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 Mơn: MẠNG MÁY TÍNH NÂNG CAO Đề tài: Peer-to-peer networks GV hướng dẫn : TS Lê Trọng Vĩnh Chuyên ngành : Thạc sỹ Khoa Học Máy Tính Khóa :3 ĐÀ NẴNG, 07/2011 ĐH Duy Tân Page Tiểu luận Mạng Máy tính Nâng cao Peer-to-Peer Networks Lời nói đầu Mạng ngang hàng (Peer-to-Peer – P2P) bắt đầu xuất từ 1999 thu hút quan tâm năm gần Đặc biệt việc áp dụng mơ hình P2P việc xây dựng ứng dụng chia sẻ tệp (file), video, điện thoại Internet (Internet-based telephony) đạt nhiều thành công Hiện ứng dụng P2P chiếm khoảng 50% (thậm chí 75%) băng thơng Internet Các mạng ngang hàng Peer-to-Peer (P2P) cung cấp tảng tốt để chia sẻ liệu, phân phối nội dung với ứng dụng truyền thông đa hướng mức ứng dụng phạm vi rộng Các mạng P2P có khả cung cấp kiến trúc định tuyến hiệu có tính chất tự tổ chức diện rộng, kết hợp với khả chịu đựng lỗi, cân tải quan điểm vị trí rõ ràng Tiểu luận gồm phần chính: Phần 1: Tổng quan Phần 2: Các lĩnh vực ứng dụng P2P, phân loại P2P Phần 3: Các vấn đề định tuyến P2P Phần 4: Kết luận Em xin chân thành cảm ơn thầy TS Lê Trọng Vĩnh hướng dẫn em hoàn thành tiểu luận Học viên thực ĐH Duy Tân Page Tiểu luận Mạng Máy tính Nâng cao Peer-to-Peer Networks Phần 1: Tổng quan Mạng ngang hàng I Định nghĩa mạng ngang hàng: Giới thiệu: Mạng ngang hàng (Peer-to-Peer – P2P) bắt đầu xuất từ 1999 thu hút quan tâm giới CNTT năm gần Đặc biệt việc áp dụng mơ hình P2P việc xây dựng ứng dụng chia sẻ file (file sharing), điện thoại Internet (Internet-based telephony) đạt nhiều thành công Hiện ứng dụng P2P chiếm khoảng 50% (thậm chí 75%) băng thông Internet Định nghĩa P2P: “Mạng ngang hàng kiểu mạng thiết kế cho thiết bị có chức khả thiết bị nhau” Định nghĩa Oram 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 khơng có khái niệm máy trạm (client) hay máy chủ (server), mà có khái niệm nốt (peers) đóng vai trị client server Mơ hình Client/Server Mơ hình P2P II Mạng P2P (P2P Networks) phần mềm ứng dụng P2P (P2P softwares) Home P2P Networks: Hầu hết mạng máy tính gia đình mạng P2P + Người dùng cấu hình máy tính theo workgroup cho phép máy chia sẻ files, máy in tài nguyên, thiết bị khác ĐH Duy Tân Page Tiểu luận Mạng Máy tính Nâng cao Peer-to-Peer Networks + Cả mạng có dây khơng dây gia đình sử dụng để thiết lập mạng P2P Mạng chia sẻ file P2P: Là mạng P2P phổ biến tiếng Internet + Chức chủ yếu mạng cho phép tìm kiếm truyền liệu dựa giao thức IP (Internet Protocol) + Để truy cập vào mạng P2P này, người dùng cần download cài đặt phần mềm ứng dụng phù hợp cho máy tính + Có nhiều mạng P2P phần mềm ứng dụng P2P tồn Một số phần mềm sử dụng cho mạng P2P định, số hoạt động với nhiều mạng P2P khác + Một số mạng P2P tiếng Internet gồm: eDonkey, BitTorent, Gnutella Phần mềm ứng dụng P2P Các phần mềm ứng dụng P2P cần đạt tiêu chí sau: Giao diện người dùng khơng nằm trình duyệt (web browser) Các máy tính hệ thống đóng vai trị máy trạm máy chủ Phần mềm dễ sử dụng tích hợp nhiều tính tốt Ứng dụng hỗ trợ người dùng tạo nội dung thêm chức Ứng dụng cho phép tạo kết nối đến người dùng khác Ứng dụng có nét “mới” “thú vị” Phần mềm ứng dụng hỗ trợ đa giao thức mạng Một số phần mềm ứng dụng P2P tiếng bao gồm: Kazza, eMule, Bittorent, Limewire … * Giới thiệu Kazaa: + Download: www.kazaa.com + Sử dụng P2P technology (người dùng kết nối trực tiếp với người dùng khác) + Kazaa cho phép: Tìm download files chia sẻ nhà cung cấp chuyên nghiệp người dùng + Kazza có sử dụng kết nối nhanh với SuperNodes: Mỗi SuperNode chứa danh sách files chia sẻ người dùng nơi lưu trữ file “Super Nodes” ĐH Duy Tân Page Tiểu luận Mạng Máy tính Nâng cao Peer-to-Peer Networks * Giới thiệu Emule: + Download: www.emule.co m + Một phần mềm chia sẻ file P2P lớn Clients Internet + Verson nhất: eMule 0.49b + Có thể sử dụng eMule để chia sẻ download tất loại files Internet * Giới thiệu Skype: + Download: www.skype.com + Là phần mềm P2P VoIP phát triển người làm Kazaa + Skype cho phép người dùng đàm thoại gửi message tới người dùng Skype khác + Đây overlay network, có loại nodes: Original Host (OH) Super nodes (SN) + OH phần mềm ứng dụng cho phép sử dụng để đàm thoại gửi message + Những node có địa IP tĩnh, CPU, memory, băng thơng đủ mạnh xem xét chọn làm super node Skype Login Server Super Nodes Message exchange during login + OH kết nối với SN phải đăng kí với Skype login server để login thành công ĐH Duy Tân Page Tiểu luận Mạng Máy tính Nâng cao Peer-to-Peer Networks - Dùng cơng nghệ Global Index để tìm user - Firewall traversal: First UDP, second TCP, third TCP port 80 (HTTP), fourth TCP port 443 (HTTPS) - Tín hiệu thường xuyên mang TCP III So sánh mơ hình P2P với mơ hình truyền thống Client/Server: P2P Client/Server - Một mạng ngang hàng cho phép node (PCs) đóng góp, chia sẻ nguồn tài nguyên với Tài nguyên riêng rẽ node (ổ cứng, CD-ROM, máy in … Các nguồn tài nguyên truy cập từ node mạng - Dữ liệu lưu trữ Server trung tâm, tốc độ cao (Tốc độ truy cập thường lớn so với mạng P2P) - Khi máy client yêu cầu lấy thông tin thời gian phải gửi yêu cầu theo - Các node đóng vai trị Client (truy vấn tiêu chuẩn server định ra, yêu cầu chấp nhận máy server trả thông tin mà thông tin) Server (cung cấp thông client yêu cầu tin) ĐH Duy Tân Page * Ưu, nhược điểm mạng P2P, Client/Server: P2P + Ưu điểm: - Client/Server + Ưu điểm: Không cần server riêng, client chia sẻ tài nguyên Khi mạng mở rộng khả hoạt động hệ thống tốt - Tốc độ truy cập nhanh - Khả mở rộng cao - Hoạt động với loại ứng dụng - Rẻ - - Dễ cài đặt bảo trì Sử dụng với ứng dụng chia sẻ CSDL - Thuận lợi cho việc chia sẻ file, máy in, CD-ROM v.v… - Đáng tin cậy (có server riêng) - Mức độ an toàn cao + Nhược điểm: + Nhược điểm: - Chậm - Cần server riêng (nghẽn cổ chai) - Không tốt cho ứng dụng CSDL - Đắt - Kém tin cậy - Phức tạp việc bảo trì, trì hoạt động mạng IV Lịch sử phát triển P2P: - Lịch sử đời phát triển P2P gắn liền với phần mềm ứng dụng Napster + Năm 1999, Shawn Fanning sinh viên Đại học 18 tuổi rời bỏ trường Đại học để bắt đầu xây dựng phần mềm mang tên Napster (do xúc với việc khó khăn việc đưa chia sẻ file nhạc online Internet người có nguồn tài nguyên đĩa cứng mình) + Napster xây dựng thành cơng trở thành cách chia sẻ file (miễn phí), làm thay đổi cách download file nhạc dung lượng lớn nhiều so với chương trình chia sẻ file trước + Download phần mềm, bạn chia sẻ files từ máy tính với tất người giới + 60 triệu người giới sử dụng (1 triệu người Nhật) vào thời điểm Tuy nhiên, có đông người dùng vấn đề quyền âm nhạc nên công ty Napster bị cấm hoạt động, phần mềm khơng cịn sử dụng (2003) - Sau Napster, nhiều chương trình khác Gnutella, KaZaa and WinMP xuất Và P2P chuyển sang việc chia sẻ file, chia sẻ processor power rỗi nodes chia sẻ file âm nhạc MP3 - Sau đời Napster, công nghệ P2P phát triển cách nhanh chóng Hiện ứng dụng P2P chiếm khoảng 50% (thậm chí 75%) băng thơng Internet Phần 2: Các lĩnh vực ứng dụng P2P Sự đời mạng ngang hàng tạo cách thức quản lý cho hàng loạt lĩnh vực ứng dụng Bài đưa cách nhìn tổng quát cho vấn đề lĩnh vực ứng dụng mạng ngang hàng như: giao tiếp (communication), chia sẻ file (file sharing), băng thơng (bandwidth), vấn đề lưu trữ (storage), chu trình xử lí (processor cycles) 3.1 Giao (communication): tiếp + Đóng vai trò quan trọng ứng dụng mạng ngang hàng + Là nhân tố định mạng ngang hàng cung cấp thơng tin Peers nguồn tài nguyên sẵn sàng mạng + Tạo khả cho Peer kết nối trực tiếp với Peer khác yêu cầu nguồn tài nguyên + Một ví dụ điển hình ứng dụng mạng ngang hàng giao tiếp hệ thống chuyển tin nhắn trực tiếp (instant messaging) * Instant messaging: - Thông thường, server trung tâm lưu trữ thông tin danh sách người dùng đăng kí - Khi có giao tiếp node, việc tìm kiếm người dùng (node khác) thực server - Trong trường hợp người dùng không online, hệ thống phải lưu trữ tin nhắn người dùng online - Các dịch vụ điển hình: Napster, ICQ, Jabber 3.2 Chia sẻ Files (File sharing) - Có thể nói ứng dụng sử dụng nhiều mạng ngang hàng chia sẻ file - Theo ước tính khoảng 70% lưu lượng mạng Internet cho để trao đổi file đặc biệt file âm nhạc (hơn tỷ file âm nhạc download tuần) - Đặc điểm vấn đề chia sẻ file Peer có file download với vai trị Client làm cho chúng sẵn sàng với Peer khác vai trò Server - Vấn đề chủ yếu cho mạng ngang hàng nói chung cho vấn đề chia sẻ file riêng vấn đề tìm kiếm Trong ngữ cảnh hệ thống chia sẻ file, có ba mơ hình khác phát triển: mơ hình flooded request , mơ hình thư mục trung tâm mơ hình hướng tài liệu Các mơ hình minh hoạ qua ứng dụng thực mạng ngang hàng sau: Gnutella, Naspter FreeNet - Trong hệ thống Gnutella, khơng có tập trung hố, file lưu trữ Peer hệ thống, có u cầu tìm kiếm file máy tính gửi yêu cầu tới tất peer láng giềng tìm thấy máy chứa file cần tìm Tiếp theo trình trao đổi file trực tiếp hai máy tính mạng - Trong hệ thống Naspter, có tập trung hoá Khi máy tham gia vào mạng, danh mục file đăng ký lưu trữ Server trung tâm, có u cầu tìm kiếm, máy tính hỏi Server trung tâm vị trí file Sau việc trao đổi file thực hai máy tính với - Trong hệ thống Freenet, file không lưu trữ đĩa cứng peer cung cấp chúng mà lưu trữ vị trí khác mạng Mục đích việc phát triển mạng Freenet làm cho thông tin lưu trữ truy cập mà không cần biết định danh Với tổ chức vậy, chủ sở hữu node mạng tài liệu lưu trữ đĩa cứng máy Vì lý mà Peer file cung cấp số định danh khác Khi file tạo, truyền qua peer láng riêng tới peer có số định danh gần với số định danh file lưu trữ 3.3 Băng thơng (Bandwidth) Do yêu cầu khả truyền dẫn mạng ngày đòi hỏi cao đặc biệt số lượng lớn liệu đa phương tiện tăng nhanh, hiệu việc sử dụng băng thông ngày trở nên quan trọng Hiện nay, hướng tiếp cận tập trung file lưu trữ Server truyền từ tới máy khách yêu cầu sử dụng chủ yếu Trong trường hợp số lượng yêu cầu tăng nhanh dẫn tới tình trạng nút cổ chai Với hướng tiếp cận theo mạng ngang hàng vấn đề cân tải đạt tối ưu tận dùng tối đa hướng truyền dẫn hệ thống mạng - Tăng cường khả cân tải mạng: Khác với kiến trúc Client/Server mạng ngang hàng lai nhận cân tải tốt Với mơ hình Client/Server u cầu truy vấn thông tin việc truyền liệu thực máy chủ máy khách, làm cân tải có nhiều yêu cầu kết nối tới máy chủ Trong mơ hình mạng ngang hàng, có yêu cầu truy vấn thực máy tính tham gia mạng với máy chủ, vấn đề truyền file thực hai máy tính tham gia mạng với nhau, điều dẫn đến việc phân bố tải hệ thống mạng - Chia sẻ việc sử dụng băng thông: Mạng ngang hàng làm tăng khả download truyền file chế tận dụng đường truyền tới peer tham gia mạng Một file liệu lớn chia thành khối liệu nhỏ độc lập nhau, khối liệu chuyển đồng thời đến peer khác cuối đến peer yêu cầu chúng Tại peer yêu cầu khối liệu ghép lại thành file liệu ban đầu Các phần mềm điền hình việc chia sẻ băng thơng phần mềm download file, chẳng hạn như: BitTorrent, FlashGet… 3.4 Không gian lưu trữ (Storage Space); Hiện với hệ thống cần có yêu cầu mặt lưu trữ liệu cao người ta thường lựa chọn giải pháp lưu trữ như: + DAS (Direct Attached Storage): lưu trữ trực tiếp tham chiếu cách trực tiếp đến hệ thống lưu trữ số gắn với server trạm, mà không cần đến mạng lưới lưu trữ chúng Ta gọi retronym, thường dùng khơng gian lưu trữ phi mạng lưới từ SAN NAS + NAS (Network Attached Storage): lưu trữ gắn với mạng l k h ôn g g i a n lư u t r ữ d ữ l i ệu n ă m t ầ n g c ủ a m y t í n h đư ợ c k ết n ố i t i m ộ t m n g m y t í n h để d ữ l i ệu t ru y cậ p t i m n g m y k h c h k h ô n g đồ n g n hấ t + SAN (Storage Area Networks): vùng mạng lưu trữ cấu trúc kết nối thiết bị lưu trữ máy tính xa (như disk arrays, tape libraries optical jukeboxes) tớ i cá c s erv er theo cá ch n , t i h ệ đ i ề u h n h , thiết bị xuất gắn kết cục Mặc dù chi phí độ phức tạp giảm, năm 2007, SAN không phổ biến doanh nghiệp lớn Bên cạnh ưu điểm giải pháp tồn số nhược điểm như: + Kém hiệu việc sử dụng hệ thống lưu trữ sẵn có + Phải tăng cường việc lưu liệu + Tăng tải mạng công ty Tuy nhiên, băng thông mạng ngày cải thiện cao, tính kết nối liên thông ngày dễ dàng cho phép thay đổi cách thức quản lý vấn đề lưu trữ liệu, giải cách hiệu vấn đề lưu trữ không đỏi hỏi nhiều vấn đề quản trị hệ thống Với mạng lưu trữ ngang hàng nói chung giả thiết có phần khơng gian sẵn có máy tính PC sử dụng Mạng lưu trữ ngang hàng cụm máy tính xây dựng mạng máy tính tồn tại, chia sẻ tất lưu trữ sẵn có mạng 3.5 Các chu trình xử lý (Processor Cycles): Có thể nhận thấy ứng dụng địi hỏi cần phải có sức mạnh tính tốn người ta thường tìm cách xây dựng máy tính mạnh, đắt tiền chưa trọng vào việc tận dụng khả tính tốn máy tính nối mạng Ngày yêu cầu đòi hỏi tính tốn hiệu cao thao tác tính tốn tin sinh học, tài chính, đo lường mà nhiều nghiên cứu ứng dụng mạng ngang hàng vào xử lý tính tốn đưa Bằng việc sử dụng ứng dụng mạng ngang hàng để bó cụm chu trình xử lý nhận khả tính tốn ngang với siêu máy tính đắt tiền Trong mạng máy tính suốt với máy tính khác tất node kết nối mạng tạo thành máy tính logic 3.6 Phân loại mạng ngang hàng: - Mạng ngang hàng 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 phân loại theo mức độ tập trung mạng (đối với P2P overlay networks) P2P Unstructured P2P 1st Generation Centralized Structured P2P 2nd Generation Pure Hybrid DHT based * Mạng ngang hàng không cấu trúc (unstructured): o Nơi lưu trữ nội dung (files) hồn tồn khơng liên quan đến overlay topology (cấu trúc hình học mạng) o Kĩ thuật tìm kiếm chủ yếu sử dụng flooding với giải thuật tìm kiếm ưu tiên theo chiều rộng (breadth – first), ưu tiên theo chiều sâu (depth-first) nội dung tìm thấy Các kĩ thuật khác phức tạp gồm bước nhảy ngẫu nhiên (random walk) số routing (routing indices) o Các hệ thống không cấu trúc thường phù hợp trường hợp node vào mạng thường xuyên, tùy y 3.6.1 Đặc điểm hệ thống mạng ngang hàng tập trung (Centralized): Đây mạng ngang hàng hệ thứ nhất, đặc điểm cịn dựa máy chủ tìm kiếm trung tâm, cịn gọi mang ngang hàng tập trung (centralized Peerto-Peer networks) Cấu trúc Overlay mạng ngang hàng tập trung mơ tả mạng hình (hình vẽ 2) Nguyên tắc hoạt động: o Mỗi client lưu trữ files định chia sẻ với node khác mạng o Một bảng lưu trữ thông tin kết nối người dùng đăng kí (địa IP, băng thơng kết nối ….) o Một bảng liệt kê danh sách files mà người dùng định chia sẻ (tên file, dung lượng, thời gian tạo file …….) o Mọi máy tính tham gia mạng kết nối với máy chủ tìm kiếm trung tâm, yêu cầu tìm kiếm gửi tới máy chủ trung tâm phân tích, yêu cầu giải máy chủ gửi trả lại địa IP máy chứa tài nguyên mạng trình truyền file thực theo chế mạng ngang hàng, host với mà không cần quan tâm máy chủ trung tâm Ưu điểm: o Dễ xây dựng o Tìm kiếm file nhanh hiệu Nhược điểm: o Vấn đề luật pháp, quyền o Dễ bị công o Cần quản trị (central server) Napster mạng ngang hàng đặc trưng cho hệ thống mạng ngang hàng hệ thứ nhất, chúng dùng cho việc chia sẻ file người dùng Internet, sử dụng rộng rãi, nhiên nhanh chóng bị thị trường yếu tố luật pháp Khái niệm kiến trúc Napster sử dụng ứng dụng khác như: Audiogalaxy, WinMX File download query Mạng ngang hàng tập trung hệ thứ (Napster) Với Napster, việc tìm kiếm file bị thất bại bảng tìm kiếm máy chủ lý khơng thực Chỉ có file truy vấn việc lưu trữ phân tán, máy chủ đóng vai trị nút cổ chai Khả tính tốn lưu trữ máy chủ tìm kiếm phải tương xứng với số nút mạng hệ thống, khả mở rộng mạng bị hạn chế nhiều 3.6.2 Các mạng ngang hàng túy (Pure) Mạng ngang hàng túy dạng khác hệ thứ hệ thống mạng ngang hàng Khơng cịn máy chủ tìm kiếm tập trung mạng Napster, khắc phục vấn đề nút cổ chai mơ hình tập trung Tuy nhiên vấn đề tìm kiếm mạng ngang hàng túy lại sử dụng chế Flooding, yêu cầu tìm kiếm gửi cho tất node mạng láng giềng với nó, điều làm tăng đáng kể lưu lượng mạng Đây yếu điểm mạng ngang hàng túy Các phần mềm tiêu biểu cho mạng ngang hàng dạng Gnutella 4.0, FreeNet Mạng ngang hàng túy (Gnutella 4.0, FreeNet) Ưu điểm: Dễ xây dựng o o Đảm bảo tính phân tán hồn toàn cho node tham gia mạng, node tham gia rời khỏi mạng cách tùy ý mà không ảnh hưởng đến cấu trúc mạng Nhược điểm: o Tốn băng thơng o Phức tạp tìm kiếm o Các node có khả khác (nguồn CPU, băng thơng, lưu trữ) phải chịu tải (load) 3.6.3 Các mạng ngang hàng lai (Hybrid) Để khắc phục nhược điểm mạng ngang hàng túy, mơ hình mạng ngang hàng phát triển với tên gọi mạng ngang hàng lai Đây gọi mạng ngang hàng hệ Phần mềm tiêu biểu cho mạng ngang hàng kiểu Gnutella 0.6 JXTA (Juxtapose) JXTA bắt đầu phát triển SUN từ 2001 (Đây giao thức P2P mã nguồn mở) JXTA sử dụng cho PCs, mainframes, cell phones, PDAs – để giao cách không tập trung Skype xây dựng dựa cấu trúc - Trong mơ hình mạng ngang hàng lai tồn trật tự phân cấp việc định nghĩa SuperPeers - Các SupperPeer tạo thành mạng khơng cấu trúc, có khác SupperPeers ClientPeers mạng, SupperPeer có nhiều kết nối đến ClientPeers - Mỗi SupperPeer chứa danh sách file cung cấp ClientPeer địa IP chúng trả lời yêu cầu truy vấn từ ClientPeer gửi tới Ưu điểm: o Hạn chế việc Flooding query, làm giảm lưu lượng mạng, tránh tượng nút cổ chai (do có nhiều SuperPeers) o Khắc phục nhược điểm khác CPU power, bandwidth … mạng ngang hàng túy, SuperPeer chịu tải chính, node khác chịu tải nhẹ 3.6.4 Mạng (Structured) ngang hàng có cấu trúc o Topo mạng kiểm soát chặt chẽ o Files (hoặc trỏ trỏ tới files) đặt vị trí xác định o Điều quan trọng hệ thống có cấu trúc cung cấp liên kết (mapping) nội dung (ví dụ: id file) vị trí node (ví dụ: địa node) Việc thường dựa cấu trúc liệu bảng băm phân tán (Distributed Hash Table) - Dựa cấu trúc bảng băm phân tán có nhiều nghiên cứu đề xuất mơ hình mạng ngang hàng có cấu trúc, điển hình cấu trúc dạng vịng (như hình vẽ mơ tả): Chord, Pastry…, cấu trúc không gian đa chiều: CAN, Viceroy Ưu điểm: o Khả mở rộng hệ thống mạng mơ hình khơng cấu trúc thường bị hạn chế kỳ thuật việc xây dựng mạng chẳng hạn như: Mơ hình tập trung dẫn tới việc thắt nút cổ chai mở rộng, kỹ thuật Flooding dẫn tới việc tăng lưu lượng mạng mở rộng mạng Trong khả mở rộng với mơ hình mạng có cấu trúc nâng cao rõ rệt Nhược điểm: o Việc quản lí cấu trúc topo mạng gặp khó khăn, đặc biệt trong trường hợp tỷ lệ vào/ra mạng nodes cao • Vấn đề cân tải Phần 3: Các vấn đề định tuyến mạng ngang hàng Hầu thuật toán ứng dụng mạng ngang hàng hệ (mạng có cấu trúc) định tuyến dựa key Nó nhận key, để hồi đáp, chúng định tuyến tin tới node có trách nhiệm với key Các key chuỗi số có độ dài Các node nhận dạng, lấy từ không gian với key (có nghĩa số lượng digits) Mỗi node lưu giữ bảng định tuyến bao gồm tập nhỏ node hệ thống Các thuật toán định tuyến cố gắng định tuyến tới node có key phù hợp qua số hop Dưới số thuật toán định tuyến tại: - Định tuyến dựa vào tiền tố (Prefix routing) - PRR: thuật tốn cho việc tìm kiếm định tuyến mạng ngang hàng Bằng cách ánh xạ nhận dạng đối tượng thành không gian địa peers, PRR định tuyến dựa key trợ giúp thao tác: đọc, chèn xóa đối tượng lưu trữ mạng chồng phủ Nguyên lý thuật toán tảng cho thiết kế DHT sau PRR định tuyến dựa hậu tố, trường hợp đối xứng định tuyến tiền tố Định tuyến hậu tố tiền tố dựa giống để tăng vị trí địa đích hop dọc theo đường đích đạt tới Thiết kế PPR dựa tập node tĩnh; không quan tâm tới thành viên node động, khơng có kỹ thuật cập nhật bảng định tuyến node nhập rời mạng Phiên đơn giản PRR gọi SPRR đưa Li and Paxton Một số thuật toán Tapestry, Pastry, P-Grid, Cycloid, and Z-Grid Plaxton, Rajaraman dựa PRR - Plaxon et al [3]: Plaxon et al phiên PRR, thuật tốn sử dụng quy mơ lớn DHT, không cung cấp việc định tuyến tìm kiếm hiệu Thuật tốn Plaxton ban đầu tạo để định tuyến truy vấn Web tới cache lân cận, ảnh hưởng đến thiết kế Pastry, Tapestry Chord Phương pháp Plaxton có độ phức tạp tham gia/rời bỏ theo hàm loga Plaxton đảm bảo truy vấn không xa khoảng cách mạng so với peer mà lưu giữ key Tuy nhiên, Plaxton có số nhược điểm: yêu cầu hiểu biết toàn để xây dựng mạng chồng; peer gốc đối tượng điểm lỗi đơn; khơng có chèn thêm xố bỏ peer; khơng có tránh điểm tắc nghẽn nóng Đối với hệ thống n node, node có O(log n) lân cận, độ dài đường định tuyến O(log n) bước nhảy -Tapetry [1]: Sử dụng biến thể thuật toán Plaxon et al [3] thêm vào tính động cho pees mạng chồng Sử dụng định tuyến dựa tiền tố, Tapestry sử dụng thuật toán SHA-1 để băm địa node thành ID biểu diễn theo hệ số 2b Mỗi node lưu giữ bảng định tuyến gồm log2b(N) hàng 2b-1 cột Hàng thứ bảng định tuyến chứa node có ID khác với ID node chữ số thứ Hàng thứ hai bảng định tuyến chứa node có ID giống với ID node chữ số thứ khác chữ số thứ hai Các hàng lại bảng định tuyến tổ chức tương tự Quá trình tìm kiếm thực cách so sánh chữ số tiền tố ID ví dụ 4*** => 42** => 422* => 4227, trình gọi “ánh xạ lân cận” Bảng định tuyến node X chia thành nhiều mức (log2b(N)), mức i bao gồm liên kết (2b-1) đến node có tiền tố giống đến chữ số thứ i-1 với ID X Khi node định tuyến đến node đích theo đường đến node có ID gần giống với ID đích (dựa theo bảng định tuyến) Sau chặng node có mức cao 1, sau nhiều log2b(N) chặng trình tìm kiếm kết thúc Trong điều kiện bình thường độ phức tạp tìm kiếm Tapestry O(log2b (N)) -Pastry: Trong Pastry việc định tuyến bao gồm việc chuyển truy vấn tới node lân cận có tiền tố chia sẻ dài với key (và, trường hợp chặt chẽ, tới node có nhận dạng gần số key) Pastry có O(log n) lân cận định tuyến vòng O(log n) bước nhảy -Chord: Chord sử dụng khơng gian ID vịng trịn kích thước N Một node Chord với ID u có trỏ tới node đứng sau khơng gian ID theo chiều kim đồng hồ, ký hiệu Succ(u) trỏ tới node đứng trước khơng gian ID, ký hiệu Pred(u) Các node tạo thành danh sách liên kết hai chiều Bên cạnh đó, node Chord lưu M=log2(N) trỏ gọi finger Tập finger node ID u xác định sau F(u)={Succ(u+2i-1)}, ≤ i ≤ M Với cách lựa chọn finger này, mạng Chord, node quan sát không gian ID vòng tròn ID chúng Đồng thời với cách lựa chọn finger Chord, không gian ID chia đôi, nửa thứ chia đôi, phần tư thứ lại chia đơi …Q trình tìm kiếm kết tự nhiên theo cách chia không gian ID dựa việc tìm ID successor Trong điều kiện thơng thường, độ phức tạp thuật tốn O(log2(N)) -CAN: CAN có hiệu định tuyến O(d N d ) trạng thái định tuyến biên 2.d CAN chọn key từ khơng gian d chiều Mỗi node gắn với miền lập phương khơng gian key này, lân cận node sở hữu khối lập phương kề cận Định tuyến bao gồm chuyển tới lân cận gần key CAN có tính chất hiệu khác thuật tốn khác, node có O(d) lân cận chiều dài đường dẫn O ( dn d) hops Tuy nhiên, d = log n, CAN có O(log n) lân cận chiều dài đường dẫn O(log n), giống với thuật toán khác Một số nhận xét định tuyến mạng ngang hàng có cấu trúc Mạng có cấu trúc, thường gọi mạng P2P hệ mới, thường sử dụng mơ hình định tuyến dựa bảng băm phân tán DHT để làm giảm chi phí định tuyến cung cấp giới hạn cho số bước nhảy yêu cầu việc tìm kiếm mục liệu Các hệ thống có ưu điểm như: tính phân tán, khả mở rộng, tính sẵn sàng, khoảng cách định tuyến ngắn, sức chịu đựng lỗi Định tuyến DHT dựa khái niệm định tuyến sở tiền tố, ban đầu giới thiệu Plaxton để hỗ trợ tham gia/ rời bỏ động peer để cung cấp chế khôi phục gặp lỗi Nói cách khác, mạng P2P có cấu trúc có nghĩa tô pô mạng P2P điều khiển chặt chẽ các đối tượng liệu đặt vị trí cụ thể cho đạt hiệu truy vấn tốt Ví dụ cho mạng Plaxton, Pastry, Tapestry, Chord CAN, triển khai thuật toán định tuyến DHT khác [5] Các đặc tính lý thuyết đồ thị sử dụng để xác định để cải thiện hiệu hệ thống Thông thường, đồ thị thường có đường kính Θ (log n ) Θ (log n ) mức node, n số peers hệ thống Một vấn đề quan trọng hệ thống có cấu trúc liên quan đến tính ổn định (churn) ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu mạng Các nhược điểm khác mào đầu cao, thiếu hỗ trợ cho truy tìm keyword truy vấn phức tạp Tuy nhiên, nỗ lực gần hướng đến việc phát triển tảng thống cho hệ thống DHT khác nhau, làm cho mạng có cấu trúc ngày hấp dẫn Một tảng mong đợi cung cấp API sở KBR (Định tuyến sở Key), kết hợp với mơ hình dịch vụ DHT để triển khai ứng dụng DHT cách dễ dàng Một vấn đề quan trọng khác kỹ thuật định tuyến tìm kiếm sử dụng hệ thống P2P cách tối ưu chúng Một kỹ thuật định tuyến đảm bảo tính hiệu QOS từ đầu vào người dùng Thách thức đặt việc phát triển mơ hình định tuyến tối ưu cho mạng lớn từ vài nghìn đến vài chục nghìn server hàng triệu khách hàng Tiêu chuẩn cho việc phát triển thuật toán định tuyến DHT hiệu cung cấp tradeoff tốt với tập tham số như: hiệu định tuyến, độ đàn hồi với node lỗi, định tuyến điểm nóng hiệu sở đồ thị Các tham số khác tiêu tốn tài nguyên quan trọng không kém, đặc biệt trường hợp mạng Ad-hoc di động Một số hướng nghiên cứu cải thiện hiệu định tuyến hệ thống P2P có cấu trúc Đánh giá hiệu của chiến lược định tuyến mạng ngang hàng P2P có cấu trúc (P2P-DHT) nhằm tạo sở cho việc đưa giải pháp cải tiến hiệu chúng đồng thời giúp lựa chọn, sử dụng thuật toán hiệu Một số hướng nghiên cứu cộng đồng P2P nỗ lực cải thiện hiệu tìm kiếm hệ thống P2P- DHT: - Điều chỉnh cấu trúc chồng phủ để cạnh tranh với cấu trúc Internet tầng cho lân cận chồng phủ gần mặt vật lý giảm thiểu hao phí chặng - Một phương pháp khác để tăng hiệu tìm kiếm hệ thống DHT giảm số bước nhảy đến đích giảm hao phí cho bước nhảy Điều thực cách tăng mức độ kết nối peers Phương pháp giảm đường kính mạng lại yêu cầu kích thước bảng định tuyến lớn hơn, thách thức môi trường không ổn định P2P - Các đề xuất khác kết hợp ưu điểm hai phương pháp đưa ra, cho phép peers lựa chọn lân cận nội dung cách thông minh linh động Trong trường hợp này, tối ưu chồng phủ dẫn đến cấu trúc mạng khơng đều, có nghĩa node khác quản lý phần không không gian băm, kết nối với số lượng node khác nhau, kết nối đến node cách ngẫu nhiên, không theo quy tắc định Ngay tối ưu mạng, khơng xảy xếp khơng đốn trước node tham gia rời bỏ mạng Kết luận Khoảng mười năm trở lại đây, giới chứng kiến bùng nổ Internet băng thơng rộng, với phát triển mạnh mẽ ứng dụng peer-to-peer Với nhiều ưu điểm hứa hẹn tính hiệu quả, linh hoạt khả mở rộng cao, mạng peer-to-peer thu hút nhiều quan tâm từ cộng đồng nghiên cứu Mạng peer-to-peer phát triển qua nhiều hệ, hệ mạng có cấu trúc dựa khả lưu trữ tìm kiếm liệu hiệu theo chế Bảng băm phân tán (DHT) Vấn đề cốt lõi P2P thuật tốn định tuyến, đóng vai trị định hiệu hoạt động thiết lập dịch vụ hệ thống tảng mạng ngang hàng nói riêng mạng ảo Internet nói chung Tài liệu tham khảo [1] Phan Anh & Nguyễn Đình Nghĩa – ĐHCN - ĐHQGHN, Các vấn đề đại Công nghệ Thông tin: Peer-to-Peer Networks [2] ThS Vũ Thị Thúy Hà, TS Lê Nhật Thăng, Định tuyến mạng ngang hàng hệ mới, Công ty Viễn thông Quốc tế VTI tài trợ [3] Z H TAN, W CHENG, G R CHANG, X X GAO, and H WANG, A Structured P2P Overlay Routing Protocol Based on Distributed Selection Algorithm, Journal of Computer Science, China Vol 35, No 4B, pp 96-98, April 2008 [4] WAN FARIZA BINTI, WAN ABDUL RAHMAN, FARHAT ANWAR, Performance Evaluation on Peer-to-peer (P2P) Distributed Hash Table (DHT) Protocols, Proceedings of the International Conference on Electrical Engineering and Informatics, Bandung, Indonesia, June 17-19, 2007 [5] K LUA, J C MARCELO PIAS, R SHARMA and S LIM, A Survey and Comparison of Peer-to-Peer Overlay Network Schemes, IEEE Communications Survey and Tutorial, Vol 7, No 2, 2005 [6] J LI, J STRIBLING, T M GIL, R MORRIS, and M F KAASHOEK, Comparing the Performance of Distributed Hash Tables Under Churn, in 3rd International Workshop on Peer-to-Peer Systems (IPTPS 04), (San Diego, CA, USA), February 2004 [7]ALEXANDRU POPESCU, DAVID ERMAN, MARKUS FIEDLER and DEMETRES KOUVATSOS, Routing in Content Addressable Networks Algorithms and Performance, 20th ITC Specialist Seminar, 18-20 May 2009, Hoi An, Vietnam