GIÁO TRÌNH mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (p2p)

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” Mạng P2P không có khái niệm máy trạm cl

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

Chương 1: Tổng quan về mạng ngang hàng P2P 1

1.1.Giới thiệu 1

1.2.Định nghĩa P2P 2

1.3.So sánh mô hình P2P với mô hình Client/Server: 3

1.5.2 Mạng ngang hàng thuần túy (Pure Peer-to-peer System) 7

1.5.3 Kiến trúc siêu ngang hàng (Super-peer Architecture) 8

1.5.4 Mạng ngang hàng có cấu trúc (Structured) 9

Chương 2 : Định tuyến trong các hệ thống P2P thế hệ mới 12

2.1 Tổng quan định tuyến 12

2.1.1 Khái niệm 12

2.1.2 Nguyên tắc 12

2.1.3 Định tuyến tĩnh và định tuyến động 13

2.2 Định tuyến trong mạng ngang hang P2P 13

2.2.1 Tổng quan 13

2.2.2 Định tuyến dựa vào tiền tố (Prefix routing) 13

2.2.3 Thuật toán Plaxon et al 14

2.2.4 Thuật toán Tapetry 14

2.2.5 Thuật toán Pastry 17

2.2.6 Thuật toán Chord 17

2.2.6.3 Đặc Điểm Hệ Thống Chord 19

2.3 Một số nhận xét về định tuyến trong mạng ngang hàng có cấu trúc 20

Chương 1: Tổng quan về mạng ngang hàng P2P

1.1 Giới thiệu

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

P2P trong việc xây dựng những ứng dụng chia sẻ file (file sharing), 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 ứng dụng của kiểu mạng này như là: Napster, Skype, BitTorrent, FlashGet, Sopcast, ICQ vv

1.2 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”

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

Hình 1 Kiến trúc mạng ngang hang Peer-to-Peer

Mạng ngang hàng là một hệ thống phân tán đặc biệt trong tầng ứng dụng, ở đó mỗi cặp điểm nút có thể giao tiếp với nhau thông qua giao thức định tuyến trọng các tầng mạng ngang hàng Mỗi điểm nút giữ 1 đối tượng dữ liệu nào đó có thể là nhạc, ảnh, tài liệu, vv Mỗi điểm nút có thể truy vấn tới đối tượng nó cần từ các điểm nút khác thông qua kết nối logic trong tầng mạng ngang hàng

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

động trên nền của Internet VD: Gnutella, Freenet, DHTs ….

Dial-up Internet cũng là một overlay network trên nền telephone network

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

P2P 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

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

- Khi một máy client yêu cầu lấy thông tin về thời gian nó sẽ phải gửi một yêu cầu theo một tiêu chuẩn do server định

ra, nếu yêu cầu được chấp nhận thì máy 1.4 Ưu, nhược điểm của mạng P2P, Client/Server:

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 thống càng tốt

- Rẻ

+ Ưu điểm:

- Tốc độ truy cập nhanh

- Khả năng mở rộng cao

- Hoạt động với bất kì loại ứng dụng nào

+ Nhược

điểm:

- Chậm

điểm:

- Cần server riêng (nghẽn cổ chai)

Hình 1.2 Tổng quan đặc tính mạng P2P và mạng Client-Server

Theo mục đích sử dụng:

 Chia sẻ file (file sharing)

 Điện thoại VoIP (telephony)

 Đa phương tiện media streaming (audio, video)

 Diễn đàn thảo luận (Discussion forums)

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

có, chuyên biệt

− Theo topo của mạng ở tầng vật lý và mạng phủ

Đây là tiêu chí được phát triển qua từng thời kỳ và được xem xét nghiên cứu

để tìm ra những giải pháp tốt nhất, xây dựng nền tảng vững chắc cho các ứng dụng sau này

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

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

Nguyên tắc hoạt động:

 Mỗi client lưu trữ files định chia sẻ với các nút khác trong mạng

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

 Một bảng liệt kê danh sách các files mà mỗi người dùng định chia

sẻ (tên file, dung lượng, thời gian tạo file…)

 Mọi máy tính tham gia mạng được kết nối với máy chủ tìm kiếm trung tâm, các yêu cầu tìm kiếm được gửi tới máy chủ trung tâm phân tích, nếu yêu cầu được giải quyết máy chủ sẽ gửi trả lại địa chỉ IP của máy chứa tài nguyên trong mạng và quá trình truyền file được thực hiện theo đúng

cơ chế của mạng ngang hàng, giữa các host với nhau mà không cần quan máy chủ trung tâm

Hình 1.3 Mô hình mạng lai ngang hang(Hibrid P2P)

\ Hình 1.3 Mô hình mạng Hibrid P2P cụ thể

Ưu điểm:

 Dễ xây dựng

 Vấn đề luật pháp, bản quyền

 Dễ bị tấn công

 Cần quản trị (central server)

Napster là mạng ngang hàng đặc trưng cho hệ thống mạng ngang hàng của thế hệ thứ nhất, chúng được dùng cho việc chia sẻ các file giữa các người dùng Internet, được

sử dụng rộng rãi, tuy nhiên nhanh chóng bị mất thị trường bởi yếu tố về luật pháp Khái niệm và kiến trúc của Napster vẫn còn được sử dụng trong các ứng dụng khác như: Audiogalaxy, WinMX

Với Napster, việc tìm kiếm file bị thất bại khi bảng tìm kiếm trên máy chủ vì lý do nào đó không thực hiện được Chỉ có các file truy vấn và việc lưu trữ được phân tán, vì vậy máy chủ đóng vai trò là một nút cổ chai Khả năng tính toán và lưu trữ của máy chủ tìm kiếm phải tương xứng với số nút mạng trong hệ thống, do đó khả năng mở rộng mạng

bị hạn chế rất nhiều

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

Mạng ngang hàng thuần túy là một dạng khác của thế hệ thứ nhất trong hệ thống các mạng ngang hàng Không còn máy chủ tìm kiếm tập trung như trong mạng Napster, nó khắc phục được vấn đề nút cổ chai trong mô hình tập trung Tuy nhiên vấn đề tìm kiếm trong mạng ngang hàng thuần túy lại sử dụng cơ chế Flooding, yêu cầu tìm kiếm được gửi cho tất cả các nút mạng là láng giềng với nó, điều này làm tăng đáng kể lưu lượng trong mạng Đây là một yếu điểm của các mạng ngang hàng thuần túy Các phần mềm tiêu biểu cho mạng ngang hàng dạng này là Gnutella 0.4, FreeNet

Hình1 4 Mạng ngang hàng thuần túy (Gnutella 0.4, FreeNet)

Ưu điểm:

 Dễ xây dựng.

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

Nhược điểm:

 Tốn băng thông

 Phức tạp trong tìm kiếm

 Các nút có khả năng khác nhau (CPU power, bandwidth, storage) đều có thể phải chịu tải (load) như nhau

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

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

là mạng ngang hàng thế hệ 2 Phần mềm tiêu biểu cho mạng ngang hàng kiểu này

là Gnutella 0.6 và JXTA (Juxtapose) JXTA được bắt đầu phát triển bởi SUN từ

2001 (Đây là giao thức P2P mã nguồn mở) JXTA được sử dụng cho PCs, mainframes, cell phones, PDAs - để giao tiếp theo cách không tập trung Skype cũng được xây dựng dựa trên cấu trúc này

Hình 1.5 Kiến trúc siêu ngang hàng(Gnutella 0.6, JXTA)

 Các Super-peer tạo thành một mạng không cấu trúc, có sự khác nhau giữa Super-peers và Client-peers trong mạng, mỗi Super-peer có nhiều kết nối đến các Client-peers

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

Ưu điểm:

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

 Khắc phục được nhược điểm về sự khác nhau về CPU power, bandwidth… ở mạng ngang hàng thuần túy, các Super-peer sẽ chịu tải chính, các nút khác chịu tải nhẹ

Nhược điểm:

 Mỗi điểm Super-peer trở thành điểm gây lỗi cho nhóm siêu ngang hàng tương ứng trong trường hợp số lượng Client trong nhóm là rất lớn (tuy nhiên, nhược điểm này đã được giải quyết bằng việc cải tiến mạng siêu ngang hàng thông thường, đưa ra khái niệm siêu ngang hàng dư cấp k) 1.5.4 Mạng ngang hàng có cấu trúc (Structured)

Hệ thống mạng ngang hàng không cấu trúc thể hiện nhược điểm: không có gì đảm bảo tìm kiếm sẽ thành công Đối với tìm kiếm các dữ liệu phổ biến được chia

sẻ trên nhiều máy, tỉ lệ thành công là khá cao, ngược lại, nếu dữ liệu chỉ được chia

sẻ trên một vài máy thì xác suất tìm thấy là khá nhỏ Tính chất này là hiển nhiên vì trong mạng ngang hàng không cấu trúc, không có bất kì mối tương quan nào giữa một máy và dữ liệu nó quản lý trong mạng, do đó yêu cầu tìm kiếm được chuyển một cách ngẫu nhiên đến một số máy trong mạng Số lượng máy trong mạng càng lớn thì khả năng tìm thấy thông tin càng nhỏ Một nhược điểm khác của hệ thống này là do không có định hướng, một yêu cầu tìm kiếm thường được chuyển cho một

số lượng lớn máy trong mạng làm tiêu tốn một lượng lớn băng thông của mạng, dẫn đến hiệu quả tìm kiếm chung của mạng thấp

Mạng ngang hàng có cấu trúc khắc phục nhược điểm của mạng không cấu trúc bằng cách sử dụng hệ thống DHT (Distributed Hash Table - Bảng Băm Phân Tán)

Hệ thống này định nghĩa liên kết giữa các nút mạng trong mạng phủ theo một thuật toán cụ thể, đồng thời xác định chặt chẽ mỗi nút mạng sẽ chịu trách nhiệm đối với một phần dữ liệu chia sẻ trong mạng Với cấu trúc này, khi một máy cần tìm một dữ liệu, nó chỉ cần áp dụng một giao thức chung để xác định nút mạng nào chịu trách nhiệm cho dữ liệu đó và sau đó liên lạc trực tiếp đến nút mạng đó để lấy kết quả

Tải bản FULL (21 trang): https://bit.ly/3BmBDDM

Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net

Nguyên tắc hoạt động:

 Topo mạng được kiểm soát chặt chẽ

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

 Điều quan trọng đối với những hệ thống có cấu trúc là cung cấp sự liên kết (mapping) giữa nội dung (ví dụ: id của file) và vị trí nút (ví dụ: địa chỉ nút) Việc này thường dựa trên một cấu trúc dữ liệu bảng băm phân tán (Distributed Hash Table)

Hình 1 6 Cơ chế của bảng băm phân tán (DHT)

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

mô hình mạng ngang hàng có cấu trúc, điển hình là cấu trúc dạng vòng (như trong hình vẽ mô tả): Chord, Pastry…, và cấu trúc không gian đa chiều: CAN, Viceroy

Ưu điểm:

 Khả năng mở rộng được nâng cao rõ rệt do không có điểm tập trung gây ra hiện tượng thắt nút cổ chai tại những điểm này

 Các truy vấn tìm kiếm được phát đi theo một thuật toán cụ thể, hạn chế tối đa lượng truy vấn hay kỹ thuật flooding, tiết kiệm băng thông mạng

Nhược điểm:

 Việc quản lí cấu trúc của topo mạng gặp khó khăn, đặc biệt trong trong trường hợp tỷ lệ vào/ra mạng của các nút cao

 Vấn đề cân bằng tải trong mạng