QUẢN Lý d6cntt epu dai

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG NGANG HÀNG1.1 Tổng quan Tầm quan trọng và nét nổi bật: - Một vài ứng dụng quan trọng nổi lên trong thời gian gần đây có sử dụng một kiếntrúc phân cấp với qu

MỤC LỤCLỜI MỞ ĐẦU

DANH MỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC BẢNG BIỂU

LỜI MỞ ĐẦU

Trong những năm qua, hạ tầng viễn thông đã phát triển nhanh về cả công nghệ vàchất lượng 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 cũng nhưcác nước trên thế giới, hiện nay có rất nhiều nhà khai thác viễn thông khác nhau với sự đadạng của công nghệ và cấu hình mạng cũng như các dịch vụ cung cấp Thành phần cốt lõicủa mạng viễn thông là hệ thống chuyển mạch, các chức năng được thực hiện bởi một hệthống chuyển mạch, hay một phân hệ của nó cung cấp cho các dịch vụ cho khách hàng.Qua nhiều năm, việc thiết kế các hệ thống chuyển mạch ngày càng trở nên phức tạp hơn

để cung cấp các phương tiện bố sung cho phép các mạng có khả năng cung cấp nhiều dịch

vụ hơn nữa tới khách hàng và giúp cho việc vận hành cũng như bảo dưỡng trở nên dễdàng hơn

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

lí thông tin

Chính bởi vậy mà mô hình mạng ngang hàng (Peer – to – Peer hay P2P) ngày càngthu hút sự quan tâm của đông đảo người dùng, các nhà nghiên cứu mạng và ngay cả củacác công ty thương mại lớn

Với ba đặc điểm nổi bật là tận dụng được tài nguyên của các máy tham gia, giảiquyết được vấn đề điểm chết trung tâm của mô hình máy chủ , máy khách, và chi phí xâydựng vận hành thấp, mạng ngang hàng đã mở đường cho rất nhiều người nghiên cứu vàứng dụng trong mọi lĩnh vực Mười năm qua đã đánh dấu những bước phát triển lớn củadịch vụ mạng ngang hàng Từ những hệ thống chia sẻ file đơn giản trong mạng cục bộNapster (1999) hiện nay Bittorente Donkey, Bittorent… thường cung cấp các file dữ liệu

có kích thước hàng năm MB tới hàng ngàn người dùng, tới các hệ thống tìm kiếm nộidung, hội thảo qua mạng (video conference, VoIP) đặc biệt là việc phân bổ các dữ liệutruyền thông đa phương tiện từ một máy tính tới một lượng lớn người dùng

Một trong những vấn đề quan trọng nhất để nâng cao chất lượng dịch vụ của mạngngang hàng là tốc độ và hiệu suất truyền tin trong mạng Có nhiều nghiên cứu về vấn đềnày, tuy nhiên trong phạm vi luận văn chúng tôi tập trung vào tầng mạng phủ (overlaynetwork)

Để đảm bảo tốc độ truyền tin, cũng như chất lượng dịch vụ thì tầng mạng phủ cầnđáp ứng các yêu cầu sau:

Có cấu trúc: đây là tiền đề cho việc phát triển, xây dựng các thuật toán tìm kiếm tàinguyên trong mạng

Đang tin tưởng: đảm bảo mạng vẫn hoạt động khi có nút tham gia hoặc rời khỏimạng

Đề tài: “Nghiên cứu cấu trúc lớp mạng phủ trong mạng ngang hàng”

- Chương 1: Tổng quan mạng ngang hàng

- Chương 2: Cải thiện các tuyến truyền tải ngang hàng cho việc phân phối dung lượng và lớp mạng phủ

- Chương 3: Cài đặt và chạy chương trình

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG NGANG HÀNG

1.1 Tổng quan

Tầm quan trọng và nét nổi bật:

- Một vài ứng dụng quan trọng nổi lên trong thời gian gần đây có sử dụng một kiếntrúc phân cấp với quy mô Internet, kết nối đồng thời hàng triệu người sử dụng để chia sẻ nội dung, hình thức các nhóm xã hội và truyền thông với địa chỉ liên lạc của chúng Những ứng dụng này được phân loại ngang hàng do việc loại bỏ các máy chủ trung gian giữa các hệ thống đầu cuối mà ứng dụng được chạy trên đó,

và hành vi mạng của chúng được mô tả như một mạng bao phủ vì các giao thức ngang hàng tạo thành một mạng ảo trên mạng vật lý

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

- Tiếp tục cải thiện độ trung thực từ những giải trí của người tiêu dùng và mạng lưới cũng 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 gian thựccủa 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 thập thông tin phổ biến, xuất bản và phân phối nội dung, chia sẻ môi trường, dữ liệu thời gian thực và thông tin quy mô toàn cầu Những lợi ích này bao gồm nhận thức về môi trường cá nhân của một người hay chính xác hơn là nhận thức trong bối cảnh tương tác với người khác, và tình hình nâng cao nhận thức cho cácứng dụng khác nhau, từ giải trí, quản lý môi trường, an ninh quốc gia, và phục hồithảm họa Lớp phủ P2P là một thành phần quan trọng của tầm nhìn tương lai, do khả năng mở rộng cao, linh hoạt với những 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

1.2 Phân loại mạng ngang hàng

Theo mức độ tập trung của mạng ngang hàng, chúng ta có thể phân loại các mạngngang hàng như sau:

Hệ thống mạng ngang hàng lai ghép

Hệ thống mạng ngang hàng thuần túy

1.2.1 Hệ thống mạng ngang hàng lai ghép

Hình 1.1: Hệ thống mạng ngang hàng lai ghépĐây là mạng ngang hàng thế hệ thứ nhất Các mạng kiểu này được gọi là mạngngang hàng lai ghép vì trong mỗi mạng có một hay một số máy chủ trung tâm dùng đểlưu trữ thông tin của các máy trạm thành viên và trả lời các truy vấn Tuy nhiên tìanguyên phân phối của mạng không nằm trên máy chủ đó mà nằm trên chính các máy trạmthành viên Máy chủ trung tâm chỉ có vai trò lưu trữ thông tin về các máy trạm thành viên

và các thông tin tài nguyên được chia sẻ để có thể sẵn sang cung cấp các thông tin liênquan mỗi khi có một máy trạm gửi yêu cầu tìm kiếm tới Các mạng ngang hàng lai ghépnày có thể sử dụng các trạm định tuyến để xác định địa chỉ IP của các máy trạm

Nguyên tắc hoạt động:

- Mỗi Client lưu trữ file định chia sẻ với các nút khác trong trạm

- Một bảng lưu trữ thông tin kết nối của người dùng đăng kí (IP address,

- Cần phải quản trị (central server)

Các đại diện cho mạng ngang hàng lai ghép được biết đến nhiều nhất là Napster vàBittorent

Napster là mạng ngang hàng đặc trưng cho hệ thống mạng ngang hàng lai ghépchúng được dùng cho việc chia sẻ file giữa các người dùng Internet Mạng này đã được sửdụng rộng rãi Tuy nhiên, do các yếu tố về luật pháp, Napster đã nhanh chóng bị mất thịtrường Napster có một server trung t âm hoạt động như một index server lưu trữ cácthông tin về các file nhạc có sẵn trên các máy trạm tham gia mạng Khi một người dụngtiến hành tìm kiếm một file nhạc, hệ thống yêu cầu server tring tâm tìm kiếm và trả vềmột danh sách các máy trạm có các tài nguyên tương ứng Sau khi nhận được danh sáchnày, người dụng tạo một kết nối trực tiếp với các máy trạm đó và tài nguyên về nhưng filemình muốn Các khái niệm và kiến trúc của Napster vẫn còn được sử dụng trong các ứngdụng khác như: Audiogalaxy, WinMX

Với Napster việc tìm kiếm file bị thất bại khi bảng tìm kiếm máy chủ vì lý do nào đó

mà không thực hiện được Chỉ có các file truy vấn và việc lưu trữ được phân tán, vì vậymáy chủ đóng vai trò là một nút cổ chai Khả năng tính toán và lưu trữ của máy chủ tìmkiếm phải tương ứng với số nút mạng trong hệ thống, do đó khả năng mở rộng mạng bị

BitTorrent cũng là một mạng ngang hàng lai ghép nổi tiếng khác trong việc chia sẻnội dung BitTorrent cho phép một lượng lớn người dùng download nhanh các file códung lượng lớn Giao thức BitTorrent gồm có một số thực thể như: tracker, peers, vàseeds(hạt giống) Mỗi thực thể có một vai trò khác nhau trong việc phục vụ mục tiêu chia

sẻ tài nguyên của mạng Tracker hoạt động như một server trung tâm và các máy trạm kếtnối vào tracker này để download file Tracker theo dõi các máy trạm và hướng dẫn cácmáy trạm này kết nối vào các máy trạm khác Các máy trạm là thành viên tham gia vàomạng với mục đích download và upload các phần của file Seeds cũng là thành viên thamgia vào mạng và là những nút đã download thành công nội dung mình cần và hiện chỉtham gia vào vai trò upload Đối với các file lớn, việc yêu cầu các seed vẫn còn onlinecho đến khi tất cả các máy trạm khác hoàn tất download tất cả file là một yêu cầu rất quantrọng

Giao thức này có ý định giải quyết các vấn đề về mở rộng – là vấn đề thách thứcnhất cho các mạng chia sẻ nội dung Giao thức đảm bảo sự công bằng trong mạng nganghàng khi chia cắt file có dung lượng lớn thành từng mảnh nhỏ có dung lượng bằng nhau

Ưu điểm của BitTorrent là cung cấp một kĩ thuật chia sẻ file có dung lượng lớn một cáchhiệu quả và linh động Một nhược điểm của giao thức BitTorrent là nếu một máy trạmđang download file lớn mà không còn seed nào đang online thì những mảnh nhỏ đã đượcdownload về không bao giờ còn cơ hội được sử dụng nữa

1.2.2 Mạng ngang hàng thuần túy (Pure Peer – to – Peer System)

Khác với mạng ngang hàng lai ghép, mạng ngang hàng thuần túy là một mạngngang hàng đúng nghĩa, không có máy chủ trung tâm quản lý mạng, không có bộ địnhtuyến trung tâm Các máy trạm tham gia mạng có vai trò vừa là máy chủ vừa là máykhách và có khả năng định tuyến độc lập

Hình 1.2: Mạng ngang hàng thuần túy

1.3 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 điểm nganghàng trực tiếp chuyển giao các tập tin giữa chúng Napster đã trở thành người đầu tiên thửnghiệm trường hợp chia sẻ file của nội dung cấp phép, và sau đó đã buộc phải thay đổi đểbảo vệ nội dung của nó Một số lượng những hệ thống chia sẻ file ngang hàng được pháttriển để tránh phải đối mặt với những thách thực pháp lý của Napster Đa số các hệ thốngchia sẻ file thế hệ thứ hai dựa trên cấu trúc lớp phủ Các hệ thống này không có cơ chế đểbảo vệ các quyến sở hữu nội dung trong khi đó một số trường hợp, các P2P phát triển ứngdụng thu được doanh thu bằng cách bán các ứng dụng của họ hoặc bằng cách nhúng phầnmềm gián điệp trong các khách hàng Nghiên cứu gần đậy của các hệ thống chia sẻ fileP2P bao gồm [11-16]

Bảng 1.1: Ví dụ một số ứng dụng chia sẻ fileN

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 để kếtnối các điểm ngang hàng phía sau NAT Ngoài ra, nó cũng hoạt động như những chuyểntiếp 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

để duy 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 cho hoạtđộng của lớp phủ ổn định hơn Nghiên cứu thử nghiệm của Skype cho thấy sự tồn tại nútcao 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 dụ những ứngdụng 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 được thảo luận tiếp theo trongchương này

1.3.1 Mạng ngang hàng thuần túy không có cấu trúc

Mạng ngang hàng được xem là thuần túy không có cấu trúc khi các liên kết giữa cácnút mạng trong mạng được thiết lập một cách ngẫu nhiên, không theo một quy luật nào.Mạng ngang hàng thuần túy không có cấu trúc dễ dàng được xây dựng: một máy mới khimuốn tham gia mạng có thể lấy luôn các liên kết có sẵn của một máy khác đang ở trongmạng và sau đó dần dần bổ sung thêm các liên kết mới của riêng mình mà không cần bất

cứ một thủ tục nào khác Khi một máy muốn tìm một dữ liệu trong mạng ngang hàngkhông cấu trúc, yêu cầu tìm kiếm sẽ được truyền trên cả mạng để tìm ra nhiều máy chia

sẻ càng tốt Nhược điểm có thể thấy ngay của hệ thống này là không có gì đảm bảo việctìm kiếm sẽ thành công Đối với việc tìm kiếm các dữ liệu phổ biến được chia sẻ trênnhiều máy, tỉ lệ thành công là khá cao, ngược lại nếu dữ liệu chỉ chia sẻ trên một vài máythì xác suất tìm thấy là khá nhỏ Tính chất này là hiển nhiên vì trong mạng ngang hàngkhông có cấu trúc, không có bất kì mối tương quan nào giữa các máy tính và dữ liệu màmỗi máy tính quản lý trong mạng Do đó yêu cầu tìm kiếm cần được chuyển một cáchngẫu nhiên đến một số máy trong mạng

Một nhược điểm khác của hệ thống này là do không có định hướng, một yêu cầu tìmkiếm thường được chuyển cho một số lượng lớn máy trong mạng làm tiêu tốn lượng băngthông của mạng, dẫn đến hiệu quả tìm kiếm chung của mạng là thấp

Các mạng ngang hàng không có cấu trúc nổi tiếng như là Gnutella, KazaA,Morpheus DirrectConnect,…

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 thông đầucuối Ngoài ra, không gian địa chỉ của lớp phủ thường không được tạo ảo hóa, và và được

tục là một phần quan trọng của kiến trúc Internet [1-3], và có sự quan tâm ngày càng tăngtrong việc sử dụng đầu cuối đến đầu cuối cũng như khả năng ảo hóa tài nguyên của lớpphủ trong sự phát triển kiến trúc Internet Ví dụ về nỗ lực nghiên cứu theo hướng này baogồm SpoVNet [4] và SATO [5].

Truyền thông chưa xác

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 băm chínhthức phù hợp [10] là cơ sở để thiết kế nhiều DHT.

1.3.2 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 tập trung,

và liên quan:

“Một hệ thống kiến trúc mạng phân phối được gọi là mạng P2P, nếu các thành phầntham 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, cácchu kỳ CPU, thành phần lưu trữ và băng thông, có khả năng thích ứng với các liên kếtthất bại và có không gian tại các nút trong khi các kết nối được chấp nhận thực hiện vàduy 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 cấpkết nối, định tuyến, và nhắn tin giữa các điểm cuối Mạng bao phủ thường được sử dụnglàm nền tảng cho việc triển khai các dịch vụ mạng mới, hoặc cung cấp kiến trúc địnhtuyến không có sẵn từ các liên kết vật lý bên dưới Nhiều hệ thống P2P là mạng bao phủđược 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 nganghàng 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 sẽđược 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 lý chungtoàn 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 tại mỗiphần ngang hàng như một hàm tăng theo kích thước bao phủ nhưng không tuyến tính Nócũng 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

1.3.3 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 vào cácứng dụng Nội dung của các giấy phép (licensing) cho đến nay vẫn chưa thành công Cácứng dụng hàng đầu VoP2P, Skype, cung cấp thoại P2P miễn phí, và đã nhận được doanhthu cho các tiện ích như thư thoại hay gọi peer-to-PSTN Các mô hình chính của các nhàkhai thác P2PTV là truyền hình cáp và phát sóng TV – kèm theo các quảng 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 việc kiểmtra không thể dựa vào một điểm tập trung Hình 1a cho thấy một mô hình đơn giản hóa

của hiển thị (impression) và số lượng click trong tìm kiếm web Kết quả tìm kiếm đượctìm bởi các công cụ tìm kiếm, song song giữa các từ khóa tìm kiếm là kỹ thuật lọc được

sử dụng để các quảng cáo sẽ được hiển thị như kết quả tìm kiềm Mỗi lần được hiển thị ra,

sẽ có một bộ đếm thực hiện cập nhập dữ liệu Nếu người sử dụng click vào quảng cáo, cácurl nhúng sẽ chuyển đến trang web quảng cáo Mỗi truy nhập cũng được cập nhập vào cơ

sở dữ liệu và được phân tích Các nhà quảng cáo cũng có thể sử dụng dịch vụ của bên thứ

ba để quản lý số lượng truy cập vào website với các báo cáo phân tích bởi nhà cung cấpdịch 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 của người

sử dụng hoặc sử dụng ứng dụng ) Hình 1b cho thấy các luồng cơ bản Một yêu cầu tìmkiếm được phát qua mạng P2P, sẽ có một hoặc nhiều kết quả tìm kiếm khác nhau được trả

về Quảng cáo phù hợp với tiêu chí tìm kiếm sẽ được trả về với kết quả tìm kiếm Có một

số cách để hoàn thành, sử dụng mạng P2P hoặc sử dụng một số chỉ số riêng biệt Trongtrường hợp của chúng ta, vấn đề khó khăn đó là làm sao xác định được sô lựot xem cũngnhư số lượt click vào các ứng dụng ngang hàng (peer Application)

1.3.4 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 chẳng hạnnhư 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 dụng rộng rãi làmcho các ứng dụng P2P nhanh chóng phát triển Chúng tôi đặt ra các câu hỏi như sau:Với khả năng hạn chế của công cụ tìm kiếm chỉ ra các trang web, tìm kiếm trên P2P

có thể cạnh tranh hoặc làm làm tốt hơn tìm kiếm web, như vậy thì quy mô ra sao và chiphí như thế nào?

Hiện nay với một số lượng lớn người online trực tuyến cùng một thời điểm khoảng10-20 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 người đốivới các thiết bị không dây di động so với máy tính để bàn cố định, làm thế nào để ổn định

và thực hiện các hoạt động của mạng P2P?

Hình 1.4: Click – qua và theo dõi lượt xem trong tìm kiếm web

Hình 1.5: Click – qua và lượt theo dõi trong mạng P2PHDTV 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 kiến trúcthế nào cho phù hợp với một kết nối mạng toàn cầu

1.4 Các vấn đề cơ bản của mạng P2P

1.4.1 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 thành nhiềuthế hệ Thế hệ đầu tiên là thiết kế bằng cách kết nối các máy chủ server với định tuyếnP2P, và thế hệ thứ hai được cấu trúc phi tập trung Các hệ thống P2P vô danh như Freenet

và I2P thỉnh thoảng cũng được nói đến như là thế hệ thứ ba Sự phân loại dựa trên các thế

hệ có một vài nhược điểm Nó đã bỏ qua nhiều hướng quan trọng và bỏ qua việc giảithích những thế hệ tiếp theo có thể cung cấp những tính năng gì Hơn thế nữa, các hệthống của tất cả các thế hệ được lại được sử dụng cùng một thời điểm cùng nhau

Một sự phân biệt phổ biến khác là để chia các lớp phủ (overlays) thành các loại cócấu trúc 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 các nodetrong tập hợp peer, và bằng sự khác nhau trong cấu tạo đường truyền với các peer hàngxóm Các lớp phủ có cấu trúc (structured overlays) thì được phân hóa theo như một sốcách 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 học bao trùm

Loại tìm kiếm (lặp với đệ quy, và nối tiếp với song song)

Hình 1.6: Sự phân loại các lớp phủ P2PNgoài nhóm có cấu trúc và không có cấu trúc, chúng ta tìm thấy một vài nhómkhác như các lớp phủ phân cấp, tập hợp các lớp phủ, các lớp phủ cho việc triển khai cácdịch vụ mạng (được gọi là các lớp phủ dịch vụ), các lớp phủ cảm biến, các lớp phủ màtrong đó định tuyến truy vấn bởi mối quan hệ ngữ nghĩa (gọi là các lớp phủ ngữ nghĩa )

và các lớp phủ cung cấp hỗ trợ cho các node di động trong mạng IP và Ad-hoc

Hình vẽ 1.6 cũng chỉ ra một cây phân lớp cho nhiều nhóm của các lớp phủ P2P Sựphân loại cho các lớp phủ có tính linh hoạt, các mạng dịch vụ và các mạng cảm biến sẽđược thảo luận trong các phần sau

Hình 1.7: Ứng dụng truyền dữ liệu đa phương tiện trên iGridMedia

Khi hệ thống hoạt động, máy chủ sẽ cung cấp các gói dữ liệu trực tuyến tới một sốnút trong mạng Sau đó những nút mạng này sẽ tiếp tục chia sẻ dữ liệu đến những nútkhác trong mạng.Quá trình chia sẻ được lặp lại cho đến khi dữ liệu được truyền tải đến tất

cả các nút

Giao thức chia sẻ dữ liệu trong hệ thống iGridMedia là kéo đẩy xen kẽ trên mộtmạng lưới chồng phủ theo cấu trúc ngẫu nhiên Việc xây dựng lớp mạng phủ được hỗ trợbởi một điểm được gọi là điểm hẹn (RP), thực chất là một máy chủ duy trì kết nối tới cácmáy đang “online” trên các kênh khác nhau của mạng ngang hàng Một địa chỉ liên lạcnút tham gia đầu tiên RP để có được một danh sách các nút hiện đang tham gia vào lớpxếp chồng Sau khi nhận được danh sách các nút bên trong hệ thống, các nút tham gia sẽngẫu nhiên chọn người hàng xóm mới của minh, nó sẽ gửi tin nhắn đến những hàng xóm

để thông báo cho họ biết kết nối mới Nếu kết nối với một nút được kết thúc hoặc thất bại,hàng xóm mới sẽ được lấy từ bảng thành viên cung cấp bởi server Vì vậy một mạng lướixếp chồng phi cấu trúc được xây dựng

1.5.1 Kiến trúc chung của trình mô phỏng

- Cách thức hoạt động

Hình 1.8: Cách thức hoạt động của trình mô phỏng iGridMediaTrình mô phỏng bao gồm 3 thành phần chính, thành phần tạo topo mạng, thành phầntạo kế hoạch mô phỏng và engine thực hiện các event mô phỏng Khi bắt đầu quá trình

mô phỏng, chương trình mô phỏng sẽ xây dựng mạng theo topo được định nghĩa trongcác file input đầu vào Tiếp đó, trình mô phỏng xây dựng danh sách các sự kiện cho cácnút mạng và cuối cùng thì engine sự kiện sẽ thực hiện các hành động diễn ra theo kịchbản mô phỏng Đồng thời trình mô phỏng cũng ghi nhận các tham số mạng đo được

Hình 1.9: Xây dựng lớp mạng phủ trong iGridMedia Với cách xây dựng hàng xóm trên,

lớp mạng phủ trên iGridMedia là lớp mạng phủ ngẫu nhiên

Cùng với việc xây dựng lớp mạng phủ, iGridMedia thực hiện truyền thông theo cácgiao thức kéo đẩy xen kẽ và giao thức kéo Do phương pháp kéo tối ưu khả năng sử dụngkênh chia sẻ và giao thức kéo đẩy xen kẽ giảm thông lượng điều khiển, giúp hiệu suất củamạng được nâng cao

1.6 Kết luận chương 1

Giới thiệu tổng quan về mạng ngang hàng, với các khái niệm cơ bản nhất, cách thứcphân loại và các ứng dụng trên mạng ngang hàng, các phương pháp truyền tin trên mạngngang hàng

Đâu là ý nghĩa của mô hình P2P được coi như một kiến trúc chung nhất của hệthống phân phối, và nó sẽ phát triển như thế nào trong thực tế đối với các mô hình client –server

Các rào cản đối với việc áp dụng các kết quả nghiên cứu để triển khai các hệ thống

là gì? Và làm thế nào để tránh được các rào cản đó?

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU LỚP MẠNG PHỦ VÀ PEERSIM TRONG MẠNG

NGANG HÀNG

Tóm tắt: Mạng ngang hàng giới thiệu một mô hình truyền thông phấn phối, nó cólợi cho nhiều dịch vụ truyền thông và vẫn còn chiếm một phần đáng kể trong lưu lượngInternet Chúng ta thảo luận về hiệu quả của việc phân phối dung lượng trong mạngngang hàng so với các máy chủ dựa trên mạng xếp chồng Chúng hộ trợ trong việc nghiêncứu các cơ cấu và nhièu web phổ biến khác Những mô hình chọn nguồn ngẫu nhiên củanhững giao thức ngang hàng dẫn đến những tuyến truyền dẫn và tải lưu lượng cao khôngthiết yếu triên những liên kết liên miền Chương này so sánh một số đề xuất gần đây chomột tổng đài nội hạt dự liệu trong mạng Internet với những ý nghĩa khác cho hiệu quả tàinguyên mạng, sử dụng và cung cấp dịch vụ

2.1 Giới thiệu

Những loại xếp chồng khác nhau được sử dụng để làm cấu nối những mạng khôngđồng nhất cho những dịch vụ đầu cuối đầu cuối liền mảnh Hiện nay xu thế của mạngtheo hướng hội tụ cố định/di động làm cho chúng thích hợp hơn để tích hợp những côngnghệ khác với truy nhập Internet Một lợi thế chính của xếp chồng là khả năng cung cấpcác dịch vụ mới hay mở rộng những dịch vụ có sẵn trên nền và độc lập với một cơ sở hạtầng phía dưới

Mạng ngang hàng thiết lập những xếp chồng trên thiết bị đầu cuối của người sửdụng, đưa ra những dịch vụ toàn cầu ở mức thấp nhất của cơ sở hạ tầng mạng cho nhàcung cấp Cung cấp nhanh chóng khối lượng lớn nội dung trong những cộng đồng ngườirải rác khắp thế giới là điểm mạnh chính của nguyên tắc ngang hàng, với quy mô vàtương thích để truy nhập hõn tạp Mạng ngang hàng mang lại nhiều hiệu quả cao chonhiều mục đích do khả năng của chúng

- Khai thác những tài nguyên chưa được sử dụng (dự liệu, lưu trữ, năng lượng tính toán, băng thông) được phân phối qua thiết bị người sử dụng

- Tương thích với những yêu cầu khác nhau ở quy mô những hội đồng lớn

- Đưa vào hỗ trợ cho việc tìm kiếm và tái tạo dữ liệu để tiền xác định những yêu cầu trong cách tự tổ chức

- Xây dựng và quản lý xếp chồng mà không có hoặc chỉ ở chi phí thấp cho cơ sở hạtầng mạng và máy chủ

Nói cách khác, những tuyến truyền dẫn cho trao đổi dữ liêu P2P thường kéo thànhhình cầu mặc dù dữ liệu phor biến luôn sẵn có ở mạng ngang hàng gần đích trái ngướcvới mạng ngang hàng P2P, mạng cung cấp dung lượng (CDN) hình thành lên xếp chồngdựa trên những trạm máy chủ phân phối, chúng được biết đến là một việc tốt trong tối ưuhoá tuyến truyền dẫn, và phù hợp với trễ bằng cách chuyển giao dữ liệu từ một máy chủđến mỗi người sử dụng yêu cầu Các nhà cung cấp mạng chèn lưu lượng xếp chồng bêntrong quá trình xử lý và quy hoạch mạng ở nền tảng mà chúng thường cho phép cơ chế đểcân bằng tải Ở cách này, định tuyến ko hiệu quả trên những tầng cào có thể được giảmbớt bằng cách tối ưu hoác những tầng thấp hơn, nhưng kĩ thuật lưu lượng xếp chồng ởtầng ứng dụng cung cấp thêm những khả năng tối ưu hoá mạng mặt khác, những ảnhhưởng làm phẳng của lưu lượng P2P là có thế thấy được.

Ở lưu lượng giới hạn thấp khác nhau trên thời gian khác nhau quy mô từ vài miligiây đến vài giây, nơi hệ số khác nhau cơ bản là thấm hơp đối với lưu lượng P2P khi sosánh những dạng lưu lượng này trên liên kết backbone

2.2 Các loại mô hình lớp mạng phủ - Overlay Network

2.2.1 Khái niệm lớp mạng phủ

Lớp mạng phủ là mạng được xây dựng bên trên một hoặc nhiều mạng vật lý đangtồn tại, bao gồm tất cả các nút mạng đại diện cho các máy tham gia và các liên kết giữacác nút mạng này Một ví dụ cụ thể về lớp mạng phủ là mạng VPN, các nút mạng trongmạng này được xây dựng trên hạ tầng của mạng Internet Các nút được đánh những địachỉ mới và thiết lập những kết nối mới trực tiếp đến nhau thông qua lớp mạng phức tạpcủa mạng Internet bên dưới

Hình 2.10: Mô hình mạng lớp phủTrong phạm vi của các ứng dụng ngang hàng, lớp mạng phủ là lớp trung gian giữatầng mạng và tầng dịch vụ của mạng ngang hàng, nhiệm vụ của nó là xây dựng nên mộtcấu trúc tầng dịch vụ ngang hàng sử dụng để truyền thông tin đến tất cả các nút mạng.

Hình 2.11: Vị trí của lớp mạng phủLớp mạng phủ có dạng một đồ thị với G(V,E) với tập đỉnh V tương ứng với các nútmạng, tập cạnh E tương ứng với các kết nối giữa các nút Ở phần tiếp theo ta sẽ nghiêncứu các dạng tồn tại của đồ thị lớp mạng phủ Để thuận tiện ta sẽ đồng nhất tên gọi củalớp mạng phủ với tên gọi của dạng đồ thị tương ứng với lớp mạng phủ đó

2.2.2 Mạng ngẫu nhiên – Random graphs

Đồ thị ngẫu nhien là đồ thị được sinh ra bởi một quá trình ngẫu nhiên Các mô hình

đồ thị ngẫu nhiên khác nhau tạo ra những phân bố ngẫu nhiên khác nhau trên tập các đồthị Mô hình phổ biến nhất là mô hình Erdos và Rensyi (ER) nghiên cứu và đưa ra trongcác bài báo cáo vào khoảng năm 1959 Mô hình được sử dụng rộng rãi trong toán họccũng như tin học

- Định nghĩa

Theo mô hình ER, đồ thị ngẫu nhiên được xây dựng theo cách: ký hiệu Gn,p với n là

số đỉnh đồ thị, p là xác suất tồn tại cạnh tranh giữa hai nút bất kỳ của đồ thị Đồ thị được

ngẫu nhiên Dễ thấy số cạnh của đồ thị: m=p*(n-1/2) Khi p tiến đến 1 thì tất cả các đinhđược nối với nhau, p tiến đến 0 thi tất cả các đỉnh đồ thị là độc lập không liên kết vớinhau.

- Tính chất

Tính liên thông:

Các lý thuyết về mạng ngẫu nhiên đã chỉ ra rằng nếu p đủ lớn: p ~(lnN)/N, thì xácsuất đề đồ thị là đồ thị liên thông tiến đến 1 Với tính chất trên ta thấy rằng, nếu lớp mạngphủ xây dựng là đồ thị ngẫu nhiên với p lớn, thì tất cả các nút mạng là liên thông với nhauhay nói cách khác là tất cả các nút mạng kết nối với nhau

Hình 2.12: Đồ thị ngẫu nhiênHình trên mô tả các đồ thị ngẫu nhiên với n = 10, và p nhận các giá trị (a): p = 0(b): p = 0.1, (c): p = 0.15 và (d): p = 0.25

Đương kính đồ thị nhỏ:

Bậc trung bình của một đồ thị ngẫu nhiên là <k> = p(N-1) ~=pN Gọi Lrand là độdài đường dẫn trung bình của mạng ngẫu nhiên Bằng quan sát ta có thể thấy sẽ có kLrandcác node trong mạng ngẫu nhiên có khoảng cách Lrand hoặc rất gần với nó Do vậy, N ~

<k> Lrand, điều này có nghĩa là Lrand ~ lnN<K> Bởi vì lnN tăng chậm so với N, nó chophép chiều dài trung bình phải khá nhỏ thậm chí ngay cả trong một mạng khá lớn Tómlại đường kính của mạng ngẫu nhiên là khá nhỏ so với số đỉnh (kích thước) của mạng.Tính phân cụm nhỏ:

Về mặt trực quan, tính phân cụm của mạng thể hiện ở việc các nút mạng chia thànhtừng nhóm, liên kết cục bộ chặt chẽ với nhau Về mặt định lượng, tính phân cụm đượcđánh giá theo đặc điểm nếu A quen cả B lẫn C thì xác suất B, C quen nhau có cao haykhông

Trong mạng ngẫu nhiên, xác suất để hai nút B, C là bạn của A quen nhau cũng chínhbằng xác suất của hai nút bất kỳ trong mạng là bạn của nhau Điều này nói lên mạng ngẫunhiên không có đặc điểm phân cụm mạnh Trong thực tế mạng ngẫu nhiên là mạng đồngnhất nói chung không phân cụm, có các liên kết tuân theo phân phối Poisson

2.2.3 Mạng bao đóng – Scale free

Định nghĩa:

Đồ thị bao đóng là đồ thị mà bậc của các nút giảm theo hàm mũ P(k) ~ ck-v

Trong đó c là một hằng số, v là tham số có giá trị: 2 < v < 3

Hình 2.13: Đồ thị bao đóng

Đồ thị bao đóng là đồ thị ER với bậc của các đỉnh trong đồ thị biến thiên theo hàm

đa thức Đặc điểm dễ phân biệt ở đồ thị bao đóng so với đồ thị ngẫu nhiên là đồ thị baođóng có một số ít các nút có bậc rất cao, trong khi phần lớn các nút còn lại có bậc trungbình

Hình 2.14: Phân biệt đồ thị bao đóng và đồ thị ngẫu nhiên

Có thể kể đến một số ví dụ về đồ thị bao đóng, đồ thị như các tuyến đường trongmột quốc gia, mạng các tuyến bay, đồ thị World Wide Web , hay đồ thị mạng Internet.Tính chất:

Đồ thị bao đóng là một dạng đặc biệt của đồ thị ngẫu nhiên, nó cũng có tính chấttương tự như đồ thị ngẫu nhiên Khi số cạnh đủ lớn thì đồ thị cũng là đồ thị liên thông.Ngoài ra đồ thị bao đóng cũng có một số đặc điểm sau:

Đường kính đồ thị nhỏ:

Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng so sánh với đồ thị ngẫu nhiên có cùng cỡ và cùng

số chỉ định thì mặc dù chưa có công thức tổng quát tính độ dài trung bình về đường kính

đồ thị nhưng các kết quả tính toán thực tế cho thấy đọ dài này nhỏ hơn một chút so với độdài đồ thị ngẫu nhiên Điều này là do sự tồn tại của một vài nút với bậc rất cao đóng vaitrò “chìa khóa” trong việc mang các node khác nhau trong mạng đến gần nhau hơn Thực

tế với mạng các router của mạng Internet với 150 nghìn nút thì đường kính của mạngcũng chỉ ~12 nút trung gian