Đang tải... (xem toàn văn)
Cải thiện hiệu năng giao thức định tuyến trong mạng ngang hàng
Cải thiện hiệu giao thức định tuyến mạng ngang hàng 12/2012 MỤC LỤC Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên Cải thiện hiệu giao thức định tuyến mạng ngang hàng 12/2012 MỞ ĐẦU Trong nhiều năm trở lại đây, giới chứng kiến bùng nổ Internet băng thông rộng, với phát triển mạnh mẽ ứng dụng P2P Với nhiều ưu điểm hứa hẹn tính hiệu quả, linh hoạt khả mở rộng cao, mạng P2P thu hút nhiều quan tâm từ cộng đồng nghiên cứu Mạng P2P 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 mạng ngang hàng P2P thuật toán định tuyến, đóng vai trò định hiệu hoạt động thiết lập dịch vụ hệ thống tảng mạng ngang hàng nói riêng mạng ảo Internet nói chung Chord giao thức sử dụng rộng rãi mạng ngang hàng có cấu trúc Điểm khác biệt giao thức Chord với giao thức khác đơn giản khả chịu lỗi cao Tuy nhiên giao thức nhiều vấn đề cần xem xét hướng cải thiện hiệu định tuyến cho Chord vấn đề mà đề tài đề cập đến Nội dung đề tài bao gồm ba phần chính: Chương I: Lý thuyết chung mạng ngang hàng Chương II: Các giao thức định tuyến DHT-P2P Chương III: Cải thiện hiệu định tuyến Chord Chương IV: Mô đánh giá hiệu Do trình độ thời gian có hạn nên đề tài không tránh khỏi sai sót Kính mong góp ý từ quý thầy cô bạn để đề tài hoàn thiện Xin kính chúc thầy cô bạn có sức khỏe dồi thật nhiều niềm vui sống Xin chân thành cám ơn! Nhóm sinh viên Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên Cải thiện hiệu giao thức định tuyến mạng ngang hàng 12/2012 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Từ Viết Tắt Tiếng Anh Tiếng Việt BNN-Chord Bidirectional Neighbor’s Neighbor Chord NN-Chord hai chiều DHT Distributed Hash Table Bảng băm phân tán NN-Chord Neighbor’s Neighbor Chord Giao thức Chord cải tiến P2P Peer – to – Peer Mạng ngang hàng RTT Round Trip Time Thời gian hết vòng SETI Search for Extraterrestrial Intelligence Tìm kiếm văn minh trái đất TTL Time To Live Thời gian sống ID Identifier Số nhận dạng SHA Secure Hash Algorithm Thuật toán băm bảo mật IP Internet Protocol Giao thức mạng Internet MIT Massachusetts Institute of Technology Viện công nghệ Massachusetts Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên Cải thiện hiệu giao thức định tuyến mạng ngang hàng 12/2012 DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên Cải thiện hiệu giao thức định tuyến mạng ngang hàng 12/2012 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG NGANG HÀNG 1.1 Tổng quan mạng ngang hàng 1.1.1 Khái niệm Mạng ngang hàng mạng mà hai hay nhiều máy tính chia sẻ tập tin truy nhập thiết bị máy in mà không cần đến máy chủ hay phần mềm máy chủ Ở dạng đơn giản mạng ngang hàng tạo hai hay nhiều máy tính kết nối với chia sẻ tài nguyên mà thông qua máy chủ dành riêng Mạng ngang hàng dựa vào khả băng tần máy tính tham gia vào mạng tập trung vào số máy tính gọi server Nó sử dụng cho kết nối node thông qua kết nối đặc biệt dùng cho nhiều mục đích chia sẻ tài liệu, chia sẻ âm nhạc, hình ảnh, liệu, lưu lượng điện thoại… Mô hình mạng ngang hàng thể Hình 1.1 Hình 1.1: Mạng ngang hàng 1.1.2 Ưu nhược điểm mạng ngang hàng Ưu điểm • Không phải đầu tư thêm phần cứng phần mềm máy chủ • Dễ cài đặt, giá thành rẻ • Không cần người quản trị mạng Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên Cải thiện hiệu giao thức định tuyến mạng ngang hàng 12/2012 • • Người sử dụng kiểm soát việc dùng chung tài nguyên Tăng cường khả cân tải mạng Nhược điểm mạng ngang hàng • Máy trạm phải gánh thêm việc phục vụ chia sẻ tài nguyên • Máy trạm khả kiểm soát nhiều liên kết máy chủ • Thiếu tính tập trung, khó tìm kiếm liệu • Không có khả lưu trữ tập trung • Mỗi người sử dụng máy trạm phải có khả quản trị hệ thống • Khả bảo mật kém, khó kiểm soát • Quản lý thiếu tập trung, mạng ngang hàng khó làm việc với 1.2 Phân loại mạng ngang hàng 1.2.1 Theo mức độ phân quyền a Mạng ngang hàng tập trung Mạng ngang hàng tập trung hệ mạng ngang hàng đầu tiên, đặc trưng mạng dựa vào máy chủ tìm kiếm trung tâm Tô pô xếp chồng mạng ngang hàng tập trung miêu tả mạng hình Trong mô hình mạng này, điểm nút kết nối tới máy chủ tìm kiếm trung tâm để gửi truy vấn tìm kiếm tài nguyên, sau gửi yêu cầu tới máy chủ tìm kiếm trung tâm, máy chủ tìm kiếm trung tâm trả thông tin phản hồi tương ứng với từ khóa quy định truy vấn Tức máy chủ tìm kiếm trung tâm, từ khóa thông báo truy vấn ánh xạ với bảng danh sách tài nguyên mà máy chủ có Nếu máy chủ tìm kiếm trung tâm có thông tin mà điểm nút yêu cầu trả thông tin vị trí truy cập tới điểm nút chia sẻ (đa phần trả địa IP cổng) Sau điểm nút nhận thông tin từ máy chủ tìm kiếm trung tâm lúc trình trao đổi thông tin cần tìm thực theo chế mạng ngang hàng, tức trao đổi trực tiếp nút mạng với mà không cần qua máy chủ tìm kiếm trung tâm Hoạt động nút máy chủ tìm kiếm trung tâm: - Tìm kiếm tài nguyên - Đăng nhập vào mạng xếp chồng - Đăng ký - Cập nhật thông tin bảng định tuyến - Cập nhật thông tin tài nguyên chia sẻ Hoạt động điểm nút điểm nút - Trao đổi liệu Ứng dụng cho mô hình mạng kiểu là: Napster, hỗ trợ việc chia sẻ file nhạc miễn phí người dùng mạng Internet Ưu điểm: Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên Cải thiện hiệu giao thức định tuyến mạng ngang hàng 12/2012 - Tìm kiếm nhanh hiệu - Quản lý tập trung/quản trị tin cậy - Dễ xây dựng Nhược điểm: - Dễ dàng bị công - Nút cổ chai - Khả tắc nghẽn - Khó mở rộng - Cần quản trị b Mạng ngang hàng Đặc trưng bật mô hình máy chủ tìm kiếm tập trung mô hình mạng ngang hàng tập trung, không gặp phải vấn đề nút cổ chai Các điểm nút giao tiếp trực tiếp với điểm nút khác mạng mà không cần tới máy chủ trung tâm riêng biệt nào, điểm nút thiết lập kết nối với ngẫu nhiên Hình 1.2: Mạng ngang hàng Trong mô hình mạng ngang hàng này, việc tìm kiếm file sử dụng phương pháp phát tràn(phương pháp có sử dụng giá trị giới hạn phạm vi tìm kiếm TTL sử dụng GUID để trao đổi) Khi muốn tìm kiếm file yêu cầu tìm kiếm gửi từ điểm nút nguồn tới tất điểm nút mạng hàng xóm Nếu tài nguyên tìm thấy điểm nút có tài nguyên chia sẻ trao đổi với điểm nút yêu cầu dựa vào GUID điểm nút yêu cầu Ứng dụng phần mềm điển hình cho mô hình mạng là: Gnutella 0.4, FreeNet, GnuNet … Ưu điểm: Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên Cải thiện hiệu giao thức định tuyến mạng ngang hàng 12/2012 - Không có điểm chịu lỗi khó bị công - Có thể thích nghi với mạng vật lý - Cho phép nặc danh - Dễ xây dựng - Các điểm nút tham gia rời khỏi mạng cách tùy mà không ảnh hưởng đến cấu trúc toàn mạng Nhược điểm: - Tốn tài nguyên băng thông - Tìm kiếm phức tạp - Các điểm nút có khả khác (sức mạnh xử lý CPU, băng thông, không gian lưu trữ…) phải chịu tải c Mạng ngang hàng lai ghép Được phát triển để khắc phục nhược điểm mô hình mạng ngang hàng trước Mô hình mạng ngang hàng lai bao gồm: siêu điểm nút, điểm nút thông thường (client) Trong siêu điểm nút tạo thành mạng cấu trúc, siêu điểm nút kết nối đến nhiều điểm nút thông thường, siêu điểm nút quản lý vùng nó, vai trò siêu điểm nút giống máy chủ mô hình mạng ngang hàng tập trung Có máy chủ trung tâm để lưu trữ thông tin máy trạm trả lời truy vấn thông tin Các máy trạm có vai trò lưu trữ thông tin, tài nguyên chia sẻ, cung cấp thông tin chia sẻ tài nguyên cho máy chủ.Sử dụng trạm định tuyến để xác định địa IP máy trạm Ứng dụng điển hình cho mô hình này: Gnutella 0.6, Kazaa/FastTrack Ngoài có: Edonkey, Emule, OpenNap, JXTA, Skype… Ưu điểm: - Không có điểm chịu lỗi có nhiều siêu điểm nút - Cho phép nặc danh - Phù hợp với nhóm lợi ích đặc biệt - Khả mở rộng quy mô tốt - Hiệu thỏa mãn truy vấn - Hạn chế phát tràn truy vấn tránh tượng nút cổ chai Nhược điểm: - Phân chịu tải không cân bằng: siêu điểm nút chịu tải cao Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên Cải thiện hiệu giao thức định tuyến mạng ngang hàng 12/2012 Hình 1.3: Mạng ngang hàng lai ghép Có hai kiểu mạng lai ghép: mạng lai ghép số hóa tập trung mạng lai ghép số hóa phân tán Hình 1.4: Mạng lai ghép với số hóa tập trung Trong mạng lai ghép số hoá tập trung có máy chủ trung tâm bảo trì số liệu tài nguyên chia sẻ máy khách tích cực, máy khách giữ gìn kết nối tới máy chủ trung tâm để gửi yêu cầu Hệ thống với server trung tâm đơn giản xử lí nhanh, tìm kiếm phát thông tin hiệu đảm bảo toàn hệ thống Tuy khả mở rộng không cao mô hình dễ bị lỗi sụp đổ máy chủ trung tâm bị lỗi bị công, kích thước sở liệu khả đáp ứng yêu cầu có giới hạn Kiến trúc sử dụng mạng Napster Trong hệ thống mạng lai ghép với số phân tán, tồn số siêu node lưu mục thông tin peer cục Truy vấn thông tin gửi tới siêu node, proxy cho peer cục Do truy vấn thông tin nhanh lưu lượng trao đổi thông tin node so với hệ thống P2P So với hệ thống số tập trung có ưu điểm giảm tải đáng kể cho server tránh lỗi cho toàn hệ thống phát thông tin chậm Ví dụ: mạng Kazaa, Morpheus Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên Cải thiện hiệu giao thức định tuyến mạng ngang hàng 12/2012 Hình 1.5: Mạng lai ghép với số hóa phân tán 1.2.2Phân loại theo cấu trúc liên kết Dựa vào cấu trúc liên kết mạng ta phân loại mạng ngang hàng thành loại: có cấu trúc cấu trúc a Mạng ngang hàng không cấu trúc Một mạng ngang hàng không cấu trúc liên kết nút mạng mạng phủ thiết lập ngẫu nhiên Những mạng dễ dàng xây dựng máy muốn tham gia mạng lấy liên kết có sẵn máy khác mạng sau tự thân thêm vào liên kết riêng Một nhược điểm mô hình hệ thống không định hướng, yêu cầu tìm kiếm thường chuyển cho số lượng lớn máy mạng làm tiêu tốn lượng lớn băng thông mạng, dẫn đến hiệu tìm kiếm chung mạng thấp Hầu hết mạng ngang hàng không cấu trúc phổ biến Napster, Gnutella, Fasttrack eDonkey2000 b Mạng ngang hàng có cấu trúc Khắc phục nhược điểm mạng ngang hàng không cấu trúc cách sử dụng hệ thống DHT (Distributed Hash Table: bảng băm phân tán) Với cấu trúc này, máy tính cần tìm liệu, cần áp dụng giao thức chung để xác định nút mạng chịu trách nhiệm cho liệu sau liên lạc trực tiếp đến nút mạng để lấy kết Một số ứng dụng cho mạng như: Chord, CAN, Kademlia, Pastry Tapestry Hash Table (bảng băm) cấu trúc liệu ánh xạ key (khóa) value (giá trị) Distributed Hash Table (DHT) thuật toán sử dụng ứng dụng P2P, DHT cho phép quản lý mạng P2P theo nghĩa với độ tin cậy cao, khả mở, hiệu có khả chịu lỗi DHT hash table cài đặt hệ thống phân tán Cũng hash table, DHT cung cấp ánh xạ từ key đến value Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên 10 Cải thiện hiệu giao thức định tuyến mạng ngang hàng 12/2012 CHƯƠNG III: CẢI THIỆN HIỆU NĂNG ĐỊNH TUYẾN TRONG CHORD Chord giao thức p2p mà đại diện cho cách tiếp cận vấn đề lưu trữ tìm kiếm liệu hiệu Chord sử dụng truy vấn định tuyến để xác định vị trí key với số lượng hop nhỏ nhất, hệ thống chứa số lượng lớn nút Ba đặc trưng để phân biệt Chord với giao thức định tuyến P2P khác đơn giản, tính đắn chứng minh hiệu chứng minh Tuy nhiên Chord có số vấn đề cần xém xét nghiên cứu Để cải thiện hiệu định tuyến giao thức Chord gốc, vài chiến lược cải thiện thuật toán Chord nghiên cứu đề xuất [1] Cải thiện hiệu tìm kiếm cách cấu trúc bảng Finger hai chiều: bảng chứa node theo chiều kim đồng hồ bảng chứa node ngược chiều kim đồng hồ Nghiên cứu giảm thiểu số lượng hop trung bình làm tăng kích thước bảng tăng thời gian cập nhật nút gia nhập mạng [2] Sử dụng siêu node hệ thống P2P nghiên cứu Trong nghiên cứu node có khả “mạnh” chọn làm siêu node xử lý phần lớn phần việc hệ thống Bằng cách tạo mạng chồng phủ siêu node mạng P2P tại, trình định tuyến hoàn tất nhanh [3] Một bảng Finger dựa khoảng cách Fibonacci cung cấp số lượng hop thấp với item bảng Tuy nhiên chiến lược cải thiện hiệu tìm kiếm chưa quan tâm tới liệu dư thừa bảng định tuyến xem xét trễ qua mạng vật lý Chương nêu hạn chế cần xem xét Chord đưa vài chiến lược cải thiện nghiên cứu chứng minh tính đắn: - Cải thiện Chord dựa bảng định tuyến hai chiều - Cải thiện Chord dựa thuật toán NN-Chord (Neighbor’s Neighbor Chord) - BNN-Chord (Bidirectional Neighbor’s Neighbor Chord) Cải thiện Chord cách loại bỏ liệu dư thừa bảng định tuyến mở rộng phạm vi tìm kiếm mà kích thước bảng định tuyến không tăng đáng kể Cải thiện Chord có xem xét trễ mạng vật lý Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên 28 Cải thiện hiệu giao thức định tuyến mạng ngang hàng 12/2012 3.1 Thuật toán Chord hai chiều Phương pháp tìm kiếm Chord gốc nút n tìm kiếm tài nguyên k sau: Bước 1: nút n yêu cầu tài nguyên k Nếu k nằm nút n nút nó, find_successor kết thúc nút n trả kết tìm kiếm nút Nếu không, sang bước Bước 2: tra bảng finger nút n tại, tìm nút n’ gần k, tìm thấy n’ gửi tin tra cứu đến n’ lặp lại bước Quá trình N9 tra cứu khóa k53 N9 → N42 → N52 → N55, node tìm N55 hình 3.1 Hình 3.1: Quá trình N9 tra cứu khóa k53 Ta nhận thấy thuật toán định tuyến Chord truyền thống chiều, tra cứu khóa theo chiều kim đồng hồ vòng Chord Tuy nhiên, cấu trúc Chord vòng tròn, nên vị trí tra cứu theo vòng kim đồng hồ ngược chiều kim đồng hồ, hiệu tra cứu cao theo chiều Lấy hình làm ví dụ, node N9 muốn tìm khóa k3 node N4, tin tra cứu qua vòng Chord kết thúc trình tra cứu, theo ngược chiều kim đồng hồ bước từ N9 sang N4 hiệu tăng đáng kể Chord hai chiều dựa Chord truyền thống đưa thêm bảng phục vụ (kí hiệu W_finger table) kết hợp với bảng cũ để tạo thành bảng định tuyến cho vòng Chord hai chiều Theo cách này, trình tra cứu thực theo chiều kim đồng hồ lẫn ngược chiều kim đồng hồ lúc để tìm vị trí tra cứu tốt Cấu trúc bảng W_finger trình bày bảng 3.1 Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên 29 Cải thiện hiệu giao thức định tuyến mạng ngang hàng 12/2012 Kí hiệu w_finger[i].start Định nghĩa (n – + 2m) mod 2m, 1≤ i ≤ m Predecessor (w_finger[i].start), tên w_finger[i] trỏ node predecessor trỏ node (n – 2i-1 + 2m) mod 2m Node successor theo chiều kim Successor đồng hồ n Node predecessor theo chiều Predecessor ngược chiều kim đồng hồ node n Bảng 3.1: Cấu trúc bảng W_finger node n i-1 Theo định nghĩa phía trên, bảng W_finger node N9 hình 3.1 viết chi tiết sau: Node Predeccessor node N9-1 N4 N9-2 N4 N9-4 N4 N9-8 N0 N9-16 N55 N9-32 N37 Bảng 3.2: Bảng W_finger node N9 3.2 Thuật toán NN-Chord BNN-Chord 3.2.1 Thuật toán NN-Chord Thuật toán NN-Chord mở rộng bảng finger sử dụng kết nối hàng xóm với hàng xóm, gọi bảng learn Bảng chứa thông tin node node successor làm tăng mật độ cho bảng định tuyến để tìm node hàng xóm gần với node đối tượng cần tìm Bảng 3.3 cho thấy cấu trúc bảng learn table node n thuật toán NN-Chord Kí hiệu Định nghĩa Mục thứ k bảng learn table Learn[k] node n Suc-successor Node node successor Successor Node successor Bảng 3.3: Bảng learn node n Bảng learn xây dựng theo quy trình sau Sau xây dựng xong bảng finger table tất node vòng Chord, node n gửi tin GetSuccessorNode(start,end) đến node successor thứ i successor((n + 2i-1) mod 2m), Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên 30 Cải thiện hiệu giao thức định tuyến mạng ngang hàng 12/2012 thông số start id node successor((n + 2i-1) mod 2m) end id node successor((n + 2i) mod 2m) Khi node successor((n + 2i-1) mod 2m) nhận tin tra cứu, tìm kiếm bảng finger table tất node có id khoảng (start,end) trả thông tin node cho node n Lấy hình 3.1 làm ví dụ, bảng learn node N9 sau: Id node node successor Id node successor N37 N32 N48 N42 N52 N42 N62 N42 Bảng 3.4: Learn table node N9 3.2.2 Thuật toán BNN-Chord Bảng định tuyến thuật toán NN-Chord bao gồm [n, n + m-1 + 2m-2] (đồng nghĩa với ¾ vòng Chord), bảng finger table nhiều thông tin dư thừa thuật toán thực trình tra cứu chiều Để giải vấn đề thực hóa ý tưởng Chord hai chiều, thêm vào bảng định tuyến ngược (converse routing table) (bao gồm bảng finger ngược bảng learn ngược) cho node NN-Chord, cách đó, bảng định tuyến bao phủ hết toàn vòng Chord hướng tra cứu theo chiều kim đồng hồ ngược lại Các thông tin dư thừa xóa bỏ nhằm đơn giản hóa bảng định tuyến Trong thuật toán BNN-Chord, chọn bảng W_finger Chord hai chiều làm bảng định tuyến ngược, xây dựng bảng learn ngược (kí hiệu W_learn table) cho node n, bảng 3.5 đây: Kí hiệu Định nghĩa Mục thứ k bảng W_learn node w_learn[k] n Pre-predecessor Node trước node predecessor Predecessor Node predecessor Bảng 3.5: Bảng W_learn node n Bảng xây dựng sau: Sau xây dựng bảng W_finger tất node vòng Chord, node n gửi tin GetPredecessorNodes(start,end) đến node trước node predecessor predecessor((n – 2i-1 + 2m) mod 2m), thông số start id node predecessor((n – 2i-1 + 2m) mod 2m) Khi node predecessor((n – 2i-1 + Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên 31 Cải thiện hiệu giao thức định tuyến mạng ngang hàng 12/2012 2m) mod 2m) nhận tin tra cứu, tìm kiếm bảng W_finger tất node có id khoảng (start,end) trả thông tin node cho node n Để tạo bảng định tuyến ngược bao gồm ¼ vòng Chord không lặp lại với bảng định tuyến thuận chiều kim đồng hồ, bảng W_finger có m-1 mục Trong đó, node n chi gửi tin GetPredecessorNodes(start,end) đến node predecessor m-2 mục bảng finger ngược xây dựng bảng W_learn Lấy hình làm ví dụ, bảng W_finger W_learn node N9 đưa bảng 3.6 3.7 Node Node Predecessor N9-1 N4 N9-2 N4 N9-4 N4 N9-8 N0 N9-16 N55 Bảng 3.6: bảng W_finger node N9 Id node trước node predecessor Id node predecessor N62 N0 Bảng 3.7: bảng W_learn node N9 Từ hình bảng 6, thấy có nhiều thông tin dư thừa bảng finger W_finger Lấy bảng làm ví dụ, có node predecessor N4, đồng nghĩa với 40% mục thông tin dư thừa, điều dẫn đến giảm hiệu tra cứu Vì sau xây dựng xong bảng finger W_finger, tìm kiếm tất mục lặp lại xóa chúng Bảng finger W_finger cải tiến node N9 BNN-Chord sau: Bảng finger N9+1 N9+8 N9+16 N9+32 Bảng W_finger N16 N9-1 N4 N21 N9-8 N0 N32 N9-16 N55 N42 Bảng 3.8: Bảng Finger W_finger cải tiến node N9 3.2.3 Thuật toán cụ thể Để thuận tiện việc mô tả thuật toán này, số định nghĩa: Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên 32 Cải thiện hiệu giao thức định tuyến mạng ngang hàng 12/2012 • Định nghĩa 1: finger[k].start mục thứ k bảng finger node n, kí hiệu (n + 2k-1) mod 2m, 1≤ k ≤ m • Định nghĩa 2: finger[k].node node có id lớn finger[k].start • Định nghĩa 3: w_finger[k].node node có id nhỏ w_finger[i].start • Định nghĩa 4: learn[i].node node successor mục thứ i bảng learn w_learn[i].node node predecessor mục thứ i bảng W_learn Ta định nghĩa bảng định tuyến thuận (chiều kim đồng hồ) kí hiệu F_routing bảng định tuyến ngược kí hiệu R_routing cho BNN-Chord, F_routing xây dựng từ bảng finger learn, bảng R_routing xây dựng từ bảng W_finger W_learn 1) Nguyên tắc chọn lựa chiều định tuyến: node n nhận yêu cầu tra cứu khóa k, bước chọn xem định tuyến thực theo chiều để trình tra cứu ngắn Vì vậy, phương pháp chọn tiến hành sau Nếu (k – n + 2m) mod 2m (0, 3/4N), N = 2m , tức k nằm ¾ vòng Chord, ta tra cứu bảng F_routing theo chiều kim đồng hồ Nếu (k – n + 2m) mod 2m [3/4N, N – 1], N = 2m tức k khoảng ¼ vòng Chord lại, trường hợp tra cứu bảng R_routing theo chiều ngược chiều kim đồng hồ 2) Thuật toán định tuyến ngược chiều kim đồng hồ: (1) Nếu k [n, predecessor (n)), trình tra cứu kết thúc trả lại giá trị n Nếu không tiếp xuống bước (2) (2) Node n tra cứu bảng W_finger W_learn bảng R_routing tìm node n’ n’’ có id lớn k Sau so sánh khoảng cách từ n’ đến k n’’ đến k, chọn node có khoảng cách ngắn làm next hop, gửi yêu cầu tra cứu đến node quay lại bước (1) 3.3 Cải thiện Chord cách loại bỏ liệu dư thừa Ta thấy hình 3.2 ba mục phía bảng finger chứa trỏ tới nút liền sau Finger nút N8 Điều có nghĩa có hai mục finger dư thừa.Các mục dư thừa làm lãng phí không gian bảng Finger, điều làm giảm không gian chứa địa nút bảng số định danh mà N8 muốn tra cứu nằm khoảng từ đến 42 phương thức tìm kiếm hoạt động tốt Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên 33 Cải thiện hiệu giao thức định tuyến mạng ngang hàng 12/2012 bảng finger có liệu dư thừa Thực tế, node ràng buộc vòng Chord nửa so với mô hình vòng Chord gốc Số lượng node trung gian node nguồn gửi yêu cầu tìm kiếm node ràng buộc lớn nửa số node thời ngoại trừ hai node Như ta thấy hình 3.2, node ràng buộc lớn N8 N42 số node trung gian Tuy nhiên, node có chứa định danh đích nằm nửa lại vòng Chord số lượng hop để định tuyến đến node lớn dự kiến Lý trường hợp node vòng Chord thông tin node nửa lại giới hạn tra cứu giới hạn nửa vòng Chord Như ta biết cách tổ chức cấu trúc bảng Finger có nhiều mục dư thừa Do đó, ta loại bỏ mục thêm vào node nửa vòng lại hiệu tìm kiếm cải thiện Hình 3.2: Tìm kiếm k54 Việc loại bỏ thông tin dư thừa bảng finger thực cập nhật bảng finger Khi cập nhật bảng Finger, trước tiên kiểm tra xem có mục dư thừa bảng finger không Nếu có thông tin dư thừa thay đổi nội dung trỏ thực thể định tuyến địa node nửa lại vòng chord Do không gian Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên 34 Cải thiện hiệu giao thức định tuyến mạng ngang hàng 12/2012 Hình 3.3: Bảng finger sau loại bỏ dư thừa thêm vào nút tìm kiếm mở rộng sang nửa vòng chord lại Ở id node tính theo tỷ số P Q (P = 2m – + n – m Q = count +1) P cho biết khoảng cách node nguồn có id n node lớn có id m Và Q cho biết số lượng thông tin dư thừa mục bảng Finger Đồng thời đưa thêm vào bảng finger trường delay[i] Hình 3.3 đưa bảng Finger N8 tối ưu hóa Trong bảng finger cũ có trỏ tới node 14 thay liệu trỏ mục mục bảng định tuyến ID node N51 N1.Trong bảng Finger mới, có successor khác Kết không gian địa định tuyến node N8 mở rộng, đồng nghĩa với việc node N8 giảm thời gian định tuyến số hop định tuyến dĩ nhiên hiệu sử dụng tài nguyên định tuyến cải thiện 3.4 Cải thiện Chord có xem xét trễ mạng vật lý 3.4.1 Vấn đề Trong Chord, peer định kỳ cập nhật bảng finger dù hoạt động gia nhập hay rời có diễn hay không Vòng Chord cấu trúc hàm băm phù hợp, địa logic vật lý không thiết phải có quan hệ với Chúng khác nhiều Các peer định vị hệ tự trị khác Truyền thông hệ tự trị khác dẫn đến trễ vật lý cao Điều dẫn đến tượng “đường vòng” nghĩa từ chối nút gần bên cố gắng tìm kiếm nút xa hơn, làm ảnh hưởng đến hiệu tra cứu tăng trễ tìm kiếm 3.4.2 Đề xuất cải thiện Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên 35 Cải thiện hiệu giao thức định tuyến mạng ngang hàng 12/2012 a Các định nghĩa định lý Lấy Dfinger[i]-n khoảng cách nút sn sn.finger[i] theo chiều kim đồng hồ Hsn giá trị băm nút sn Hdst giá trị băm nội dung đích – dst Thừa số hội tụ định nghĩa là: Ở đây, đại diện cho khoảng cách logic tương đối nút nguồn nội dung đích Nếu nút nguồn tương đối nhỏ có nghĩa đích tương đối xa so với nút nguồn Mặt khác, tương đối lớn khoảng cách nút nguồn đích gần Vì vậy, sử dụng đánh giá khoảng cách logic nút nguồn đích Trong vòng Chord , trung bình: , khoảng cách đích finger[i] Lấy giá trị băm finger[i] Ta có giá trị trung bình 1/2 Do nút Chord trì bảng định tuyến với m thực thể , bảng finger nút n bao gồm nửa toàn vòng Chord Khi nút sn tìm kiếm nội dung đích Chord, tồn hai trường hợp: dst rơi vào khoảng không Khi dst , trung bình: , khoảng cách đích finger[i] Lấy giá trị băm finger[i] Khi dst giá trị trung bình 1/3 Dễ dàng thấy được: dst giá trị trung bình 2/3 b Bảng finger Để xem xét trễ mạng vật lý cần bổ sung thêm ký hiệu vào bảng finger gốc Ký hiệu mới, delay[i] mô tả độ trễ mạng vật lý cách ghi lại trễ nút n n.finger[i], có phản hồi Ký hiệu delay[i] Định nghĩa trễ nút n n.finger[i], có lệnh ping Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên 36 Cải thiện hiệu giao thức định tuyến mạng ngang hàng 12/2012 Bảng 3.9: Định nghĩa delay[i] c Thuật toán định tuyến Được xây dựng lớp ứng dụng, Chord không xem xét cấu trúc liên kết khác lớp ứng dụng lớp vật lý Cost toàn hệ tự trị cao Nếu lần chọn trễ finger[i] nhỏ hop làm tăng số hop định tuyến Nếu đơn giản chọn lựa nút để đáp ứng yêu cầu logic xuất hiện tượng “đường vòng” địa logic địa vật lý không liên quan Bài báo giới thiệu thời gian chờ mạng vật lý tạo cân yếu tố khoảng cách logic để đạt hiệu định tuyến cao Hình 3.4: Bảng finger nút bổ sung delay[i] Nếu dst có nghĩa từ sn đến dst cách xa Nhiều hop tồn từ sn đến dst Mỗi hop dẫn đến trễ tăng thêm, trường hợp việc giảm hop quan trọng Mặt khác dst có vài hop từ sn đến dst với trường hợp việc giảm trễ hop quan trọng Bây cần xác định hai quy tắc thuật toán định tuyến: Quy tắc1: Nếu nút bảng finger mà thỏa mãn điều kiện 2/3≤ ≤1 chọn {delay[i]} hop Quy tắc 2: Nếu nút bảng finger mà thỏa mãn 540s Trong điều kiện mạng biến động lớn churn rate : 120s 180s hiệu mạng Kademlia cao ≥ 80% Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên 40 Cải thiện hiệu giao thức định tuyến mạng ngang hàng 12/2012 KẾT LUẬN Tổng kết lại đề tài đưa cách khái quát lý thuyết chung mạng ngang hàng, khảo sát giao thức định tuyến DHT-P2P nêu số hướng cải thiện hiệu định tuyến giao thức Chord, bước đầu làm quen với phần mềm OverSim mô phỏng, so sánh hiệu giao thức với kịch khác Do gặp khó khăn thay đổi code C++ để xây dựng giao thức Chord cải thiện, hướng đề tài dùng phần mềm OverSim tiến hành mô giao thức Chord sau cải thiện với giao thức Chord giao thức định tuyến khác để thấy rõ hiệu định tuyến thay đổi nào; sau tìm cách kết hợp hướng cải thiện lại với nhằm mục đích cải thiện hiệu định tuyến mức cao Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên 41 Cải thiện hiệu giao thức định tuyến mạng ngang hàng 12/2012 TÀI LIỆU THAM KHẢO Đồ án tốt nghiệp đại học “Đánh giá hiệu số giao thức DHT mạng ngang hàng” – Sinh viên Nguyễn Thế Tùng, học viện CNBCVT, tháng 11-2008 Dong Chen, Zhenhua Tan, Guiran Chang, Xingwei Wang – School of Information and Engineering, Northeastern University, Shenyang, Liaoning Province, China “An Improvement to the Chord-based P2P Routing Algorithm”, 2009 Luo Yuan, Keiichi Koyanagi - Department of Information, Production, and Systems Waseda University Kitakyushu, Japan “Study on a Structured P2P Routing Algorithm Considering Physical Network Latency”, 2010 Fan chao, Hongqi Zhang, Xuehui Du, Chuanfu Zhang, Zhengzhou Information Science and Technology Institute, Henan Province Information Security Key Laboratory Zhengzhou, China “Improvement of Structured P2P Routing Algorithm Based on NN-Chord”, 2011 Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên 42 [...]... ngẫu nhiên một node trong nhóm và gửi yêu cầu chèn dữ liệu Node này sau đó sẽ trở thành node lưu item (homenode) Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên 27 Cải thiện hiệu năng giao thức định tuyến trong mạng ngang hàng 12/2012 CHƯƠNG III: CẢI THIỆN HIỆU NĂNG ĐỊNH TUYẾN TRONG CHORD Chord là một giao thức p2p mà nó đại diện cho một cách tiếp cận mới về vấn đề lưu trữ và tìm kiếm dữ liệu hiệu quả Chord sử... Tapestry a Mạng phủ Tapestry sử dụng thuật toán SHA-1 để băm địa chỉ các node thành các ID biểu diễn theo hệ cơ số 2b Mỗi node lữu trữ một bảng định tuyến gồm có log 2b(N) hàng và 2b – 1 cột Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên 22 Cải thiện hiệu năng giao thức định tuyến trong mạng ngang hàng 12/2012 Hàng thứ nhất trong bảng định tuyến chưa các node có ID khác với ID của node đó ở vị trí bit thứ nhất Hàng. .. - BNN-Chord (Bidirectional Neighbor’s Neighbor Chord) Cải thiện Chord bằng cách loại bỏ dữ liệu dư thừa của bảng định tuyến và mở rộng phạm vi tìm kiếm mà kích thước bảng định tuyến không tăng đáng kể Cải thiện Chord có xem xét trễ trên mạng vật lý Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên 28 Cải thiện hiệu năng giao thức định tuyến trong mạng ngang hàng 12/2012 3.1 Thuật toán Chord hai chiều Phương pháp... trình tìm kiếm sẽ kết thúc Trong trường hợp node ở mức cao hơn không tồn tại trên mạng, node sẽ định Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên 24 Cải thiện hiệu năng giao thức định tuyến trong mạng ngang hàng 12/2012 tuyến đến node cùng mức nhưng có ID gần với ID đích nhất (chênh lệch nhỏ nhất) rồi node này sẽ tiếp tục định tuyến đến đích Để tăng khả năng tìm kiếm thành công trên mạng, các node sẽ lưu thêm.. .Cải thiện hiệu năng giao thức định tuyến trong mạng ngang hàng 12/2012 Hình 1.6: Chức năng chính của DHT 1.2.3Phân loại theo cơ chế tìm kiếm Cơ chế định vị thông tin trong hệ thống là đặc điểm căn bản trong hệ thống P2P Cơ chế tìm kiếm trong mạng ngang hàng được phát triển từ thế hệ thứ nhất với cấu trúc danh mục tập trung tới... hai trong bảng định tuyến chứa các node có ID giống với ID của node đó ở bit thứ nhất nhưng khác ở bit thứ 2 Các hàng còn lại được tổ chức tương tự Hình dưới đậy minh họa quá trình xây dựng bảng định tuyến của node có ID=10233102 trên mạng N=(22)8= 65536 node Hình 2.7: Minh họa bảng định tuyến của một node b Định tuyến Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên 23 Cải thiện hiệu năng giao thức định tuyến trong. .. đánh số từ 0 đến k-1 với k= (N là số node trong mạng) sử dụng thuật toán consistent hashing Vị trí nhóm của một node bằng số dư của phép chia ID của node cho k Hình 2.11 dưới đây minh họa bảng định tuyến của node 110 trong hệ thống có 10 nhóm Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên 25 Cải thiện hiệu năng giao thức định tuyến trong mạng ngang hàng 12/2012 Bảng định tuyến của một node bao gồm ba phần: • Affinity... server trung tâm để điều khiển hoạt động của mạng P2P • Hệ thống có tính khả mở, nghĩa là hệ thống vẫn hoạt động tốt ngay cả với số lượng node và lưu lượng trong mạng lớn • Tải được cân bằng giữa các peer trong mạng Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên 17 Cải thiện hiệu năng giao thức định tuyến trong mạng ngang hàng 12/2012 • Hệ thống dựa trên giả định rằng mạng không tĩnh và các thay đổi xuất hiện thường... khoa học sinh viên 14 Cải thiện hiệu năng giao thức định tuyến trong mạng ngang hàng 12/2012 Anh: Multisource File Transfer Protocol) Chương trình eDonkey hỗ trợ cả hai mạng eDonkey và mạng Overnet Người dùng eDonkey2000 chủ yếu chia sẻ những tệp rất lớn, hàng trăm mêgabyte, như đĩa CD, phim, trò chơi, và phần mềm Không như các phần mềm chia sẻ tệp ngang hàng khác, tệp chia sẻ trong mạng eDonkey được cung... chủ Napster là hệ thống chia sẻ tài nguyên ngang hàng tập trung, có nghĩa là Napster cung cấp một máy chủ cho các máy khách để tổ chức và cho phép truy nhập tới bất kỳ hoặc tất cả các file tồn tại trên các máy khách Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên 16 Cải thiện hiệu năng giao thức định tuyến trong mạng ngang hàng 12/2012 CHƯƠNG II: CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN DHT-P2P 2.1 Khái niệm về Distributed Hash