BitTorrent對等網(wǎng)文件共享系統(tǒng)關鍵技術研究.pdf

1、因特網(wǎng)(Internet)技術的發(fā)展日新月異，向全球用戶展現(xiàn)出了一系列具有創(chuàng)造性的分布式應用成果。對等網(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)絡流量最多的新型網(wǎng)絡應用。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?；钴S的研究課題。BitTorrent是當今Internet上非常流行的基于P2

2、P技術的文件分布工具，它能夠快速、有效地在Internet的網(wǎng)絡結點上分布大的文件，而不會給源服務器帶來負載。本文針對BitTorrent對等網(wǎng)文件共享系統(tǒng)的服務能力、激勵機制、和覆蓋網(wǎng)拓撲結構等P2P文件共享系統(tǒng)的關鍵問題展開了研究。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、和可擴展性。本文的主要研究內(nèi)容和貢獻如下： (1)BitTorrent對等網(wǎng)文件共享系統(tǒng)服務能力的研究：利用n叉樹的結構模型分析了BitT

3、orrent系統(tǒng)的文件分布性能，進一步研究了BitTorrent系統(tǒng)的文件可獲得性和文件共享效力，并提出了一個優(yōu)化的鄰居結點選擇策略。BitTorrent作為當今Internet上最為流行的P2P協(xié)作文件共享分布系統(tǒng)，已經(jīng)得到了廣泛的關注。很多研究證實BitTorrent系統(tǒng)有非常好的性能，然而其服務能力并沒有得到充分地研究。本文利用n叉樹的結構模型分析了BitTorrent系統(tǒng)的文件分布性能，證實BitTorrent系統(tǒng)有非常好的性能

4、支持大規(guī)模的下載結點同時下載共享文件，并指出文件被分割的塊數(shù)和結點的并發(fā)上載連接數(shù)對系統(tǒng)文件分布性能的影響。同時通過模型分析研究了BitTorrent系統(tǒng)的文件可獲得性，發(fā)現(xiàn)當文件塊在系統(tǒng)均勻分布時，文件可獲得性最高，并證實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BitTorrent系統(tǒng)鄰居結點隨機選擇策略的缺點，提出了一個優(yōu)化的鄰居結點選擇策略：服務器t

5、racker為結點優(yōu)先選擇與其具有相近文件塊數(shù)的結點作為其鄰居結點。模擬實驗驗證了本文的模型分析結果，并且顯示了優(yōu)化的鄰居結點選擇策略能充分地利用系統(tǒng)服務資源，有效地提高系統(tǒng)的服務性能。 (2)BitTorrent對等網(wǎng)文件共享系統(tǒng)激勵機制的研究：通過一個具有兩類不同結點的流體數(shù)學模型研究了BitTorrent系統(tǒng)的激勵機制，提出了嚴格基于結點貢獻量分配種子帶寬的種子帶寬分配策略。結點間的協(xié)作是P2P文件共享系統(tǒng)不可缺少的條件，

6、然而沒有一個有效的激勵機制，在個體參與結點間實現(xiàn)協(xié)作是非常困難的。BitTorrent作為一個協(xié)作的P2P文件分布工具，不可避免地要面對結點不愿協(xié)作的“搭便車”問題，因此BitTorrent有專門的激勵機制去防止搭便車行為并提高結點間的協(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。本文構建了一個具有兩類不同結點的流體數(shù)學模型去研究搭便車行為對BitTorrent系統(tǒng)的影響。通過此模型分析，發(fā)現(xiàn)BitTorrent的激勵機制在無種

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的激勵機制并不能有效地阻止搭便車行為。這是因為BitTorrent沒有為種子提供有效的激勵機制，便車者可以從種子獲得大量的服務資源。因此，本文提出了嚴格基于結點貢獻量分配種子帶寬的種子帶寬分配策略。模擬實驗證實了本文的分析和發(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)貢獻結點的性能。 (3)

8、BitTorrent對等網(wǎng)文件共享系統(tǒng)覆蓋網(wǎng)拓撲結構的研究：提出了基于鄰近結點聚類的BitTorrent文件共享系統(tǒng)-CBT(ClusteredBitTorrent)，構建了層次化BitTorrent文件共享機制，并采用結點加入算法和超級結點選擇算法去構建此CBT系統(tǒng)。在大規(guī)模的BitTorrent系統(tǒng)中，中央服務器tracker要不斷地為大量動態(tài)地加入和離開的結點更新狀態(tài)信息，這會給tracker服務器帶來很大的負載。此外結點隨機選擇

9、連接結點傳輸數(shù)據(jù)，使得結點有可能連接到與其拓撲距離較遠、網(wǎng)絡時延較長的結點，增加了網(wǎng)絡帶寬的損耗，并降低了文件傳輸?shù)男阅?。為了提高BitTorrent對等網(wǎng)系統(tǒng)的共享文件下載性能，本文提出了基于鄰近結點聚類的BitTorrent文件共享系統(tǒng)(ClusteredBitTorrent，簡稱CBT)，此系統(tǒng)通過將鄰近的結點聚合成結點簇，同一結點簇中結點優(yōu)先建立共享連接，從而構建了層次化BitTorrent文件共享機制。同時提出了結點加入算法和