TIỂU LUẬN MÔN HỌC MẠNG THẾ HỆ MỚI Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P)

LỜI MỞ ĐẦU Mạng ngang hàng (tiếng Anh: peertopeer network), còn gọi là mạng đồng đẳng, là một mạng máy tính trong đó hoạt động của mạng chủ yếu dựa vào khả năng tính toán và băng thông của các máy tham gia chứ không tập trung vào một số nhỏ các máy chủ trung tâm như các mạng thông thường. Mạng đồng đẳng thường được sử dụng để kết nối các máy thông qua một lượng kết nối dạng ad hoc.Mạng đồng đẳng có nhiều ứng dụng. Ứng dụng thường xuyên gặp nhất là chia sẻ tệp tin, tất cả các dạng như âm thanh, hình ảnh, dữ liệu,... hoặc để truyền dữ liệu thời gian thực như điện thoại VoIP. Một mục đích quan trọng của mạng đồng đẳng là trong mạng tất cả các máy tham gia đều đóng góp tài nguyên, bao gồm băng thông, lưu trữ, và khả năng tính toán. Do đó khi càng có nhiều máy tham gia mạng thì khả năng tổng thể của hệ thống mạng càng lớn. Ngược lại, trong cấu trúc máy chủmáy khách, nếu số lượng máy chủ là cố định, thì khi số lượng máy khách tăng lên khả năng chuyển dữ liệu cho mỗi máy khách sẽ giảm xuống Ngày nay nhu cầu về thông tin ngày càng tăng cả về số lượng, chất lượng và các loại hình dịch vụ,…vv điều này đã thúc đẩy thế giới phải tìm ra giải pháp mới. Các kỹ thuật định tuyến đã phần nào giải quyết được một số vấn đề lưu lượng trong mạng. Nội dung được trình bày trong chuyên đề sẽ làm rõ về các vấn đề trên. Do thời gian nghiên cứu chuyên đề cũng như sự hiểu biết có hạn nên không tránh khỏi những thiếu sót. Nhóm thực hiện rất mong nhận được sự góp ý từ phía các thầy cô và bạn đọc để nhóm chúng em hoàn thiện hơn nội dung chuyên đề. MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 2 MỤC LỤC 2 Chương 1: Tổng quan về mạng ngang hàng P2P 2 1.1. Giới thiệu 2 1.2. Định nghĩa P2P 2 1.3. So sánh mô hình P2P với mô hình ClientServer: 2 1.4. Ưu,nhược điểmcủamạng P2P,ClientServer: 2 1.5. Phân loại mạng ngang hàng 2 1.5.1. Hệ thống ngang hàng lai (Hybrid Peer to Peer System) 2 1.5.2. Mạng ngang hàng thuần túy (Pure Peertopeer System) 2 1.5.3 Kiến trúc siêu ngang hàng (Superpeer Architecture) 2 1.5.4 Mạng ngang hàng có cấu trúc (Structured) 2 1.6. Tìm thong tin quảng bá qua mạng P2P 2 Chương 2 : Định tuyến trong các hệ thống P2P thế hệ mới 2 2.1 Tổng quan định tuyến 2 2.1.1. Khái niệm 2 2.1.2. Nguyên tắc 2 2.1.3. Định tuyến tĩnh và định tuyến động 2 2.2 Định tuyến trong mạng ngang hang P2P 2 2.2.1 Tổng quan 2 2.2.2. Định tuyến dựa vào tiền tố (Prefix routing) 2 2.2.3. Thuật toán Plaxon et al 2 2.2.4. Thuật toán Tapetry 2 2.2.5. Thuật toán Pastry 2 2.2.6. Thuật toán Chord 2 2.2.6.1. Giao thức Chord 2 2.2.6.2. Ánh xạ khóa vào một nút trong Chord 2 2.2.6.3. Đặc Điểm Hệ Thống Chord 2 2.3. Một số nhận xét về định tuyến trong mạng ngang hàng có cấu trúc 2 Tài liệu tham khảo 2 Chương 1: Tổng quan về mạng ngang hàng P2P 1.1. Giới thiệu Mạngnganghàng(PeertoPeer–P2P)bắtđầuxuấthiệntừ1999vàđãthuhútsựquantâmcủagiớiCNTTtrongnhữngnăm gầnđây.Đặcbiệtviệcápdụngcácmôhình P2Ptrongviệc xâydựngnhữngứngdụngchiasẻfile(filesharing),điệnthoạitrênnềnInternet(Internetbasedtelephony)đãđạtđược nhiềuthànhcông. Hiệnnaycácứngdụng P2Pchiếmkhoảng 50% (thậmchí75%)băng thôngtrênInternet. Các ứng dụng của kiểu mạng này như là: Napster, Skype, BitTorrent, FlashGet, Sopcast, ICQ...vv.. 1.2. Định nghĩa P2P “Mạngngang hànglàmộtkiểumạngđượcthiếtkế chocácthiếtbịtrongđócóchứcnăng vàkhảnăngcủa cácthiếtbịđólànhưnhau” MạngP2Pkhôngcókháiniệmmáytrạm(client)haymáychủ(server),màchỉcó khái niệmcácnốt(peers)đóngvaitrònhưcảclientvàserver.

Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P) BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG  TIỂU LUẬN MÔN HỌC MẠNG THẾ HỆ MỚI(NGN) TÊN ĐỀ TÀI MẠNG NGANG HÀNG VÀ ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG NGANG HÀNG (P2P) Học viên 1. LÊ PHƯỚC CHUNG 2. NGUYỄN HUY ANH GVHD : PGS.TS NGUYỄN HỮU THANH Chuyên ngành : Kỹ thuật điện tử Khoá : K26 Đà Nẵng, năm 201 HVTH: Lê Phước Chung – Nguyễn Huy Anh Trang 1 Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P) LỜI MỞ ĐẦU Mạng ngang hàng (tiếng Anh: peer-to-peer network), còn gọi là mạng đồng đẳng, là một mạng máy tính trong đó hoạt động của mạng chủ yếu dựa vào khả năng tính toán và băng thông của các máy tham gia chứ không tập trung vào một số nhỏ các máy chủ trung tâm như các mạng thông thường. Mạng đồng đẳng thường được sử dụng để kết nối các máy thông qua một lượng kết nối dạng ad hoc. Mạng đồng đẳng có nhiều ứng dụng. Ứng dụng thường xuyên gặp nhất là chia sẻ tệp tin, tất cả các dạng như âm thanh, hình ảnh, dữ liệu, hoặc để truyền dữ liệu thời gian thực như điện thoại VoIP. Một mục đích quan trọng của mạng đồng đẳng là trong mạng tất cả các máy tham gia đều đóng góp tài nguyên, bao gồm băng thông, lưu trữ, và khả năng tính toán. Do đó khi càng có nhiều máy tham gia mạng thì khả năng tổng thể của hệ thống mạng càng lớn. Ngược lại, trong cấu trúc máy chủ-máy khách, nếu số lượng máy chủ là cố định, thì khi số lượng máy khách tăng lên khả năng chuyển dữ liệu cho mỗi máy khách sẽ giảm xuống Ngày nay nhu cầu về thông tin ngày càng tăng cả về số lượng, chất lượng và các loại hình dịch vụ,…vv điều này đã thúc đẩy thế giới phải tìm ra giải pháp mới. Các kỹ thuật định tuyến đã phần nào giải quyết được một số vấn đề lưu lượng trong mạng. Nội dung được trình bày trong chuyên đề sẽ làm rõ về các vấn đề trên. Do thời gian nghiên cứu chuyên đề cũng như sự hiểu biết có hạn nên không tránh khỏi những thiếu sót. Nhóm thực hiện rất mong nhận được sự góp ý từ phía các thầy cô và bạn đọc để nhóm chúng em hoàn thiện hơn nội dung chuyên đề. HVTH: Lê Phước Chung – Nguyễn Huy Anh Trang 2 Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P) MỤC LỤC HVTH: Lê Phước Chung – Nguyễn Huy Anh Trang 3 Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P) ]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. HVTH: Lê Phước Chung – Nguyễn Huy Anh Trang 4 Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P) 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 khác. Các nodes trong mạng overlay đượ c x e m là nối với nhau bằng liên kết ảo (logical links), mỗi liên kết ảo có thể bao gồm rất nhiều các liên kết vật lí của mạng nền. Rất nhiều các mạng P2P được gọi là overlay networks vì nó được xây dựng và hoạt 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: HVTH: Lê Phước Chung – Nguyễn Huy Anh Trang 5 Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P) P2P Cl ie nt / S er ve r - 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 đượ c t ruy 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 thô ng tin về thời gian nó sẽ phải gửi một yêu cầu theo một tiêu chuẩn do server định 1.4. Ưu, nhược điểm của mạng P2P, Client/Server: P2P Cl ie nt / S er ve r + 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. HVTH: Lê Phước Chung – Nguyễn Huy Anh Trang 6 Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P) + Nhược đ iể m: - Chậm. - Không tốt cho các ứng dụng CSDL. + Nhược đ iể m: - Cần server riêng (nghẽn cổ chai). - Đắt. HVTH: Lê Phước Chung – Nguyễn Huy Anh Trang 7 Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P) Hình 1.2. Tổng quan đặc tính mạng P2P và mạng Client-Server 1.5. Phân loại mạng ngang hàng Hai tiêu chí cơ bản để phân loại mạng ngang hàng: 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…). HVTH: Lê Phước Chung – Nguyễn Huy Anh Trang 8 Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P)  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) HVTH: Lê Phước Chung – Nguyễn Huy Anh Trang 9 Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P) \ Hình 1.3 Mô hình mạng Hibrid P2P cụ thể Ưu điểm:  Dễ xây dựng.  Tìm kiếm file nhanh và hiệu quả. Nhược điểm:  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 HVTH: Lê Phước Chung – Nguyễn Huy Anh Trang 10 [...]... lưu giữ một bảng định tuyến bao gồm một tập nhỏ các node trong hệ thống.Các thuật toán định tuyến đều cố gắng định tuyến tới node có key phù hợp và qua ít số hop nhất Dưới đây là một số thuật toán định tuyến hiện tại: HVTH: Lê Phước Chung – Nguyễn Huy Anh Trang 19 Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P) 2.2.2 Định tuyến dựa vào tiền tố (Prefix routing) Định tuyến dựa vào tiền tố (Prefix... ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P) Chương 2 : Định tuyến trong các hệ thống P2P thế hệ mới 2.1 Tổng quan định tuyến 2.1.1 Khái niệm - Định tuyến là 1 quá trình chọn lựa các đường đi trên một mạng máy tính để gửi dữ liệu qua đó - Định tuyến chỉ ra hướng và đường đi tốt nhất từ nguồn đến đích của các gói tin (packer) thông qua các node trung gian là router 2.1.2 Nguyên tắc - Trong hoạt... 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. .. 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) HVTH: Lê Phước Chung – Nguyễn Huy Anh Trang 11 Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P) Ưu điểm:  Dễ... Chung – Nguyễn Huy Anh Trang 12 Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P) Hình 1.5 Kiến trúc siêu ngang hàng( Gnutella 0.6, JXTA) Nguyên tắc hoạt động:  Trong mô hình mạng siêu ngang hàng tồn tại một trật tự phân cấp bằng việc định nghĩa các Super-peers  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... hay kỹ thuật flooding, tiết kiệm băng thông mạng Nhược điểm: HVTH: Lê Phước Chung – Nguyễn Huy Anh Trang 15 Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P)  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 Sự khác biệt về topology trên mạng overlay và mạng liên kết vật lý dẫn đến thời gian trễ... Trang 18 Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P) - Đối với định tuyến tĩnh ,các thông tin về đường đi phải do người quản trị mạng nhập cho router Khi cấu trúc mạng có bất kỳ thay đổi nào thì chính người quản trị mạng phải xoá hoặc thêm các thông tin về đường đi cho router Những loại đường đi như vậy gọi là đường đi cố địn Đối với hệ thống mạng lớn thì công việc bảo trì mạng định tuyến. .. về định tuyến trong mạng ngang hàng có cấu trúc Mạng có cấu trúc, thường gọi là các mạng P2P thế hệ mới, thường sử dụng mô hình định tuyến dựa trên bảng băm phân tán DHT để làm giảm chi phí định tuyến và cung cấp một giớihạn cho số bước nhảy được yêu cầu trong việc tìm kiếm một mục dữ liệu Các hệ thống như vậy có các ưu điểm như: tính phân tán, khả năng mở rộng, tính sẵn sàng, khoảng cách định tuyến. .. Nguyễn Huy Anh Trang 27 Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P) vấn tốt hơn Ví dụ cho các mạng như vậy là Plaxton,Pastry, Tapestry, Chord và CAN, đang triển khai các thuật toán định tuyến DHT khác nhau.Các đặc tính lý thuyết đồ thị được sử dụng để xác định và để cải thiện hiệu năng của cáchệ thống như vậy Thông thường, các đồ thị như thế thường có đường kính Θ(log n ) và (log n ) mức tại... kiếm và định tuyến của mạng ngang hàng Bằng cách ánh xạ nhận dạng đối tượng thành không gian địa chỉ của các peers, PRR định tuyến dựa trên key và có thể trợ giúp các thao tác: đọc, chèn và xóa đối tượng lưu trữ trong mạng chồng phủ Nguyên lý của thuật toán này là nền tảng cho các thiết kế DHT sau này PRR là định tuyến dựa trên hậu tố, là trường hợp đối xứng của định tuyến tiền tố Định tuyến hậu tố và . mạng ngang hàng (P2P) MỤC LỤC HVTH: Lê Phước Chung – Nguyễn Huy Anh Trang 3 Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P) ]Chương 1: Tổng quan về mạng ngang hàng P2P 1.1. Giới thiệu Mạng. network. 1.3. So sánh mô hình P2P với mô hình Client/Server: HVTH: Lê Phước Chung – Nguyễn Huy Anh Trang 5 Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P) P2P Cl ie nt / S er ve r - Một. với mạng P2P) . - Khi một máy client yêu cầu lấy thô ng tin về thời gian nó sẽ phải gửi một yêu cầu theo một tiêu chuẩn do server định 1.4. Ưu, nhược điểm của mạng P2P, Client/Server: P2P Cl ie nt / S er ve r +