Nghiên cứu và đánh giá hiệu năng của giao thức chord trên mạng ngang hàng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - VŨ CHIẾN THẮNG ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA GIAO THỨC CHORD TRÊN MẠNG NGANG HÀNG LUẬN VĂN THẠC SỸ NGÀNH: ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: NGUYỄN CHẤN HÙNG HÀ NỘI – 2008 Trang MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cam đoan Mục lục Danh mục chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ LỜI MỞ ðẦU 11 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG NGANG HÀNG 13 1.1 Giới thiệu chung hệ thống mạng 13 1.1.1 Khái niệm ……… 13 1.1.2 Lịch sử hình thành phát triển mạng máy tính 13 1.1.3 Phân loại hệ thống mạng 16 1.2 Giới thiệu chung mạng ngang hàng 18 1.2.1 Khái niệm mạng ngang hàng 18 1.2.2 Lịch sử hình thành phát triển mạng ngang hàng 19 1.2.3 ðặc điểm tiện ích mạng ngang hàng 20 1.2.4 Phân loại mạng ngang hàng 21 1.2.5 Các chế tìm kiếm mạng ngang hàng 25 1.2.6 Một số ứng dụng mạng ngang hàng 27 1.2.7 Những ưu ñiểm thách thức ñối với mạng ngang hàng 28 1.3 Giới thiệu số mạng ngang hàng ñã triển khai 29 1.3.1 Mạng Naspter 29 1.3.1.1 Giới thiệu 29 1.3.1.2 Mơ hình mạng Napster 30 1.3.1.3 Mô tả cách thức hoạt ñộng mạng Napster 31 1.3.2 Mạng Gnutella 31 1.3.2.1 Giới thiệu 31 1.3.2.2 Mơ hình mạng Gnutella 31 1.3.2.3 Mơ tả cách thức hoạt động mạng Gnutella 32 1.3.3 Mạng eMule 33 1.3.3.1 Giới thiệu 33 Nghiên cứu ñánh giá hiệu giao thức Chord mạng ngang hàng Trang 1.3.3.2 Mơ hình mạng eMule 34 1.3.3.3 Mô tả cách thức hoạt ñộng mạng eMule 36 1.3.4 Mạng Torrent 36 1.3.4.1 Giới thiệu 36 1.3.4.2 Mơ hình mạng Torrent 37 1.3.4.3 Mơ tả cách thức hoạt động mạng Torrent 37 1.3.5 Một số nhược ñiểm chung mạng nói 38 Chương 2: JXTA NỀN TẢNG ðỂ XÂY DỰNG CÁC ỨNG DỤNG MẠNG NGANG HÀNG 40 2.1 Giới thiệu JXTA… 40 2.2 Các khái niệm JXTA 41 2.3 Kiến trúc JXTA … 42 2.4 Các giao thức JXTA 44 2.5 Tổng quan mơ hình mạng JXTA 45 2.6 Ưu nhược ñiểm JXTA 46 2.7 Các phiên tương lai JXTA 47 Chương 3: NGHIÊN CỨU GIAO THỨC CHORD TRÊN MẠNG NGANG HÀNG…………… 49 3.1 Thế hệ mạng P2P dựa bảng băm phân tán 49 3.1.1 Bảng băm phân tán 49 3.1.1.1 Hàm băm 49 3.1.1.2 Khái niệm bảng băm phân tán 52 3.1.1.3 Mơ hình bảng băm phân tán 52 3.1.2 Ưu ñiểm hệ mạng ngang hàng dựa bảng băm phân tán 53 3.2 Nghiên cứu giao thức Chord mạng ngang hàng 55 3.2.1 Tổng quan giao thức Chord 55 3.2.2 Mơ hình hệ thống 55 3.2.3 Cấu trúc vòng tròn Chord 57 3.2.4 Consistent Hashing 60 3.2.4.1 Tạo ID Node 60 3.2.4.2 Tạo ID Key 61 3.2.4.3 Ánh xạ ID Node ID Key đến vịng trịn Chord 61 Nghiên cứu ñánh giá hiệu giao thức Chord mạng ngang hàng Trang 3.2.5 Bảng ñịnh tuyến 62 3.2.6 Tiến trình tìm kiếm 64 3.2.6.1 Tiến trình tìm kiếm ñơn giản 64 3.2.6.2 Tiến trình tìm kiếm dùng bảng định tuyến 65 3.2.6.3 Tiến trình tìm kiếm theo kiểu lặp 68 3.2.6.4 Tiến trình tìm kiếm theo kiểu ñệ quy 68 3.2.7 Vấn ñề ổn ñịnh Node gia nhập rời khỏi mạng 69 3.2.7.1 Node tham gia vào mạng 71 3.2.7.2 Node rời khỏi mạng 74 3.2.8 Ảnh hưởng Churn rate: Khi Node vào rời khỏi mạng 76 3.2.9 Một số giải pháp nâng cao hiệu Chord Churn rate cao 76 3.2.9.1 Các ñiểm yếu Chord ñiều kiện Churn rate cao76 3.2.9.2 Các giải pháp nâng cao hiệu Chord 77 A Caching Proxy 77 B Active maintenance 77 C Replication 78 Chương 4: ðÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA GIAO THỨC CHORD TRÊN MẠNG NGANG HÀNG 79 4.1 Các phương pháp nghiên cứu ñánh giá mạng ngang hàng 79 4.1.1 Phương pháp phân tích 79 4.1.2 Phương pháp thử nghiệm 80 4.1.3 Phương pháp mô 80 4.2 ðánh giá hiệu giao thức Chord mạng ngang hàng phương pháp mô 81 4.2.1 Các tham số mô ñể ñánh giá hiệu giao thức Chord mạng ngang hàng 81 4.2.2 Giới thiệu phần mềm P2PSim 82 4.2.2.1 Cài ñặt phần mềm P2PSim 82 4.2.2.2 Mô với phần mềm P2PSim 83 4.2.3 Cài đặt mơ 85 4.2.4 Kết mô nhận xét 85 Nghiên cứu ñánh giá hiệu giao thức Chord mạng ngang hàng Trang 4.2.4.1 Kết mô Chord nhận xét với tỷ lệ tìm kiếm lỗi 85 A Kết mô ảnh hưởng Churn rate ñến tỷ lệ tìm kiếm lỗi 85 B Kết mô ảnh hưởng số lượng Node đến tỷ lệ tìm kiếm lỗi 88 C Kết mơ ảnh hưởng RTT đến tỷ lệ tìm kiếm lỗi 90 D Kết mơ tham số Chord tỷ lệ tìm kiếm lỗi 93 4.2.4.2 Kết mơ Chord nhận xét với tỷ lệ tìm kiếm thành công 95 4.2.4.3 Kết mô Chord nhận xét với trễ tìm kiếm thành cơng trung bình 97 A Kết mô ảnh hưởng Churn rate đến trễ tìm kiếm thành cơng trung bình 97 B Kết mô ảnh hưởng số lượng Node đến trễ tìm kiếm thành cơng trung bình 98 C Kết mơ ảnh hưởng RTT đến trễ tìm kiếm thành cơng trung bình 101 D Kết mô tham số Chord trễ tìm kiếm thành cơng trung bình 103 4.3 Kết luận 105 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO 109 Nghiên cứu ñánh giá hiệu giao thức Chord mạng ngang hàng Trang DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ARCNET Attached Resource Computer Network ASCII DHT DNS FTP American Standard Code for Information Interchange Distributed Hash Table Domain Name System File Transfer Protocol HTTP IP IRC Hypertext Transfer Protocol Internet Protocol Internet Relay Chat IM ID JXTA J2ME Instant Messenger Identifier Juxtapose Java Micro Edition J2SE MIT PDA Java Standard Edition Massachusetts Institute of Technology Personal Digital Assistant P2P SHA SETI TCP Peer to Peer Secure Hash Algorithm Search for Extra-Terrestrial Intelligence Transmission Control Protocol UDP URL XML User Datagram Protocol Uniform Resource Locator Extensible Markup Language WAN Wide Area Network Nghiên cứu ñánh giá hiệu giao thức Chord mạng ngang hàng Trang DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Mô tả tóm tắt thuật tốn SHA 51 Bảng 3.2 Sự khác Chord DNS 58 Bảng 3.3 Bảng ñịnh tuyến N42 67 Bảng 3.4 Bảng ñịnh tuyến trước N25 vào mạng 74 Bảng 3.5 Bảng ñịnh tuyến sau N25 vào mạng 74 Bảng 4.1 Các phần mềm mô 81 Bảng 4.2 Các kịch mô .85 Bảng 4.3 Các tham số Chord 85 Nghiên cứu ñánh giá hiệu giao thức Chord mạng ngang hàng Trang DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Phân loại hệ thống mạng 16 Hình 1.2 Hệ thống mạng chủ - khách 17 Hình 1.3 Mơ hình mạng ngang hàng .18 Hình 1.4 Mạng ngang hàng túy .22 Hình 1.5 Mạng P2P lai ghép .23 Hình 1.6 Mạng P2P lai ghép với số hóa tập trung .23 Hình 1.7 Mạng P2P lai ghép với số hóa phân tán 24 Hình 1.8 Mơ hình mạng Napster .30 Hình 1.9 Mơ hình mạng Gnutella .32 Hình 1.10 Quá trình query flooding mạng Gnutella 33 Hình 1.11 Mơ hình mạng eMule .35 Hình 1.12 Mơ hình mạng Torrent .37 Hình 2.1 Mạng P2P ñược xây dựng JXTA .41 Hình 2.2 Mơ hình kiến trúc JXTA 43 Hình 2.3 Các giao thức JXTA 44 Hình 2.4 Mơ hình mạng JXTA 45 Hình 3.1 Bảng băm phân tán 53 Hình 3.2 Vịng trịn Chord với Node Key .57 Hình 3.3 Sơ ñồ nhận dạng Chord .60 Hình 3.4 Vịng trịn Chord 61 Hình 3.5 Bảng định tuyến Chord .63 Hình 3.6 Tiến trình tìm kiếm đơn giản 64 Hình 3.7 Tiến trình tìm kiếm dùng bảng ñịnh tuyến 66 Hình 3.8 Tiến trình tìm kiếm theo kiểu lặp .68 Hình 3.9 Tiến trình tìm kiếm theo kiểu đệ quy 69 Hình 3.10 Trạng thái ban ñầu N26 chưa gia nhập vào mạng .71 Hình 3.11 N26 gia nhập vào mạng 71 Hình 3.12 N26 liên kết với N32 72 Hình 3.13 N26 lấy Key liên kết với N21 72 Hình 3.14 N25 xác định vị trí để tham gia vào vịng trịn Chord 73 Hình 3.15 N40 rời khỏi mạng 75 Hình 4.1 Kết mơ tỷ lệ tìm kiếm lỗi với 100Node (hình a), 1000Node (hình b), khoảng thời gian trung bình node vào/ra mạng 10s 86 Nghiên cứu ñánh giá hiệu giao thức Chord mạng ngang hàng Trang Hình 4.2 Kết mơ tỷ lệ tìm kiếm lỗi với 100Node (hình a), 1000Node (hình b), khoảng thời gian trung bình node vào/ra mạng 60s 86 Hình 4.3 Kết mơ tỷ lệ tìm kiếm lỗi với 100Node (hình a), 1000Node (hình b), khoảng thời gian trung bình node vào/ra mạng 120s 87 Hình 4.4 Kết mơ tỷ lệ tìm kiếm lỗi với 100Node (hình a), 1000Node (hình b), khoảng thời gian trung bình node vào/ra mạng 300s 87 Hình 4.5 Kết mơ tỷ lệ tìm kiếm lỗi với 100nNode (hình a), 1000Node (hình b), khoảng thời gian trung bình node vào/ra mạng 600s 87 Hình 4.6 Kết mơ tỷ lệ tìm kiếm lỗi tổng hợp với 100Node (hình a), 1000Node (hình b) 88 Hình 4.7 Kết mơ tỷ lệ tìm kiếm lỗi với 100Node, khoảng thời gian trung bình node vào/ra mạng 300s (hình a), 600s (hình b) .89 Hình 4.8 Kết mơ tỷ lệ tìm kiếm lỗi với 250Node, khoảng thời gian trung bình node vào/ra mạng 300s (hình a), 600s (hình b) .89 Hình 4.9 Kết mơ tỷ lệ tìm kiếm lỗi với 500Node, khoảng thời gian trung bình node vào/ra mạng 300s (hình a), 600s (hình b) .89 Hình 4.10 Kết mơ tỷ lệ tìm kiếm lỗi với 1000Node, khoảng thời gian trung bình node vào/ra mạng 300s (hình a), 600s (hình b) 90 Hình 4.11 Kết mơ tỷ lệ tìm kiếm lỗi tổng hợp với khoảng thời gian trung bình node vào/ra mạng 300s (hình a), 600s (hình b) .90 Hình 4.12 Kết mơ tỷ lệ tìm kiếm lỗi với RTT=0.5s, khoảng thời gian trung bình node vào/ra mạng 300s (hình a), 600s (hình b) 91 Hình 4.13 Kết mơ tỷ lệ tìm kiếm lỗi với RTT=1s, khoảng thời gian trung bình node vào/ra mạng 300s (hình a), 600s (hình b) 91 Hình 4.14 Kết mơ tỷ lệ tìm kiếm lỗi với RTT=2s, khoảng thời gian trung bình node vào/ra mạng 300s (hình a), 600s (hình b) 92 Hình 4.15 Kết mơ tỷ lệ tìm kiếm lỗi với RTT=3s, khoảng thời gian trung bình node vào/ra mạng 300s (hình a), 600s (hình b) 92 Hình 4.16 Kết mơ tỷ lệ tìm kiếm lỗi tổng hợp với khoảng thời gian trung bình node vào/ra mạng 300s (hình a), 600s (hình b) .92 Hình 4.17 Kết mơ tỷ lệ tìm kiếm lỗi với 100Node (hình a), 1000Node (hình b) cho tham số basictimer 93 Hình 4.18 Kết mơ tỷ lệ tìm kiếm lỗi với 100Node (hình a), 1000Node (hình b) cho tham số pnstimer 94 Hình 4.19 Kết mơ tỷ lệ tìm kiếm lỗi với 100Node (hình a), 1000Node (hình b) cho tham số base 94 Nghiên cứu ñánh giá hiệu giao thức Chord mạng ngang hàng Trang Hình 4.20 Kết mơ tỷ lệ tìm kiếm thành cơng với 100Node (hình a), 1000Node (hình b), khoảng thời gian trung bình node vào/ra mạng 10s .95 Hình 4.21 Kết mơ tỷ lệ tìm kiếm thành cơng với 100Node (hình a), 1000Node (hình b), khoảng thời gian trung bình node vào/ra mạng 60s .95 Hình 4.22 Kết mơ tỷ lệ tìm kiếm thành cơng với 100Node (hình a), 1000Node (hình b), khoảng thời gian trung bình node vào/ra mạng 120s .96 Hình 4.23 Kết mơ tỷ lệ tìm kiếm thành cơng với 100Node (hình a), 1000Node (hình b), khoảng thời gian trung bình node vào/ra mạng 300s .96 Hình 4.24 Kết mơ tỷ lệ tìm kiếm thành cơng với 100Node (hình a), 1000Node (hình b), khoảng thời gian trung bình node vào/ra mạng 600s .96 Hình 4.25 Kết mơ trễ tìm kiếm thành cơng trung bình với 100Node (hình a), 1000Node (hình b),khoảng thời gian trung bình node vào/ra mạng 300s 97 Hình 4.26 Kết mơ trễ tìm kiếm thành cơng trung bình với 100Node (hình a), 1000Node (hình b),khoảng thời gian trung bình node vào/ra mạng 600s 98 Hình 4.27 Kết mơ trễ tìm kiếm thành cơng trung bình tổng hợp với 100Node (hình a), 1000Node (hình b) .98 Hình 4.28 Kết mơ trễ tìm kiếm thành cơng trung bình với 100Node, khoảng thời gian trung bình node vào/ra mạng 300s (hình a), 600s (hình b) 99 Hình 4.29 Kết mơ trễ tìm kiếm thành cơng trung bình với 250Node, khoảng thời gian trung bình node vào/ra mạng 300s (hình a), 600s (hình b) 99 Hình 4.30 Kết mơ trễ tìm kiếm thành cơng trung bình với 500Node, khoảng thời gian trung bình node vào/ra mạng 300s (hình a), 600s (hình b) 100 Hình 4.31 Kết mơ trễ tìm kiếm thành cơng trung bình với 1000Node, khoảng thời gian trung bình node vào/ra mạng 300s (hình a), 600s (hình b) 100 Hình 4.32 Kết mơ trễ tìm kiếm thành cơng trung bình tổng hợp với khoảng thời gian trung bình node vào/ra mạng 300s (hình a), 600s (hình b) 101 Hình 4.33 Kết mơ trễ tìm kiếm thành cơng trung bình với RTT=0.5s, khoảng thời gian trung bình node vào/ra mạng 300s (hình a), 600s (hình b) 102 Hình 4.34 Kết mơ trễ tìm kiếm thành cơng trung bình với RTT=1s, khoảng thời gian trung bình node vào/ra mạng 300s (hình a), 600s (hình b) 102 Hình 4.35 Kết mơ trễ tìm kiếm thành cơng trung bình với RTT=2s, khoảng thời gian trung bình node vào/ra mạng 300s (hình a), 600s (hình b) 102 Hình 4.36 Kết mơ trễ tìm kiếm thành cơng trung bình với RTT=3s, khoảng thời gian trung bình node vào/ra mạng 300s (hình a), 600s (hình b) 103 Hình 4.37 Kết mơ trễ tìm kiếm thành cơng trung bình tổng hợp với khoảng thời gian trung bình node vào/ra mạng 300s (hình a), 600s (hình b) 103 Nghiên cứu đánh giá hiệu giao thức Chord mạng ngang hàng ... Thầy giáo hướng dẫn TS Nguyễn Chấn Hùng, ñã chọn ñề tài luận văn tốt nghiệp là: ? ?Nghiên cứu ñánh giá hiệu giao thức Chord mạng ngang hàng” Nghiên cứu ñánh giá hiệu giao thức Chord mạng ngang. .. Tổng quan mạng ngang hàng Chương 2: JXTA tảng ñể xây dựng ứng dụng mạng ngang hàng Chương 3: Nghiên cứu giao thức Chord mạng ngang hàng Chương 4: ðánh giá hiệu giao thức Chord mạng ngang hàng... caching, hiệu tìm kiếm cao Nghiên cứu ñánh giá hiệu giao thức Chord mạng ngang hàng Trang 77 3.2.9.2 Các giải pháp nâng cao hiệu Chord Căn vào ñiểm yếu Chord, ñể nâng cao hiệu (được đánh giá tỷ