Tiểu luận môn mạng máy tính nâng cao đề tài peer to peer networks

Tiểu luận môn mạng máy tính nâng cao đề tài peer to peer networks

Tiểu luận Mạng Máy tính Nâng cao Peer-to-Peer Networks

BỘ GIÁO DỤC – ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN

Tiểu luận Mạng Máy tính Nâng cao Peer-to-Peer Networks

Lời nói đầu

Mạng ngang hàng (Peer-to-Peer – P2P) bắt đầu xuất hiện từ 1999 và đã thu hút sự quan tâm trong những năm gần đây Đặc biệt việc áp dụng các mô hình P2P trong việc xây dựng

những ứng dụng chia sẻ tệp (file), video, điện thoại trên nền Internet (Internet-based telephony)

đã đạt được nhiều thành công Hiện nay các ứng dụng P2P chiếm khoảng 50% (thậm chí 75%) băng thông trên Internet.

Các mạng ngang hàng Peer-to-Peer (P2P) cung cấp một nền tảng tốt để chia sẻ dữ liệu, phân phối nội dung cùng với các ứng dụng truyền thông đa hướng mức ứng dụng ở phạm vi rộng Các mạng P2P có khả năng cung cấp một kiến trúc định tuyến hiệu quả có tính chất tự tổ chức trên diện rộng, kết hợp với khả năng chịu đựng lỗi, cân bằng tải và quan điểm về vị trí rõ ràng.

Tiểu luận Mạng Máy tính Nâng cao Peer-to-Peer Networks

Hiện nay các ứng dụng P2P chiếm khoảng 50% (thậm chí 75%) băng thông trên Internet

2 Định nghĩa P2P:

“Mạng ngang hàng là một kiểu mạng được thiết kế cho các thiết bị trong đó có chức năng

và khả năng của các thiết bị đó là như nhau”

Định nghĩa của Oram và đồng nghiệp: “[A Peer-to-Peer system is] a self-organizing system of

equal, autonomous entities (peers) [which] aims for the shared usage of distributed resources in a networked environment avoiding central services”.

+ Mạng P2P không có khái niệm máy trạm (client) hay máy chủ (server), mà chỉ có kháiniệm các nốt (peers) đóng vai trò như cả client và server

II Mạng P2P (P2P Networks) và phần mềm ứng dụng P2P (P2P softwares).

1 Home P2P Networks:

Hầu hết các mạng máy tính gia đình hiện nay là mạng P2P

+ Người dùng cấu hình các máy tính theo workgroup cho phép các máy có thể chia sẻ files,máy in và các tài nguyên, thiết bị khác

Tiểu luận Mạng Máy tính Nâng cao Peer-to-Peer Networks

+ Cả mạng có dây và không dây trong gia đình đều có thể sử dụng để thiết lập mạng P2P

2 Mạng chia sẻ file P2P:

Là mạng P2P phổ biến và nổi tiếng nhất trên Internet hiện nay

+ Chức năng chủ yếu của mạng là cho phép tìm kiếm và truyền dữ liệu dựa trên giao thức

IP (Internet Protocol)

+ Để truy cập vào mạng P2P này, người dùng chỉ cần download và cài đặt phần mềm ứngdụng phù hợp cho máy tính của mình

+ Có nhiều mạng P2P và phần mềm ứng dụng P2P tồn tại hiện nay Một số phần mềm chỉ

sử dụng được cho 1 mạng P2P nhất định, một số hoạt động được với nhiều mạng P2P khác nhau.+ Một số mạng P2P nổi tiếng trên Internet gồm: eDonkey, BitTorent, Gnutella

3 Phần mềm ứng dụng P2P.

Các phần mềm ứng dụng P2P cần đạt được 7 tiêu chí căn bản sau:

1 Giao diện người dùng không nằm trong trình duyệt (web browser)

2 Các máy tính trong hệ thống có thể đóng vai trò như cả máy trạm và máy chủ

3 Phần mềm dễ sử dụng và được tích hợp nhiều tính năng tốt

4 Ứng dụng hỗ trợ người dùng tạo nội dung và thêm chức năng

5 Ứng dụng cho phép tạo kết nối đến người dùng khác

6 Ứng dụng có nét “mới” và “thú vị”

7 Phần mềm ứng dụng hỗ trợ đa giao thức trên mạng

Một số phần mềm ứng dụng P2P nổi tiếng hiện nay bao gồm: Kazza, eMule, Bittorent,Limewire …

* Giới thiệu Kazaa:

+ Download: www k azaa c o m

+ Sử dụng P2P technology (người dùng có thể kết nối trực tiếp với người dùng khác).+ Kazaa cho phép: Tìm và download các files đã được chia sẻ bởi những nhà cung cấpchuyên nghiệp và người dùng

+ Kazza có sử dụng những kết nối nhanh với các SuperNodes: Mỗi SuperNode chứa danhsách các files chia sẻ bởi người dùng và nơi lưu trữ file

“Super Nodes”

Tiểu luận Mạng Máy tính Nâng cao Peer-to-Peer Networks

* Giới thiệu Emule:

+ Download: www e m u l e c o m

+ Một trong những phần mềm chia sẻ file P2P lớn nhất giữa các Clients trên Internet

+ Verson mới nhất: eMule 0.49b

+ Có thể sử dụng eMule để chia sẻ và download tất cả các loại files trên Internet

* Giới thiệu Skype:

+ Download: www s k y p e c o m

+ Là phần mềm P2P VoIP phát triển bởi những người đã làm Kazaa

+ Skype cho phép người dùng đàm thoại và gửi message tới người dùng Skype khác

+ Đây là một overlay network, có 2 loại nodes: Original Host (OH) và Super nodes (SN).+ OH là một phần mềm ứng dụng cho phép sử dụng để đàm thoại và gửi message

+ Những node có địa chỉ IP tĩnh, CPU, memory, băng thông đủ mạnh thì có thể được xemxét chọn làm super node

Skype Login

Server

Message exchange during login

Super Nodes

+ OH kết nối với một SN và phải đăng kí với Skype login server để login thành công

Tiểu luận Mạng Máy tính Nâng cao Peer-to-Peer Networks

- Dùng công nghệ Global Index của nó để tìm user

- Firewall traversal: First UDP, second TCP, third TCP port 80 (HTTP), fourth TCPport 443 (HTTPS)

- Tín hiệu thường xuyên được mang đi trong TCP

III So sánh mô hình P2P với mô hình truyền thống Client/Server:

- Một mạng ngang hàng cho phép các node

(PCs) đóng góp, chia sẻ nguồn tài nguyên với

nhau Tài nguyên riêng rẽ của các node (ổ

cứng, CD-ROM, máy in … Các nguồn tài

nguyên này có thể được truy cập từ bất cứ node

nào trong mạng

- Các node đóng vai trò như cả Client (truy vấn

thông tin) và Server (cung cấp thông

tin)

- Dữ liệu được lưu trữ ở một Server trung tâm,tốc độ cao (Tốc độ truy cập thường lớn hơn sovới mạng P2P)

- Khi một máy client yêu cầu lấy thông tin vềthời gian nó sẽ phải gửi một yêu cầu theo mộttiêu chuẩn do server định ra, nếu yêu cầu đượcchấp nhận thì máy server sẽ trả về thông tin màclient yêu cầu

* Ưu, nhược điểm của mạng P2P, Client/Server:

+ Ưu điểm:

- Không cần server riêng, các client chia

sẻ tài nguyên Khi mạng càng được mở

rộng thì khả năng hoạt động của hệ

- Hoạt động với bất kì loại ứng dụng nào

- Sử dụng được với các ứng dụng chia sẻCSDL

- Đáng tin cậy hơn (có server riêng)

IV Lịch sử phát triển của P2P:

- Lịch sử ra đời và phát triển của P2P gắn liền với phần mềm ứng dụng Napster

+ Năm 1999, Shawn Fanning một sinh viên Đại học 18 tuổi đã rời bỏ trường Đại học đểbắt đầu xây dựng phần mềm mang tên Napster (do bức xúc với việc rất khó khăn trong việcđưa và chia sẻ các file nhạc online trên Internet mặc dù mọi người đều có nguồn tài nguyên

trong đĩa cứng của mình).

+ Napster được xây dựng thành công và trở thành cách chia sẻ file chính (miễn phí), nó

đã làm thay đổi cách download file nhạc và dung lượng cũng lớn hơn nhiều so với cácchương trình chia sẻ file trước đó

+ Download phần mềm, bạn có thể chia sẻ files từ máy tính của mình với tất cả mọi người

trên thế giới

+ 60 triệu người trên thế giới đã sử dụng (1 triệu người Nhật) vào thời điểm đó Tuynhiên, do có quá đông người dùng và vấn đề bản quyền âm nhạc nên công ty Napster đã bịcấm hoạt động, phần mềm không còn được sử dụng nữa (2003)

- Sau Napster, rất nhiều các chương trình khác như Gnutella, KaZaa and WinMP đãxuất hiện Và P2P đã chuyển sang việc chia sẻ file, chia sẻ processor power rỗi của các nodeschứ không phải là chia sẻ các file âm nhạc MP3 nữa

- Sau sự ra đời của Napster, công nghệ P2P phát triển một cách nhanh chóng Hiện tạicác ứng dụng P2P chiếm khoảng 50% (thậm chí 75%) băng thông trên Internet

Phần 2: Các lĩnh vực ứng dụng của P2P

Sự ra đời của mạng ngang hàng đã tạo ra cách thức quản lý mới cho hàng loạt các lĩnh vựcứng dụng Bài này đưa ra một cách nhìn tổng quát cho vấn đề các lĩnh vực ứng dụng của mạngngang hàng như: giao tiếp (communication), chia sẻ file (file sharing), băng thông(bandwidth), vấn đề lưu trữ (storage), các chu trình xử lí (processor cycles)

3.1 Giao tiếp

(communication):

+ Đóng một vai trò quan trọng trong các ứng dụng mạng ngang

- Các dịch vụ điển hình: Napster, ICQ, Jabber

3.2 Chia sẻ Files (File sharing)

- Có thể nói ứng dụng được sử dụng nhiều nhất của mạng ngang hàng đó là chia sẻ

- Vấn đề chủ yếu cho mạng ngang hàng nói chung và cho vấn đề chia sẻ file nó riêng là vấn

đề tìm kiếm Trong ngữ cảnh của hệ thống chia sẻ file, có ba mô hình khác nhau được phát triển:

mô hình f l oo d e d r e qu e s t , mô hình t h ư m ụ c t r u n g t â m và mô hình h ư ớ n g t à i li ệ u Các mô hìnhnày được minh hoạ qua các ứng dụng thực của mạng ngang hàng sau: Gnutella, Naspter vàFreeNet

- Trong hệ thống Gnutella, không có sự tập trung hoá, các file được lưu trữ trên các Peer củahệ

thống, khi có yêu cầu tìm kiếm một file máy tính sẽ gửi yêu cầu này tới tất cả các peer làláng

giềng của nó cho tới khi tìm thấy máy chứa file cần tìm Tiếp theo là quá trình trao đổi filetrực

tiếp giữa hai máy tính trong

số định danh gần với số định danh của file nhất và được lưu trữ ở đó

3.3 Băng thông (Bandwidth)

Do yêu cầu về khả năng truyền dẫn của các mạng ngày càng đòi hỏi cao đặc biệt là khi một

số lượng lớn dữ liệu đa phương tiện tăng nhanh, hiệu quả của việc sử dụng băng thông ngàycàng trở nên quan trọng Hiện nay, hướng tiếp cận tập trung trong đó các file được lưu trữtrên một Server và được truyền từ đó tới máy khách yêu cầu đang được sử dụng chủ yếu.Trong trường hợp này khi số lượng các yêu cầu tăng nhanh sẽ dẫn tới tình trạng nút cổ chai Vớihướng tiếp cận theo mạng ngang hàng vấn đề câ n b ằ n g t ả i sẽ đạt được sự tối ưu nhất vì nó tậndùng tối đa được các hướng truyền dẫn trong hệ thống mạng

- Tăng cường khả năng cân bằng tải trong mạng: Khác với kiến trúc Client/Server các mạng

ngang hàng lai có thể nhận được sự cân bằng tải tốt hơn Với mô hình Client/Server thì cảyêu cầu truy vấn thông tin và việc truyền dữ liệu đều được thực hiện giữa máy chủ và máykhách, sẽ làm mất sự cân bằng tải khi có nhiều yêu cầu kết nối tới máy chủ Trong mô hìnhmạng ngang hàng, chỉ có yêu cầu truy vấn được thực hiện giữa máy tính tham gia mạng vớimáy chủ, còn vấn đề truyền file được thực hiện giữa hai máy tính tham gia mạng với nhau,điều này dẫn đến việc phân bố tải đều trên hệ thống mạng

- Chia sẻ việc sử dụng băng thông: Mạng ngang hàng có thể làm tăng khả năng download

và truyền các file do cơ chế tận dụng đường truyền tới các peer tham gia mạng Một file dữ liệulớn được chia thành các khối dữ liệu nhỏ độc lập nhau, các khối dữ liệu này được chuyển đồngthời đến các peer khác nhau và cuối cùng đến peer yêu cầu chúng Tại peer yêu cầu các khối

dữ liệu được ghép lại thành file dữ liệu ban đầu Các phần mềm điền hình của việc chia sẻ băngthông đó là các phần mềm download file, chẳng hạn như: BitTorrent, FlashGet…

3.4 Không gian lưu trữ (Storage Space);

Hiện nay với các hệ thống cần có yêu cầu về mặt lưu trữ dữ liệu cao người ta thường lựachọn

các giải pháp lưu trữ như:

+ DAS (Direct Attached Storage): lưu trữ trực tiếp tham chiếu một cách trực tiếp đến một hệ

thống lưu trữ số gắn với một server hoặc một trạm, mà không cần đến một mạng lưới lưu trữ giữachúng Ta gọi đó là r e t r o n y m , thường được dùng giữa các không gian lưu trữ phi mạng lưới từSAN và NAS

+ NAS (Network Attached Storage): lưu trữ gắn với mạng là không gian lưu trữ dữ

liệu năm tầng của máy tính được kết nối tới một mạng máy tính để dữ liệutruy cập tới mạng máy khách không đồng nhất

+ SAN (Storage Area Networks): vùng mạng lưu trữ là một cấu trúc kết nối các thiết bị lưu trữcủa các máy tính ở xa (như là d i s k a rr a y s , t a pe li b r a r i e s và o p t i ca l j uk e b o x e s ) tới các servertheo cách nào đó , t ớ i h ệ đ i ề u h à n h , các thiết bị xuất hiện như được gắn kết cục bộ.Mặc dù chi phí và độ phức tạp đã giảm, như năm 2007, SAN vẫn không được phổ biến ra ngoàicác doanh nghiệp lớn

Bên cạnh những ưu điểm các giải pháp đó cũng tồn tại một số nhược điểm

như:

+ Kém hiệu quả trong việc sử dụng hệ thống lưu trữ sẵn có

+ Phải tăng cường việc sao lưu dữ liệu

+ Tăng tải trong mạng của công ty

Tuy nhiên, băng thông mạng ngày càng được cải thiện cao, tính kết nối liên thông ngày một

dễ dàng đã cho phép thay đổi cách thức quản lý vấn đề lưu trữ dữ liệu, giải quyết một cách hiệuquả vấn đề lưu trữ và không đỏi hỏi nhiều về vấn đề quản trị hệ thống Với mạng lưu trữ nganghàng nói chung nó được giả thiết rằng chỉ có một phần không gian sẵn có trên máy tính PCđược sử dụng Mạng lưu trữ ngang hàng là một cụm các máy tính được xây dựng trên một nềnmạng máy tính tồn tại, chia sẻ tất cả các lưu trữ sẵn có trên mạng

3.5 Các chu trình xử lý (Processor

Cycles):

Có thể nhận thấy rằng trong các ứng dụng đòi hỏi cần phải có sức mạnh tính toán người tathường tìm cách xây dựng các máy tính mạnh, đắt tiền chứ chưa chú trọng vào việc tận dụngkhả năng tính toán của các máy tính được nối mạng Ngày nay do những yêu cầu đòi hỏi tínhtoán hiệu năng cao như các thao tác tính toán trong tin sinh học, trong tài chính, trong đolường mà nhiều nghiên cứu ứng dụng mạng ngang hàng vào xử lý tính toán đã được đưa ra.Bằng việc sử dụng các ứng dụng mạng ngang hàng để bó cụm các chu trình xử lý có thể nhậnđược khả năng tính toán ngang bằng với một siêu máy tính đắt tiền Trong một mạng mỗi máytính là trong suốt với các máy tính khác và tất cả các node được kết nối mạng sẽ tạo thành mộtmáy tính logic

3.6 Phân loại mạng ngang hàng:

- Mạng ngang hàng có thể được phân loại theo mục đích sử dụng, ví dụ:

 Chia sẻ file (file sharing)

 Điện thoại VoIP (telephony)

 Đa phương tiện media streaming (audio, video)

 Diễn đàn thảo luận (Discussion forums)

- Mạng ngang hàng có thể được phân loại theo mức độ tập trung của mạng (đối với P2P overlaynetworks)

* Mạng ngang hàng không cấu trúc (unstructured):

o Nơi lưu trữ nội dung (files) hoàn toàn không liên quan gì đến overlay topology(cấu trúc hình học của mạng)

o Kĩ thuật tìm kiếm chủ yếu là sử dụng flooding với các giải thuật tìm kiếm ưutiên theo chiều rộng (breadth – first), hoặc ưu tiên theo chiều sâu (depth-first)cho đến khi nội dung được tìm thấy Các kĩ thuật khác phức tạp hơn gồm bướcnhảy ngẫu

nhiên (random walk) và chỉ số routing (routing indices)

o Các hệ thống không cấu trúc thường phù hợp trong trường hợp các node ra vàomạng thường xuyên, tùy y

3.6.1 Đặc điểm hệ thống mạng ngang hàng tập trung

(Centralized):

Đây là mạng ngang hàng thế hệ thứ nhất, đặc điểm là vẫn còn dựa trên một máy chủ tìmkiếm trung tâm, chính vì vậy nó còn được gọi là mang ngang hàng tập trung (centralized Peer-to-Peer networks) Cấu trúc Overlay của mạng ngang hàng tập trung có thể được mô tả nhưmột mạng hình sao (hình vẽ 2)

Nguyên tắc hoạt động:

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

o Một bảng lưu trữ thông tin kết nối của người dùng đăng kí (địa chỉ IP, băng thông kết nối ….)

o Một bảng liệt kê danh sách các files mà mỗi người dùng định chia sẻ (tên file,