BitTorrent對(duì)等網(wǎng)文件共享系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、因特網(wǎng)(Internet)技術(shù)的發(fā)展日新月異，向全球用戶展現(xiàn)出了一系列具有創(chuàng)造性的分布式應(yīng)用成果。對(duì)等網(wǎng)(Peer-to-Peer，P2P)文件共享系統(tǒng)，作為通過協(xié)作定位和分布共享文件的工具，已成為占據(jù)Internet網(wǎng)絡(luò)流量最多的新型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。P2P文件共享系統(tǒng)中的信息定位在過去幾年吸引了很多注意，并出現(xiàn)了大量的研究成果；而目前文件分布已經(jīng)開始成為了近來非常活躍的研究課題。BitTorrent是當(dāng)今Internet上非常流行的基于P2

2、P技術(shù)的文件分布工具，它能夠快速、有效地在Internet的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)上分布大的文件，而不會(huì)給源服務(wù)器帶來負(fù)載。本文針對(duì)BitTorrent對(duì)等網(wǎng)文件共享系統(tǒng)的服務(wù)能力、激勵(lì)機(jī)制、和覆蓋網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等P2P文件共享系統(tǒng)的關(guān)鍵問題展開了研究。這些問題的研究有助于提高P2P文件共享系統(tǒng)的性能、穩(wěn)定性、和可擴(kuò)展性。本文的主要研究?jī)?nèi)容和貢獻(xiàn)如下： (1)BitTorrent對(duì)等網(wǎng)文件共享系統(tǒng)服務(wù)能力的研究：利用n叉樹的結(jié)構(gòu)模型分析了BitT

3、orrent系統(tǒng)的文件分布性能，進(jìn)一步研究了BitTorrent系統(tǒng)的文件可獲得性和文件共享效力，并提出了一個(gè)優(yōu)化的鄰居結(jié)點(diǎn)選擇策略。BitTorrent作為當(dāng)今Internet上最為流行的P2P協(xié)作文件共享分布系統(tǒng)，已經(jīng)得到了廣泛的關(guān)注。很多研究證實(shí)BitTorrent系統(tǒng)有非常好的性能，然而其服務(wù)能力并沒有得到充分地研究。本文利用n叉樹的結(jié)構(gòu)模型分析了BitTorrent系統(tǒng)的文件分布性能，證實(shí)BitTorrent系統(tǒng)有非常好的性能

4、支持大規(guī)模的下載結(jié)點(diǎn)同時(shí)下載共享文件，并指出文件被分割的塊數(shù)和結(jié)點(diǎn)的并發(fā)上載連接數(shù)對(duì)系統(tǒng)文件分布性能的影響。同時(shí)通過模型分析研究了BitTorrent系統(tǒng)的文件可獲得性，發(fā)現(xiàn)當(dāng)文件塊在系統(tǒng)均勻分布時(shí)，文件可獲得性最高，并證實(shí)最少文件塊選擇策略有利于提高系統(tǒng)的文件可獲得性。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)BitTorrent系統(tǒng)具有非常好的文件共享效力。此外，針對(duì)BitTorrent系統(tǒng)鄰居結(jié)點(diǎn)隨機(jī)選擇策略的缺點(diǎn)，提出了一個(gè)優(yōu)化的鄰居結(jié)點(diǎn)選擇策略：服務(wù)器t

5、racker為結(jié)點(diǎn)優(yōu)先選擇與其具有相近文件塊數(shù)的結(jié)點(diǎn)作為其鄰居結(jié)點(diǎn)。模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本文的模型分析結(jié)果，并且顯示了優(yōu)化的鄰居結(jié)點(diǎn)選擇策略能充分地利用系統(tǒng)服務(wù)資源，有效地提高系統(tǒng)的服務(wù)性能。 (2)BitTorrent對(duì)等網(wǎng)文件共享系統(tǒng)激勵(lì)機(jī)制的研究：通過一個(gè)具有兩類不同結(jié)點(diǎn)的流體數(shù)學(xué)模型研究了BitTorrent系統(tǒng)的激勵(lì)機(jī)制，提出了嚴(yán)格基于結(jié)點(diǎn)貢獻(xiàn)量分配種子帶寬的種子帶寬分配策略。結(jié)點(diǎn)間的協(xié)作是P2P文件共享系統(tǒng)不可缺少的條件，

6、然而沒有一個(gè)有效的激勵(lì)機(jī)制，在個(gè)體參與結(jié)點(diǎn)間實(shí)現(xiàn)協(xié)作是非常困難的。BitTorrent作為一個(gè)協(xié)作的P2P文件分布工具，不可避免地要面對(duì)結(jié)點(diǎn)不愿協(xié)作的“搭便車”問題，因此BitTorrent有專門的激勵(lì)機(jī)制去防止搭便車行為并提高結(jié)點(diǎn)間的協(xié)作，然而其阻止搭便車行為的能力并沒有得到充分地研究。本文構(gòu)建了一個(gè)具有兩類不同結(jié)點(diǎn)的流體數(shù)學(xué)模型去研究搭便車行為對(duì)BitTorrent系統(tǒng)的影響。通過此模型分析，發(fā)現(xiàn)BitTorrent的激勵(lì)機(jī)制在無(wú)種

7、子系統(tǒng)中能成功地阻止搭便車行為；然而，在具有較多種子的系統(tǒng)中，BitTorrent的激勵(lì)機(jī)制并不能有效地阻止搭便車行為。這是因?yàn)锽itTorrent沒有為種子提供有效的激勵(lì)機(jī)制，便車者可以從種子獲得大量的服務(wù)資源。因此，本文提出了嚴(yán)格基于結(jié)點(diǎn)貢獻(xiàn)量分配種子帶寬的種子帶寬分配策略。模擬實(shí)驗(yàn)證實(shí)了本文的分析和發(fā)現(xiàn)，并顯示出種子帶寬分配策略不但能阻止BitTorrent系統(tǒng)的搭便車行為，而且能十分有效地提高系統(tǒng)貢獻(xiàn)結(jié)點(diǎn)的性能。 (3)

8、BitTorrent對(duì)等網(wǎng)文件共享系統(tǒng)覆蓋網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的研究：提出了基于鄰近結(jié)點(diǎn)聚類的BitTorrent文件共享系統(tǒng)-CBT(ClusteredBitTorrent)，構(gòu)建了層次化BitTorrent文件共享機(jī)制，并采用結(jié)點(diǎn)加入算法和超級(jí)結(jié)點(diǎn)選擇算法去構(gòu)建此CBT系統(tǒng)。在大規(guī)模的BitTorrent系統(tǒng)中，中央服務(wù)器tracker要不斷地為大量動(dòng)態(tài)地加入和離開的結(jié)點(diǎn)更新狀態(tài)信息，這會(huì)給tracker服務(wù)器帶來很大的負(fù)載。此外結(jié)點(diǎn)隨機(jī)選擇

9、連接結(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)，使得結(jié)點(diǎn)有可能連接到與其拓?fù)渚嚯x較遠(yuǎn)、網(wǎng)絡(luò)時(shí)延較長(zhǎng)的結(jié)點(diǎn)，增加了網(wǎng)絡(luò)帶寬的損耗，并降低了文件傳輸?shù)男阅?。為了提高BitTorrent對(duì)等網(wǎng)系統(tǒng)的共享文件下載性能，本文提出了基于鄰近結(jié)點(diǎn)聚類的BitTorrent文件共享系統(tǒng)(ClusteredBitTorrent，簡(jiǎn)稱CBT)，此系統(tǒng)通過將鄰近的結(jié)點(diǎn)聚合成結(jié)點(diǎn)簇，同一結(jié)點(diǎn)簇中結(jié)點(diǎn)優(yōu)先建立共享連接，從而構(gòu)建了層次化BitTorrent文件共享機(jī)制。同時(shí)提出了結(jié)點(diǎn)加入算法和