ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Nguyễn Trung Duy PHÂN BỔ NỘI DUNG NGANG HÀNG DỰA TRÊN CẤU TRÚC MESH TRONG CÁC MẠNG TỰ HỢP DI ĐỘNG KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Mạng và Truyền thông máy tính HÀ NỘI - 2010 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Nguyễn Trung Duy PHÂN BỔ NỘI DUNG NGANG HÀNG DỰA TRÊN CẤU TRÚC MESH TRONG CÁC MẠNG TỰ HỢP DI ĐỘNG KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Mạng và Truyền thông máy tính Cán bộ hướng dẫn: TS. Nguyễn Đại Thọ HÀ NỘI - 2010 TÓM TẮT Đa số các mạng ngang hàng được xây dựng cho mạng Internet với số lượng hàng triệu nút mạng, trong khi đó mạng tự động di hợp chỉ là tập hợp từ mười đến vài trăm nút. Các giao thức mạng ngang hàng thường hoạt động trên tầng ứng dụng , sử dụng đơn phát để phân bổ dữ liệu, và không quan tâm đến tính di động của các nút. Bên cạnh đó, các mạng tự hợp di động sử dụng các phiên truyền đa phát không tin cậy thông qua kênh truyền dùng chung, trong đó các nút di chuyển một cách tự do. Trong khóa luận này , chúng tôi đề xuất ý tưởng cải tiến giao thức P2MAN [1] nhằm giải quyết vấn đề phân bổ nội dung ngang hàng trong các mạng tự hợp di động.Kết quả ban đầu cho thấy giao thức phân bổ nội dung sau khi được cải tiến hoạt động hiệu quả và ổn định hơn trong môi trường di động khi số lượng các nút có dữ liệu trong mạng tăng lên. LỜI CÁM ƠN Trước tiên, tôi xin gửi lời cám ơn sâu sắc tới người hướng dẫn, thầy giáo, TS. Nguyễn Đại Thọ, Bộ môn Mạng và Truyền thông máy tính – người đã trực tiếp hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện khóa luận. Tiếp theo tôi xin chân thành cám ơn trường Đại Học Công Nghệ - Đại Học Quốc Gia Hà Nội đã cho tôi một môi trường thật tốt để học tập và rèn luyện bản thân trong suốt bốn năm học tập tại trường. Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè tôi, những người đã luôn ủng hộ và khuyến khích tôi rất nhiều trong quá trình học tập. Họ là nguồn động viên vô tận của tôi trong cuộc sống. Hà Nội, tháng 5 năm 2010 Nguyễn Trung Duy MỤC LỤC Chương 1 Mở đầu 1 1.1 Lý do kết hợp công nghệ mạng ngang hàng và mạng tự hợp di động 1 1.2 Mục đích của đề tài 1 1.3 Nguồn gốc ý tưởng 2 1.4 Bố cục khóa luận 2 Chương 2 Công nghệ mạng ngang hàng 4 2.1 Giới thiệu chung 4 2.2 Nguyên tắc tổ chức 5 2.2.1 Lớp xếp chồng cơ bản 5 2.2.2 Lớp phần mềm trung gian 6 2.2.3 Lớp ứng dụng 6 2.3 So sánh mô hình mạng ngang hàng và mô hình máy khách – máy chủ 6 2.4 Các ứng dụng mạng ngang hàng 7 2.4.1 Thông tin 7 2.4.2 File 8 2.4.3 Băng thông 10 2.4.4 Không gian lưu giữ 10 2.4.5 Chu trình xử lý 11 Chương 3 Các mạng tự hợp di động 12 3.1 Giới thiệu chung 12 3.2 Khái niệm mạng tự hợp di động 12 3.3 Đặc điểm của mạng tự hợp di động 13 3.4 Định tuyến trong mạng tự hợp di động 14 3.4.1 Phát tràn 14 3.4.2 Kỹ thuật phát tràn hiệu quả 15 3.4.3 Định tuyến đơn phát 15 3.4.4 Định tuyến đa phát 18 Chương 4:Giao thức phân bổ nội dung ngang hàng trong các mạng tự hợp di động P2MAN……………………………………………………………………… 23 4.1 Giới thiệu chung 23 4.2 Giao thức đa phát PUMA 24 4.3 Cơ chế hoạt động của P2MAN 24 4.3.1 Tìm kiếm dữ liệu 25 4.3.2 Phân bổ dữ liệu 26 4.3.3 Cơ chế sửa lỗi 27 Chương 5 Đề xuất ý tưởng và kết quả thu được 29 5.1 Đặt vấn đề 29 5.2 Giải thuật cải tiến 29 5.2.1 Tìm kiếm 30 5.2.2 Phân bổ dữ liệu 30 5.2.3 Cơ chế sửa lỗi 31 5.2.4 Ví dụ minh họa 31 5 .3 Kết quả thu được 36 CÁC HÌNH ẢNH SỬ DỤNG TRONG KHOÁ LUẬN Hình 2.1 Mô hình mạng ngang hàng với các nút mạng là các loại thiết bị khác nhau ………………………………………………………………………………………… 5 Hình 2.2 Kiến trúc Gnutella ………………………………………………………… 9 Hình 3.1 Ví dụ về mạng tự hợp di động gồm các thiết bị như PDA, điện thoại di động, máy tính xách tay ……………………………………………………………………. 13 Hình 3.2 Một số giao thức định tuyến đơn phát trong mạng tự hợp di động ……… 15 Hình 3.3 Giao thức AODV. Quá trình dò tìm đường đi từ nút nguồn đến nút đích …………………………………………………………………………………… 17 Hình 3.4 Giao thúc MAODV ……………………………………………………… 19 Hình 3.5 Giao thức ODMRP …………………………………………………… 21 Hình 4.1 Mô phỏng P2MAN với các loại nút …………………………………… 25 Hình 4.2 Tìm kiếm nội dung …………………………………………………… .26 Hình 4.3 Nhận gói dữ liệu ……………………………………………………… 27 Hình 4.4 Cơ chế sửa lỗi ………………………………………………………… 28 Hình 5.1 Mô tả các thành viên trong nhóm đa phát PC ………………………… … 31 Hình 5.2 Quá trình tìm kiếm …………………………………………………… …. 32 Hình 5.3 Trạng thái các nút tại thời điểm đầu tiên nhận được gói phản hồi…… …. 33 Hình 5.4 - a N nhận gói phản hồi từ G…………………………………………… 33 Hình 5.4 - b N nhận gói phản hồi từ C …………………………………………… 34 Hình 5.4 - c N nhận gói phản hồi từ E ……………………………………………….34 Hình 5.5 Các tham số mô phỏng ………………………………………………… 35 Hình 5.6 Thời gian nhận X Số lượng nút gửi …………………… ……….…………36 Hình 5.7 Thời gian tải X Số lượng nút truy vấn …………………… ……………….37 Hình 5.8 Thời gian tải X Tốc độ di chuyển của nút mạng …………………….…….38 BẢNG CÁC TỪ VIẾT TẮT AODV Ad-hoc On-demand Distance Vector DMS Customarily Document Management Systems DSDV Destination-Sequenced Distance-Vector MANET Mobile Ad Hoc Network NS-2 Network Simulator Version 2 P2MAN Peer to Peer Mobile Ad Hoc Network PC Public Chanel TCP Transmission Control Protocol UDP User Datagram Protocol 1 Chương 1 Mở đầu Chương này giới thiệu về công nghệ mạng ngang hàng trong môi trường di động, lý do triển khai mạng ngang hàng trong môi trường di động và mô tả khái quát về cải tiến trong khóa luận. 1.1 Lý do kết hợp công nghệ mạng ngang hàng và mạng tự hợp di động Đặc điểm nổi bật của các hệ thống ngang hàng là khả năng tự tổ chức, khả năng tìm kiếm và phân bổ tài nguyên. Cùng với sự gia tăng của các kết nối di động – bao gồm truy cập Internet trong các mạng di động đã khiến các ứng dụng ngang hàng ngày càng trở nên phổ biến với người dùng di động. Thông thường chúng ta có thể chia các mạng di động làm hai loại : các mạng tế bào và các mạng tự hợp di động. Trong mạng tế bào mỗi nút ngang hàng di động kết nối đến mạng Internet cố định thông qua một liên kết không dây đơn. Do đó chúng ta luôn biết rằng kể cả khi nút di chuyển thì quãng đường vật lý tới nút vẫn không thay đổi. Các nút ngang hàng kết nối vào mạng Internet thông qua liên kết tế bào không dây sẽ giảm hiệu suất do giới hạn băng thông. Trong hệ thống tế bào không dây, thay đổi trong giao thức ngang hàng để đáp ứng được tính di chuyển của các nút mạng sẽ không cần thiết . Tuy nhiên trong các mạng tự hợp di động , nếu chỉ triển khai đơn thuần công nghệ mạng ngang hàng trên một mạng tự hợp di động chúng ta sẽ không thể giải quyết được vấn đề di động của các nút mạng. Do đó yêu cầu đặt ra là cần tìm ra các giải pháp để thực thi công nghệ ngang hàng trong mạng tự hợp di động một cách hiệu quả. 1.2 Mục đích của đề tài Khóa luận xây dựng một giao thức phân bổ nội dung ngang hàng trong mạng tự động di hợp. Cũng như hầu hết các giao thức ngang hàng khác, giao thức phân bổ nội dung này hoạt động trên tầng ứng dụng. Nó sử dụng giao thức đa phát PUMA [1] làm giao thức đa phát ở tầng mạng. Do hoạt động trong môi trường mạng tự hợp di động nên việc nút di chuyển và phá vỡ các liên kết luôn xảy ra. Nhằm đảm bảo tính tin cậy cho quá trình phân bổ nội dung , giao thức phân bổ nội dung thực thi cơ chế sửa lỗi ở 2 tầng ứng dụng. Quá trình sửa lỗi sẽ được khởi động mỗi khi nút phát hiện quá trình tải dữ liệu gặp lỗi. Đồng thời giao thức cho phép nút truy vấn có khả năng cùng lúc nhận các gói dữ liệu từ nhiều nút gửi khác nhau. Điều này sẽ nâng cao hiệu quả quá trình tải dữ liệu. Sử dụng giao thức đa phát PUMA, là giao thức đa phát đơn giản và có hiệu quả. Giao thức phân bổ nội dung này đã kết hợp được những ưu điểm của công nghệ ngang hàng vào mạng tự hợp di động. Giao thức phân bổ nội dung ngang hàng và giao thức đa phát PUMA xây dựng và hoạt động trong môi trường mô phỏng NS-2 [2]. 1.3 Nguồn gốc ý tưởng Chương trình được phát triển dựa trên giao thức P2MAN đã được đề xuất trong bài báo “A Multicast Approach for Peer-to- peer Content Distribution in Mobile Ad Hoc NetWork” [3] của hai tác giả Sidney Santos Doria và Marco Aurélio Sphon. Tuy nhiên giao thức trong bài báo [1] có những điểm hạn chế sau : o Trong một phiên truyền dữ liệu , nút nhận chỉ nhận dữ liệu từ một nút gửi duy nhất . o Trong khi nếu nhận từ đồng thời nhiều nút sẽ hiệu quả hơn . Từ những nhận xét đó chúng tôi đã đề xuất ý tưởng cho phép một nút có thể đồng thời nhận dữ liệu từ một tập các nút có dữ liệu. Qua quá trình triển khai ý tưởng và các kết quả thu được chúng tôi thấy chương trình mô phỏng hoạt động hiệu quả với các tiêu chí đánh giá thời gian tải dữ liệu trong bài báo [2] qua các trường hợp : số lượng nút truy vấn tăng dần , tốc độ di chuyển của nút tăng dần. Mục đích trước mắt của chúng tôi khi thực hiện đề tài là xây dựng được một chương trình mô phỏng cho “giao thức phân bổ nội dung ngang hàng trong các mạng tự hợp di động”. Xa hơn nữa, chúng tôi muốn xây dựng một ứng dụng hoạt động hiệu quả trong môi trường thực. 1.4 Bố cục khóa luận Ngoài phần mở đầu và kết luận, khóa luận còn có các phần như sau : o Chương 2 : Công nghệ mạng ngang hàng. Chương này giới thiệu về mạng ngang hàng, đồng thời nếu ra một vài so sánh giữa mô hình mạng ngang hàng và mô hình máy khách – máy chủ truyền thống. [...]... phải dựa trên một kiến trúc hạ tầng nào cả Hơn nữa các kết nối trong mạng tự 13 hợp di động đều là kết nối không dây Một mạng tự hợp di động có thể hoạt động một mình hoặc cũng có thể kết nối vào mạng Internet Bốn là, cũng như các mạng di động khác mạng tự hợp di động bị giới hạn bởi năng lực xử lý, dung lượng bộ nhớ và nguồn năng lượng của các nút mạng 3.4 Định tuyến trong mạng tự hợp di động Do các. .. dây Trong mạng tự hợp di động các nút mạng có thể di chuyển một cách tự do dẫn đến hình trạng của mạng thay đổi liên tục mà không thể dự đoán trước 12 Hình 3.1 – Ví dụ về mạng tự hợp di động gồm các thiết bị như PDA, Điện thoại di động, Máy tính xách tay 3.3 Đặc điểm của mạng tự hợp di động Một là, các nút mạng di chuyển tự do trong không gian, kéo theo mô hình mạng luôn luôn thay đổi Hai là, mạng tự. ..o Chương 3 : Các mạng tự hợp di động Chương này giới thiệu về mạng tự hợp di động cũng như các đặc điểm của chúng o Chương 4 : Giao thức phân bổ nội dung ngang hàng trong các mạng tự hợp di động P2MAN Chương này trình bày về giao thức phân bổ nội dung ngang hàng được đề xuất trong bài báo “A Multicast Approach for Peer-to- peer Content Distribution in Mobile Ad Hoc NetWork”... khiến các hệ thống ngang hàng di động sử dụng những tài nguyên này sao cho hiệu quả nhất 22 Chương 4: Giao thức phân bổ nội dung ngang hàng trong các mạng tự hợp di động P2MAN Chương này giới thiệu về giao thức phân bổ nội dung P2MAN 4.1 Giới thiệu chung P2MAN dựa trên giao thức đa phát PUMA nhằm đạt được phân bổ nội dung tin cậy trên tầng ứng dụng Trong giao thức PUMA , các nút nhận sẽ khởi tạo một mesh. .. chuyên dụng các máy chủ trong mạng hệ thống mạng ngang hàng chỉ có nhiệm vụ hỗ trợ các nút mạng phát hiện ra nhau Các mạng ngang hàng không có máy chủ chuyên dụng được gọi là mạng ngang hàng thuần túy o Các nút mạng có thể tùy ý tham gia và rời khỏi mạng 4 o Một điểm đáng chú ý là các nút trong mạng ngang hàng không nhất thiết phả là một máy tính, nó có thể là các thiết bị di động như điện thoai di dộng,... chặng, có khả năng tự tổ chức và không dựa trên một kiến trúc cố định nào Mỗi nút trong mạng tự hợp di động đồng thời đóng vai trò là nguồn dữ liệu, vừa đóng vai trò là một router trong tầng mạng 3.2 Khái niệm mạng tự hợp di động Theo định nghĩa của Tổ chức Internet Engineering Task Force [5] mạng tự hợp di động – MANETs là một vùng tự trị của các router và cũng chính là các nút mạng, được kết nối... phải là thành viên của mạng lưới đa phát cho dù chúng không muốn nhận các gói đa phát 20 Hình 3.5 – Giao thức ODMRP 3.5 Những thách thức khi triển khai công nghệ ngang hàng trong các mạng tự hợp di động Kiến trúc các mạng ngang hàng và tự hợp di động có rât nhiều triển vọng để kết hợp với nhau Mặc dù chúng xây dựng và hoạt động trên các lớp khác nhau, nhưng ý tưởng kết hợp hai kiến trúc có tính khả quan... một mạng ngang hàng, chúng ta có thể dựa vào một số đặc điểm chung trong hầu hết các mạng ngang hàng : o Một máy tính trong mạng ngang hàng được gọi là một nút mạng Nút mạng có thể đóng vai trò của cả client và server Các nút mạng có khả năng trao đổi tài nguyên một cách nhanh chóng, các tài nguyên bao gồm file, dung lượng ổ cứng, khả năng xử lý và các tri thức o Trong các hệ thống mạng ngang hàng. .. tính 11 Chương 3 Các mạng tự hợp di động Chương này giới thiệu về mạng di động, cũng như các thách thức gặp phải khi triển khai công nghệ ngang hàng trong môi trường di động Đồng thời, trong chương này chúng tôi cũng xin giới thiệu một vài giải pháp cơ bản cho việc triển khai công nghệ ngang hàng trong các mạng tự hợp di động 3.1 Giới thiệu chung Khi nhắc tới cụm từ “kết nối di động nghĩa là chúng ta... Thông thường các mạng di động được chia làm hai nhóm nhỏ : Mạng tế bào không dây và mạng tự hợp di động Trong các mạng tế bào không dây, nút mạng kết nối tới mạng Internet thông qua một liên kết đơn không dây Như vậy, dù cho các nút di chuyển thì liên kết vật lý tới nút vẫn không thay đổi Do giới hạn băng thông của liên kết không dây nên nút di động sẽ có hiệu suất thấp Mạng tự hợp di động là hệ thống . 3 : Các mạng tự hợp di động. Chương này giới thiệu về mạng tự hợp di động cũng như các đặc điểm của chúng. o Chương 4 : Giao thức phân bổ nội dung ngang hàng trong các mạng tự hợp di động. 11 Chương 3 Các mạng tự hợp di động 12 3.1 Giới thiệu chung 12 3.2 Khái niệm mạng tự hợp di động 12 3.3 Đặc điểm của mạng tự hợp di động 13 3.4 Định tuyến trong mạng tự hợp di động 14 3.4.1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Nguyễn Trung Duy PHÂN BỔ NỘI DUNG NGANG HÀNG DỰA TRÊN CẤU TRÚC MESH TRONG CÁC MẠNG TỰ HỢP DI ĐỘNG KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC