GIÁO TRÌNH Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P)

1. Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P)
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
Trang 1

2. Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P)
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
khác. Các nodes trong mạng overlay được xem 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
Trang 2

3. Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P)
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.
Trang 3

4. Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P)
+ Nhược
điểm:
- Chậm.
+ Nhược
điểm:
- Cần server riêng (nghẽn cổ chai).
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:
Trang 4

5. Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P)
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.
Trang 5

6. Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P)
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.
 Tìm kiếm file nhanh và hiệu quả.
Nhược điểm:
Trang 6

7. Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P)
 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:
Trang 7

8. Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P)
 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)
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.
Trang 8
Tải bản FULL (21 trang): https://bit.ly/3BmBDDM
Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net

9. Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P)
 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.
Trang 9
Tải bản FULL (21 trang): https://bit.ly/3BmBDDM
Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net

10. Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P)
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.
Sự khác biệt về topology trên mạng overlay và mạng liên kết vật lý dẫn đến thời gian trễ
truy vấn trung bình cao.
Trang 10
4984299