(gòu)，采用多種準則對原Chord環(huán)進行拆分以實現(xiàn)查詢的并發(fā)進行，從而提高系統(tǒng)的查詢效率。
　　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”的計算方式，提出了通過改進節(jié)點處理能力來提高系統(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，