對等網絡中路由機制及關鍵技術研究.pdf

1、隨著計算機技術以及通信技術的不斷發(fā)展，以及用戶自身存儲了越來越多的大量豐富的具有很高使用價值的內容，整個互聯網內容存儲的中心漸漸從網絡核心移向靠近終端接入用戶的邊緣。內容存儲方式的轉變趨勢使得互聯網上的內容交換模式也相應發(fā)生了巨大的轉變，從傳統的基于客戶機/服務器(Client/Server，簡稱C/S)的內容交換模式演變到如今的基于對等模式(Peer-to-Peer，簡稱P2P)的內容交換模式。 對P2P技術的研究是當前網絡界

2、研究的焦點也是工業(yè)界關注的熱點應用。一股來說，P2P指覆蓋在Internet之上的重疊網(OverlayNetwork)，系統中的每個節(jié)點既是內容的提供者也是內容的消費者，同時還負責路由、轉發(fā)來自其它節(jié)點的消息請求。按照系統中節(jié)點拓撲結構組織方式的不同，P2P系統可以分為對拓撲結構沒有強制要求的非結構化(Un-Structured)P2P網絡和對拓撲結構有著較強組織要求的結構化(Structured)P2P網絡。本文的研究集中在結構化P

3、2P網絡領域。 大部分結構化P2P網絡都基于分布式哈希表(DistributedHashTables，DHT)技術，比如著名的Chord、CAN、Pastry、Tapestry等。由于DHT技術在擴展性和容錯性等方面表現出來的優(yōu)點，結構化P2P網絡在構建大規(guī)模的Internet網絡應用時得到較為廣泛的應用和研究。但是，如同IPv4協議最初提出時未能考慮到地址不夠用的這一設計缺陷，P2P技術發(fā)展到現在也暴露出最初設計時忽略的一些問

4、題，其中比較重要的問題包括由于物理網絡和重疊網絡不匹配而帶來的長尋路延時、節(jié)點負載不均衡以及語義檢索時存在的安全性問題，如何有效的解決這些問題是本論文的研究重點。此外，作為下一代網絡標準的IPv6協議已經在國內外得到較為廣泛的部署，如何將IPv6和P2P這兩種新一代網絡技術進行有效的融合也是本論文的研究重點?；谝陨系难芯勘尘昂脱芯繂栴}，本論文從DHT技術的基本工作原理出發(fā)，通過仿真和分析等手段，創(chuàng)新性的做了如下研究： 文中第三

5、章分析了DHT系統的尋路延時，也即大部分DHT系統中，key的查找請求都能夠在O(logN)的應用層跳數內得到響應，其中N是系統中節(jié)點個數。但是這個跳數只是應用層上的邏輯跳數，實際它經歷的每一跳可能都跨越了多個自治域，從而造成實際尋路延時過大，尋路效率異常低下。這種尋路低效產生的原因在于這些DHT系統在最初的設計時忽略了參與節(jié)點在地理上的鄰近性，邏輯上鄰近的節(jié)點在地理上可能相隔多個自治域。我們首先提出了利用IPv6地址前綴進行節(jié)點位置聚

6、類的方法。我們注意到不同于IPv4地址，IPv6地址的格式以及其分配策略都具有很強的層次性，同一自治域內的主機通常具有一定長度的相同的網絡前綴，因而DHT系統中的節(jié)點可以從自己的IPv6地址前綴中獲取位置信息。接著提出了一種構建層次化節(jié)點標識符的方案——Chord6。我們創(chuàng)造性的提出節(jié)點標識符可以分段構造，標識符的前綴可以通過哈希同一個域中節(jié)點共同的位置信息得到，從而使得物理網絡上臨近的節(jié)點在重疊網絡上也互為近鄰。最后，從負載均衡的角度

7、出發(fā)，提出把節(jié)點的位置信息存儲到DHT系統中，新加入的節(jié)點可以通過DHT查詢到具有相同位置信息的全部節(jié)點列表，從而在物理網絡上臨近的節(jié)點之間構造內嵌于全局DHT中的本地DHT。這樣，路由可以先在本地DHT中進行，必要時經由全局DHT，從而避免多次跨域路由帶來的過長尋路延時。作為示例，本文利用這種思想對Chord進行了改進，構造了eChord系統。 文中第四章考察了內容尋址網絡(ContentAddressableNetwork，

8、簡稱CAN)的負載均衡特性。我們從實驗仿真中發(fā)現，對于CAN而言，若采用其原有的節(jié)點加入網絡劃分負載區(qū)間的策略，會出現網絡負載不均衡的現象。由此，我們提出一種新的基于對角線劃分節(jié)點負載區(qū)域空間的方案以及一種新的按照文件存儲密碼進行負載均衡的方案。從實驗仿真中可以看出，這兩種方案都能得到比原方案要好的均衡效果。 文中第五章研究了目前P2P網絡中語義檢索模型的安全問題，提出了一種支持語義檢索的安全模型?，F有的基于DHT(Distri

9、butedHashTable)模型的P2P網絡并不能很好支持語義查詢(多關鍵字查詢)，只提供針對某個關鍵字單一的準確查詢，為了實現語義搜索，人們提出若干基于矢量空間模型(VectorSpaceModel，簡稱VSM)的改進方案，而這些模型存在各種問題。為此，我們首次分析了P2P中語義網絡可能存在的安全問題，闡述了哈希算法和語義網絡之間的固有矛盾；構建一個支持語義搜索的安全內容尋址網絡SSCAN(SecureandSemanticCAN)

10、，設計了一種在SSCAN中進行語義搜索的算法，并對搜索性能進行評估。該模型具有安全性高，搜索高效的特點。 文中第六章給出了我們和中國科學院聲學所共同申請和承擔的CNGI(ChinaNextGenerationInternet，中國下一代互聯網示范工程)項目中《基于IPv6的P2P彈性重疊網絡智能節(jié)點的研制》分項的一個原型系統InfoStore6，該系統的設計、實現對于本論文以及其它研究者都有著較高的研究價值。 論文闡述的