ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Ngô Văn Chí BẢNG BĂM PHÂN TÁN VÀ ĐỊNH TUYẾN TRÊN MẠNG NGANG HÀNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Chuyên ngành Cơ sở toán học cho tin học Mã số ngành[.]
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Ngơ Văn Chí BẢNG BĂM PHÂN TÁN VÀ ĐỊNH TUYẾN TRÊN MẠNG NGANG HÀNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Chuyên ngành: Cơ sở toán học cho tin học Mã số ngành: 60 46 01 10 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Lê Trọng Vĩnh Hà Nội – 2015 z Mục lục Danh sách hình vẽ iii Danh sách bảng v Lời mở đầu 1 Tổng quan mạng ngang hàng 1.1 Giới thiệu mạng ngang hàng 1.2 Sự tiến hóa cấu trúc mạng 1.2.1 Kiến trúc khách–chủ 1.2.2 Kiến trúc lưới 1.2.3 Kiến trúc ngang hàng 1.3 Phân loại 1.4 Tìm kiếm mạng ngang hàng 1.5 Ưu nhược điểm mạng ngang hàng 11 1.5.1 Ưu điểm 11 1.5.2 Nhược điểm 12 1.6 Một số vấn đề mạng ngang hàng 13 1.7 Một số phương pháp định tuyến P2P 16 1.7.1 Mạng tập trung cấu hình tĩnh 17 1.7.2 Mạng ngang hàng mạng chồng lấn 18 i z Bảng băm phân tán 2.1 2.2 2.3 21 Bảng băm 21 2.1.1 Bảng địa trực tiếp 21 2.1.2 Bảng băm 22 Băm ổn định 28 2.2.1 Ví dụ 28 2.2.2 Định nghĩa 31 2.2.3 Xây dựng 32 2.2.4 Các tính chất 33 Bảng băm phân tán 35 2.3.1 Định nghĩa 36 2.3.2 Ví dụ 37 2.3.3 Tính chất DHT 38 2.3.4 Cấu trúc DHT 40 2.3.5 Các chế DHT 40 2.3.6 Các giao diện DHT 42 2.3.7 Nhận xét 44 Định tuyến mạng ngang hàng 45 3.1 Định tuyến P2P có sử dụng DHT 45 3.2 Thuật toán CAN Chord 46 3.2.1 Thuật toán CAN 46 3.2.2 Thuật toán Chord 3.2.3 So sánh khả định tuyến thuật toán CAN 52 Chord 58 Kết luận 60 Tài liệu tham khảo 65 ii z Danh sách hình vẽ 1.1 Kiến trúc khách – chủ 1.2 Mơ hình máy chủ trung tâm 17 1.3 Phương pháp làm ngập mạng chồng lấn 19 1.4 Mơ hình mạng siêu ngang hàng 19 2.1 Bảng địa trực tiếp 22 2.2 Bảng băm 24 2.3 Một ví dụ phương pháp bảng băm mở 25 2.4 Một ví dụ phương pháp thử tuyến tính 26 2.5 Một ví dụ hệ thống phân phối thơng qua máy chủ cache 29 2.6 Hệ thống phân phối thông qua máy chủ cache với nút lỗi 2.7 Khoảng đơn vị 31 2.8 Một DHT đơn giản 37 2.9 Tra cứu khóa 38 3.1 Mạng CAN 2–chiều với nút Mỗi nút gán cho zone 30 nút phân biệt biên zone tương ứng 47 3.2 Định tuyến đến nút có khố k(x, y) khơng gian 2–chiều 48 3.3 Nút N7 đến zone N1 N1 tự chia thành hai phần phần gán cho N7 Cập nhật tập hàng xóm N1:{N7, N2, N6, N5} 50 3.4 Khơng gian khóa Chord 53 iii z 3.5 Bảng finger nút mạng 54 3.6 Kết thực nghiệm mô 61 iv z Danh sách bảng 3.1 Quan hệ số lượng nút mạng thời gian định tuyến trung bình 60 v z Lời mở đầu Mạng máy tính từ lâu trở thành phần khơng thể thiếu nhiều lĩnh vực đời sống xã hội từ hệ thống mạng cục dùng để chia sẻ tài nguyên công ty, quan, đơn vị, hệ thống mạng toàn cầu mạng Internet Kiến trúc hệ thống mạng ngày cải tiến phát triển Trong đó, kiến trúc mạng ngang hàng với nhiều đặc tính tốt khả mở rộng cao, khả chịu lỗi tốt, hiệu cao, thu hút ý người sử dụng, nhà nghiên cứu đơn vị phát triển ứng dụng Tất ưu điểm tạo lên cách mạng lĩnh vực mạng truyền thông Rất nhiều ứng dụng lớn xây dựng mạng ngang hàng FreeNet, Napster, BitTorent, Bên cạnh ưu điểm trên, mạng ngang hàng gặp phải vài hạn chế vấn đề định tuyến, vấn đề bảo mật, khả cân tải, Trong đó, việc định tuyến mạng ngang hàng tốn quan trọng phức tạp Nó nhà khoa học nước sâu vào nghiên cứu Có nhiều phương pháp thiết kế để phục vụ cho việc định tuyến mạng ngang hàng, số phải kể đến phương pháp như: sử dụng máy chủ trung tâm, chế làm ngập (flooding), cấu trúc mạng siêu ngang hàng, định tuyến theo ngữ nghĩa, phương pháp tồn hạn chế định Phương pháp định tuyến mạng ngang hàng áp dụng ý tưởng bảng băm phân tán [19] mang lại kết tốt đồng thời khắc phục z nhược điểm mà phương pháp định tuyến nêu gặp phải Vì vậy, luận văn tập trung nghiên cứu bảng băm phân tán ứng dụng việc định tuyến mạng ngang hàng Cấu trúc luận văn gồm có 03 chương Nội dung chương tóm tắt sau: Chương 1: Tổng quan mạng ngang hàng Trong chương này, luận văn trình bày kiến thức tổng quan kiến trúc mạng, mạng ngang hàng, phân loại mạng ngang hàng thách thức đặt với mạng ngang hàng Cuối chương phân tích hạn chế phương pháp định tuyến xây dựng phương pháp thay tốt Chương 2: Bảng băm phân tán Trong chương này, luận văn trình bày phương pháp phân bố tài nguyên cho thao thêm, xóa, sửa tra cứu thực thời gian O(1) Phương pháp nhắc đến bảng băm, bảng băm gồm ba phần tập liệu S , hàm băm h bảng băm T Các phần tử ei ∈ S sử dụng hàm băm h để xác định vị trí T Trong số môi trường, môi trường mạng, bảng băm T khơng phải lúc ổn định [16] tác giả xây dựng phương pháp gọi băm ổn định Phương pháp khắc phục tình trạng khơng ổn định bảng băm T Với đặc tính tốt băm ổn định, người ta áp dụng vào việc tra cứu liệu hệ thống phân tán gọi bảng băm phân tán Phương pháp tỏ hiệu mà cịn mang lại nhiều tính tốt Trong nội dung này, luận văn phân tích cấu trúc, tính chất bảng băm phân tán áp dụng vào thủ tục định tuyến mạng ngang hàng gọi thiệu Chương Chương 3: Định tuyến mạng ngang hàng Trong chương cuối này, luận văn trình bày tốn định tuyến mạng z ngang hàng có áp dụng ý tưởng bảng băm phân tán Sau đó, luận văn phân tích chi tiết hai thuật toán định tuyến tiêu biểu thuật toán CAN thuật toán Chord Cuối phân tích so sánh kết thực nghiệm đạt được, qua rút kết luận định hướng cho nghiên cứu z Chương Tổng quan mạng ngang hàng 1.1 Giới thiệu mạng ngang hàng Mạng ngang hàng (Peer–to–Peer network, P2P network ) loại hệ thống phân tán phi tập trung nút mạng (được gọi peer ) đóng vai trị vừa máy chủ vừa máy khách mơ hình khách–chủ Nghĩa là, peer yêu cầu tài nguyên từ peer khác trả lời yêu cầu thời điểm Điều trái ngược với mơ hình khách–chủ truyền thống, mà có máy khách gửi yêu cầu đến (hoặc vài) máy chủ (các) máy chủ trả lời u cầu Với cách tiếp cận theo mơ hình khách–chủ, hiệu tồn hệ thống giảm xuống số lượng máy khách (có yêu cầu dịch vụ) tăng lên Trong đó, mạng ngang hàng, hiệu toàn mạng tăng lên số lượng máy (peer ) thêm vào mạng nhiều Các peer tự tổ chức thành nhóm, nhóm chúng giao tiếp, cộng tác chia sẻ băng thông với giúp hồn thành cơng việc mong muốn Ví dụ, hệ thống chia sẻ tệp tin ngang hàng, peer tải lên tải xuống tệp tin lúc tiến trình vậy, peer tham gia vào nhóm peer cũ rời lúc Việc tổ chức nhóm peer thực cách tự động suốt với người z ... này, luận văn phân tích cấu trúc, tính chất bảng băm phân tán áp dụng vào thủ tục định tuyến mạng ngang hàng gọi thiệu Chương Chương 3: Định tuyến mạng ngang hàng Trong chương cuối này, luận văn. .. Tổng quan mạng ngang hàng Trong chương này, luận văn trình bày kiến thức tổng quan kiến trúc mạng, mạng ngang hàng, phân loại mạng ngang hàng thách thức đặt với mạng ngang hàng Cuối chương phân tích... (flooding), cấu trúc mạng siêu ngang hàng, định tuyến theo ngữ nghĩa, phương pháp tồn hạn chế định Phương pháp định tuyến mạng ngang hàng áp dụng ý tưởng bảng băm phân tán [19] mang lại kết