xây dựng dịch vụ thông báo sự kiện dựa trên mạng ngang hàng có cấu trúc

Để đáp ứng được nhu cầu của người sử dụng là tìm kiếm thông tin chính xác và phù hợp với yêu cầu nên luận văn đã xây dựng một hệ thống giúp người dùng chỉ phải đăng ký sự kiện, khi sự ki

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Đặng Thị Nội

XÂY DỰNG DỊCH VỤ THÔNG BÁO SỰ KIỆN DỰA TRÊN MẠNG NGANG HÀNG CÓ CẤU TRÚC

Ngành: Công nghệ thông tin

Chuyên ngành: Truyền dữ liệu và mạng máy tính

Mã số: 60.48.15

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS.NGUYỄN HOÀI SƠN

HÀ NỘI - 2011

Tôi xin cam đoan kết quả đạt được trong luận văn là sản phẩm của riêng cá nhân tôi, không sao chép lại của người khác Trong toàn bộ nội dung luận văn, những điều được trình bày hoặc là của cá nhân tôi, hoặc do tôi tổng hợp được từ các nguồn tài liệu khác nhau Tất cả các tài liệu được tham khảo điều có xuất xứ rõ ràng, được trích dẫn hợp pháp và được liệt kê đầy đủ trong mục tài liệu tham khảo của luận văn

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định cho lời cam đoan của mình

Hà Nội, ngày 15 tháng 06 năm 2011

Đặng Thị Nội

Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô giáo trong khoa Công nghệ thông tin - Đại học Công nghệ - ĐHQG Hà Nội, đặc biệt là các thầy cô giáo trong bộ môn Truyền dữ liệu và mạng máy tính, đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi trong thời gian tôi học tập

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành, lời cảm ơn sâu sắc đối với thầy giáo TS Nguyễn Hoài Sơn đã tận tình hướng dẫn, định hướng cho tôi giải quyết các vấn đề trong luận văn

Tôi cũng xin bày tỏ lời cảm ơn đối với cha mẹ, gia đình, các đồng nghiệp và các bạn học viên lớp Cao học K14T2 đã động viên, giúp đỡ, góp ý cho tôi rất nhiều trong quá trình hoàn thành luận văn

Luận văn được tài trợ một phần từ đề tài nghiên cứu cơ bản mã số 102.01.25.09 Quỹ phát triển khoa học và công nghệ quốc gia (NAFOSTED)

Hà Nội, ngày 15 tháng 06 năm 2011

Đặng Thị Nội

LỜI MỞ ĐẦU 1

1.1 Tổng quan về dịch vụ thông báo sự kiện 3

1.2 Ứng dụng của dịch vụ thông báo sự kiện 4

1.3 Hoạt động của dịch vụ thông báo sự kiện 6

1.4 Hạn chế của các dịch vụ hiện tại 9

1.5 Kết luận 10

CHƯƠNG 2 SỬ DỤNG MẠNG NGANG HÀNG CÓ CẤU TRÚC TRONG DỊCH VỤ THÔNG BÁO SỰ KIỆN 11 2.1 Khái niệm mạng ngang hàng 11

2.2 Ưu, nhược điểm của mạng ngang hàng 13

2.3 Phân loại mạng ngang hàng 14

2.3.1 Mạng ngang hàng phi cấu trúc 14

2.3.2.1 Mạng ngang hàng tập trung 14

2.3.2.2 Mạng ngang hàng thuần túy 16

2.3.2.3 Mạng ngang hàng lai ghép 17

2.3.2 Mạng ngang hàng có cấu trúc 19

2.3.2.1 Mạng ngang hàng có cấu trúc dựa trên DHT (Distributed Hash Table) 21 2.3.2.2 Mạng ngang hàng có cấu trúc Chord 23

2.4 Tại sao sử dụng mạng ngang hàng có cấu trúc trong hệ thống thông báo sự kiện 28

2.5 Kết luận 29

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG DỊCH VỤ THÔNG BÁO SỰ KIỆN DỰA TRÊN MẠNG NGANG HÀNG CÓ CẤU TRÚC 30 3.1 Mục đích và yêu cầu của hệ thống 30

3.2 Giải pháp thực hiện 31

3.3 Cấu trúc hệ thống 36

3.4 Hoạt động của hệ thống 37

3.5 Kết luận 39

CHƯƠNG 4 THỰC THI VÀ ĐÁNH GIÁ CHƯƠNG TRÌNH 40 4.1 Triển khai hệ thống 40

4.1 Kết quả thử nghiệm 43

4.2 Nhận xét và đánh giá hệ thống 45

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 46 5.1 Kết luận 46

5.2 Hướng phát triển 46

Bảng 1: Bảng định nghĩa các trường trong Finger Table 25 Bảng 2: Kết quả thử nghiệm yêu cầu sự kiện cho các sự kiện đã được cung cấp 44 Bảng 3: Kết quả thử nghiệm cung cấp sự kiện cho yêu cầu có sẵn trên mạng 44

Hình 1: Cách thức hoạt động của hệ thống thông báo sự kiện 7

Hình 2: Trình tự thông báo sự kiện 8

Hình 3: Mô hình Client/Server 11

Hình 4: Mô hình mạng ngang hàng P2P 12

Hình 5: Các loại hình mạng ngang hàng 14

Hình 6: Mạng ngang hàng tập trung thế hệ thứ nhất (Napster) 15

Hình 7: Mạng ngang hàng thuần túy (Gnutella 4.0, FreeNet) 16

Hình 8: Mạng ngang hàng lai ghép 18

Hình 9: Mạng ngang hàng có cấu trúc 20

Hình 10: Lưu giữ key trong mạng Chord 26

Hình 11: Tìm kiếm khóa sử dụng bảng FingerTable 27

Hình 12: Mô hình luồng sự kiện 31

Hình 13: Chi tiết một số sự kiện 34

Hình 14: Cấu trúc của hệ thống thông báo sự kiện 36

Hình 15: Hoạt động của hệ thống thông báo sự kiện 38

Hình 16: Mô hình thử nghiệm 40

Hình 17: Giao diện chức năng cung cấp sự kiện 41

Hình 18: Giao diện chức năng yêu cầu sự kiện 41

Hình 19: Giao diện thông báo sự kiện 42

Hình 20: Đồ thị kết quả thử nghiệm yêu cầu sự kiện cho các sự kiện đã được cung cấp 44

Hình 21: Đồ thị kết quả thử nghiệm cung cấp sự kiện cho yêu cầu có sẵn trên mạng 45

LỜI MỞ ĐẦU

Với sự phát triển của công nghệ thông tin ngày nay, lượng thông tin cung cấp vô cùng phong phú và đa dạng Điều này cũng gây ra một số khó khăn khi người dùng không thể tìm được chính xác điều mà họ quan tâm Do đó chúng tôi phát triển dịch vụ

để có thể tìm được dữ liệu một cách chính xác và đầy đủ nhất có thể

Tuy hiện nay có nhiều dịch vụ thông báo sự kiện nhưng khi muốn tìm kiếm thông tin người dùng phải thực hiện câu truy vấn để hệ thống đưa ra kết quả phản hồi

Để đáp ứng được nhu cầu của người sử dụng là tìm kiếm thông tin chính xác và phù hợp với yêu cầu nên luận văn đã xây dựng một hệ thống giúp người dùng chỉ phải đăng ký sự kiện, khi sự kiện phát sinh hệ thống sẽ thông báo một cách kịp thời đến người đã đăng ký mà không phải thực hiện truy vấn

Do các máy chủ cung cấp dịch vụ hiện nay hoạt động rời rạc không có sự liên kết với nhau gây quá tải tại máy chủ khi có nhiều người cùng truy cập một thời điểm Chính vì vậy nảy sinh nhu cầu liên kết các nhà cung cấp dịch vụ lại với nhau thành một mạng dịch vụ Để liên kết các nhà cung cấp dịch vụ lại với nhau thì cần phải giải quyết các vấn đề về quản lý, lưu trữ, xử lý thông tin phân tán và tìm kiếm thông tin trên quy mô lớn Do bản chất có thể quản lý, lưu trữ và tìm kiếm dữ liệu trên quy mô lớn và dễ dàng mở rộng nên mạng hàng hàng có cấu trúc là giải pháp tốt để liên kết các nhà cung cấp dịch vụ với nhau

Vì vậy, luận văn đã xây dựng một hệ thống thông báo sự kiện dựa trên mạng ngang hàng có cấu trúc lưu trữ và xứ lý thông tin phân tán (bản chất của mạng ngang hàng), tìm kiếm thông tin nhanh, có thể tìm kiếm dữ liệu trên quy mô lớn và hệ thống

có thể dễ dàng mở rộng

Để đánh giá hiệu quả của hệ thống đã xây dựng, chúng tôi đã thử nghiệm và đánh giá thông qua môi trường mạng có giới hạn băng thông và độ trễ giống với môi trường mạng Internet hiện nay Kết quả thử nghiệm cho thấy hệ thống xây dựng đã đáp ứng được các yêu cầu của dịch vụ thông báo sự kiện là cung cấp dịch vụ thời gian thực và

có thể dễ dàng mở rộng hệ thống

Khoá luận được chia làm 5 chương:

- Chương 1: Chương này sẽ giới thiệu về dịch vụ thông báo sự kiện đang được sử dụng và các yêu cầu của dịch vụ thông báo sự kiện sẽ xây dựng

- Chương 2: Trong chương này sẽ giới thiệu tổng quan về mạng ngang hàng, ưu nhược điểm của mạng ngang hàng và lý do sử dụng mạng ngang hàng có cấu trúc để xây dựng hệ thống

- Chương 3: Chương này sẽ trình bày về ý tưởng, yêu cầu và cách thức xây dựng dịch vụ thông báo sự kiện dựa trên mạng ngang hàng có cấu trúc

- Chương 4: Trình bày về mô hình thực nghiệm để đánh giá hiệu quả của dịch vụ thông báo sự kiện đã xây dựng, đưa ra các nhận xét đánh giá kết quả thử nghiệm

- Chương 5: Kết luận và hướng phát triển tiếp theo của luận văn

CHƯƠNG 1 MÔ HÌNH DỊCH VỤ THÔNG BÁO SỰ KIỆN

Ngày nay, với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là sự phát triển nhanh chóng của công nghệ phần cứng đã có thể tạo ra các thiết có khả năng lưu trữ và xử lý lớn với giá thành nhỏ khiến cho số lượng người dùng sử dụng các thiết bị này tăng nhanh chóng Chính vì số lượng các thiết bị này tăng nhanh dẫn đến nhu cầu của người dùng muốn sử dụng các dịch vụ gia tăng trên các thiết bị này lớn Dịch vụ thông báo

sự kiện là một dịch vụ gia tăng đang phát triển ngày nay Các ứng dụng của dịch vụ này rất đa dạng, cung cấp cho thông tin nhanh và chính xác

Dịch vụ thông báo sự kiện là một hạ tầng ứng dụng độc lập, hỗ trợ cho việc xây dựng các hệ thống dựa trên nền sự kiện Các node cung cấp dịch vụ đến cơ sở hạ tầng

và node yêu cầu sự kiện đăng ký với cơ sở hạ tầng để nhận các thông báo liên quan Dịch vụ thông báo sự kiện cho phép yêu cầu sự kiện đồng thời cung cấp các sự kiện được yêu cầu thông qua mạng internet hoặc kết nối không dây Dịch vụ này có thể cung cấp sự kiện một cách tự động khi có sự kiện phát sinh

Một dịch vụ thông báo sự kiện là dịch vụ kết nối vô danh giữa các bên lẫn nhau Dịch vụ thu nhận, lọc và cung cấp thông tin về các sự kiện

Một hệ thông báo sự kiện thực hiện dịch vụ thông báo sự kiện cụ thể Chúng ta

đề cập đến dịch vụ thông báo sự kiện như là khái niệm nói chung và hệ thống thông báo sự kiện khi chú trọng vào việc thực hiện các dịch vụ được thiết kế Nhiều công bố không cho một định nghĩa rõ ràng mà chỉ là một mô tả khái niệm về dịch vụ thông báo

sự kiện, gọi đó là “Dịch vụ thông báo”, “dịch vụ Cung cấp/Yêu cầu”, hay “hệ thống đẩy”

[2] Dịch vụ này khác với các dịch vụ khác ở chỗ truy vấn của các dịch vụ trước đây được gửi lên và lưu trữ trước mà kết quả có thể chưa tồn tại nhưng người đăng ký truy vấn hy vọng sẽ nhận được thông báo khi kết quả trở thành có sẵn Các dịch vụ hiện tại thích hợp cho các ứng dụng tìm kiếm mà nơi truy vấn đang chờ thông tin, đối lập với các ứng dụng truyền thống nơi các truy vấn cần phải tồn tại trước

Dịch vụ được sử dụng trong mạng ngang hàng P2P là một đề tài rất được chú ý trong những năm gần đây vì P2P có thể được áp dụng cho các mạng phân tán như là cách hiệu quả để chia sẻ tài nguyên, giảm thiểu chi phí máy chủ và phát huy hợp tác giữa các node Thông thường một node cung cấp không biết ai đang quan tâm đến dữ

liệu của nó và ngược lại một node đăng ký cũng không biết ở đâu trong mạng dữ liệu của nó quan tâm là có sẵn Vì vậy một vấn đề khó khăn là thiết kế cơ chế cho người đăng ký và nhà cung cấp để tìm thấy nhau một cách nhanh chóng và hiệu quả Đơn giản là quảng bá các truy vấn đến tất cả các node trong mạng hoặc để sử dụng một trung tâm chỉ mục của tất cả các truy vấn được đăng ký và thông tin được công bố

Do đó, một loạt các cơ chế Cung cấp/ Đăng ký đã được đề xuất, dựa trên thông báo và dựa vào cấu trúc Phương pháp tiếp cận đầu tiên được thiết kế cho tất cả các mạng phi cấu trúc, trong đó các nút Đăng ký và các node Cung cấp tìm thấy nhau, trao đổi thông tin bằng cách sử dụng các liên kết ngang hàng hiện có, thông thường dựa trên một số hình thức ngẫu nhiên Một cách tiếp cận khác là tổ chức các nút vào một cấu trúc phủ và phát triển phương pháp Cung cấp/ Đăng ký trên đỉnh của nó Ví

dụ mạng phủ là dựa vào bảng phân tán DTH Lợi thế của cách tiếp cận dựa vào thông báo là áp dụng cho mạng phi cấu trúc, trong khi phương pháp tiếp cận dựa trên cấu trúc được ưa chuộng cho hiệu quả tốt hơn

- Phát hiện và cảnh báo xâm nhập trong mạng không dây: Ứng dụng quan sát tất

cả những hoạt động hệ thống, như các file log và những lưu lượng mạng thu thập được, theo dõi những cuộc gọi hệ thống, lịch sử kiểm tra và những thông điệp báo lỗi trên hệ thống… phát hiện người xâm nhập và gửi cảnh báo đến quản trị mạng

- Hợp nhất hệ thống, thiết bị và các ứng dụng từ nhiều nhà cung cấp: truyền thông thông báo sự kiện đến các node yêu cầu các sự kiện quan trọng như: sự gián đoạn sản xuất, các mối đe dọa an ninh, và thiên tai, … Khi sự kiện xảy ra, cảnh báo được gửi đến nhóm được xác định trước hoặc các cá nhân, những người có thể phản ứng nhanh chóng với trạng thái và phản hồi Tin nhắn được hỗ trợ trên hầu như bất kỳ loại điện thoại hoặc thiết bị nhắn tin, và thông qua email

- Gửi tin nhắn tức thời: Khi có bạn bè lên mạng, người sử dụng sẽ được gửi tin nhắn đến thông báo và có thể gửi tin nhắn, gửi mail, SMS, … cho nhau

- Cung cấp tin tức: Người dùng có nhu cầu thông tin về một lĩnh vực nào đấy, hệ thống sẽ dựa vào yêu cầu của người dùng và gửi thông tin chính xác cho người dùng khi sự kiện về thông tin xẩy ra

-[5] Hệ thống cá nhân hóa: Thuật ngữ cá nhân không bị giới hạn thông báo sự kiện, nó bao gồm thể hiện quan tâm của khách hàng trong hồ sơ cá nhân Hồ sơ được

khách hàng định nghĩa rõ ràng hoặc hoàn toàn bởi các dữ liệu khai thác hoặc phân tích các hoạt động của khách hàng Hệ thống cá nhân hóa hoạt động trên mức độ ứng dụng

- Dịch vụ cảnh báo: Thuật ngữ hệ thống thông báo hoặc dịch vụ thông báo được dùng chung khi nói về dịch vụ thông báo sự kiện, nó chú trọng đến ứng dụng của dịch

vụ Thuật ngữ “dịch vụ cảnh báo” hiện nay được sử dụng rộng rãi trong phạm vi của các thư viện kỹ thuật số; thuật ngữ “cảnh báo” cũng thường được đề cập đến dịch vụ đăng ký nhận tin qua email Các ứng dụng ban đầu cho các dịch vụ cảnh báo được hệ thống nâng báo động trong trường hợp nguy hiểm, xâm nhập, hoặc trục trặc động cơ

- Dịch vụ Cung cấp/ Đăng ký: Các mô hình Cung cấp/ Đăng ký là một mô hình tương tác bao gồm cả nhà cung cấp thông tin (nhà cung cấp, nhà cung ứng) cung cấp

dữ liệu vào hệ thống và các khách hàng (người đăng ký, người tiêu dùng) đăng ký các vấn đề quan tâm trong hệ thống Vai trò của hệ thống Cung cấp/Đăng ký là cùng lúc gửi thông tin chính xác cho đúng khách hàng yêu cầu Hệ thống Cung cấp/ Đăng ký được hệ thống thông báo sự kiện hỗ trợ nhà cung cấp chủ động gửi dữ liệu vào hệ thống Thông thường các sự kiện và tin nhắn thông báo sự kiện không phân biệt

- Hệ thống đẩy: Thuật ngữ hệ thống đẩy đề cập đến hệ thống dựa trên Internet, mang đến nội dung cho khách hàng của nó thông qua các kênh dựa trên đối tượng Việc triển khai hệ thống đẩy thường là hệ thống trung gian hỗ trợ hệ thống mức ứng dụng

- Hệ thống dựa trên phổ biến: Trong bối cảnh hệ thống thông tin dựa trên phổ biến, một hệ thống thông báo sự kiện là một nhà môi giới thông tin, mua lại thông tin

từ các nguồn dữ liệu, làm tăng thêm giá trị và phân phối thông tin cho khách hàng (bằng mạng thông tin của khách hàng) Thuật ngữ này tập trung vào việc phân phối các tài liệu không phải là quan sát và lọc các sự kiện

- Hệ thống lọc thông tin: Hệ thống như là một hệ thống thông báo sự kiện có các giao dịch đặc biệt là các tài liệu mới hoặc thay đổi Các dịch vụ này còn được gọi là hệ thống lọc tài liệu

- Hệ thống định tuyến dựa trên nội dung: Thuật ngữ này dùng để chỉ các hệ thống truy hồi thông tin trong đó các truy vấn được định tuyến đến các máy chủ có sẵn dựa trên sự phù hợp mong đợi của máy chủ để truy vấn

- Hệ thống giám sát (sự kiện): Thuật ngữ này dùng để chỉ các hệ thống giám sát nguồn sự kiện nào đó, lọc các sự kiện và gửi thông báo Nhìn chung, các nguồn sự kiện là những nguồn quan sát bị động như các cảm biến và đầu đo Các ứng dụng tự

quan sát, giám sát chương trình máy tính để giao tiếp trong hệ thống phân phối và ứng dụng web

- Cơ sở hạ tầng dựa trên sự kiện: Cơ sở hạ tầng dựa trên sự kiện hỗ trợ trao đổi tin nhắn không đồng bộ giữa các đối tượng trong một môi trường phân phối Xác định khả năng tương tác độc lập, hệ thống không đồng nhất và xây dựng một giao tiếp chương trình đến chương trình ở cấp độ hệ thống

- Dịch vụ nhận thức: Thuật ngữ nhận thức mô tả điều chỉnh tự động các thông tin hiện tại của nhà cung cấp và khách hàng Khách hàng nhận thức tất cả các thay đổi của nhà cung cấp, hoặc là đối tượng mới, hoặc là xóa các đối tượng, hoặc là sửa đổi các đối tượng

- Dịch vụ xử lý sự kiện: Thuật ngữ dịch vụ xử lý sự kiện mô tả một dịch vụ được quy định trong Java

Hệ thống hoạt động dựa trên khả năng lưu trữ của mạng ngang có cấu trúc Chord

Khi người dùng yêu cầu một sự kiện nào đó, hệ thống sẽ tạo ra khóa tương ứng với một cặp (thuộc tính - giá trị) của sự kiện yêu cầu và gửi yêu cầu sự kiện đến một node gọi là node phụ trách khóa Node phụ trách khóa sẽ lưu lại sự kiện yêu cầu, khóa

và địa chỉ của node đã yêu cầu sự kiện Khi có sự kiện tương ứng với yêu cầu, node phụ trách khóa sẽ gửi thông tin sự kiện cho node đó theo đúng địa chỉ của node yêu cầu sự kiện mà nó đã lưu

Sự kiện khi được cung cấp, hệ thống sẽ tạo ra các cặp (thuộc tính - giá trị) của sự kiện yêu cầu và gửi thông tin sự kiện yêu cầu đến các node phụ trách khóa Node phụ trách khóa sẽ kiểm tra cơ sở dữ liệu, lấy ra danh sách các node gửi yêu cầu phù hợp với thông tin sự kiện được cung cấp và gửi thông tin sự kiện đến node yêu cầu sự kiện Việc lưu thông tin sự kiện tại 1 node nào đó trên mạng đảm bảo cho việc lưu trữ không bị quá tải và khi có vấn đề xảy ra với 1 node trong mạng thì khả năng cung cấp dịch vụ không bị gián đoạn

Hình 1: Cách thức hoạt động của hệ thống thông báo sự kiện

[5] Hình 1 mô tả các thành phần trong hệ thống và mối liên quan giữa chúng Trong mô hình này các khái niệm về sự kiện, mô tả sự kiện đã được đơn giản hóa Đối tượng quan tâm là các đối tượng thông tin của node cung cấp, tùy chọn trong kho đối tượng Thay đổi của các đối tượng này (tạo mới, cập nhật, xóa) do bộ phát hành thực hiện

Nhiệm vụ của bộ quan sát là phát hiện những thay đổi của đối tượng đơn lẻ hoặc trong kho đối tượng Nếu bộ phát hành không thông báo cho bộ quan sát về các thay đổi thì bộ quan sát sẽ làm nhiệm vụ phát hiện những thay đổi này (thực hiện theo một lịch trình) Mọi thay đổi là sự kiện thì các sự kiện được bộ quan thông báo đến bộ lọc

Bộ lọc lưu mô tả dịch vụ của node yêu cầu dịch vụ và so sánh các sự kiện với phần truy vấn của các mô tả Nếu mô tả dịch vụ với sự kiện phù hợp, bộ lọc này sẽ tạo ra một thông báo sự kiện và cung cấp nó cho node yêu cầu dịch vụ này Đối với các sự kiện phức hợp được tìm thấy, các sự kiện sẽ được lưu trữ trong Kho lưu trữ

Bộ thông báo lần lượt kiểm tra thời hạn của các yêu cầu Nếu yêu cầu phải được cung cấp ngay lập tức, thông báo sự kiện được chuyển đổi theo đúng định dạng cụ thể của node yêu cầu và cung cấp sự kiện Nếu không, thông báo sẽ được đưa vào bộ đệm cho đến khi thông báo hết hạn Bộ thông báo sẽ theo dõi hạn của các sự kiện

Trong mô tả của Bộ yêu cầu sự kiện cần phân biệt hai phần: Cấu trúc truy vấn (sử dụng bởi các bộ lọc) quy định rõ các sự kiện mà node yêu cầu quan tâm; trong cấu trúc tham số, các thông số bổ sung được xác định, chẳng hạn như: thời hạn, giao thức thông báo, và định dạng thông báo Những thông số này có thể được sử dụng bởi Bộ quan sát và Bộ thông báo dạng này

Các thành phần của dịch vụ thông báo sự kiện có thể được (và thường được) triển khai và nhân rộng cho khả năng nâng cấp và độ tin cậy Bộ khởi động và đối tượng thường trú tại Kho lưu trữ đối tượng nằm của node cung cấp

Một dịch vụ thông báo sự kiện bao gồm các kiểu nhà cung cấp có thể thực hiện một Bộ quan sát như là một màng bọc cho mỗi nhà cung cấp Ngoài ra, người quan sát

có thể được chuyển đến trang web của nhà cung cấp (nếu được phép) và thực hiện nhiệm vụ của mình như một đại lý của dịch vụ thông báo sự kiện đó

Quan niệm trung tâm của một dịch vụ thông báo sự kiện là sự kiện Ngược lại với các trạng thái, các sự kiện là không có thời hạn Sự kiện có thể được thay đổi trạng thái trong cơ sở dữ liệu, tín hiệu trong các hệ thống tin nhắn, hoặc các sự kiện trong thế giới thực như xuất cảnh và lượt khách của các phương tiện Cách chính thức, chuyển trạng thái được gây ra bởi hành động chẳng hạn như chèn, xóa, hoặc thay đổi của một đối tượng thông tin

Hình 2: Trình tự thông báo sự kiện

Hình 2 mô tả một trình tự thông báo sự kiện theo luông thời gian Một sự kiện trình tự thông báo đầy đủ cho thấy luồng dữ liệu từ khi xảy ra sự kiện cho đến khi một thông báo được gửi đến node yêu cầu sự kiện Hoạt động sự kiện có thể xảy ra bất cứ lúc nào

1.4 Hạn chế của các dịch vụ hiện tại

[5]Hệ thống thông báo sự kiện tương tự như các phần mền hệ thống khác, thường

là các thực thể Dưới đây là một số nhược điểm của hệ thống hiện tại:

- Thiếu độc lập trong thi hành: Các dịch vụ phản ánh việc thực hiện cụ thể, không bao gồm hoạt động sự kiện quan sát và cũng không bao gồm một khái niệm sự kiện chung chung Rất ít các dịch vụ thông báo sự kiện độc lập Các dịch vụ thường tập trung vào việc lưu trữ đối tượng, thông báo sự kiện không được đảm bảo, quá trình thông báo sự kiện được mô tả đơn giản, thành phần hệ thống cụ thể không được xác định trước

- Thuật ngữ không thống nhất: Có nhiều tên cho loại dịch vụ (cảnh báo, dịch vụ, dịch vụ thông báo, dịch vụ thông tin,…), có nhiều khái niệm khác nhau về dịch

vụ thông báo sự kiện, các dịch vụ thông báo sự kiện khác nhau sử dụng từ ngữ giống nhau để mô tả

- Mô hình sự kiện không đầy đủ: Hầu hết các dịch vụ dựa trên sự kiện, một sự kiện được xác định bởi đặc trưng vật lý của nó như tin nhắn Cách tiếp cận này là không đủ vì bỏ qua các sự kiện không quan sát được, các vấn đề quan sát sự kiện và thời điểm chèn dữ liệu

- Dựa trên mô hình mạng Client/Server: Theo mô hình này thì một máy khách (client) sẽ kết nối với một máy chủ thông qua một giao thức như WWW, FTP, Telnet, email Nói chung, mô hình client/Server có nhiều ưu điểm, một trong

số đó là việc mọi xử lý đều nằm trên Server do đó sẽ tránh cho clients những tính toán nặng nề, và do đó các máy Client không cần có cấu hình mạnh Tuy nhiên, với chế độ hoạt động theo kiểu: Client đóng vai trò thụ động, chỉ yêu cầu dịch vụ từ Server chứ không thể cung cấp dịch vụ cho các client khác, thì chính

ưu điểm trên lại trở thành nhược điểm của mô hình này Với tốc độ phát triển Internet như hiện nay, số lượng client tăng nhanh liên tục gây ra sự quá tải và tắc nghẽn tại các Server Khi số lượng clients tăng đến một mức độ nào đó mà nhu cầu về tải và băng thông tăng lên tới mức máy chủ không còn đủ khả năng

để đáp ứng được dịch vụ cho các máy khách thì Server bị sập và mạng sẽ bị sập theo Việc tăng số lượng Server để tăng khả năng chịu tải cho các Server là cần thiết Tuy nhiên, chi phí cho 1 Server thường là rất lớn

dữ liệu trên quy mô lớn và hệ thống có thể dễ dàng mở rộng Trong chương tiếp theo, luận văn sẽ trình bày tổng quan về mạng ngang hàng: khái niệm mạng ngang hàng, ưu nhược điểm của mạng ngang hàng, phân loại mạng ngang hàng và lý do sử dụng mạng ngang hàng có cấu trúc trong hệ thống thông báo sự kiện

CHƯƠNG 2 SỬ DỤNG MẠNG NGANG HÀNG CÓ CẤU TRÚC TRONG DỊCH VỤ THÔNG BÁO SỰ KIỆN

Mạng ngang hàng ngày càng trở nên phổ biến, đặc biệt là trong các ứng dụng chia sẻ tệp tin ngang hàng Các mạng ngang hàng đã xuất hiện từ những năm 1980 và phát triển mạnh mẽ như APANET, Usenet, FidoNet Hiện nay, với sự tham gia của các công ty thương mại và phi thương mại như Napster, Gnutella mạng ngang hàng ngày càng lớn mạnh và được được nhiều người sử dụng Nhất là hiện nay khi lượng thông tin truyền tải trên mạng vô cùng lớn, nhu cầu tìm kiếm và chia sẻ thông tin cũng tăng lên Mạng ngang hàng được xây dựng giữa các máy tính độc lập có khả năng chia sẻ

dữ liệu và tận dụng tài nguyên để chia sẻ cho các máy tính khác

Như chúng ta đã biết, ngày nay hầu như mọi dịch vụ Internet đều dựa trên mô hình client/Server Theo mô hình này thì một máy khách (client) sẽ kết nối với một máy chủ thông qua một giao thức nhất định như WWW, FTP, Telnet, email Nói chung, mô hình client/Server có nhiều ưu điểm, một trong số đó là việc mọi xử lý đều nằm trên Server do đó sẽ tránh cho clients những tính toán nặng nề, và do đó các máy Client không cần có cấu hình mạnh

Hình 3: Mô hình Client/Server

Tuy nhiên, với chế độ hoạt động theo kiểu: Client đóng vai trò thụ động, chỉ yêu cầu dịch vụ từ Server chứ không thể cung cấp dịch vụ cho các client khác, thì chính ưu điểm trên lại trở thành nhược điểm của mô hình này Với tốc độ phát triển Internet như hiện nay, số lượng client tăng nhanh liên tục gây ra sự quá tải và tắc nghẽn tại các Server Khi số lượng clients tăng đến một mức độ nào đó mà nhu cầu về tải và băng

thông tăng lên tới mức máy chủ không còn đủ khả năng để đáp ứng được dịch vụ cho các máy khách thì Server bị sập và mạng sẽ bị sập theo

Việc tăng số lượng Server để tăng khả năng chịu tải cho các Server là cần thiết Tuy nhiên, chi phí cho 1 Server thường là rất lớn Bởi vậy, ý tưởng về một kiến trúc mạng mà ở đó, không cần thêm chi phí cho việc lắp đặt thêm Server, ta vẫn đảm bảo mạng hoạt động tốt bằng cách tận dụng những tài nguyên mạng có sẵn từ chính các máy tham gia mạng, đã dẫn đến sự ra đời của mạng ngang hàng (peer to peer - P2P) Mạng ngang hàng là một cấu trúc được tạo nên bởi các máy tính liên kết với nhau, vai trò của mỗi máy tính là như nhau, mỗi máy tính là một phần và duy trì sự tồn tại của mạng Các máy tính trong mạng thường xuyên liên lạc với các máy tính khác

để ổn định mạng và chia sẻ dữ liệu với nhau Mạng ngang hàng có nhiều ứng dụng và ứng dụng phổ biến nhất là chia sẻ tệp tin, tất cả các dạng tệp tin chia sẻ như âm thanh, hình ảnh, dữ liệu

Hình 4: Mô hình mạng ngang hàng P2P

Một mạng ngang hàng đúng nghĩa không có khái niệm Client và Server hay nói cách khác tất cả các máy tham gia đều bình đẳng và được gọi là Peer Peer là một nút mạng vừa đóng vai trò là Server với các máy khác trong mạng vừa đóng vai trò là Client khi được các máy khác phục vụ mình Tất các máy đều có thể yêu cầu dịch vụ, cũng như đáp ứng yêu cầu dịch vụ của các máy khác Mọi máy tính đều có thể lưu trữ

và chia sẻ tài nguyên, cũng như kết nối trực tiếp với nhau

2.2 Ưu, nhược điểm của mạng ngang hàng

Mô hình mạng ngang hàng rất phù hợp với tính phi tập trung của Internet, bởi bản chất của tài nguyên là phân tán, các thông tin lưu trữ không chỉ trên các máy chủ

mà ở cả các máy khách

Xét về khía cạnh sức mạnh xử lý, mạng mạng ngang hàng có khả năng xử lý cao hơn cả những máy chủ lớn nhất hiện nay do đó sử dụng mạng ngang hàng có thể cải thiện đáng kể hiệu quả của các phương pháp phân tích, xử lý dữ liệu và giải các bài toán phức tạp (đây đều là những vấn đề vượt ra ngoài tầm xử lý của những máy chủ tập trung khi số lượng truy vấn, tính toán tăng lên đến hàng trăm triệu mỗi ngày) Sở dĩ như vậy là vì mạng ngang hàng đã tận dụng khả năng xử lý, khả năng lưu trữ còn thừa của các máy tính tham gia mạng với những thuật toán phân tán hợp lý Công nghệ này

đã chia việc xử lý lớn ra thành những việc xử lý nhỏ có thể phân tán giữa các máy tính trong một mạng Mỗi máy tính sẽ xử lý một phần dữ liệu và trả về kết quả xử lý cho máy tính trung tâm, máy tính trung tâm sẽ ghép nối các kết quả này lại với nhau Bằng cách đó, ta có thể giải quyết được những bài toán phức tạp mà không cần phải nâng cấp khả năng xử lý của hệ thống hiện tại

Bên cạnh đó, việc phân tán trách nhiệm cung cấp dịch vụ đến tất cả các nút trên mạng sẽ giúp loại bỏ vấn đề ngừng trệ dịch vụ do nơi cung cấp duy nhất gặp sự cố Mạng ngang hàng cũng tận dụng được băng thông trên toàn bộ mạng vì việc tăng

số giao tiếp giữa các thiết bị mạng qua các đường truyền khác nhau sẽ làm giảm khả năng tắc nghẽn mạng Ngoài ra, khi càng nhiều máy tính tham gia vào mạng ngang hàng thì tổng sức mạnh xử lý, khả năng lưu trữ và băng thông lại tăng theo điều đó cho thấy khả năng mở rộng của mạng mạng ngang hàng

Tuy nhiên, mạng ngang hàng cũng có nhiều nhược điểm Với mô hình mạng ngang hàng thuần túy, tức là mô hình mà ở đó mọi máy đều có vai trò như nhau và không tuân theo bất cứ một quy luật định tuyến hay kết nối nào thì mạng mạng ngang hàng cũng bộc lộ khá nhiều nhược điểm:

- Chính vì yêu cầu dịch vụ được đáp ứng một cách tùy biến nên máy yêu cầu dịch

vụ có thể nhận được nhiều kết quả khác nhau khi nó kết nối đến các máy khác nhau cung cấp cùng một dịch vụ

- Các yêu cầu gửi đi có thể không nhận được kết quả trả về vì không có gì đảm bảo sẽ tồn tại một máy nào đó có khả năng đáp ứng yêu cầu đó

- Các tài nguyên có thể biến mất do nút cung cấp tài nguyên có thể ngắt kết nối bất cứ lúc nào

Hình 6: Mạng ngang hàng tập trung thế hệ thứ nhất (Napster)

- Nguyên tắc hoạt động:

 Mỗi client lưu trữ files định chia sẻ với các node khác trong mạng

 Một bảng lưu trữ thông tin kết nối của người dùng đăng kí (IP address, connection bandwidth ….)

 Một bảng liệt kê danh sách các files mà mỗi người dùng định chia sẻ (tên file, dung lượng, thời gian tạo file …….)

 Mọi máy tính tham gia mạng được kết nối với máy chủ tìm kiếm trung tâm, các yêu cầu tìm kiếm được gửi tới máy chủ trung tâm phân tích, nếu yêu cầu được giải quyết máy chủ sẽ gửi trả lại địa chỉ IP của máy chứa tài nguyên trong mạng và quá trình truyền file được thực hiện theo đúng cơ chế của mạng ngang hàng, giữa các host với nhau mà không cần quan máy chủ trung tâm

 Cần quản trị (central server)

Napster là mạng ngang hàng đặc trưng cho hệ thống mạng ngang hàng tập trung, với Napster, việc tìm kiếm file bị thất bại khi bảng tìm kiếm trên máy chủ vì lý do nào

đó không thực hiện được Chỉ có các file truy vấn và việc lưu trữ được phân tán, vì vậy

máy chủ đóng vai trò là một nút cổ chai Khả năng tính toán và lưu trữ của máy chủ tìm kiếm phải tương xứng với số nút mạng trong hệ thống, do đó khả năng mở rộng mạng bị hạn chế rất nhiều

2.3.2.2 Mạng ngang hàng thuần túy

Mạng ngang hàng thuần túy là một dạng khác của thế hệ thứ nhất trong hệ thống các mạng ngang hàng Trong mạng ngang hàng thuần tuý thì vai trò của các máy trong mạng là ngang nhau, không còn máy chủ tìm kiếm tập trung như trong mạng Napster,

nó khắc phục được vấn đề nút cổ chai trong mô hình tập trung Tuy nhiên vấn đề tìm kiếm trong mạng ngang hàng thuần túy lại sử dụng cơ chế phát tràn, yêu cầu tìm kiếm được gửi cho tất cả các node mạng là láng giềng với nó, điều này làm tăng đáng kể lưu lượng trong mạng Các phần mềm tiêu biểu cho mạng ngang hàng dạng này là Gnutella 4.0, FreeNet

Hình 7: Mạng ngang hàng thuần túy (Gnutella 4.0, FreeNet)

- Hoạt động của Gnutella

 Khi người dùng tại 1 node muốn tìm kiếm tài nguyên, node sẽ gửi yêu cầu đến mỗi node mà nó đang kết nối đến Các node này khi nhận được yêu cầu lại tiếp tục chuyển yêu cầu tới các node mà node này biết Việc chuyển tiếp

cứ tiếp tục đến khi gói tin đạt đến số hop được đĩnh nghĩa trước bởi node tìm kiếm ban đầu Nếu câu truy vấn tìm được kết quả, node có kết quả sẽ cung cấp kết quả trực tiếp đến node tìm kiếm thông qua giao thức UDP Vì vậy, mỗi câu truy vấn bao giờ cũng gồm thông tin về địa chỉ IP và cổng của node khác

 Khi 1 node ngắt kết nối, nó sẽ lưu lại danh sách các node nó đã kết nối và các tài nguyên chia sẻ để dùng cho lần kết nối tiếp theo

 Để giải quyết vấn đề thắt nút cổ chai (bottlenecks), Gnutella đã được cài đặt thành hệ thống nhiều tầng Thay vì tất cả các node đều có vai trò như nhau, giờ đây, các node gia nhập vào mạng chỉ được giữ ở cạnh mạng giống như

các node lá và không chịu trách nhiệm định tuyến Các node ultrapeers mới

có khả năng định tuyến thông điệp tìm kiếm và lưu thông điệp đó Điều này cho phép việc tìm kiếm trong 1 không gian mạng rộng hơn và cũng làm tăng hiệu quả hoạt động của mạng Do không phụ thuộc vào 1 Server duy nhất nên Gnutella cũng khó bị đánh sập hơn so với Napster

 Ưu điểm:

o Dễ xây dựng

o File download query

o Đảm bảo tính phân tán hoàn toàn cho các node tham gia mạng, các node tham gia và rời khỏi mạng một cách tùy ý mà không ảnh hưởng đến cấu trúc của mạng

có nhiệm vụ quản lý các thông tin chỉ mục

- Mỗi SupperPeer chứa một danh sách các file được cung cấp bởi các ClientPeer

và địa chỉ IP của chúng vì vậy nó có thể trả lời ngay lập tức các yêu cầu truy vấn từ các ClientPeer gửi tới

 Ưu điểm:

o Hạn chế việc Flooding các query, làm giảm lưu lượng trong mạng, nhưng vẫn tránh được hiện tượng nút cổ chai (do có nhiều SuperPeers)

o Khắc phục được nhược điểm về sự khác nhau về CPU power, bandwidth … ở mạng ngang hàng thuần túy, các SuperPeer sẽ chịu tải chính, các node khác chịu tải nhẹ

 Những nhược điểm của việc quản lý điều khiển tập trung vẫn tồn tại trong

mô hình mạng này Nếu máy chủ trung tâm gặp lỗi thì các máy Peer không thể truy cập đến thông tin chỉ mục ở trên máy chủ trung tâm nên không thể tìm kiếm thông tin được Đại diện cho mô hình mạng ngang hàng lai ghép là mạng ngang hàng Napster

2.3.2 Mạng ngang hàng có cấu trúc

Mô hình mạng P2P mà trong đó, các node được tổ chức lại theo 1 cấu trúc nhất định và việc định tuyến thông báo sẽ dựa trên cấu trúc đó, được gọi là mô hình mạng ngang hàng có cấu trúc

Mạng P2P thuần túy hoạt động không hiệu quả do các node tham gia mạng không tuân theo 1 quy luật nào, các kết nối xảy ra ngẫu nhiên, thông báo được gửi kiểu phát tràn, …Mạng ngang hàng có cấu trúc dựa trên DHT khắc phục nhược điểm của mạng không cấu trúc bằng cách sử dụng hệ thống bảng băm phân tán Hệ thống này định nghĩa liên kết giữa các nút mạng trong mạng phủ theo một thuật toán cụ thể, đồng thời xác định chặt chẽ mỗi nút mạng sẽ chịu trách nhiệm đối với phần dữ liệu nào được chia sẻ trong mạng Với cấu trúc này, khi một máy cần tìm một dữ liệu, nó chỉ cần áp dụng một giao thức chung để xác định nút mạng nào chịu trách nhiệm về dữ liệu đó và liên lạc trực tiếp đến nút mạng đó để lấy kết quả

Mạng P2P có cấu trúc sử dụng một giao thức đảm bảo tính toàn cục để chắc chắn rằng mọi peer tham gia mạng đều có thể định tuyến truy vấn tới các peer khác chứa dữ liệu mong muốn, ngay cả khi dữ liệu đó không phổ biến Sự đảm bảo này yêu cầu một mạng phủ (overlay) được liên kết theo một cấu trúc nhất định Hầu hết những mạng P2P có cấu trúc hiện này đều thuộc kiểu DHT, với kiểu này một kỹ thuật băm phù hợp được sử dụng để gán quyền quản lý dữ liệu cho những peer tham gia cụ thể, cũng như bảng băm truyền thống, mỗi khóa sẽ được gán cho những ô cụ thể Một số mạng based-DHT phổ biến có thể kể là: Chord, Pastry, CAN,…

Bảng băm là một cặp (khóa, giá trị) Mỗi một node khi tham gia vào mạng có thể

dễ dàng tìm thấy giá trị mong muốn dựa vào khóa của giá trị đó Việc hình thành khóa

và gắn các khóa đó với giá trị tương ứng được thực hiện trực tiếp tại các node trong mạng, chính vì vậy khả năng sập mạng được giảm tối thiểu khi các node tham gia hoặc dời bỏ mạng Chính lý do này khiến khả năng mở rộng của mạng DHT là cực lớn, quá trình kiểm soát việc tham gia, dời bỏ mạng của các node trở lên dễ dàng hơn

Hình 9: Mạng ngang hàng có cấu trúc

Dựa trên cấu trúc bảng băm phân tán đã có nhiều nghiên cứu và đề xuất ra các

mô hình mạng ngang hàng có cấu trúc, điển hình là cấu trúc dạng vòng (như trong hình vẽ mô tả): Chord, Pastry…, và cấu trúc không gian đa chiều: CAN, Viceroy Với cấu trúc vững mạnh, DHT được sử dụng như một giao thức nền để xây dựng nhiều ứng dụng phức tạp như: Hệ thống các file phân tán, hệ thống chia sẻ file ngang hàng, hệ thống nội dung phân tán, tin nhắn tức thời, Multicast… Các mạng DHT nổi tiếng thường được nhắc đến là: Bittorrent, eDonkey, …

Các nghiên cứu về DHT được bắt nguồn cùng với sự phát triển của các hệ thống P2P như Napster, Gnutella, và Freenet, những hệ thống này sử dụng lợi thế của các tài nguyên phân tán trên mạng Internet để cung cấp một ứng dụng chia sẻ thông tin hữu dụng Cụ thể, chúng đã sử dụng lợi thế tăng băng thông và sức chứa của ổ cứng còn nhàn rỗi của các Peer để cung cấp dịch vụ chia sẻ file và các hệ thống này khác nhau chủ yếu ở cách thức thực hiện việc tìm kiếm dữ liệu mà các peer quản lý

DHT sử dụng cơ chế định tuyến dựa trên khóa trên 1 kiến trúc mạng chặt chẽ hơn để có thể đạt được cả tính phân tán về tài nguyên của Gnutella và Freenet, tính hiệu quả về truy vấn của Napster Có một hạn chế là DHT chỉ hỗ trợ tìm kiếm chính xác, không hỗ trợ tìm kiếm theo từ khóa, hay tìm kiếm theo khoảng,… tuy nhiên các chức năng này có thể triển khai mở rộng trên nền DHT