tối ưu hóa mạng p2p

Nghiêncứu gần đậy của các hệ thống chia sẻ file P2P bao gồm [11-16].FastTrack Sở hữu độc quyền lớp phủ không cấu trúc với giao thức đã đượcmã hóa, số lượng peer lớn tạo thành siêu peer,

Mục lục ……… 1

Các thuật ngữ viết tắt 3

Danh mục hình vẽ 5

Danh mục bảng 6

Mở đầu……….7

Chương 1 Mạng ngang hàng peer to peer và ứng dụng 8

1.1 Tổng quan 8

1.1.1 tầm quan trọng và nét nổi bật 8

1.1.2 những ứng dụng khác 9

1.1.3 định nghĩa và các thuộc tính của hệ thống p2p 11

1.1.4 mô hình thương mại 12

1.1.5 công nghệ Drivers 13

1.1.6 cấu trúc của các chương 14

1.2 các vấn đề cơ bản của mạng P2P 14

1.2.1 phân loại và nguyên tắc phân loại 14

1.2.2 Các lớp phủ không có cấu trúc (Unstructured Overlays) 16

1.2.3 Các lớp phủ có cấu trúc 17

1.2.4 Các lớp phủ phân cấp và liên kết 20

1.2.5 Các lớp phủ dịch vụ 21

1.2.6 Các lớp phủ ngữ nghĩa 23

1.2.7 Lớp phủ cảm biến 23

1.2.8 Hướng nghiên cứu 23

1.3.Tính động, tính không thuần nhất và tính di động 24

1.3.1 Khuấy và bảo dưỡng lớp phủ 24

1.3.2 Tính di động trong lớp phủ mạng P2P 25

1.3.3 Các lớp phủ của các MANET và các mạng Ad Hoc 26

1.3.4 Tính phức tạp và lớp phủ hop biến đổi 26

1.3.5 Hướng nghiên cứu 27

1.4 Truy nhập và phân phối nội dung trong P2P 28

1.4.1 Tìm kiếm nội dung 29

1.4.2 P2P treaming và downloading 35

1.4.3 Lưu trữ và sao chép 35

1.4.4 Tóm tắt các vấn đề thiết kế 37

1.4.5 Tóm tắt nghiên cứu 38

1.5 An ninh trong mạng P2P 38

1.5.1 Liên quan tới an ninh của mạng P2P 38

1.5.2 Cơ sở phân loại những mối đe dọa an ninh mạng P2P 39

1.5.3 Biện pháp đối phó 42

1.5.4 Tính công bằng, độ tin tưởng và vấn đề bảo mật 43

1.5.5 Bảo mật hơn trong P2P 44

1.6 Kết luận chương 1 44

Chương 2 Cải Thiện Các Tuyến Truyền Tải Ngang Hàng Cho Vệc Pân phối dung lương .45

1 Giới thiệu 45

2 Mạng P2P trên nền tảng Internet băng thông rộng 46

2.1 Những người sử dụng 47

2.2 Nhà thiết kế giao thức và dịch vụ P2P 48

2.3 Nhà cung cấp dịch vụ và nội dung 48

2.4 Nhà cung cấp dịch vụ băng thông rộng và nhà cung cấp mạng 49

2.5 Dịch chuyển trong sử dụng internet và trong dạng lưu lượng hiện nay .50

3 Việc phân phối và truy cập vào các nội dung trên internet 50

3.1 Việc phân phối nội dung trên đường truyền dẫn P2P 51

3.2 Các quy định của chuẩn 80:20 52

4 Tối ưu hóa việc trao đổi dữ liệu trong P2P 53

4.1 Hiện tại IETF đang thảo luận về vấn đề lưu lượng trong lớp ứng dụng .54

4.2 Kinh nghiệm từ đề án P4P chứa trong kĩ thuật lưu lượng 55

4.3 Ảnh hưởng của việc lựa chọn nguồn không đối xứng trên mạng che phủ 57

4.4 Tiền bộ nhớ 57

4.5 Điều khiển lưu lượng khi tắc nghẽn 59

5 Kết luận 59

CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Subcriber Line

Đường dây thuê bao số bất đối xứng

Industry Association

Hiệp hội công nghiệp điên toán phân phối

DDoS Distributed Denial of

Service

Từ chối phân phối dịch vụ

Recovery Algrothm

Thuật toán duy trì và phát hiện lỗi

LSH Locality Sensitive Hashing Hàm băm nhậy cảm vị trí

Managerment Protocol

Giao thức quản lý mạng dịch vụ

Protocol

Giao thức chuyển giao tin tức mạng

Internet

Network

Mạng phân phối nội dung

ON Overlay Network Mạng lớp phủ

HDTV High Definition Televison Truyền hình độ phân giải

cao

Translation

Dịch địa chỉ mạng

Network

Mạng khu vực trung tâm

MANET

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 2: Sự phân loại các lớp phủ P2P 13

Hình 3: Một ví dụ về lớp phủ liên kết 19

Hình 4: Ví dụ về bản tin đa lớp phủ trong lớp phủ liên kết 19

Hình 5: Các loại dịch vụ lớp phủ 20

Hình 6: Mẫu danh mục các cách tấn công 37

Hình 7: Đồ thị về tần số truy nhập các trang web theo tiêu chuẩn phân phối zipf 49

Hình 8: P2P và CDN trên nền tảng truy nhập băng thông rộng .51

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 Những mạng phủ đặc biệt với dịch vụ Internet 7

Bảng 2 Ví dụ một số ứng dụng chia sẻ file 8

Bảng 3.Các thiết kế lớp phủ không có cấu trúc có ảnh hưởng trong quá trình nghiên cứu được liệt kê 14

Bảng 4 tổng kết các thiết kế cho các lớp phủ có cấu trúc 16

Bảng 5 Đặc điểm của lớp phủ P2P cho MANETs [26] 25

Bảng6:Lược đồ lập chỉ mụcP2P 28

Bảng 7: So sánh các phương án tìm kiếm trong P2P phi cấu trúc 30

Bảng 8: So sánh các đặc điểm giữa P2P overlay Multicast và IP Multicast 33

Bảng 9: Các cấu trúc sao chép: 34

Bảng 10: Các cấu trúc lưu trữ P2P 35

Bảng 11: Kiểu mẫu của các cách tấn công 38

Bảng 12: Mẫu các loại tấn công bao phủ P2P 39

MỞ ĐẦU

Trong những năm qua, hạ tầng viễn thông đã phát triển nhanh về cả công nghệ và chấtlượng cung cấp dịch vụ Viễn thông đã trải qua một quá trình phát triển lâu dài vớinhiều bước ngoặt trong phát triển công nghệ và phát triển mạng lưới Việt nam cũngnhư các nước trên thế giới, hiện nay có rất nhiều nhà khai thác viễn thông khác nhauvới sự đa dạng của công nghệ và cấu hình mạng cũng như các dịch vụ cung cấp.Thành phần cốt lõi của mạng viễn thông là hệ thống chuyển mạch, các chức năng đượcthực hiện bởi một hệ thống chuyển mạch, hay một phân hệ của nó cung cấp cho cácdịch vụ cho khách hàng Qua nhiều năm, việc thiết kế các hệ thống chuyển mạch ngàycàng trở nên phức tạp hơn để cung cấp các phương tiện bố sung cho phép các mạng cókhả năng cung cấp nhiều dịch vụ hơn nữa tới khách hàng và giúp cho việc vận hànhcũng như bảo dưỡng trở nên dễ dàng hơn

Hệ thống chuyển mạch đã trở thành một thành phần phức tạp nhất, tập trung cao nhâthàm lượng công nghệ hiện đại, hàm lượng chất xám và hàm lượng các chức năng xử líthông tin

Chuyên đề gồm 2 chương:

Chương 1: Mạng ngang hàng peer to peer và ứng dụng

Chương 2 : Cải Thiện Các tuyến truyền tải ngang hàng cho việc phân phối dunglượng

Chương 1: Mạng ngang hàng Peer-to-Peer và ứng dụng

Những ứng dụng P2P đã có tốc độ đi lên nhanh chóng và tác động rộng, trongtương lai những lớp phủ có khả năng kích hoạt ứng dụng mới quan trọng từ những xuhướng công nghệ sau đây:

Tiếp tục cải thiện độ trung thực từ những giải trí của người tiêu dùng và mạng lướicũng như khả năng kết hợp của những dịch vụ giải trí

Sự phát triển của mạng lưới dày đặc và cảm biến khắp nơi với dữ liệu thời gianthực của tất cả các loại hiện tượng

Sự triển khai rộng rãi của mạng không dây băng rộng (WiMax, 802.11n, LTE)

Sự gia tăng của điện thoại di động thông minh và các thiết bị di động băng rộng Việc sử dụng các mạng lưới cá nhân, những mạng riêng lẻ và những mạng xe cộ

để kết nối những thiết bị cảm biến thời gian thực và nhúng

Việc áp dụng rông rãi các công nghệ này sẽ cho phép độ trung thực cao và thu thậpthông tin phổ biến, xuất bản và phân phối nội dung, chia sẻ môi trường, dữ liệu thờigian thực và thông tin quy mô toàn cầu Những lợi ích này bao gồm nhận thức về môitrường cá nhân của một người hay chính xác hơn là nhận thức trong bối cảnh tương tácvới người khác, và tình hình nâng cao nhận thức cho các ứng dụng khác nhau, từ giảitrí, quản lý môi trường, an ninh quốc gia, và phục hồi thảm họa Lớp phủ P2P là mộtthành phần quan trọng của tầm nhìn tương lai, do khả năng mở rộng cao, linh hoạt vớinhững ứng dụng khác nhau, và sự cản trở thấp Sự tính toán của lớp phủ P2P hiện nay

để cho phép tầm nhìn tương lai này là một hướng nghiên cứu quan trọng

Việc sử dụng các giao thức lớp phủ để cung cấp những dịch vụ Internet đã có lịch

sử phát triển lâu dài, và được sử dụng để kết nối các máy chủ hơn là những hệ thôngđầu cuối Ngoài ra, không gian địa chỉ của lớp phủ thường không được tạo ảo hóa, và

và được xử lý thùng chứa không phải là điểm thiết kế chính Tuy nhiên, các dịch vụlớp phủ tiếp tục là một phần quan trọng của kiến trúc Internet [1-3], và có sự quan tâmngày càng tăng trong việc sử dụng đầu cuối đến đầu cuối cũng như khả năng ảo hóa tàinguyên của lớp phủ trong sự phát triển kiến trúc Internet Ví dụ về nỗ lực nghiên cứutheo hướng này bao gồm SpoVNet [4] và SATO [5]

Thư điện tử SNMP Những năm đầu thập niên 1970

Lưu trữ web Giao thức bộ nhớ đệm IE 1995

Mạng phát nội dung Akamai 1999

Truyền thông chưa xác định FreeNet 1999

Multicast lớp ứng dụng Narada 2000

Bảng 1 Những mạng phủ đặc biệt với dịch vụ Internet

Việc phổ biến của những hệ thống chia sẻ file P2P bắt đầu với Napster lai và sau

đó là những hệ thống download P2P khác như Gnutella, FastTrack, KaZaa, vàBitTorren được nghiên cứu để phát triển các giải pháp cho các thiếu sót nhận thức của

hệ thống này Tính sẵn có tiếp theo của những ứng dụng P2PTV và VoP2P thảo luậntrong các mục tiếp theo là chất xúc tác cho nghiên cứu truyền thông đa phương tiệnthời gian thực qua những mạng phủ P2P

Nền tảng đáng chủ ý của các nghiên cứu trong việc cải thiện lớp phủ P2P là côngviệc đầu trên bảng băm phân phối bởi Devine [6] cũng như Litwin et al [7,8] Plaxton,Rajaraman, và Richa (PPP) [9] trình bày những thuật toán đầu tiên cho vị trí của đốitượng là định tuyến, bằng cách sử dụng một hệ thống hậu tố chuyển tiếp RRR là cơ sở

để thiết kế có ảnh hưởng tiếp theo như Tapestry và Pastry Karger, et al Bảng bămchính thức phù hợp [10] là cơ sở để thiết kế nhiều DHT

1.1.2 Những ứng dụng khác

Hệ thống chia sẻ file được sử dụng rộng rãi đầu tiên, Napster, có đặc điểm là mộtkiến trúc lai mà trong đó các thư mục được lưu trữ trên máy chủ, những các điểmngang hàng trực tiếp chuyển giao các tập tin giữa chúng Napster đã trở thành ngườiđầu tiên thử nghiệm trường hợp chia sẻ file của nội dung cấp phép, và sau đó đã buộcphải thay đổi để bảo vệ nội dung của nó Một số lượng những hệ thống chia sẻ filengang hàng được phát triển để tránh phải đối mặt với những thách thực pháp lý củaNapster Đa số các hệ thống chia sẻ file thế hệ thứ hai dựa trên cấu trúc lớp phủ Các

hệ thống này không có cơ chế để bảo vệ các quyến sở hữu nội dung trong khi đó một

số trường hợp, các P2P phát triển ứng dụng thu được doanh thu bằng cách bán các ứngdụng của họ hoặc bằng cách nhúng phần mềm gián điệp trong các khách hàng Nghiêncứu gần đậy của các hệ thống chia sẻ file P2P bao gồm [11-16].

FastTrack Sở hữu độc quyền lớp phủ không cấu trúc với giao thức đã đượcmã hóa, số lượng peer lớn tạo thành siêu peer, kết nối xáo trộn

Limewire Gnutella Lớp phủ không cấu trúc với việc gửi tràn lụt bản tin truy vấneDonkey Overnet Lớp phủ cấu trúc dựa trên Kademlia

eMule Kad Lớp phủ cấu trúc dựa trên Kademlia

BitTorrent BitTorren Một lớp phủ không cấu trúc được sử dụng để phân phối các tậptin lớn bằng cách sử dụng phân phối lẫn nhau của các phần giữa

một tập hợp các điểm ngang hàng gọi là một hệ Sử dụng mộtmáy chủ để lưu trữ các torrent và máy chủ khác gọi một theo dõi

để xác định các thành viên của hệ

Bảng 2 Ví dụ một số ứng dụng chia sẻ file.

Một số liên doanh mới như Qtrax, SpiraFrog, và TurnItUp được đề xuất kết hợpDRM vào các ứng dụng chia sẻ file hoặc các mô hình dựa trên doanh thu quảng cáotrong đó quảng cáo được phân phối trong suốt thời gian phát lại đa phương tiện

Những sáng lập của KaZaA sau đó đưa ra khai thác đầu tiên sử dung ứng dụngthoại trên P2P (VoP2P), Skype Hiện nay Skype kết nối khoảng 15 triệu người sử dụngđồng thời và cung cấp nhiều dịch vụ bao gồm cả gọi thoại và video P2P, thoại gọi đếnthiết bị đầu cuối PSTN, sự hiện diện và tin nhắn nhanh Giống như KaZaA, giao thứcSkype được mã hóa và định nghĩa của giao thức đó chưa được công bố Một số nghiêncứu chỉ ra rằng Skype sử dụng mô hình siêu ngang hàng, nó sử dụng hỗ trợ NAT đểkết nối các điểm ngang hàng phía sau NAT Ngoài ra, nó cũng hoạt động như nhữngchuyển tiếp đa phương tiện Nghiên cứu gần đây của Skype bao gồm [17-21, 101].Ngược lại với những hệ thống chia sẻ file, người dùng điện thoại P2P có động cơ đểduy trì két nối để có thể nhận những cuộc gọi và xem trạng thái hiện tại của nhữngđiểm ngang hàng với họ Ứng dụng dài có nghĩa là một tỷ lệ churn thấp, khiến chohoạt động của lớp phủ ổn định hơn Nghiên cứu thử nghiệm của Skype cho thấy sự tồntại nút cao hơn một cách đáng kể so với những hệ thống chia sẻ file P2P

Sự phân bố của hình ảnh được gọi là P2PTV cũng đã trở thành một ứng dụng quantrọng của P2P Các mô hình khác nhau được sử dụng, bao gồm sự phân bố kiểu thác

lũ, multicast lớp ứng dụng, và CDN lai ( những mạng phân phối nội dung) Ví dụnhững ứng dụng PPTV bao gồm Babelgum, Joost, PPLive, PPStream, Sopcast,Tvants, TVU Player, và Zattoo P2PTV dự kiến sẽ đóng một vai trò quan trọng trong

triển khai IPTV tương lai Một bản tóm tắt các nghiên cứu liên quan đến P2PTV đượcthảo luận tiếp theo trong chương này.

1.1.3 Định nghĩa và các thuộc tính của hệ thống P2P

Hệ thống P2P được định nghĩa khá nhiều từ các nguồn khác nhau Dưới đây là haiđịnh nghĩa bao phủ nội dung từ nhiều nguồn chia sẻ khác nhau, tự tổ chức, phi tậptrung, và liên quan :

“ Một hệ thống kiến trúc mạng phân phối được gọi là mạng P2P, nếu các thành phần tham gia chia sẻ một một phần tài nguyên phần cứng của mình ( như nguồn, bộ lưu trữ, các phần liên kết, máy in) Chia sẻ các nguồn tài nguyên là cần thiết để cung cấp các dịch vụ và nội dung được cung cấp bởi các nhà mạng ( ví dụ như chia sẻ tập tin hay không gian cho cộng tác của mình ) Chúng được chia sẻ bởi các thành phần ngang hàng.”

“ Hệ thống P2P là hệ thống phân phối bao gồm các nút liên kết với nhau có thể tự

tổ chức vào cấu trúc liên kết mạng với mục đính chia sẻ nguồn tài nguyên như nội dung, các chu kỳ CPU, thành phần lưu trữ và băng thông, có khả năng thích ứng với các liên kết thất bại và có không gian tại các nút trong khi các kết nối được chấp nhận thực hiện và duy trì mà không yêu cầu qua trung gian hay sự hỗ trợ của của một máy chủ trung tâm hoặc các cơ quan “

Chúng ta định nghĩa một mạng bao phủ (overlay network ):

“ Một lớp ứng dụng ảo hay mạng logic trong các điểm cuối đó là địa chỉ và cung cấp kết nối, định tuyến, và nhắn tin giữa các điểm cuối Mạng bao phủ thường được

sử dụng làm nền tảng cho việc triển khai các dịch vụ mạng mới, hoặc cung cấp kiến trúc định tuyến không có sẵn từ các liên kết vật lý bên dưới Nhiều hệ thống P2P là mạng bao phủ được chạy ở các lớp trên của Internet.”

Các thuộc tính riêng biệt sau được tìm thấy trong các hệ thống P2P

Chia sẻ tài nguyên : Mỗi thành phần ngang hàng đóng góp các tài nguyên hoạt

động cho hệ thống P2P Một cách lý tưởng, việc chia sẻ nguồn tài nguyên theo một tỷ

lệ ngang hàng của hệ thống P2P

Mạng lưới : Tất cả các nút được kết nối với các nút khác trong hệ thống P2P, và là

nút thành viên của một biểu đồ kết nối Khi biểu đồ không được kết nối, mạng bao phủ

sẽ được phân chia

Phi tập trung : các hoạt động của hệ thống P2P được xác định bởi tập hợp các hoạt

động của nút ngang hàng, và không có điểm kiểm soát trung tâm Tuy nhiên một số hệthống an toàn của hệ thống P2P sử dụng đăng nhập máy chủ trung tâm Để quản lýchung toàn diện và tạo cước từ các hoạt động lại đòi hỏi tính tập trung

Đối xứng : Các nút có vai trò bình đẳng trong hoạt động của hệ thống P2P Trong

nhiều thiết kế được đơn giản bằng sử dụng các nút ngang hàng đặc biệt

Tự chủ : Sự tham gia của các nút ngang hàng được xác định tại khu vực, và không

thuộc quản trị duy nhất với hệ thống P2P

Tự tổ chức : Tổ chức của hệ thống P2P tăng thời gian sử dụng sự kiến thức và hoạt

động tại khu vực của các phần ngang hàng, và không có các phần ngang hàng trội hơn

Có khả năng thay đồi : Đây là điều kiện cần có cho các hoạt động đồng thời của hệ

thống P2P với hàng triệu nút Điều này có nghĩa rằng các nguồn lực được sử dụng tạimỗi phần ngang hàng như một hàm tăng theo kích thước bao phủ nhưng không tuyếntính Nó cũng có nghĩa là thời gian phản hồi cũng không tăng tuyến tính

Ổn định : Trong lúc hoạt động tối đa, hệ thống P2P vẫn cần tính ổn định, nghĩa là

vẫn cần duy trì sơ đồ kết nối của nó và có khả năng định tuyến xác định trong giới hạnhop-count

1.1.4 Mô hình thương mại

Ứng dụng chia sẻ file P2P đã được thương mại hóa bởi các nhà cung cấp dịch vụbằng cách bán các phần mềm khách hàng P2P hoặc nhúng phần mềm gián điệp vàocác ứng dụng Nội dung của các giấy phép (licensing) cho đến nay vẫn chưa thànhcông Các ứng dụng hàng đầu VoP2P, Skype, cung cấp thoại P2P miễn phí, và đã nhậnđược doanh thu cho các tiện ích như thư thoại hay gọi peer-to-PSTN Các mô hìnhchính của các nhà khai thác P2PTV là truyền hình cáp và phát sóng TV – kèm theo cácquảng cáo

Cơ chế quảng cáo được sử dụng như trong tìm kiếm web ( hiển thị, thanh toán trênmỗi click, vị trí ) và có nhiều khó khăn hơn đối với các ứng dụng P2P kể từ khi việckiểm tra không thể dựa vào một điểm tập trung Hình 1a cho thấy một mô hình đơngiản hóa của hiển thị (impression ) và số lượng click trong tìm kiếm web Kết quả tìmkiếm được tìm bởi các công cụ tìm kiếm, song song giữa các từ khóa tìm kiếm là kỹthuật lọc được sử dụng để các quảng cáo sẽ được hiển thị như kết quả tìm kiềm Mỗilần được hiển thị ra, sẽ có một bộ đếm thực hiện cập nhập dữ liệu Nếu người sử dụngclick vào quảng cáo, các url nhúng sẽ chuyển đến trang web quảng cáo Mỗi truy nhậpcũng được cập nhập vào cơ sở dữ liệu và được phân tích Các nhà quảng cáo cũng cóthể sử dụng dịch vụ của bên thứ ba để quản lý số lượng truy cập vào website với cácbáo cáo phân tích bởi nhà cung cấp dịch vụ tìm kiếm

Trong trường hợp của P2P, các quảng cáo được lựa chọn để hiển thị trên giao diệnngười sử dụng ứng dụng P2P bằng cách kết hợp với việc tìm kiếm thông qua giao diệnứng dụng người sử dụng ( tất nhiên các nhà phát triển ứng dụng P2P có thể bán khônggian quảng cáo banner trên các ứng dụng P2P mà có thể trỏ đến các trang web của nhàquảng cáo, nhưng sẽ không đáp ứng được mục tiêu cụ thể theo các hoạt động củangười sử dụng hoặc sử dụng ứng dụng ) Hình 1b cho thấy các luồng cơ bản Một yêucầu tìm kiếm được phát qua mạng P2P, sẽ có một hoặc nhiều kết quả tìm kiếm khácnhau được trả về Quảng cáo phù hợp với tiêu chí tìm kiếm sẽ được trả về với kết quảtìm kiếm Có một số cách để hoàn thành, sử dụng mạng P2P hoặc sử dụng một số chỉ

số riêng biệt Trong trường hợp của chúng ta, vấn đề khó khăn đó là làm sao xác địnhđược sô lựot xem cũng như số lượt click vào các ứng dụng ngang hàng (peerApplication ).

1.1.5 Công nghệ Drivers

Vấn đề giá trị của P2P “…đối với người sử dụng là để trao đổi, vượt qua tính toán,

để lưu trữ và tài nguyên mạng hoặc bất cứ thứ gì có giá trị với người sử dụng chẳnghạn như truy nhập nguồn lực khác, dịch vụ, nội dung, hoặc tham gia trong một mạng

xã hội” Những tiện ích nhanh chóng phát triển trên máy tính và khả năng áp dụngrộng rãi làm cho các ứng dụng P2P nhanh chóng phát triển Chúng tôi đặt ra các câuhỏi như sau :

Với khả năng hạn chế của công cụ tìm kiếm chỉ ra các trang web, tìm kiếm trênP2P có thể cạnh tranh hoặc làm làm tốt hơn tìm kiếm web, như vậy thì quy mô

ra sao và chi phí như thế nào ?

Hiện nay với một số lượng lớn người online trực tuyến cùng một thời điểmkhoảng 10-20 triệu, nếu có thể hỗ trợ mạng P2P tiếp tục phát triển , vậy hạn chế

là gì ?

Với sự suất hiện của băng thông rộng không dây và sự yêu thích của con ngườiđối với các thiết bị không dây di động so với máy tính để bàn cố định, làm thếnào để ổn định và thực hiện các hoạt động của mạng P2P ?

click – qua và theo dõi lượt xem trong tìm kiếm web

Click – qua và lượt theo dõi trong mạng P2P

HDTV và video độ nét cao liệu có trở thành ứng dụng P2P mới ?

Sẽ triển khai các mạng lưới tương thích tạo ra các ứng dụng P2P mới, vậy kiếntrúc thế nào cho phù hợp với một kết nối mạng toàn cầu

1.1.6 Cấu trúc của các chương

Phần còn lại của chương này được tổ chức như sau Trước tiên chúng ta khảosát thiết kế của lớp bao phủ, và cung cấp sự hiều biết về các phần khác nhau đã được

để xuất Khảo sát này bao gồm mặt chưa cấu trúc, cấu trúc, phân cấp, dịch vụ, ngữnghĩa và cảm biến bao phủ (sensor overlay ) Phần tiếp theo tóm tắt kết quả động lựcbao phủ (overlay ), bao gồm cả di động và overlay cho MANETs, và các hop overlaybiến đổi Tìm kiếm, overlay multicast, phân phối nội dung, và vấn đề an ninh đượctóm tắt trong phần tiếp theo

1.2 Các vấn đề cơ bản của mạng P2P

1.2.1 Phân loại và nguyên tắc phân loại

Nhiều thiết kế khác nhau cho các mạng P2P đã dẫn đến các đề xuất khác nhau choquá trình phân loại mạng P2P Ví dụ, các hệ thống chia sẻ file đã được chia thànhnhiều thế hệ Thế hệ đầu tiên là thiết kế bằng cách kết nối các máy chủ server với địnhtuyến P2P, và thế hệ thứ hai được cấu trúc phi tập trung Các hệ thống P2P vô danhnhư Freenet và I2P thỉnh thoảng cũng được nói đến như là thế hệ thứ ba Sự phân loạidựa trên các thế hệ có một vài nhược điểm Nó đã bỏ qua nhiều hướng quan trọng và

bỏ qua việc giải thích những thế hệ tiếp theo có thể cung cấp những tính năng gì Hơnthế nữa, các hệ thống của tất cả các thế hệ được lại được sử dụng cùng một thời điểmcùng nhau

Một sự phân biệt phổ biến khác là để chia các lớp phủ (overlays) thành các loại có cấutrúc và không có cấu trúc Loại không có cấu trúc (unstructured overlay) được phânbiệt bằng các yêu cầu tìm kiếm được truyền như thế nào, sự phân phối cấp bậc cácnode trong tập hợp peer, và bằng sự khác nhau trong cấu tạo đường truyền với các

peer hàng xóm Các lớp phủ có cấu trúc (structured overlays) thì được phân hóa theonhư một số cách khác nhau như:

Số chặng cực đại cho một yêu cầu định tuyến ( đa chặng, một chặng, )

Thuật toán định tuyến (khoảng cách hình học, không gian địa chỉ khác nhau, )Thứ hạng của node với kích cỡ mạng (hạng không đổi, bậc logarit)

Hình vẽ 2 cũng chỉ ra một cây phân lớp cho nhiều nhóm của các lớp phủ P2P Sự phânloại cho các lớp phủ có tính linh hoạt, các mạng dịch vụ và các mạng cảm biến sẽ đượcthảo luận trong các phần sau

1.2.2 Các lớp phủ không có cấu trúc (Unstructured Overlays)

Một lớp phủ không có cấu trúc là một lớp phủ trong đó một node chỉ trả lời trêncác node lân cận cho sự chuyển các bản tin tới các node khác trong lớp phủ Bản tinmẫu được truyền bằng tràn lụt và “random walk” Biểu đồ tổ chức bởi các lớp phủkhông có cấu trúc có thể được so sánh với các biểu đồ ngẫu nhiên, các biểu đồ ngẫunhiên luật công suất, các biểu đồ đưa ra một hiện tượng thế giới nhỏ và các mạng xãhội khác Một trọng tâm nghiên cứu quan trọng khác cho các mạng không có cấu trúc

đã được thiết kế nghiên cứu có hiệu năng cao, bao gồm các vấn đề về lan truyền, sắpxếp các chủ thể, và quá trình truy vấn Các vấn đề chi tiết hơn về nghiên cứu đượctrình bày trong những phần sau

Một nghiên cứu trọng tâm quan trọng khác là tính tối ưu trong cấu trúc mạng vàcác thuật toán phân tán để cấu tạo và duy trì các cấu trúc đồ thị dưới việc thay đổi peer

và các chủ thể trong mạng Các thiết kế lớp phủ không có cấu trúc có ảnh hưởng trongquá trình nghiên cứu được liệt kê trong bảng 3

Hill climbing

backtracking

Freenet Định tuyến sử dụng hill climbing với backing, và cung

cấp bảo mật, ẩn danh (anonymity), và từ chối(deniability)

Hill climbing

backtracking FastFreenet Sự mở rộng của Freenet trong đó các chủ thể được lưutrữ ở mỗi một peer sẽ được tổng hợp và các tổng hợp

này sẽ được chia sẻ với các hàng xóm của peer đó.Hill climbing

backtracking Smallworld

freenet

Freenet bổ sung với các link mô phỏng mô hình thếgiới nhỏ

Flooding Gnutella Các superpeer sử dụng tràn lụt (flooding) các yêu cầu

thay mặt các peer chính quy(regular)Random walk Gia Sử dụng các kĩ thuật như thích ứng topo động, điều

khiển luồng linh động, sao chép chỉ số của một chặng

và định thiên các đường đi ngẫu nhiên (random walk)

để cải thiện hiệu năng

Flooding FastTrack Các giao thức có quyền sở hữu với kiến trúc superpeer

sử dụng kết nối xáo trộnRandom Walk LMS Các nghiên cứu nội bộ tái tạo các chủ thể sử dụng

phương pháp băm nhất quán của các bộ định danh chủthể để đặt các chủ thể ở bộ định danh node gần

Hybrid SWOP Lớp phủ có cấu trúc với các cụm và các liên kết dài

thêm vào để mô phỏng các đặc tính của một thế giớinhỏ

Semantic routing INGA Các lớp phủ ngữ nghĩa (semantic overlay) mà trong đó

mỗi một peer tổ chức một danh mục ngữ nghĩa cho nộidung của nó, và các truy vấn được định tuyến theo cácchủ đề kết hợp và tính toán sử dụng các hàm phối hợpngữ nghĩa

Các truy vấn trực tiếp

có ưu tiên (preference

directed queries)

Tribler Lớp phủ dựa trên xã hội trong đó các peer thay đổi các

list ưu tiên để khai thác mối quan hệ xã hội giữa cácpeer với các sở thích giống nhau

Các truy vấn trực tiếp

thích hợp (relevance-)

PROSA Sự tổ chức tài nguyên P2P bằng các hiểu biết xã hội

quản lý các link peer theo như sức mạnh ngữ nghĩa củamỗi quan hệ của các sở thích peer tương ứng

Hybrid Yappers Kết hợp các node cục bộ trong các bảng hàm băm định

tuyến nhỏ, và định tuyến giữa các DHT sử dụng cáclink không có cấu trúc

1.2.3 Các lớp phủ có cấu trúc:

Lớp phủ có cấu trúc là : “lớp phủ trong đó các nút hợp tác với nhau duy trì thông tinđịnh tuyến về làm thế nào để đạt được tất cả các nút trong lớp phủ” So với lớp phủkhông cấu trúc, lớp phủ cấu trúc cung cấp một số lượng giới hạn bản tin cần thiết đểtìm thấy bất kì một đối tượng nào trong lớp phủ Điều này đặc biệt quan trọng khi việctìm kiếm cho các đối tượng hiếm khi xảy ra hoặc với các đối tượng có độ phổ biếnthấp Để cung cấp một sự định tuyến tất định, các peer được đặt vào một không gianđịa chỉ ảo, lớp phủ được tổ chức thành một cấu trúc hình học cụ thể, và chức năngkhoảng cách hội tụ với đối tượng kết hợp và nút nhận dạng không gian được xác địnhcho thuật toán định tuyến chuyển tiếp

Mỗi peer có bảng đinh tuyến vùng mà được sử dụng bởi thuật toán chuyển tiếp Cácbảng định tuyến được khởi tạo khi các peer tham gia lớp phủ, sử dụng thủ tục khởiđộng xác định Các peer trao đổi bảng định tuyến một cách định kì như là một phầncủa việc duy trì lớp phủ

Đa số các lớp phủ có cấu trúc sử dụng định tuyến theo khóa, trong đó “một tập hợpcác khóa được kết hợp với các địa chỉ trong không gian địa chỉ, như vậy peer gần nhấtđến địa chỉ lưu trữ giá trị cho các khóa liên kết, và thuật toán định tuyến xem các khóanhư các địa chỉ” Bảng hàm băm phân tán (DHT) là một lớp phủ có cấu trúc, sử dụngđịnh tuyến theo khóa để đưa và nhận các chỉ số hoạt động và trong đó mỗi peer đượcchỉ định để duy trì một phần của chỉ số DHT

Bởi vì không gian địa chỉ là ảo và các địa chỉ của peer thường được gán ngẫu nhiên,các peer mà là hàng xóm trong lớp phủ có thể ở cách xa nhau trong mạng nền Trongkhi điểu này cải thiện khả năng chịu lỗi của lớp phủ, nó gây ra tổn thất hiệu suất mộtcách đáng kể Do đó các lớp phủ nhận biết topo sử dụng các phép đo độ gần của cácpeer trong mạng nền để tạo các peer hàng xóm trong lớp phủ Hiện nay đã có nhiều sựquan tâm, hỗ trợ trong việc phát quảng bá trong lớp phủ có cấu trúc Phát quảng bá cóthể sử dụng cho truyền thông nhóm, tìm kiếm mù và cấu hình lớp phủ

Bảng 4 tổng kết các thiết kế cho các lớp phủ có cấu trúc

Loại Tác giả Đặc điểm

Định

tuyến

tiền tố

PRR Thuật toán DOLR đầu tiên, sử dụng định tuyến hậu tố

SPRR Đã thêm gia nhập, từ chối và bảo dưỡng vào PRR

Tapestry Dựa trên cơ sở của PRR và thêm cơ chế tham gia, từ chối và

bảo dưỡngPastry Định tuyến tiền với chặng cuối sử dụng bảng hàng xóm

P-Grid Định tuyến tiền tố

Bamboo Mở rộng của Pastry sử dụng trong OpenDHT

Z-Ring Không gian địa chỉ phân cấp với cơ sở rộng nhằm giảm trễ

Bậc

Loga

Chord Không gian loga liên kết với các hàng xóm xung quanh vòng

ring kế, sử dụng băm nhất quan và yêu cầu một chiều

DKS(n,k,f) Tìm kiếm khóa k phân bố với định tuyến miền ở mỗi chặng

chia cho k miền k=2 tương tự ChordTango Biến thể của DKS làm giảm liên kết để tăng khả năng mở rộng

Chord # Sửa đổi của Chord trong đó thay thế giải thuật băm với thứ tự

khóa nhằm lưu trữ chỉ mụcSymphony Định tuyến 2 chiều với các liên kết dài nhằm rút ngắn tìm

kiếm số chặngKademlia Hàm khoảng cách XOR, các yêu cầu song song

Cycloid Chu kì kết nối lập phương, định tuyến kiểu tiền tố

Cactus 2 cây được kết hợ với chu kì kết nối lập phương

Koorde de Bruijn, dựa trên Chord

Broose de Bruijn

Hi-Peer de Bruijn đa vòng

Hypercup Siêu lập phương

FissionE Kautz

DLG Một khung chung để xây dựng các cơ cở DHT trong đồ thị bậc

không đổi tùy ý, sử dụng đồ thị đường phân phối

O(1)-hop

EpiChord Tìm kiếm lặp một cách đồng thời với khả năng duy trì

OneHop Các peer được tổ chức thành các mảnh và đơn vị, các yêu cầu

được đưa qua các mảnh và đơn vị chính, với khả năng chủđộng duy trì

Kelips Giao thức multicast đồng loại cho duy trì lớp phủ

Tulip Lớp phủ 2 chặng tương tự như Kelip nhưng có thêm nhận thức

địa phương

Gemini Hai chặng với xác suất cao, kết hợp định tuyến tiền tố và hậu

tố

D1HT Sử dụng thuật toán duy trì chủ động EDRA trong đó các sự

kiện tham gia, từ chối được chuyển đến tất cả các peer trongthời gian loga

Đa vòng Nhiều lớp phủ kết nối đến lớp phủ siêu vòng ring, và sử dụng

định tuyến phân cấp để định tuyến yêu cầu giữa các lớp phủ.TOPLUS Các peer được tổ chức thành các nhóm, mỗi nhóm có lớp phủ

của chính mình, các lớp phủ cấp cao hơn được xác định giữacác nhóm, định tuyến nội nhóm được sử dụng để định tuyếngiữa các nhóm

HIERAS Lớp phủ được chia thành vài vòng ring, với các peer trong các

vòng ring cấp thấp được chọn theo cục bộCyclone Các lớp phủ nhánh được kết nối trong một lớp phủ ngang cấpZ-Ring Định tuyến tiền tố với cơ sở bằng 4096, lớp phủ được tổ chức

thành các nhóm để giảm chi phí duy trìCanon Ở mỗi cấp độ liên tiếp, lớp phủ được hình thành trong đó bao

gồm tất cả các peer trong các lớp phủ ở các cấp độ thấpCoral Các peer là các thành viên của các cụm lớp phủ kế tiếp, và các

tìm kiếm sử dụng các bảng hàm băm phân phối thô (DSHT)

Bảng 4: Lớp phủ có cấu trúc được phân thành các mục

1.2.4 Các lớp phủ phân cấp và liên kết

Một lớp phủ phân cấp là một kiến trúc lớp phủ mà sử dụng nhiều lớp phủ được bốtrí theo kiểu lồng nhau, và các lớp phủ được lồng nhau được nối với nhau trên mộtcây Một bản tin đến peer trong các lớp phủ khác nhau được chuyển đến lớp phủ gầnnhất cùng gốc trong phân cấp Khi hệ thống phân tán quy mô lớn hoạt động cục bộ,cấu trúc phân tán có thể tăng hiệu suất tổng thể Các lớp phủ phân cấp thể hiện sự tổchức phân cấp trong việc định địa chỉ và định tuyến Các vùng lớp phủ khác nhautrong phân cấp có thể sử dụng các thuật toán định tuyến khác nhau Yêu cầu quantrọng để các lớp phủ hoạt động hiệu quả bao gồm việc tránh tắc nghẽn và giữ cho cấutrúc phân cấp được cân bằng Lớp phủ liên kết là lớp phủ được hình thành từ một tậphợp các lớp phủ độc lập, mỗi lớp phủ thực hiện bởi miền quản trị riêng biệt, và có thể

sử dụng các thuật toán định tuyến và cơ chế đánh địa chỉ khác nhau trong mỗi miền.Mỗi lớp phủ là độc lập, và bản tin điều khiển giữa các lớp phủ yêu cầu sự sắp xếppeering Mỗi miền quản lý việc chứng thực và cho phép các nhiệm vụ quản lý kháccho lớp phủ của nó Sự liên kết cung cấp một cơ chế trong đó cho phép những ngườiđiều khiển lớp phủ có thể cung cấp một dịch vụ chuyên biệt cho các khách hàng của

họ trong khi vẫn cung cấp những lợi ích về mặt quy mô Một yêu cầu quan trọng cho

sự liên kết là mối quan hệ tin cậy giữa mỗi miền với nhau Tương tự như mối quan hệpeering giữa các nhà cung cấp dịch vụ với mạng Internet đường trục, những sự viphạm bảo mật trong một mạng có tiềm tàng đến các tầng của những lớp phủ thông quacác điểm peering Do đó lớp phủ có độ an toàn ít nhất trong liên kết trở thành lỗ hổngđối với những lớp phủ còn lại

Hình 3: Một ví dụ về lớp phủ liên kết

Những lớp phủ riêng lẻ hoạt động như bình thường theo thuật toán lớp phủ riêng.Các cặp lớp phủ kết nối thông qua cổng các peer Các cổng peer có thể phát hiện racác cổng peer khác cho các lớp phủ khác nhau bằng nhiều cách như tìm kiếm trong lớpphủ tham gia kết nối hoặc bằng DNS Môt peer gửi một bản tin tới lớp phủ từ xa trướchết sẽ phát hiện ra cổng peer và gửi bản tin tới nó để chuyển tiếp Một cơ chế địa chỉnhiều phần được sử dụng để phân biệt các đối tượng và các peer trong những lớp phủriêng biệt Hình 4 đưa ra một ví dụ về bản tin chuyển tiếp trong lớp phủ liên kết sửdụng nhiều kiểu lớp phủ Hãy so sánh sự định tuyến trong lớp phủ liên kết, các peer cókích thước n, trong đó các peer thuộc một lớp phủ đơn có kích thước N = ∑n

Trường hợp 1: Sự tìm kiếm trong cùng một lớp phủ sẽ thực hiện tốt hơn trong toàn

bộ lớp phủ do số lượng các chặng nhỏ hơn

Trường hợp 2: Sự tìm kiếm qua nhiều lớp phủ liên kết sẽ thực hiện kém hơn do sốlượng các lớp phủ tăng lên do đó chi phí phân giải địa chỉ và định tuyến tại mỗi điểmpeering Tăng số lượng quan hệ peering trực tiếp sẽ cải thiện hiệu quả hoạt động vềphí tổn của độ phức tạp bổ sung trong việc tạo lập và quản lý mỗi điểm peering

Hình 4: Ví dụ về bản tin đa lớp phủ trong lớp phủ liên kết

1.2.5 Các lớp phủ dịch vụ

Với sự phát triển của Internet, nhu cầu đối với các dịch vụ mạng mới cũng tăngtheo Tuy nhiên thường thì có một sự chậm trễ rất lâu trong việc phát triển và triểnkhai bất kì một dịch vụ mới hoặc mở rộng một dịch vụ đã có nếu nó yêu cầu sự thayđổi đối với giao thức lớp mạng, các bộ định tuyến hoặc cơ sở hạ tầng mạng khác Đó

là do sự cần thiết phải đảm bảo khả năng tương thích và tránh xuất hiện những lỗ hổng

bảo mật mới Để đẩy nhanh tiến độ triển khai dịch vụ mới và tránh những thay đổi ở

hạ tầng mạng, nhiều mạng dịch vụ đã được triển khai như các giao thức lớp ứng dụng

sử dụng hệ thống đầu gắn vào mạng Nó bao gồm việc truyền đa hướng (multicasting),VoIP, và các mạng phân phối nội dung (CDNs) Khi các lớp phủ được sử dụng làm cơ

sở cho các dịch vụ lớp ứng dụng này, nó được gọi là lớp phủ dịch vụ

Các lớp phủ dịch vụ

Hình 5: Các loại dịch vụ lớp phủ

Ngoài ra, dịch vụ định hướng là một mô hình mới cho các ứng dụng nền tảng web

và các hệ thống doanh nghiệp phân phối Một trong những hạn chế của các ứng dụngP2P cho đến nay là mỗi ứng dụng đã có một lớp phủ riêng được thiết kế đặc biệt cho

nó Ý tương của việc áp dụng dịch vụ định hướng vào các lớp phủ P2P cũng được coinhư là một lớp phủ dịch vụ Từ quan điểm này, các ứng dụng P2P được module hóanhư các dịch vụ mà hoạt động ở một lớp trên lớp phủ, mỗi giao diện dịch vụ được quy

Dịch vụ mạng Lớp phủ ví dụ

Định tuyến Định tuyến mạng

lớp phủ phục hồiDịch vụ Phân

giải tên miền

(DNS)

DNS thông quaDHT

Multicast Lớp ứng dụng

MulticastCung cấp nội

dung

Phát trên cơ sở mạnglớp phủ (SBON)

AAA Peering của các tên

miền RADIUSQoS Nhận biết QoS lớp

phủThiết lập phiên IETF P2P-SIP

Dịch vụ thoại

Các máy chủ cónhiệm vụ chuyển

tiếp

Kiến trúc dịch

vụ định hướng Lớp phủ ví dụPhát hiện và

quảng bá dịchvụ

định sử dụng một sự mô tả dịch vụ, và lớp phủ cung cấp một sự phát hiện dịch vụchung và cơ chế quảng cáo Khi số lượng của các ứng dụng P2P tăng lên, nó có lợi thế

là cho phép tái sử dụng cùng cơ sở hạ tầng P2P cho một tập hợp các ứng dụng Trongnền tảng P2P mở, nó cũng dẫn đến việc cung cấp nhiểu ứng dụng của bên thứ 3

Sự đồng thuận về những cái chung đã có trong một nhóm các peer

Sự cập nhật những cái đã có dựa trên tập hợp được phân phối của peer khi các kháiniệm mới và các mối quan hệ trở nên quan trọng

Hiệu quả ngữ nghĩa phù hợp với vị trí đối tượng và tìm kiếm

Sự thực hiện xử lí ngữ nghĩa trực tiếp trong cơ chế đinh tuyến lớp phủ so với việcphân lớp nó lên trên cùng của DHT có sẵn hoặc cơ chế truy vấn lớp phủ không cấutrúc

1.2.7 Lớp phủ cảm biến.

Lớp phủ cảm biến là mạng lớp phủ mà kết nối những phần tử của hạ tầng cảm biếnhoặc mạng lưới Mục đích của lớp phủ cảm biến là để ẩn đi những ràng buộc mạng lớpvật lý bởi những ứng dụng, và để tạo sự thu thập dữ liệu, điều khiển hạ tầng điều khiểntách biệt logic với định tuyến lớp vật lý Ngoài ra, trong một mạng cảm biến lớn, cóthể có nhiều mặt bằng, mỗi mặt bằng có những cơ chế định tuyến và tập hợp dữ liệukhác nhau Lớp phủ cảm biến có khả năng hợp nhất chúng lại và kết hợp với các lớpphủ thông thường đơn giản hơn Một ví dụ của lớp phủ cảm biến là PIAX

1.2.8 Hướng nghiên cứu

Nhiều biến thể của lớp phủ được nghiên cứu cho đến nay.Nỗ lực tiếp tục là giảm trễ,thích ứng tốt hơn với định tuyến lớp phủ cho tới các ngữ nghĩa của các ứng dụng, cảithiện cân bằng tải và đáp ứng với hiệu ứng đám đông “chớp nhoáng”, các vấn đề độngtương tự, thích ứng với thay đổi của điều kiện mạng và tăng khả năng tự tổ chức củalớp phủ

1.3.

Tính động, tính không thuần nhất và tính di động.

1.3.1 Khuấy và bảo dưỡng lớp phủ

Các peer có thể tham gia hoặc rời bỏ lớp phủ bất cứ lúc nào Các lớp phủ sử dụng cácgiao thức tham gia và rời bỏ để các láng giềng có thể cập nhật trạng thái định tuyếncủa chúng, và do đó những peer mới tham gia có thể kết nối nhanh chóng với các láng

giềng hoạt động Một peer “ứng viên” cần phát hiện peer hiện có, bằng cách đó thìpeer đó mới tham gia vào lớp phủ Quá trình phát hiện và liên lạc với những peer cósẵn gọi là khởi động peer (peer bootstrap), và bao gồm các cơ chế bên ngoài lớp phủnhư liên lạc với các server khởi động nổi tiếng hoặc tạo các thông báo quảng bá cục

bộ Khi một peer tham gia vào lớp phủ, thông thường nó nhận được định tuyến banđầu và trạng thái đối tượng từ một hoặc nhiều peer được chỉ định bởi peer khởi động.Sau đó peer thay đổi trạng thái của nó trên cơ sở hoạt động của các giao thức lớp phủ.Khi peer rời bỏ lớp phủ, nó có thể báo hiệu cho các hàng xóm của nó sử dụng giaothức rời bỏ Các hàng xóm sau đó thay đổi trạng thái định tuyến, và trạng thái đốitượng có thể được di chuyển và sao chép Nếu peer bị ngắt kết nối mà không có thôngbáo, các hàng xóm sử dụng cơ chế nhịp đập để phát hiện sự sai khác và khởi động cáccập nhật định tuyến và trạng thái đối tượng tương ứng

Churn là quá trình đến và đi của các peer đến từ lớp phủ mà làm thay đổi số lượngpeer của lớp phủ Duy trì lớp phủ là hoạt động của lớp phủ để sửa chữa và làm ổn địnhtrạng thái định tuyến lớp phủ để đáp ứng lại churn Chi phí duy trì lớp phủ tăng theotốc độ của churn Nó cũng tăng tỉ lệ thuận với trạng thái định tuyến duy trì bởi mỗipeer, lần lượt tỉ lệ thuận với kích cỡ của lớp phủ và cấp bậc của mỗi peer Có những kĩthuật để giảm churn của bản thân nó, như là khuyến khích các peer duy trì kết nối vớilớp phủ Ngoài ra, các node mới tham gia có thể được cách ly, xem như là node “thuầnkhách hàng” theo dung lượng giới hạn hoặc đến khi đạt đến ngưỡng thời gian tồn tại.Điều này phụ thuộc vào sự phân phối thời gian tồn tại của peer được nói rõ, đã xảy ratrong quá trình hoạt động

Dữ liệu “kinh nghiệm”trên churn của các ứng dụng hoạt động P2P đã được thu thậpbằng cách triển khai các mắt xích lớp phủ Các mắt xích kết nối nhiều các peer kháctrong lớp phủ để thu thập ảnh chụp của thành viên lớp phủ Bằng cách tiếp tục quátrình, thông tin về sự thay đổi thành viên và trạng thái kết nối của peer có thể được thuthập Với hệ thống chia sẻ file P2P, các kết quả đo đạc cho thấy thời gian tồn tại trungbình một peer dưới 1 giờ và ít nhất là 3 phút, trong khi có đến 2% số peers có thời giantồn tại là một ngày Mặt khác, vòng đời của peer đo đạc cho Skype siêu-peer cho thấythời gian trung bình dài hơn khoảng 5.5 giờ

Duy trì lớp phủ có thể được phân loại thành chủ động hoặc cơ hội Trong loại duy trìkiểu chủ động, hoạt động duy trì bảng định tuyến được kích hoạt dựa trên sự kiện peertham gia hoặc rời đi Một ví dụ về thuật toán duy trì chủ động là EDRA (EventDetection and Recording Algorithm) sử dụng trong D1HT.Như khi tỉ lệ churn thayđổi, trạng thái định tuyến cập nhật các thay đổi một cách có tỉ lệ Trong loại duy trìkiểu cơ hội, duy trì bảng định tuyến được thực hiện như là một phần của định tuyến

peer “yêu cầu” hoặc nếu khi trạng thái định tuyến xuống dưới một ngưỡng tối thiểu.Nếu tỉ lệ yêu cầu peer cao, ví dụ như khi một đối tượng tìm kiếm hoặc chèn thêm vào,thì sau đó trạng thái định tuyến sẽ được cập nhật một cách thường xuyên hơn Một ví

dụ về thuật toán duy trì kiểu cơ hội đã được sử dụng trong EpiChord [73] Trong khihầu hết các sự phân tích của các lớp phủ giả định rằng trạng thái ổn định đạt được mà

sự duy trì lớp phủ phù hợp với tỉ lệ churn và trạng thái định tuyến cho phép cấu trúchình học lớp phủ mong muốn, đó là ý tưởng về sự tăng lên cho rằng trạng thái lớp phủkhông đạt được trong thực tế, đặc biệt bới lớp phủ lớn, do dự thay đổi liên tiếp của cácpeer thành viên và thời gian cần thiết để truyền các thay đổi của thành viên thông qualớp phủ

1.3.2 Tính di động trong lớp phủ mạng P2P

Trong khi ngày nay các node di động chiếm một phần trăm nhỏ trong các peer lớp phủ, nhưng trong tương lai do dung lượng và băng thông mạng tăng và số lượng thiết bịtăng lên, tình huống này có thể bị đảo ngược Vì thế tác động của tính di động lên hoạtđộng của lớp phủ là một câu hỏi quan trọng

Các thiết bị di động có 4 đặc tính có ảnh hưởng đến sự tương tác với các lớp phủ theocách khác với máy tính để bàn thông thường, đó là: chuyển vùng, giới hạn về nănglượng, các node không đồng nhất, và có giao diện multi-homed Sự chuyển vùng mạnggây ra sự thay đổi về IP, và trong các lớp phủ truyền thống, sự liên kết lại các địa chilớp phủ với địa chỉ IP là sự ảnh hưởng tới quá trình tham gia-rời bỏ tuần tự, dẫn tớichurn (khuấy động) trong tính di động kèm theo Phương pháp giảm nhẹ churn di độngkèm theo là sử dụng Mobile IP ở một lớp riêng, xem các node di động như là các nodetàng hình, và chỉ định một node không di động như là đại diện lớp ảo cho node diđộng Sự giới hạn về năng lượng của node tăng khả năng node đi vào trạng thái chờ.Trong các lớp phủ ngày nay, điều này có thể gây ra sự đứt kết nối của node từ lớp phủ.Node không đồng nhất có nghĩa rằng các node sẽ không có dung lượng bằng nhau đểlưu trữ các đối tượng, đặc biệt trong việc duy trì lớp phủ, chuyển tiếp lưu lượng từ cácnode khác, vv… Các chặng lớp phủ có thể thay đổi là một cách để giải quyết nhữngthay đổi này, và sẽ được nói đến trong phần sau

Các node Multi-homed là các node mà có thể kết nối đến 2 hoặc nhiều các giao diệnmạng khác nhau ở cùng một thời điểm Nó có thể được sử dụng để cung cấp tuyến dựphòng chó các peer để gửi và nhận bản tin, nhờ đó có thể giảm tác động của churn diđộng

1.3.3 Các lớp phủ của các MANET và các mạng Ad Hoc.

Mạng ad hoc di động (MANET) là một tập các node di động mà hoạt động đồng thờinhư là router và host trong mạng không dây ad hoc Các node định tuyến bản tin đếncác node khác mà không cần sử dụng một hạ tầng mạng Bởi vì sự giới hạn về nănglượng và dung lượng của chúng, các node MANET phát quang bá bản tin trong một

khoảng giới hạn và đạt được phạm vi tới các node lân cận Cấu trúc mạng MANET cóthể thay đổi một cách nhanh chóng và không thể đoán trước.

Như đã nói trong phần giới thiệu của chương, các mạng lưới cảm biến tích hợp, cácmạng vùng cá nhận, các mạng “xe cộ”, và các mạng ad hoc khác với các lớp phủ nềntảng Internet là một yêu cầu quan trọng cho các lớp phủ toàn cầu trong tương lại trên

cơ sở các ứng dụng

Do sự tương đồng giữa MANET và mô hình P2P ở cả lớp ứng dụng và lớp mạng, đã

có sự quan tâm đáng kể trong thích ứng các lớp phủ P2P để làm việc một cách hiệuquả với các giao thức định tuyến MANET Ví dụ, nhiều hệ thống nghiên cứu đã tíchhợp các lớp phủ kiểu tràn lụt không cấu trúc với MANET Tổng kết hoạt động nghiêncứu được chỉ ra trong bảng 5

1.3.4 Tính phức tạp và lớp phủ hop biến đổi

Một lớp phủ cấu trúc hop biến đổi là một lớp phủ có cấu trúc mà thích ứng với việcthực hiện hop-count (đếm chặng) của lớp phủ theo một ngân sách băng thông mạngcủa peer mà các băng thông cấp phát cao hơn hop count trung bình sẽ giảm và băngthông cấp phát thấp hơn hop count trung bình sẽ tăng Việc thực hiện các lớp phủ cócấu trúc phụ thuộc vào độ chính xác của bảng định tuyến của peer, nhưng bảng địnhtuyến chính xác hơn và lớn hơn đòi hỏi nhiều lưu lượng duy trì hơn Ngoài ra, lưulượng duy trì tăng với tỉ lệ churn và với kích thước của lớp phủ Do sự khác biệt trongmạng các node và dung lượng tính toán, các phương pháp tiếp cận khác nhau đã được

đề xuất để tránh tất cả các node phải hoạt động ở mức chung tối thiểu Một kiến trúcsiêu peer mà nâng cao năng lực và độ tin cậy, đầy đủ trạng thái là cách tiếp cận chung.Các lớp phủ hop biến đối được đưa ra trọng [115] cũng là một hướng quan trọng.Các lớp phủ hop biến đổi lợi dụng ưu điểm khả năng của giao thức lớp phủ để thíchứng với băng thông sử dụng thông qua thay đổi các tham số cấu hình Mỗi peer điểuchỉnh kích thước bảng định tuyến của nó và chính xác theo băng thông khả dụng ởpeer đó Trong thời gian mà các node có dung lượng băng thông thấp, hiệu suất địnhtuyến lớp phủ có thể đạt được các lớp phủ đa hop trong khi với băng thông cao hơn,hoạt động định tuyến chỉ đạt được với đơn hop

Ngoài Accordion [115], các đề xuất khác cho lớp phủ hop biến đổi bao gồm Tork vàChameleon

Bảng 5 Đặc điểm của lớp phủ P2P cho MANETs [26]

Hệ thống

Thuật giải định

tuyến MANET

Lớp phủ

Đánh giá

kích thước (node)

Tốc độ node (m/s) và khoảng cách

MHT [106] GPSR None Key maps to 1000 to 10–15 m/s

node’s path 100,000 2000×2000

m2Ekta [107] DSR Pastry Prefix key-

based

1500×300 m2MPP [108]

ExtendedDSR

Gnutella Flooding 50

200

0–5 m/s≤ 2000×2000

m2XL-Gnutella

[109]

withsuperpeers

100 and250

1500×320

m2ORION [112]

Neutral,AODVand SMB

1.3.5 Hướng nghiên cứu.

Tìm hiểu về tính động của các lớp phủ lớn khi đối mặt với sự thay đổi số lượng peer,peer không đồng nhất, peer di động, liên quan đến nhiều vấn đề thách thức Trong khithiết kế các peer không đồng nhất liên quan tương đối đến việc phân biệt peer tĩnh, khảnăng các peer thích ứng hiệu quả với sự thay đổi dung lượng và điều kiện mạng sẽ baogồm việc xem xét ở tỉ lệ thời gian nhỏ hơn Ngoài ra, vẫn còn câu hỏi mở về tính thựctiễn của các lớp phủ lớn nếu đa số các thiết bị đều là điện thoại di động

1.4 Truy nhập và phân phối nội dung trong P2P

Trong những năm gần đây, số lượng các nội dung số, chẳng hạn như nhạc và videotrên Internet, số lượng người dùng truy cập nội dung số cũng như số lượng video đượcxem trực tiếp trên Internet mỗi ngày được phát triển theo cấp số nhân Điều này rõràng đặt ra một nhu cầu lớn lên băng thông của mạng đường trục Internet cũng nhưtrên các máy chủ cung cấp các dịch vụ âm thanh và video số Để nâng cao khả năng

mở rộng truy nhập nội dung, Mạng phân phối nội dung (Content Delivery Network CDN) được phát minh và triển khai rộng rãi trong mười năm qua.

-Sự phát triển của CDN nơi mà máy chủ nội dung đặt riêng lẻ được thay thế bởi một

bộ các máy chủ phân phối nội dung bố trí một cách chiến lược để đem lại không chỉ sựphân phối các tập tin tốt hơn mà còn tạo dòngmedia thời gian thực (streaming) vớinhiều lợi thế Trước hết, tắc nghẽn mạng có thể được giảm đáng kể ngay từ khi máychủ được phân phối về mặt địa lý để phục vụ các client trong vùng tốt hơn với độ trễthấp Thứ hai, với các máy chủ được đặt ở biên mạng và gần với người sử dụng hơn,chất lượng theo thực nghiệm tốt hơn có thể được dự kiến cho các luồng media thờigian thực Những lợi thế của việc thúc đẩy nội dung gần hơn với người dùng cuối đãgợi mở một sự mở rộng tự nhiên của phân phối nội dung CDN,P2P truyền thống, nơi

mà nội dung được vận chuyển theo tất cả các đường tới người dùng cuối Nó có tiềmnăng cung cấp nhiều thuận lợi hơn so với CDN truyền thống, mặc dù nó phải được cânđối với bảo mật, tranh chấp tài nguyên và các vấn đề DRM

Multicast là một phương pháp phân phối nội dung hiệu quả với yêu cầu băng thôngcủa mạng giảm xuống Do vấn đề chi phí, IP multicast chưa được triển khai rộng rãi

Sự bùng nổ của các ứng dụng luồng media cung cấp một mảnh đất mầu mỡ cho phânphối nội dung dựa trên P2P nở hoa

Lợi dụng khả năng mở rộng cao và chi phí thấp trong các tính năng xử lý của mạngP2P, phân phối và truy cập nội dung P2P ngày nay đã trở thành một trong những ứngdụng P2P phổ biến nhất Nó bao gồm việc chia sẻ nhạc P2P, chia sẻ video P2P,P2PTV, P2P radio, P2P video, v.v… Cũng giống như trong hệ thống phân phối nộidung tập trung, nội dung có thể nhận được thông qua việc tải xuống hoặc tạo luồng tớingười dùng cuối trong các mạng P2P Tại nơi cung cấp, một luồng media được phânmảnh thành các khối dữ liệu và phân phối thông qua kiểu tràn lụt, đi bộ ngẫu nhiên,hoặc thông qua một tuyếncụ thể vớitopologyxác định trong mạng bao phủ P2P Tùythuộc vào topology mạng, các khối nội dung có thể được chuyển tiếp dọc theo một câyphân phối có gốc tại nguồn hoặc chuyển tiếp ngang qua mạng mesh Và khác biệt vớinơi khởi đầu cung cấp nội dung, khối nội dung có thể được kéo hoặc đẩy từ các peernguồn tới các peer đích Mặc dù nhiều ứng dụng phân phối nội dung P2P được nhìnthấy ngày nay, nhiều vấn đề kỹ thuật cơ bản vẫn chưa hoàn toàn được giải quyết, ví dụtrong tìm kiếm nội dung, luồng nội dung, bộ đệm nội dung và sự tái tạo

1.4.1 Tìm kiếm nội dung

Tìm kiếm là một bước quan trọng trong truy cập dữ liệu Điều đó là chắc chắn làtrường hợp của truy cập nội dung P2P Mạng P2P tận dụng ưu điểm của các nguồnphân phối tại các nút peer Nội dung nằm rải rác và trùng lặp trong mạng P2P mộtcách phân tán

Do đó, nội dung thu hồi trong mạng P2P cần phải suy tính với mô hình mạng cụ thểcũng như các đặc điểm của nội dung được truy cập Lý tưởng nhất, một thuật toán tìm

kiếm nội dung P2P nên bao gồm việc hỗ trợ các truy vấn phức tạp, chi phí thấp trongthực hiện, và khả năng trả lại truy vấn nhanh chóng với độ chính xác cao Ngày nay,hầu hết mạng P2P có cấu trúc hỗ trợ khóa và ID tĩnh dựa trên tra cứu đối tượng trongkhi các mạng P2P không có cấu trúc có thể xử lý một số loại hình phức tạp của cáctruy vấn, chẳng hạn như phạm vi truy vấn Mặc dù truy vấn ngữ nghĩa và truy vấn dựatrên nội dung có thể làm phong phú thêm kinh nghiệm người dùng trong tìm kiếm nộidung, nhưng họ hầu như không được hỗ trợ bởi bất kỳ các hệ thống phân phối nộidung P2P nào hiện nay Điều này là do những loại truy vấn này vẫn còn đặt ra nhữngthách thức lớn về kỹ thuật.

Tổ chức và khả năng tìm kiếm nội dung chủ yếu phụ thuộc vào việc lập chỉ mục nộidung và tổ chức quản lý cũng như topology mạng P2P Bảng 6 tóm tắt việc tổ chức lậpchỉ mục P2P Trong một hệ thống lập chỉ mục tập trung, nơi chỉ mục được lưu giữ tạimột vị trí trung tâm trong hệ thống P2P, tìm kiếm nội dung nói chung thực hiện bằngcách chuyển tiếp bản tin truy vấn đến máy chủ chỉ mục tập trung để tạo điều kiện chotra cứu đối tượng Máy chủ trả về kết quả tra cứu, trong đó có vị trí của các đối tượngnội dung mong muốn Nội dung được truyền đi sau đó trong một kiểu P2P Tổ chứclập chỉ mục định vị, phân tán và lai ghép có thể có tác dụng giảm nguy cơ gián đoạnmạng do tính chất phân phối của chúng Sự bảo dưỡng phải được thực hiện khi thiết kếcác lược đồ truy vấn để giảm chi phí liên quan đến chuyển tiếp và tràn lụt bản tin truyvấn

Nhiều người kết hợp tìm kiếm DHT với P2P Điều này là do tra cứu DHT dựa trênđối tượng là một lược đồ tìm kiếm được chấp nhận rộng rãi trong các cấu trúc mạngP2P Hầu hết các DHT dựa trên lược đồ dựa vào các khóa bằng số để lập chỉ mục vàtruy vấn các đối tượng trong mạng P2P Tìm kiếm đối tượng được thực hiện bằng cách

sử dụng khoảng cách khóa và định tuyến theo hướng các peer có các khóa gần nhấtvới khóa của đối tượng truy vấn Nó mang lại key hoặc ID hiệu quả dựa trên tra cứuràng buộc chính xác với các trả về truy vấn đảm bảo Tuy nhiên, quản lý một DHT phùhợp yêu cầu nỗ lực đáng kể do tính động của các topology mạng Một nhược điểm của

hệ thống dựa trên DHT là chúng không có khả năng hỗ trợ các truy vấnphức tạp.Trong hầu hếtcác ứng dụng, rõ ràng, cáctruy vấn phạm vi, từ khóa, và ngữ nghĩalàhữuích hơnso vớikhóahoặcIDdựa trêntìm kiếmso sánh chính xác

Truy vấn peer nhận được

vị trí đối tượng nội

Tính dễ tổnthương khi

trung

tâm và giải quyết trực tiếp

tại máy chủ trung tâm

dung, tức là địa chỉ củapeer nguồn nơi có đốitượng nội dung, sau đó

nó sẽ gửi một yêu cầu đểphân phối tới peer nguồntrực tiếp,đối tượng nộidung bây giờ có thểđược chuyển từ peernguồn đến peer đích mộtcách trực tiếp

máy chủ bịtấn công vàkhả năngxảy ra hiệuứng thắt cổchai tại máychủ

Truy vấn peer nhận được

vị trí của các đối tượngnội dung, gửi một yêucầu tới các peer nguồn,

và sau đó nhận được cácđối tượng nội dung từpeer nguồn

Chi phí caoliên quanđến truy vấntràn lụt vàhiệu quảphục hồi đốitượng thấpChỉ

Truy vấn peer nhận được

vị trí của các đối tượngnội dung, gửi một yêucầu tới các peer nguồn,

và sau đó nhận được cácđối tượng nội dung từpeer nguồn

Có thể cótrễ tại peerkhi gia nhập

do thiết lậpchỉ mục

có trong các chỉ mục cục

bộ, truy vấn được lantruyền tới siêu nút kháctheo bảng định tuyếncho đến khi nó được tìmthấy hoặc đạt tới mộtngưỡng Time-To-Liveđược định trước (TTL)

Truy vấn peer nhận được

vị trí của các đối tượngnội dung, gửi một yêucầu tới các peer nguồn,

và sau đó nhận được cácđối tượng nội dung từpeer nguồn

Siêu nút đểduy trì truyvấn tràn lụtthườngxuyên là cầnthiết