基于行為測量的P2P系統(tǒng)優(yōu)化研究.pdf

1、隨著主機性能的不斷提升和網(wǎng)絡帶寬的快速增長,互聯(lián)網(wǎng)涌現(xiàn)出一系列新的分布式應用成果。對等網(wǎng)絡(Peer-to-Peer,簡稱P2P)無疑是21世紀初發(fā)展最為迅猛、使用最為廣泛的互聯(lián)網(wǎng)應用之一。不同于傳統(tǒng)Client/Server模型,P2P秉承互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展初期的設(shè)計理念,充分利用位于網(wǎng)絡邊緣的大量計算、存儲和帶寬等資源,形成規(guī)模巨大、擴展性良好的覆蓋網(wǎng)絡,并為其上的用戶提供優(yōu)質(zhì)的服務。P2P高效、經(jīng)濟、高擴展性的優(yōu)點吸引了眾多企業(yè)和用戶的目

2、光,也成為學術(shù)界關(guān)注的焦點。然而,不當?shù)脑O(shè)計和必要安全機制的缺乏,造成了P2P網(wǎng)絡與信息安全事件頻發(fā),制約了P2P網(wǎng)絡應用的進一步推廣。此外,由于龐大的網(wǎng)絡規(guī)模使得人們?nèi)狈2P網(wǎng)絡的深刻理解和全面認識,難以對P2P系統(tǒng)進行直接的評價和改進。本文的研究著重于通過網(wǎng)絡測量的方法刻畫P2P網(wǎng)絡的行為并優(yōu)化P2P系統(tǒng)。
　　本文首先系統(tǒng)地介紹了P2P網(wǎng)絡的概念、特點、結(jié)構(gòu)以及分類,并詳細總結(jié)了當前P2P網(wǎng)絡測量的研究現(xiàn)狀和面臨的主要安

3、全問題。然后本文以行為研究為脈絡,以典型的P2P文件共享系統(tǒng)為目標,分別從宏觀系統(tǒng)行為、外部流量行為、內(nèi)部路由行為和主要攻擊行為四個角度研究當前主流P2P網(wǎng)絡,并針對性地提出了改進P2P系統(tǒng)的方法和建議。
　　隨著P2P網(wǎng)絡及其技術(shù)的不斷發(fā)展,網(wǎng)絡整體行為逐漸發(fā)生著變化,現(xiàn)有測量方法已無法適應當前系統(tǒng),測量方法的效率和完整性均有待提高。由于BitTorrent系統(tǒng)是一種典型的混雜網(wǎng)絡,構(gòu)成復雜,組件分散在多個網(wǎng)絡,其研究能夠為其他

4、P2P系統(tǒng)測量工作提供指導。為此,本文提出了一個高效的BitTorrent測量系統(tǒng),涵蓋了種子采集、共享節(jié)點探測、文件片斷收集、被動收集等多項功能。在此基礎(chǔ)上,本文對BitTorrent系統(tǒng)進行了長期觀測,實際測量了其內(nèi)容、核心組件、節(jié)點和文件片斷等系統(tǒng)行為特性,并指出其潛在的性能瓶頸和影響因素。此外,本文改進了節(jié)點到達模型,增加日周期性的描述,并考察了不同流行度資源間的特性差異。
　　宏觀系統(tǒng)行為體現(xiàn)的是所有參與節(jié)點的群體行為特

5、性,個體行為特征需要更加細微的觀察與測量。單個節(jié)點的外部行為研究則為了解內(nèi)在運行機制提供了最為直接的途徑。為了考察P2P節(jié)點的外部行為,本文立足于研究P2P網(wǎng)絡的一種典型流量—DHT(DistributedHashTables)網(wǎng)絡流量,發(fā)現(xiàn)其外在的行為模式。為此,本文提出了基于復合行為的DHT流量識別方法,刻畫了DHT網(wǎng)絡異于傳統(tǒng)網(wǎng)絡的流量行為模式,能夠幫助間接識別P2P主機。該方法通過分析DHT內(nèi)在固有機制,充分利用DHT節(jié)點的路由

6、特性,提取出多種行為模式(自舉行為、路由行為、多樣行為和短會話行為)。實驗表明,該方法能夠較好地分辨P2P主機。
　　外部行為是內(nèi)部機制的體現(xiàn),內(nèi)部機制的研究與改進能夠直接優(yōu)化P2P網(wǎng)絡性能。為此,本文研究了DHT路由表性能,并在此基礎(chǔ)上通過優(yōu)化路由表結(jié)構(gòu)以及改進路由表更新算法提高其性能。為了評估路由表性能,本文研究了影響路由表規(guī)模、增長幅度和擾動程度的主要因素,并考察了核心運行參數(shù)(自查詢間隔、消息超時和查詢并行度)對路由表性能

7、的影響。在此基礎(chǔ)上,本文分析了路由表K桶結(jié)構(gòu)以及更新算法,提出了容量可變的K桶和基于K桶分散度的更新算法。實驗結(jié)果表明改進后的客戶端路由性能更好。
　　攻擊行為的研究有利于提高P2P系統(tǒng)的安全性,同時也有效地保證了其上用戶的共享效率。為了加強P2P安全防護,本文研究了BitTorrent系統(tǒng)常見的攻擊行為,剖析了典型攻擊的攻擊原理。在此基礎(chǔ)上,本文進一步量化了Leechers攻擊行為并討論了影響Leechers攻擊的主要因素,并指