LUẬN VĂN :PHÂN BỔ NỘI DUNG NGANG HÀNG DỰA TRÊN CẤU TRÚC MESH TRONG CÁC MẠNG TỰ HỢP DI ĐỘNG ppt

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.
3
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” [3].
o Chương 5 : Đề xuất ý tưởng và kết quả mô phỏng
Chương này đề xuất ý tưởng cải tiến giao thức phân bổ nội dung ngang hàng
trong các mạng tự hợp di động P2MAN và trình bày các kết quả đạt được.












4
Chương 2 Công nghệ mạng ngang hàng

Chương này giới thiệu về công nghệ mạng ngang hàng cũng như những ưu điểm
của mô hình mạng ngang hàng so với mô hình truyền thống như máy khách – máy
chủ.
2.1 Giới thiệu chung
Hiện nay, hầu hết mọi dịch vụ mà Internet cung cấp đều dựa trên mô hình máy
khách – máy chủ. Theo mô hình này trong mạng sẽ có một số máy thông qua một
giao thức nhất định, chẳng hạn FTP, Telnet, …. Ở đây máy chủ đóng vai trò là trọng
tài, khi cần thông tin, mỗi máy khách sẽ gửi yêu cầu lên máy chủ, máy chủ sẽ xử lý
và trả lời. Tuy nhiên khi mà mạng Internet phát triển với tốc độ chóng mặt như ngày
nay thì mô hình máy khách – máy chủ đã bộc lộ những nhược điểm quan trọng, ví dụ
khi số lượng máy khách tăng đến ngưỡng nào đó thì nhu cầu về tải và băng thông
tăng đến mức máy chủ không còn đủ khả năng đáp ứng nữa.
Để giải quyết vấn đề trên nhiều mô hình mạng máy tính khác đã được nêu ra.
Trong số đó mạng ngang hàng là mô hình được chú ý nhiều nhất và có tầm ứng dụng
thực tiễn cao nhất. Theo thống kê của nhiều nhà cung cấp dịch vụ mạng thì hiện nay
các ứng dụng mạng ngang hàng chiếm khoảng 50% (thậm chí là 75%) băng thông
mạng Internet [4].
Có rất nhiều định nghĩa được đưa ra cho mạng ngang hàng nhưng chưa có một
định nghĩa nào được công nhận rộng rãi. Tuy nhiên để nhận biết 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 có thể có hoặc không những máy chủ
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.

5
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, PDA, …

Hình 2.1 – Mô hình mạng ngang hàng với các nút mạng là các loại
thiết bị khác nhau
2.2 Nguyên tắc tổ chức
Các hệ thống ngang hàng dựa trên sự phi tập trung và khả năng tự tổ chức của
các hệ thống phân tá. Kiến trúc ngang hàng là cách thức tổ chức một ứng dụng phân
tán thành tập các module phần mêm riêng, mỗi module sẽ chạy trên một máy tính
khác nhau. Các module phần mềm khác nhau sẽ giao tiếp với module khác để xử lý
yêu cầu hoản chỉnh của chương trình phân tán.Một ứng dụng ngang hàng gồm ba
thành phần chính : lớp xếp chồng cơ bản, lớp phần mềm trung gian và lớp ứng dụng.
2.2.1 Lớp xếp chồng cơ bản
Lớp xếp chồng cơ bản đảm bảo tất cả các nút tham gia hệ thống ngang hàng biết
đến nhau và cung cấp cơ chế cho tất cả các nút giao tiếp với nhau. Đây là lớp cần
thiết đối với tất cả các hệ thống ngang hàng. Lớp xếp chồng cơ bản có các chức năng
sau :
o Chức năng phát hiện : trước khi giao tiếp với nhau mỗi nút mạng cần phát hiện
ra một tập tối thiểu các nút khác.
o Tạo lớp xếp chồng : cung cấp cơ chế cho các nút kết nối vào mạng chung sử
dụng bởi mỗi nút khi muốn giao tiếp với nút khác.
6
o Đa phát mức ứng dụng : cơ chế cho phép một nút gửi thông báo đến tất cả các
nút khác thuộc một nhóm nào đó.
2.2.2 Lớp phần mềm trung gian
Lớp phần mềm trung gian bao gồm các thành phần phần mềm có thể được sử
dụng lại bởi nhiều ứng dụng khác nhau. Lớp này chủ yếu được gọi thực hiện bởi các
thành phần phần mềm khác và được sử dụng như cơ sở hạ tầng hỗ trợ xây dựng các
ứng dụng khác.Bên cạnh đó, lớp còn có nhiệm vụ tạo chỉ mục phân tán cho thông tin

trong hệ thống, cung cấp phương tiện gửi phát – đăng nhận, và các dịch vụ an ninh.
Trong ứng dụng, lớp xếp chồng trung gian là không cần thiết cho tất cả các ứng
dụng nhưng được phát triển để sử dụng lại bởi nhiều hơn một ứng dụng.
2.2.3 Lớp ứng dụng
Lớp ứng dụng bao gồm các thành phần phần mềm được thiế kế để sử dụng chủ
yếu bới con người. Lớp này được phát triển sao cho khai thác được bản chất phân tán
của cơ sở hạ tầng.
2.3 So sánh mô hình mạng ngang hàng và mô hình máy khách – máy chủ
Hiện nay, mô hình mạng ngang hàng và mô hình truyền thống client – server
đang cùng tồn tại song song , mỗi mô hình đều có những ưu điểm và hạn chế riêng.
Dưới đây chung tôi xin nêu ra một vài so sánh giữa hai mô hình trên.
Thứ nhất, một mạng ngang hàng cho phép hai hay nhiều nút mạng chia sẻ các
tài nguyên với nhau. Các tài nguyên đó có thể là ổ đĩa, đĩa CD-ROM, và kể cả máy
in, và chúng nằm phân tán ở các nút mạng. Tất cả các tài nguyên này đều có thể được
truy cập từ mọi nút trong mạng.
Bên cạnh đó trong một mạng máy khách – máy chủ tất cả thông tin được lưu trữ
tập trung ở một máy chủ trung tâm có tốc độ và năng lực xử lý vượt trội. Dữ liệu trên
máy chủ này có thể được cung cấp cho hàng trăm , hàng ngàn … máy khách tùy theo
năng lực xử lý của máy chủ trong mạng. Khi một máy khách muốn yêu cầu thông tin
nào đó, máy sẽ gửi yêu cầu tới máy chủ và chờ được xử lý.
Cả hai mô hình mạng ngang hàng và mô hình máy khách – máy chủ đều có
những ưu điểm và điểm hạn chế riêng.
7
Điểm mạnh của mô hình mạng ngang hàng ở chỗ chi phí xây dựng mạng khá rẻ
do tận dựng được tài nguyên trên của các nút mạng. Tuy nhiên các mô hình mạng
ngang hàng cũng ẩn chứa trong chúng nhiều hạn chế.
o Các nút mạng dễ bị tấn công
o Số lượng nút thành viên trong một mạng ngang hàng là rất lớn do đó rất khó
để có một chuẩn chung bắt buộc cho mọi thành viên trong mạng ngang hàng.
o Các nút có thể tự do rời khỏi mạng, do đó mạng ngang hàng không thể luôn

đảm bảo lúc nào tài nguyên cũng sẵn sàng.
o Do không có sự điều phối chung nên trong một số nhiệm vụ sẽ xuất hiện sự
mất cân bằng tải trong mạng.
Điểm mạnh của mô hình máy khách – máy chủ ở chỗ nó cho phép mở rộng mô
tùy theo sự phát triển của tổ chức, thông qua một máy chủ tập trung chúng ta có thể
dễ dàng quản lý hàng trăm máy khách. Hơn nữa, trong mô hình máy khách – máy chủ
vấn đề an ninh được nghiên cứu kỹ lưỡng và phát triển. Do vậy, mô hình này bảo
đảm an ninh hơn mô hình phân tán trong mạng ngang hàng. Tuy vậy, mô hình khách
– chủ cũng có những điểm hạn chế như sau:
o Dữ liệu trong mạng khách – chủ đều nằm tập trung ở một máy chủ duy nhất,
do vậy nguy cơ sụp đổ toàn trong toàn mạng là rất cao.
o Hơn nữa máy chủ phải đồng thời xử lý yêu cầu từ nhiều máy khách trong
mạng nên trong một số trường hợp máy chủ sẽ không thể đáp ứng được các yêu cầu
từ máy khách.
2.4 Các ứng dụng mạng ngang hàng
Mô hình mạng ngang hàng cung cấp một cách thức mới cho việc quản lý các tài
nguyên trên nhiều lĩnh vực ứng dụng khác nhau. Trong mục này chúng tôi điểm qua
những cơ chế quản lý tài nguyên thuộc các loại khác nhau, ví dụ : thông tin, file, băng
thông, thiết bị lưu trữ …
2.4.1 Thông tin
Trong đời sống hàng ngày nói chung và trong các mạng máy tính nói riêng thì
nhu cầu chia sẻ và trao đổi thông tin luôn chiếm vị trí vô cùng quan trong. Mạng
ngang hàng cung cấp các cơ chế đáp ứng các nhu cầu này của người sử dụng.
8
2.4.1.1 Biểu diễn thông tin
Biểu diễn thông tin hay presence information chiếm vai trò rất quan trọng đối
với các ứng dụng ngang hàng. Quá trình biểu diễn thông tin là yếu tố quyết định trong
các mạng tự tổ chức nhưng mạng ngang hàng khi mà nút phải cung cấp thông tin về
các nút mạng và các tài nguyên hiện có trong mạng. Biểu diễn thông tin cho phép nút
mạng khởi tạo kết nối tới các nút mạng khác và truy vấn các tài nguyên. Một ví dụ

điển hình về ứng dụng biểu diễn thông tin là các hệ thống tin nhắn tức thời.
2.4.1.2 Quản lý tài liệu
DMS hay Customarity Document Management Systems là hệ được tổ chức tập
trung, giới hạn dung lượng chia sẻ, quyền quản lý và sử dụng dữ liệu. Tuy nhiên, chỉ
có thể truy cập tới dữ liệu được đặt trong thư mục chia sẻ của DMS. Điều này dẫn tới
yêu cầu cần phải có một chỉ mục tập trung cho các tài liệu liên quan. Tuy nhiên thực
tế cho thấy trong các công ty dữ liệu được tạo và lưu giữ mà không có bất kỳ thông
tin nào khác. Trong trường hợp này mạng ngang hàng là một lựa chọn cần thiết.
2.4.2 File
Chia sẻ file là một trong các ứng dụng ngang hàng quan trọng nhất. Theo nghiên
cứu thì 75% tải trọng mạng Internet được sử dụng để trao đổi file, đặc biệt là các file
nhạc [4]. Đặc trưng chia sẻ file trong các mạng ngang hàng ở chỗ một nút mạng đóng
vai trò của máy khách khi nó nhận dữ liệu từ nút mạng khác, đồng thời nút lại đóng
vai trò là máy chủ khi nó có dữ liệu chia sẻ cùng các nút mạng khác. Vấn đề trọng
tâm trong các mạng ngang hàng nói chung, đối với ứng dụng chia sè file nói riêng
chính là định địa chỉ các tài nguyên. Trong khuôn khổ các hệ thống chia sẻ file, có ba
mẫu đã được phát triển : mẫu truy vấn phát tràn, mẫu thư mục tập trung và mẫu tài
liệu định tuyến. Những ví dự điển hình cho các mẫu trên là : Gnutella, Napster,
Freenet.
2.4.2.1 Gnutella
Trong mạng Gnutella, mỗi nút mạng đóng vai trò là một nút mạng đơn thuần,
một ruoter hoặc có thể là nút trung gian, sử dụng giao thức TCP để chuyển các gói tin
giao vận và giao thức HTTP để gửi file.
Các truy vấn tìm kiếm truyền đi trong mạng dựa theo mẫu truy vấn phát tràn,
nghĩa là một nút sẽ gửi gói truy vấn tới tất cả hàng xóm của nó và cứ thế thông điệp
được truyền đi trong toàn mạng. Khi nhận được truy vấn nếu nút mạng không có khả
9
năng đáp ứng nó sẽ chuyển tiếp thông điệp cho các hàng xóm cho đến khi giá trị
TTL = 0 hoặc thông điệp đến được file cần truy vấn.
Hình 2.2 – Kiến trúc Gnutella

2.4.2.2 Napster
Napster là mạng ngang hàng lai ghép, bao gồm một máy chủ trung tâm đảm
nhiệm chức năng tìm kiếm, tất cả sử dụng giao thức TCP làm giao thức tầng ứng
dụng. Máy chủ tìm kiếm trong hệ thống Napster lưu giữ danh sách bao gồm các điểm
nút đang them gia vào mạng và danh sách các file đang được chia sẻ.
Một nút hiện thời đang nhập vào mạng Napster, các file được chia sẻ bởi file sẽ
được đăng ký với máy chủ Napster. Khi một truy vấn tìm kiếm được phát tán, máy
chủ Napster gửi danh sách các nút mạng có file đang được truy vấn.
2.4.2.3 Freenet
Mạng Freenet sử dụng mẫu tài liệu định tuyến để tìm kiếm và lưu trữ file. Trong
mạng Freenet các file dữ liệu không được lưu ở ổ cứng của các nút mạng cung cấp
chúng mà được lưu ở vị trí khác trong mạng. Nguyên nhân là Freenet được phát triển
với mục đích xây dựng một mạng lưu trữ và truy cập thông tin ẩn danh. Để thực hiên
điều này file và các nút trong mạng Freenet được gán một định danh duy nhất. Khi
môt file được tạo , nó được gửi tới nút có định danh gần với định danh của file nhất
và file sẽ được lưu trữ ở đấy. Các nút tham gia truyền file sẽ lưu lại định danh của file
và thông báo tới các nút hàng xóm và thông tin này sẽ được lưu giữ trong bảng định
tuyến của nút hàng xóm.
10
2.4.3 Băng thông
Do yêu cầu về khả năng truyền dẫn của mạng Internet ngày càng cao, đặc biệt là
nhu cầu với các dữ liệu đa phương tiện tăng ngày càng nhanh thì yêu cầu sử dụng
băng thông hiệu quả càng trở nên quan trọng. Với hướng tiếp cận mạng ngang hàng
vấn đề cân bằng tải sẽ được giải quyết một cách tối ưu nhất.
2.4.3.1 Tăng cường cân bằng tải
Khác với kiến trúc máy khách – máy chủ các mạng ngang hàng lai ghép đạt
được cân bằng tải tốt hơn. Với mô hình máy khách – máy chủ thì các thông tin truy
vấn và truyền tải dữ liệu đều được thực hiện giữa máy chủ và máy khách, điều này
dẫn tới tình trạng mất cân bằng tải khi có nhiều truy vấn được gửi tới máy chủ.

Trong mô hình mạng ngang hàng lai ghép, chỉ có yêu cầu truy vấn được thực
hiện giữa máy tính tham gia với máy chủ, còn quá trình truyền file được thực hiện
giữa hai nút mạng với nhau.
2.4.3.2 Chia sẻ băng thông
Sử dụng mô hình mạng ngang hàng làm tăng khả năng tải và truyền các file nhờ
vào cơ chế tận dụng đường truyền tới các nút mạng. Một file dữ liệu lớn sẽ được chia
thành các mảnh độc lập, các mảnh sau đó được gửi đồng thời tới các nút mạng khác
nhau cho đến khi nút yêu cầu nhận được chúng. Tại nút đích, các mảnh dữ liệu sẽ
được ghép lại thành file dữ liệu ban đầu.
2.4.4 Không gian lưu giữ
Ngày nay các giải pháp như DAS , NAS hay SAN đang được các công ty và tổ
chức lựa chọn để lưu trữ dữ liệu. Các giải pháp này đang tồn tại một số nhược điểm
như :
o Kém hiệu quả trong việc sử dụng hệ thống lưu trữ sẵn có.
o Tăng tải trong mạng trong tổ chức.
o Phải tăng cường việc sao lưu dữ liệu.
Tuy nhiên, băng thông ngày càng được cải thiện , tính kết nối liên thông ngày
một dễ dàng đã cho phép thay đổi cách thức quản lý vấn đề lưu trữ dữ liệu.
11
2.4.5 Chu trình xử lý
Có thể nhận thấy rằng trong các ứng dụng đòi hỏi đến sức mạnh tính toán chúng
ta thường tìm cách xây dựng các máy tính có cấu hình mạnh chứ chưa tập trung vào
việc tận dụng khả năng tính toán của các máy tính được nối mạng. Ngày nay do các
yêu cầu tính toán phức tạp với lượng dữ liệu lớn tăng cao dẫn tới nhiều nghiên cứu đã
cố gắng tận dụng sức mạnh của mạng ngang hàng để xử lý. Bằng cách ứng dụng công
nghệ mạng ngang hàng để kết hợp sức mạnh tính toán của nhiều nút trong mạng một
cách đồng thời chúng ta có thể giải quyết các bài toán mà trước kia cần đến các siêu
máy tính.

12
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 nói đến những hệ thống
có chứa ít nhất một nút thành viên kết nối vào hệ thống thông qua đường truyền
không dây. 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 không dây đa 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 với nhau bằng liên kết không 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 .
13

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 hợp di động là mạng đa chặng , điều đó có nghĩa là đường đi từ
nút nguồn đến nút đích sẽ đi qua nhiều nút mạng trung gian. Các nút mạng vừa đóng
vai trò là router , vừa đóng vai trò là nguồn chia sẻ dữ liệu. Trong hình vẽ 3.1 ở trên
đường cong màu xanh thể hiện đường đi từ PDA A đến Laptop B phải đi qua các
chặng trung gian C , D , E.
Ba là, các nút trong mạng tự hợp di động có khả năng tự tổ chức mà không cần
thiết phải dựa trên một kiến trúc hạ tầng nào cả. Hơn nữa các kết nối trong mạng
tự
14
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 đặc điểm nêu trên khiến vấn để định tuyến trong các mạng tự hợp di
động phải đối mặt với rất nhiều khó khăn.
Vấn đề thứ nhất, các nút mạng luôn di động, mô hình mạng thay đổi liên tục do
vậy các giao thức định tuyến trong mạng tự hợp di động cần có khả năng thích nghi

động với mỗi sự thay đổi mạng.
Vấn để thứ hai, các nút mạng có bộ nhớ và năng lực xử lý hạn chế, hơn nữa lại
phải chia sẻ cùng nhau kênh truyền không dây nên băng thông dành cho mỗi nút
mạng khá thấp. Do vậy nên các giao thức định tuyến trong mạng tự hợp di động cần
phải tiết kiệm băng thông cho các phiên truyền dữ liệu bằng cách giảm thiểu các gói
tin phục vụ cho quá trình định tuyến.
Vấn đề thứ ba gặp phải là các nút mạng hoạt động nhờ vào năng lượng pin. Do
vậy các nút mạng có thể tồn tại và tham gia liên kết trong thời gian dài thì các giao
thức định tuyến phải có khả năng tiết kiệm tối đa năng lượng.
Sau đây là một số giao thức định tuyến đã được ứng dụng trong các mạng tự hợp
di động.
3.4.1 Phát tràn
Phát tràn là cách thức đơn giản nhất để chuyển dữ liệu từ nút gửi đến nút nhận.
Với cơ chế phát tràn, nút gửi sẽ gửi broadcast gói dữ liệu tới tất cả các hàng xóm.
Trong lần đầu tiên nhận được gói tin broadcast nút sẽ tiếp tục broadcast gói tin tới tất
cả hàng xóm của mình. Cơ chế “mỗi nút chỉ gửi một lần” được áp dụng để tránh vòng
lặp của các gói tin, cũng là để kết thúc quá trình broadcast.
Đối với cơ chế phát tràn, nút không cần biết đến các thông tin về hình trạng
mạng. Đối với những mạng mà các nút mạng luôn di chuyển thì phát tràn có thể là
phương án duy nhất để gửi các gói dữ liệu. Tuy nhiên trong các trường hợp khác
phát tràn tỏ ra không hiệu quả. Mặc dù vậy, phát tràn vẫn đảm nhận những chức năng
quan trọng trong các giao thức định tuyến , chẳng hạn như : khám phá các đường đi
và xác định hình trạng mạng.
15
3.4.2 Kỹ thuật phát tràn hiệu quả
Phát tràn hiệu quả cố gắng loại bỏ những yếu tố không hiệu quả của broadcast,
nhưng vẫn đảm bảo tất cả các nút mạng đều nhận được gói tin. Cách thức đơn giản
nhất là tất cả các nút sẽ broadcast tiếp gói dữ liệu nhận được với xác suất p. Việc xác
định giá trị p quyết định đến sự hiệu quả của phiên phát tràn.
Một cách khác có thể thực hiện được là nút sau khi nhận được gói tin đa phát,

nút sẽ đợi trong khoảng thời gian nào đó. Nếu trong khoảng thời gian này, k lần nút
nhận được gói tin trên thì nó hiểu rằng tất cả các hàng xóm của nó đều đã nhận được
gói tin này. Rõ ràng việc lựa chọn giá trị k là yếu tố quyết định chất lượng phát tràn.
Bên cạnh đó chúng ta có thể xác định một tập con các nút mạng có khả năng gửi
gói dữ liệu tới tất cả các nút trong mạng, nhóm này được gọi là “nhóm chuyển” hay
“forward set” nhiều thuật toán đã được dùng tối ưu hóa việc xây dựng nhóm chuyển.
3.4.3 Định tuyến đơn phát
Phần này sẽ trình bày khái quát về một vài giao thức định tuyến đơn phát được
sử dụng trong mạng tự hợp di động.









Hình 3.2 – Một số giao thức định tuyến đơn phát trong mạng tự hợp di động
Giao thức định tuyến đơn phát trong
MANETs

Định tuyến chủ
động
Định tuyến lai
Định tuyến theo
yêu cầu
Định tuyến
đám mây
Distan

ce
Vector
Link
State
16
3.4.3.1 Định tuyến chủ động
Các giao thức định tuyến theo chiến lược chủ động duy trì thông tin định tuyến
đến các nút mạng đang tồn tại trong mạng ở mỗi nút mạng. Định kỳ hoặc khi có sự
thay đổi trong mạng, các nút mạng sẽ trao đổi thông tin định tuyến cho nhau bằng
cách quảng bá thông tin định tuyến đến các nút láng giềng.
o Ưu điểm: tính sẵn sàng cao và độ trễ thấp.
o Khuyết diểm: tải mạng cao, sử dụng băng thông không hiệu quả, không thích
hợp trong trường hợp kích thước mạng lớn cũng như đồ hình mạng thay đổi thường
xuyên.
Một trong những giao thức kinh điển sử dụng chiến lược chủ động để xây dựng
thông tin định tuyến là giao thức Destination-Sequenced Distance-Vector (DSDV)
[6] Giao thức DSDV dựa trên thuật toán Bellman-Ford, đặc biệt là giao thức định
tuyến RIP trong mạng có dây. Theo đó mỗi nút mạng duy trì một bảng định tuyến lưu
thông tin đường đi ngắn nhất tới tất cả các nút mạng khác trong mạng. Với mỗi dòng
dữ liệu trong bảng định tuyến, giao thức DSDV sử dụng thêm tham số sequence
number nhằm tránh tình trạng lặp khi trao đổi thông tin định tuyến mà giao thức RIP
mắc phải. Thông tin định tuyến của một nút mạng được quảng bá hoặc gửi đến một
số nút hàng xóm của nó theo định kỳ và tăng tần suất quảng bá khi phát hiện đồ hình
mạng thay đổi.
Các giao thức định tuyến chủ động lưu giữ tất cả đường đi đơn phát giữ tất cả
các cặp nút. Do đó khi có như cầu nút nguồn sẽ không bị bất kỳ độ trễ nào cho quá
trình phát hiện đường đi nữa. Các giao thức định tuyến chủ động có thể tìm thấy
đường đi tối ưu. Tuy nhiên giao thức này lại không thực sự phù hợp với mạng tự hợp
di động. Do đó nhiều cải tiến đã được đề xuất để có thể sử dụng trong môi trường
mạng tự hợp di động.

3.4.3.2 Giao thức định tuyến theo yêu cầu
Ngược với giải pháp chủ động, các giao thức định tuyến theo nhu cầu chỉ thiết
lập thông tin định tuyến khi nút nguồn có nhu cầu gởi dữ liệu đến một nút khác trong
mạng. Khi đó nút nguồn bắt đầu quá trình thiết lập thông tin định tuyến đến nút đích.
17
o Ưu điểm: giảm tải mạng và dễ dàng tương thích khi có nút mạng mới gia nhập
mạng.
o Khuyết điểm: độ trễ cao, không thích hợp với môi trường mạng có lưu lượng
cao.
Giao thức Ad-hoc On-demand Distance Vector (AODV) [7] là một giao thức
được xây dựng theo giải pháp này. Giao thức AODV chỉ thiết lập đường đi đến đích
khi nơi gởi có nhu cầu và thông tin này được duy trì trong bộ đệm (cache) suốt phiên
truyền thông giữa hai nút mạng. Khi một nút có nhu cầu gởi dữ liệu đến một nút
khác, nếu như thông tin định tuyến không được tìm thấy trong bộ đệm, nút nguồn sẽ
gởi một thông điệp dò tìm đường đi đến đích route request – RREQ cho toàn mạng.
Những nút trong mạng khi nhận được thông điệp RREQ sẽ cập nhật thông tin định
tuyến của chính mình. Song song đó, một nút gọi là x hồi đáp cho nút gởi một thông
điệp route reply - RREP nếu như nút x chính là nút đích hoặc có thông tin định tuyến
đến nút đích. Ngược lại, nút x tiếp tục quảng bá thông điệp RREQ đến các nút láng
giềng để tìm đường đi đến đích.
Quá trình dò tìm đường đi và phản hồi kết quả cho nút nguồn được minh họa
trong hình 3.3. Tất cả các nút mạng lưu vết thông tin về địa chỉ và broadcast ID của
các thông điệp RREQ để kiểm tra thông điệp đã xử lý hay chưa. Tuy nhiên khi các
nút di chuyển, thông định định tuyến lưu trong bộ đệm bị sai dẫn đến giao thức thực
thi không hiệu quả.

Hình 3.3 – Giao thức AODV. Quá trình dò tìm đường đi từ nút
nguồn đến nút đích