BÀI TIỂU LUẬN MÔN QUẢN LÝ MẠNG VIỄN THÔNG ĐỀ TÀI Management of Peer-to-Peer Networks (Quản lý các mạng ngang hàng)

Hình 1.1 Mô hình mạng ngang hàng Hình 1.2 So sánh mô hình Client/Server với P2P Hình 1.3 Phân loại cấu trúc mạng ngang hàng Hình 2.1 Mô hình mạng ngang hàng lai Hình 2.2 Mô hình mạng tập

BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Dương Thành Long – B18DCVT250 Trịnh Đức Long – B18DCVT271 Trần Thị Tuyết Mai – B18DCVT278

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT VÀ DANH MỤC BẢNG BIỂU 4

I Thuật ngữ viết tắt 4

II Danh mục bảng biểu 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG NGANG HÀNG 5

1.1 Giới thiêu về mạng ngang hàng 5

1.2 Định nghĩa mạng ngang hàng (Peer to Peer Network) 5

1.3 So sánh mô hình P2P với mô hình Client/Server 6

1.4 Ưu, nhược điểm của P2P, Client/ Server 8

1.5 Phân loại mạng ngang hàng 8

CHƯƠNG 2: KIẾN TRÚC MẠNG NGANG HÀNG 11

2.1 Hệ thống mạng ngang hàng không có cấu trúc (Ustructured) 11

2.2.1 Hệ thống mạng ngang hàng lai (Hybrid Peer to Peer System) 11

2.1.2 Mạng ngang hàng thuần túy (Pure Peer to Peer System) 13

2.1.2 Kiến trúc siêu ngang hàng (Super –Peer Architecture) 14

2.2 Mạng ngang hàng có cấu trúc (Structured) 15

2.3 Ứng dụng mạng ngang hàng 16

CHƯƠNG 3: QUẢN LÝ CÁC MẠNG MANG HÀNG 18

3.1 Quản lý lưu lượng trên mạng 18

3.2 Sự tự tổ chức ngang hàng 19

3.3 Quản lý bảo mật 20

CHƯƠNG 4: QUẢN LÝ MẠNG NGANG HÀNG DỰA TRÊN DHT 22

4.1 Giới thiệu về DHT 22

4.1.1 Đặc tính của DHT 22

4.1.2 Cấu trúc của DHT 22

4.2 Cơ chế quản lý 24

4.2.1 Nút tham gia vào mạng 24

4.2.2 Nút lỗi 24

4.2.3 Nút rời khỏi mạng 24

TỔNG KẾT 26

LỜI CẢM ƠN 27

Tài liệu tham khảo 28

LỜI NÓI ĐẦU

Hệ thống mạng ngang hàng P2P dựa trên khái niệm nội dung hóa tài nguyên

và tương hỗ trong một bối cảnh động Trong một môi trường cụ thể như mạng di động, được đặt trưng bởi sự thay đổi và tính năng động của các điều kiện và hiệu suất mạng, nơi các nút có thể tham gia và rời khỏi mạng một cách linh hoạt, độ tin cậy và tính sẵn sàng của tài nguyên là một vấn đề quan trọng

Vấn đề khám phá tài nguyên nảy sinh trong bối cảnh của mạng ngang hàng (P2P), nơi bất kỳ lúc nào một máy ngang hàng có thể được đặt hoặc bị xóa bỏ khỏi bất kỳ ví trí nào trên mạng vì có mục đích chung

Định vị tài nguyên hoặc dịch vụ một cách hiệu quả là một trong những vấn đềquan trọng nhất liên quan đến mạng ngang hàng Mục tiêu của cơ chế tìm kiếm làxác định thành công các tài nguyên trong khi phải chịu chi phí thấp và độ trễ thấp

Bài tiểu luận này của chúng em trình bày một bài khảo sát về quản lý mạng P2P: Gồm phân loại, ứng dụng, quản lý mạng và quản lý mạng P2P dựa trên

DHT (Distributed Hash Table) bảng băm phân tán.

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT VÀ DANH MỤC BẢNG BIỂU

TCP/IP Transmission Control

Protocol/ Internet Protocol(Suite)

Chồng giao thức TCP/IP

VoIP Voice over Internet

Protocol

Giao thức truyền giọng nói trên Internet

DHT Distrubuted Hash Table Bảng băm phân tán

II Danh mục bảng biểu.

Hình 1.1 Mô hình mạng ngang hàng

Hình 1.2 So sánh mô hình Client/Server với P2P

Hình 1.3 Phân loại cấu trúc mạng ngang hàng

Hình 2.1 Mô hình mạng ngang hàng lai

Hình 2.2 Mô hình mạng tập trung thế hệ thứ nhất (Napster)

Hình 2.3 Mô hình mạng ngang hàng thuần túy

Hình 2.4 Mô hình kiến trúc siêu ngang hàng

Hình 2.5 Cơ chế bảng băm phân tán (DHT)

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG NGANG HÀNG

1.1 Giới thiêu về mạng ngang hàng.

Khái niệm cấu trúc mạng P2P ( mạng ngang hàng ) đã xuất hiện đầu tiên vào năm 1969 Và việc sử dụng ban đầu các mạng P2P trong kinh doanh thì đã được triển khai vào năm 1980

Peer to Peer là gì ?

Nhóm các máy tính trong mạng ngang hàng hoạt động như một điểm riêng

để chia sẻ các tập tin Thay vì có 1 máy chủ để hoạt động như một ổ đĩa chia sẻ thì mỗi máy tính hoạt động như một máy chủ cho các tập tin lưu trữ trên nó Khi một mạng P2P được thiết lập qua Internet, một máy chủ tập trung có thể được sử dụng để lập chỉ mục các tập tin, hoặc một mạng lưới phân phối có thể được thiết lập nơi chia sẻ các tập tin được chia ra giữa tất cả người dùng trong mạng đang lưu trữ một tập tin nhất định

Hình 1 : Mô hình mạng ngang hàng.

1.2 Định nghĩa mạng ngang hàng (Peer to Peer Network).

- Mạng ngang hàng hay còn gọi là mạng đồng đẳng

- Đinh nghĩa cơ bản, dễ hiểu nhất, một mạng ngang hàng là một mạng đơn giản, nơi mỗi máy tính được xem như một điểm truy cập và là một máy chủ lưu trữ và chia sẻ các tập tin Nó giống như một mạng gia đình hoặc mạng văn phòng

- Đây là một mạng máy tính mà hoạt động của nó chủ yếu dựa vào khả năng tính toán băng thông của các máy tham gia chứ không tập trung vào một sốnhỏ các máy chủ trung tâm như các mạng thông thường khác

- Mạng ngang hàng (P2P) không có phân biệt máy chủ (server) và máy khách (client), tất cả các máy tham gia đều bình đẳng và được gọi là peer,

là một nút mạng đóng vai trò đồng thời là máy chủ và máy khách đối với các máy khác trong mạng.

- Các Peer có thể đại diện cho máy khách, máy chủ, bộ định tuyến hoặc thậm trí là mạng lớn

- Khi chúng được kết nối với nhau thông qua Internet, các phần mềm P2P cho phép tìm kiếm các tệp trên máy tính người khác Trong khi đó, những người dùng khác trên mạng cũng có thể truy cập và tìm kiếm các tệp trên máy tính của bạn, nhưng thường chỉ là một thư mục duy nhất mà bạn đã chỉ định để chia sẻ

Thách thức chính trong quản lý mạng ngang hàng P2P là thiết kế và triển khai một hệ thống phân tán mạnh mẽ bao gồm các ứng dụng ngang hàng phân tán và không đồng nhất nằm trong các miền quản trị không liên quan Trong một

hệ thống P2P điển hình, những người tham gia vào hệ thống mạng P2P có thể là thiết bị đầu cuối “trong nước” hoặc “doanh nghiệp” được kết nối Internet

1.3 So sánh mô hình P2P với mô hình Client/Server

Hình 2: So sánh hệ thống mạng thông thường và mạng ngang hàng:

a) Mạng thông thường có máy

chủ tập trung b) Mạng ngang hàng (đồng đẳng).

Trước khi vào tìm hiểu hoạt động của mạng ngang hàng chúng ta nên so sánh về điểm khác nhau cơ bản mạng ngang hàng với mạng máy khách/máy chủ.

Tính chất Tập trung – máy chủ Phân tán – phi tập trung

Căn bản Có một máy chủ cụ thể và

các máy khách được kết nối với máy chủ

Khách hàng và máy chủ khôngđược phân biệt, mỗi nút đều đóng vai trò là máy khách và máy chủ

Dịch vụ Yêu cầu của khách hàng về

dịch vụ và máy chủ sẽ đáp ứng với dịch vụ mà khách hàng yêu cầu

Mỗi nút có thể yêu cầu dịch vụ

và cũng có thể cung cấp dịch vụ

Tiêu điểm Chia sẻ thông tin từ máy chủ

đến các máy khách

Kết nối giữa các nút mạng và cũng chia sẻ thông tin dữ liệu với nhau

Dữ liệu Dữ liệu được lưu trong một

Vì các dịch vụ được cung cấp bởi một máy chủ được phân phối trong hệ thống ngang hàng, nên một máy chủ không

bị tắc nghẽn

Chi phí Chi phí cao Cần băng thông

lớn Tốn ít chi phí để thực hiện giảiphóng băng thông

Ổn định Client/Server ổn định hơn và

có thể mở rộng Có thể bị ảnh hưởng nếu số lượng các nút mạng tăng trong

hệ thống.

 Như vậy có thể thấy các mạng ngang hàng hoàn toàn khác với mô hình mạng Client/Server truyền thống phổ biến hiện nay vì không có điểm lưu trữ trung tâm (máy chủ)

1.4 Ưu, nhược điểm của P2P, Client/ Server.

Ưu điểm:

- Không cần server, các client

chia sẻ tài nguyên, khi mạng

càng được mở rộng thì khả

năng hoạt động của hệ thống c

àng tốt

- Dễ cài đặt và bảo trì

- Thuận lợi cho việc chia sẻ file,

máy in, CD-ROM, v.v

- Đáng tin cậy hơn (vì có server riêng)

- Đắt

- Phức tạp trong việc bảo trì, duy trì hoạt động của mạng

1.5 Phân loại mạng ngang hàng

Các hệ thống P2P thực hiện phủ một lớp mạng ảo trên mạng vật lý bên dướinhư hình dưới đây:

Overlay network: là mạng máy tính được xây dựng trên nền của một mạng

khác Các nodes trong mạng overlay được xem là nối với nhau bằng các liên kết ảo (logical links), mỗi liên kết ảo có thể bao gồm rất nhiều các liên kết vật

lý của mạng nền

Có 2 tiêu chí cơ bản để phân loại mạng ngang hàng:

 Tiêu chí thứ nhất: Theo mục đích sử dụng:

- Chia sẻ file (file sharing)

- Điện thoại VoIP (telephony) công nghệ truyền thoại qua mạng máy tính sử dụng bộ giao thứ TCP/IP

- Đa phương tiện media streaming (audio, video)

- Diễn đàn thảo luận ( Discussion forums)

 Tiêu chí này thường được các nhà phát triển ứng dụng quan tâm Do đó các ứng dụng với đặc điểm riêng sẽ được phân loại và áp dụng theo những

mô hình sẵn có, chuyên biệt

 Tiêu chí thứ 2: Theo Topo của mạng ở tầng vật lý và mạng phủ:

 Đây là tiêu chí được phát triển qua từng thời kỳ và được xem xét nghiên cứu để tìm ra những giải pháp tốt nhất, xây dựng nền tảng vững chắc cho các ứng dụng sau này

Theo tiêu chí thứ 2 thì ta phân loại ra được các loại mạng ngang hàng như sau:

 Mạng ngang hàng không cấu trúc (Unstructured): là cấu trúc mạng

có nơi lưu trữ nội dung (files) hoàn toàn không liên quan gì đến cấutrúc hình học của mạng (Overlay Topology) Bao gồm:

- Hệ thống ngang hàng lai (Hybrid Peer to Peer System)

- Mạng ngang hàng thuận túy (Pure Peer-to-peer System)

- Kiến trúc siêu ngang hàng (Super-peer Architecture)

 Mạng ngang hàng có cấu trúc (Structured)

Hình 1.3: Cấu trúc phân loại mạng ngang hàng

( Để tìm hiểu kĩ hơn về các loại mạng ngang hàng này thì mời các bạn theo dõi ở chương sau nhé !)

CHƯƠNG 2: KIẾN TRÚC MẠNG NGANG HÀNG

2.1 Hệ thống mạng ngang hàng không có cấu trúc (Ustructured).

Hệ thống mạng ngang hàng P2P không có cấu trúc đề cập đến các hệ thống P2P không có giới hạn về vị trí dữ liệu trong cấu trúc liên kết lớp phủ Một hệ thống P2P cũng cung cấp chức năng truy vấn để xác định vị trí các tệp bằng tìm kiếm từ khóa Sự khác biệt đáng kể nhất của hệ thống P2P không có cấu trúc so

với kiến trúc Client/Server truyền thống là tính khả dụng cao của các tệp và dunglượng mạng giữa các peer

Thay vì tải xuống các máy chủ trung tâm, các ứng dụng ngang hàng có thể tải xuống các tệp từ các peer khác trong mạng Rõ ràng, tổng băng thông mạng cho việc truyền tệp phổ biến chắc chắn lớn hơn số lượng mà hầu hết các hệ thống máy chủ trung tâm có thể cung cấp

Mạng ngang hàng không có cấu trúc cung cấp một số lợi thế quan trọng:

- Mạng không có cấu trúc đặt ra các yêu cầu rất nhỏ đối với các nút riêng lẻ và đặc biệt hơn là nó cho phép các nút tham gia hoặc rời khỏ mạng mà không ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất hệ thống

- Mạng không cấu trúc thích hợp cho việc truy xuất dựa trên nội dung(ví dụ: tìm kiếm từ khóa) trái ngược với vị trí nhận dạng đối tượng của lớp phủ có cấu trúc

- Các mạng không có cấu trúc có thể dễ dàng chứa các nút có công suất khác nhau Do đó, chúng mở rộng quy mô đến các kích thước lớn và chúng cung cấp hiệu suất mạnh mẽ hơn khi có lỗi nút và sự kết nối không tin cậy

II.2.1 Hệ thống mạng ngang hàng lai (Hybrid Peer to Peer System)

Đây là mạng ngang hàng hệ thống thứ nhất với đặc điểm là vẫn còn dựa trên một máy chủ tìm kiếm trung tâm – đặc điểm của mô hình Client/Server, chính vì vậy nó còn được gọi là mạng mang hàng lai hay tập trung (Centralized Peer-to-Peer networks)

Cấu trúc Overlay của mạng ngang hàng lai có thể được mô tả như một mạng

hình sao

Nguyên tắc hoạt động:

- Mỗi client lưu trữ file định chia sẻ với các nút khác trong mạng

Hình 2.1: Mô hình mạng ngang hàng lai

- Sẽ có một bảng lưu trữ thông tin kết nối của người dùng đăng kí (IP address, connection bandwidth…).

- Một bảng liệt kên danh sách các file 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 máy chủ trung tâm

Hình 2.2: Mô hình mạng ngang hàng tập trung thế hệ thứ nhất (Napster)

Napster là mạng ngang hàng đặc trưng cho hệ thống mạng ngang hàngthế hệ thứ nhất, chúng được dùng cho việc chia sẻ file giữa các người dùng Internrt, được sử dụng rộng rãi, tuy nhiên nhanah chóng bị mất thị trường bởi yếu tố về luật phát Khái niệm kiến trúc của Napster vẫn còn được sử dụng trong các ứng dụng khác như: Audiogalaxy, WinMX

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 của máy chủ tìm kiếm phải tương xứng với số nút mạng trong hệ thống, do đó khả năng mở rộng hệ thống mạng bị hạn chế rất nhiều

Ưu , nhược điểm.

 Ưu điểm: Dễ xây dựng, tìm kiếm file nhanh và hiệu quả

 Nhược điểm:

- Vấn đề về luật pháp và bản quyền khi chia sẻ tài nguyên trên mạng.

- Dễ bị tấn công.

- Cần sự quản trị.

2.1.2 Mạng ngang hàng thuần túy (Pure Peer to Peer System)

Mạng ngang hàng thuần túy là một dạng khác của thế hệ thứ nhất trong hệ thống các mạng ngang hàng

Không còn máy chủ tìm kiếm tập trung như trong mạng Hybrid, 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 flooding, yêu cầu tìm kiếm được gửi cho tất cả các nút mạng điều này làm tốn dung lượng Đây là một điểm yếu của các mạng ngang hàng thuần túy.

Các phầm mềm tiêu biểu cho mạng ngang hàng này là Gnutella 0.4, FreeNet

 Ưu điểm:

- Dễ xây dựng

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

2.1.2 Kiến trúc siêu ngang hàng (Super –Peer Architecture)

Đây được gọi là mạng ngang hàng thế hệ 2

Để khắc phục nhược điểm của mạng ngang hàng thuần túy, một mô hình ngang hàng mới được phát triển với tên gọi là mạng siêu ngang hàng

Phần mềm tiêu biểu cho mạng ngang hàng kiểu này là Gnutella 0.6 và JXTA (Juxtapose)

JXTA được bắt đầu phát triển bởi SUN từ 2001 (Đây là giao thức P2P mã nguồn mở) JXTA được sử dụng cho PCs, mainframes, cell phones, PDAs - để

giao tiếp theo cách không tập trung Skype cũng được xây dựng dựa trên cấu trúcnày

Hình 2.3: Mô hình mạng ngang hàng thần túy

có nhiều kết nối đến các Client-peers.

- Mỗi Super-peer chứa một danh sách file được cung caaos bởi các Client-peers và địa chỉ IP của chúng Vì vậy nó có thể trả lời ngay lập tức các yêu cầu truy vấn từ các Client-peers gửi tới

Ưu, nhược điểm:

 Ưu điểm: đã khắc phục được những nhược điểm của mạng thuần túy

- Khắc phục được tính trạng làm tăng dung lượng tròn mạng, nhưng vẫn tránh được hiện tượng nút cổ trai do có nhiều Super-peer)

- Các Super-peer sẽ chịu tải chính, các nút khác sẽ chịu tải nhẹhơn

 Nhược điểm:

- Mỗi điểm Super-peer trở thành điểm gây lỗi cho nhóm siêu ngang hàng tương ứng trong trường hợp số lượng Client trong nhóm là rất lớn

2.2 Mạng ngang hàng có cấu trúc (Structured)

Mạng ngang hàng có cấu trúc là một mạng P2P trong đó các nút mạng duy trì thông tin định tuyến để tìm ra tất cả các nút mạng Mạng P2P có cấu

Hình 2.4: Kiến trúc mạng siêu ngang hàng

trong mạng Điều này rất quan trọng khi tìm kiếm các đối tượng ít phổ biến hay ít xuất hiện.

Mạng ngang hàng có cấu trúc khắc phục nhược điểm của mạng không cấu trúc bằng cách sử dụng hệ thống DHT (Distrubuted Hash Table – 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 một phần dữ liệu 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 cho dữ liệu

đó và sau đó liên lạc trực tiếp đến nút mạng đó để lấy kết quả

Nguyên tắc hoạt động:

- Topo mạng được kiểm soát chặt chẽ

- Files (hoặc con trỏ files) được đặt ở một vị trí xác định

- Cung cấp sự liên kết (mapping) giữa nội dung (Ví dụ ID của tệp) và

vị trí (ví dụ địa chỉ nút) Liên kết này thường dựa trên một cấy trúc

dữ liệu bảng hàm băm phân tán DHT (Distrubuted Hash Table) Do

đó, đa số mạng có cấu trúc hỗ trợ tính năng DHT, định tuyến dựa trên từ khóa (key) Mỗi nút mạng có một DHT, được dử dụng cho các thuật toán chuyển tiếp

Hình 2.5: Cơ chế của bảng băm phân tán (DHT)

Dựa trên cấu trúc của bảng băm phân tán (DHT) 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

Ưu, nhược điểm: