TIỂU LUẬN MÔN HỌC MẠNG THẾ HỆ MỚI Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P)

Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P)
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TIỂU LUẬN MÔN HỌC
MẠNG THẾ HỆ MỚI(NGN)
TÊN ĐỀ
TÀI
MẠNG NGANG HÀNG VÀ ĐỊNH TUYẾN
TRONG MẠNG NGANG HÀNG (P2P)
Học viên 1. LÊ PHƯỚC CHUNG
2. NGUYỄN HUY ANH
GVHD : PGS.TS NGUYỄN HỮU THANH
Chuyên ngành : Kỹ thuật điện tử
Khoá : K26
Đà Nẵng, năm 201
HVTH: Lê Phước Chung – Nguyễn Huy Anh Trang 1
Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P)
LỜI MỞ ĐẦU
Mạng ngang hàng (tiếng Anh: peer-to-peer network), còn gọi là mạng đồng đẳng, là
một mạng máy tính trong đó hoạt động của mạng chủ yếu dựa vào khả năng tính toán và
băng thông của các máy tham gia chứ không tập trung vào một số nhỏ các máy chủ trung
tâm như các mạng thông thường. Mạng đồng đẳng thường được sử dụng để kết nối các
máy thông qua một lượng kết nối dạng ad hoc. Mạng đồng đẳng có nhiều ứng dụng. Ứng
dụng thường xuyên gặp nhất là chia sẻ tệp tin, tất cả các dạng như âm thanh, hình ảnh, dữ
liệu, hoặc để truyền dữ liệu thời gian thực như điện thoại VoIP.
Một mục đích quan trọng của mạng đồng đẳng là trong mạng tất cả các máy tham
gia đều đóng góp tài nguyên, bao gồm băng thông, lưu trữ, và khả năng tính toán. Do đó
khi càng có nhiều máy tham gia mạng thì khả năng tổng thể của hệ thống mạng càng lớn.
Ngược lại, trong cấu trúc máy chủ-máy khách, nếu số lượng máy chủ là cố định, thì khi
số lượng máy khách tăng lên khả năng chuyển dữ liệu cho mỗi máy khách sẽ giảm xuống

Ngày nay nhu cầu về thông tin ngày càng tăng cả về số lượng, chất lượng và các
loại hình dịch vụ,…vv điều này đã thúc đẩy thế giới phải tìm ra giải pháp mới. Các kỹ
thuật định tuyến đã phần nào giải quyết được một số vấn đề lưu lượng trong mạng. Nội
dung được trình bày trong chuyên đề sẽ làm rõ về các vấn đề trên.
Do thời gian nghiên cứu chuyên đề cũng như sự hiểu biết có hạn nên không tránh
khỏi những thiếu sót. Nhóm thực hiện rất mong nhận được sự góp ý từ phía các thầy cô
và bạn đọc để nhóm chúng em hoàn thiện hơn nội dung chuyên đề.
HVTH: Lê Phước Chung – Nguyễn Huy Anh Trang 2
Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P)
MỤC LỤC
HVTH: Lê Phước Chung – Nguyễn Huy Anh Trang 3
Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P)
]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
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.
HVTH: Lê Phước Chung – Nguyễn Huy Anh Trang 4
Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P)
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
đượ
c
x
e
m
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
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:
HVTH: Lê Phước Chung – Nguyễn Huy Anh Trang 5
Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P)
P2P Cl
ie
nt
/
S
er
ve
r

- 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
đượ
c t
ruy
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 thô
ng
tin về thời gian nó sẽ phải gửi một yêu
cầu theo một tiêu chuẩn do server định
1.4.
Ưu, nhược điểm của mạng P2P, Client/Server:
P2P Cl
ie
nt
/
S
er
ve
r
+ 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.
HVTH: Lê Phước Chung – Nguyễn Huy Anh Trang 6
Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P)
+ Nhược
đ
iể
m:
- Chậm.
- Không tốt cho các ứng dụng CSDL.
+ Nhược
đ
iể
m:
- Cần server riêng (nghẽn cổ chai).
- Đắt.
HVTH: Lê Phước Chung – Nguyễn Huy Anh Trang 7
Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P)
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:
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…).
HVTH: Lê Phước Chung – Nguyễn Huy Anh Trang 8
Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P)
 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.
Hình 1.3. Mô hình mạng lai ngang hang(Hibrid P2P)
HVTH: Lê Phước Chung – Nguyễn Huy Anh Trang 9
Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (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:
 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
HVTH: Lê Phước Chung – Nguyễn Huy Anh Trang 10
Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P)
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)
HVTH: Lê Phước Chung – Nguyễn Huy Anh Trang 11
Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P)
Ưu điểm:
 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.
HVTH: Lê Phước Chung – Nguyễn Huy Anh Trang 12
Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P)
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.
 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).
HVTH: Lê Phước Chung – Nguyễn Huy Anh Trang 13
Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P)
 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.
HVTH: Lê Phước Chung – Nguyễn Huy Anh Trang 14
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:
HVTH: Lê Phước Chung – Nguyễn Huy Anh Trang 15

Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P)
 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.
1.6. Tìm thong tin quảng bá qua mạng P2P
1 Peer có thể có được 1 bản tin quảng bá bằng 1 trong 3 cách
Không có tin discovery
Discovery trực tiếp
Discovery gián tiếp
Hình 1.7.Peer discovery thong qua catched quảng bá
HVTH: Lê Phước Chung – Nguyễn Huy Anh Trang 16
Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P)
Hình 1.8.Discover trực tiếp
Hình 1.9 Discovery gián tiếp
HVTH: Lê Phước Chung – Nguyễn Huy Anh Trang 17
Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P)
Chương 2 : Định tuyến trong các hệ thống P2P thế hệ mới
2.1 Tổng quan định tuyến
2.1.1. Khái niệm
- Định tuyến là 1 quá trình chọn lựa các đường đi trên một mạng máy tính để gửi dữ liệu
qua đó.
- Định tuyến chỉ ra hướng và đường đi tốt nhất từ nguồn đến đích của các gói tin
(packer) thông qua các node trung gian là router.
2.1.2. Nguyên tắc
- Trong hoạt động định tuyến , người ta chia làm hai loại là định tuyến trực tiếp và định
tuyến gián tiếp. Định tuyến trực tiếp là định tuyến giữa hai máy tính nối với nhau vào
một mạng vật lý. Định tuyến gián tiếp là định tuyến giữa hai máy tính ở xa các mạng vật
lý khác nhau nên chúng phải thực hiện thông qua cac Gateway.

- Để kiểm tra xem máy đích có năm trên cùng một mạng vật lý với máy nguồn hay
không thì người gửi phải tách lấy địa chỉ mạng của máy đích trong phần tiêu đề của gói
dữ liệu và so sánh với phần địa chỉ mạng trong phần địa chỉ IP của nó. Nêu trùng thì gói
tin sẽ được truyền trực tiếp nếu không cần phải xác định Gateway để truyền các gói này
thông qua nó để ra mạng ngoài thích hợp.
2.1.3. Định tuyến tĩnh và định tuyến động
- Định tuyến là quá trình mà router thực hiện để chuyển gói dữ liệu tới mạng đích. Tất cả
các router dọc theo đường đi đều dựa vào địa chỉ IP đích của gói dữ liệu để chuyển gói
theo đúng hướng đến đích cuối cùng .Để thực hiện được điều này, router phải học thông
tin về đường đi tới các mạng khác .Nếu router chạy định tuyến động thì router tự động
học những thông tin này từ các router khác .Còn nếu router chạy định tuyến tĩnh thì
người quản trị mạng phải cấu hình các thông tin đến các mạng khác cho router .
HVTH: Lê Phước Chung – Nguyễn Huy Anh Trang 18
Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P)
- Đối với định tuyến tĩnh ,các thông tin về đường đi phải do người quản trị mạng nhập
cho router . Khi cấu trúc mạng có bất kỳ thay đổi nào thì chính người quản trị mạng phải
xoá hoặc thêm các thông tin về đường đi cho router . Những loại đường đi như vậy gọi là
đường đi cố địn. Đối với hệ thống mạng lớn thì công việc bảo trì mạng định tuyến cho
router như trên tốn rất nhiều thời gian .Còn đối với hệ thống mạng nhỏ ,ít có thay đổi thì
công việc này đỡ mất công hơn . Chính vì định tuyến tĩnh đòi hỏi người quản trị mạng
phải cấu hình mọi thông tin về đường đi cho router nên nó không có được tính linh hoạt
như định tuyến động .Trong những hệ thống mạng lớn , định tuyến tĩnh thường được sử
dụng kết hợp với giao thức định tuyến động cho một mục đích đặc biệt.
2.2 Định tuyến trong mạng ngang hang P2P
2.2.1 Tổng quan
Các hệ thống chia sẻ dữ liệu peer-to-peer (P2P) hiện là một trong những ứng
dụng Internet phổ biến nhất và đang trở thành nguồn lưu lượng Internet chính. Do vậy,
việc mở rộng quy mô cho các hệ thống này là cực kỳ quan trọng. Tuy nhiên, các thiết kế
ban đầu cho các hệ thống P2P không phù hợp với các mạng có quy mô lớn, ví dụ như
Napster và Gnutella. Nhằm đáp ứng các vấn đề mở rộng quy mô, thế hệ mới các hệ

thống P2P hỗ trợ tính năng bảng hàm băm phân tán (DHT), trong số đó là Tapestry,
Pastry, Chord và CAN (Content-Addressable Networks). Trong các hệ thống này (còn
gọi là các hệ thống DHT), các file được ràng buộc với các khoá (key).
Hầu như các thuật toán hiện tại ứng dụng trong mạng ngang hàng thế hệ mới
(mạng có cấu trúc) đều định tuyến dựa trên key. Nó nhận một key, và để hồi đáp, chúng
định tuyến một bản tin tới node có trách nhiệm với key ấy. Các key là các chuỗi số có
một độ dài nào đấy. Cácnode là các bộ nhận dạng, lấy từ cùng không gian với các key (có
nghĩa là cùng số lượngdigits). Mỗi node lưu giữ một bảng định tuyến bao gồm một tập
nhỏ các node trong hệ thống.Các thuật toán định tuyến đều cố gắng định tuyến tới node
có key phù hợp và qua ít số hop nhất. Dưới đây là một số thuật toán định tuyến hiện tại:
HVTH: Lê Phước Chung – Nguyễn Huy Anh Trang 19
Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P)
2.2.2. Định tuyến dựa vào tiền tố (Prefix routing)
Định tuyến dựa vào tiền tố (Prefix routing) - PRR: đây là thuật toán đầu tiên cho
việc tìm kiếm
và
định tuyến của mạng ngang hàng. Bằng cách ánh xạ nhận dạng
đối tượng thành không gian địa
chỉ
của các peers, PRR định tuyến dựa trên key và có
thể trợ giúp các thao tác: đọc, chèn và xóa đối
tượng
lưu trữ trong mạng chồng phủ.
Nguyên lý của thuật toán này là nền tảng cho các thiết kế DHT
sau

này.
PRR là định
tuyến dựa trên hậu tố, là trường hợp đối xứng của định tuyến tiền tố. Định tuyến
hậu

tố và tiền tố đều dựa trên sự giống nhau để tăng vị trí của địa chỉ đích tại mỗi hop dọc
theo đường
cho
đến khi đích đạt tới. Thiết kế PPR dựa trên tập các node tĩnh; không
quan tâm tới thành viên là các
node
động, không có kỹ thuật cập nhật bảng định tuyến
khi node ra nhập hoặc rời mạng. Phiên bản đơn
giản
của PRR được gọi là SPRR
được đưa ra bởi Li and Paxton. Một số các thuật toán Tapestry,
Pastry,
P-Grid,
Cycloid, and Z-Grid. Plaxton, Rajaraman đều dựa trên
PRR.
2.2.3. Thuật toán Plaxon et al
Plaxon et al: Plaxon et al là một phiên bản của PRR, đây là thuật toán đầu tiên
được sử dụng
trên
quy mô lớn bởi các DHT, nhưng không cung cấp việc định tuyến tìm
kiếm hiệu quả. Thuật toán
của
Plaxton ban đầu được tạo ra để định tuyến các truy vấn
Web tới các cache lân cận, và nó ảnh hưởng
đến
thiết kế của Pastry, Tapestry và
Chord. Phương pháp Plaxton có độ phức tạp tham gia/rời bỏ theo
hàm
loga. Plaxton
đảm bảo các truy vấn không bao giờ đi xa hơn trong khoảng cách mạng so với peer

mà
lưu giữ key. Tuy nhiên, Plaxton cũng có một số nhược điểm: yêu cầu hiểu biết
toàn bộ để xây
dựng
mạng chồng; peer gốc của đối tượng là điểm lỗi đơn; không có
sự chèn thêm hoặc xoá bỏ peer;
không

có
sự tránh các điểm tắc nghẽn nóng. Đối với
một hệ thống n node, mỗi node có O(log n) lân cận,
độ
dài đường định tuyến O(log
n) bước
nhảy
HVTH: Lê Phước Chung – Nguyễn Huy Anh Trang 20
Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P)
2.2.4. Thuật toán Tapetry
Tapestry sử dụng một biến thể của thuật toán Palaxon et al và thêm vào tính năng
động cho các pees trong mạng chồng. Sử dụng định tuyến dựa vào tiền tố, Tapestry sử
dụng thuật toán SHA-1 để băm các địa chỉ node thành các ID biểu diễn theo hệ số 2
b
.
Để hiểu rõ hơn về vấn đề ta sẽ tìm hiểu về thuật toán SHA-1 :
Khởi gán các biến:
H0:=0x67452301
H1:=0xEFCDAB89
H2:=0x98BADCFE
H3:=0x10325476
H4:=0xC3D2E1F0

Tiền xử lý:
Thêm 1 bít vào thông điệp.
Thêm vào k bit 0 sao cho độ dài thông diệp đồng du 448 (mod 512).
Thêm 64 bít biểu diễn độ dài của thông điệp gốc ( giá trị lưu dạng big –endian)
Hình 2.1. Độ dài thông điệp gốc của khối 512 bít
Từ hình vẽ 2.1 ta chia thông điệp ( pha đinh) thành các khối 512 bít.
Mỗi khối 512 bít:
• Chia thành 16 word (32 bít, big-endian) w[0 15]
HVTH: Lê Phước Chung – Nguyễn Huy Anh Trang 21
Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P)
• w[i]=(w[i-3]⊕ w[i-8] ⊕ w[i-14] ⊕ w[i-16]) <<< 1 với 16 ≤ i < 80
• A= h0, B= h1, C= h2, D= h3, E= h4
• 80 chu kỳ xử lý
• h0+=A, h1+=B, h2+=C, h3+=D, h4+=E
• Kết quả:= h0 | h1 | h2 | h3 | h4
⊕:phép Xor
Chu kỳ xử lý:
• t là số thứ tự của chu kỳ
• A, B, C, D, E là 5 word (32 bit) của trạng thái
• F là hàm phi tuyến (thay đổi tùy theo chu kỳ)
• <<< n là phép quay trái n vị trí
• ⊞ phép cộng modulo 2
32
.
• K
t
là hằng số .
• X
∧
Y phép toán AND trên bít giữa X và Y

• X
∨
Y phép toán OR trên bít giữa X và Y
• X
⊕
Y phép toán XOR trên bít giữa X và Y
• X phép toán NOT trên bít X
[ ]
( )
( ) ( )( )
( ) ( ) ( )







≤≤⊕⊕
≤≤∧∨∧∨∧
≤≤⊕⊕
≤≤∧¬∨∧
=
7960 ,
5940 ,
3920 ,
190 ,
,,
tZYX
tZYZXYX

tZYX
tZXYX
ZYXtF
HVTH: Lê Phước Chung – Nguyễn Huy Anh Trang 22
Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P)







≤≤
≤≤
≤≤
≤≤
=
7960,
5940,
3920,
190,
t
t
t
t
K
t
0xca62c1d6
0x8f1bbcdc
0x6ed9eba1

0x5a827999
Hình 2.2 . Bảng Định Tuyến Chứa các Node có ID
Mỗi node lưu giữ một bảng định tuyến gồm log 2
b
(N) hàng và 2
b
cột. Hàng thứ
nhất trong bảng định tuyến chứa các node có ID khác với ID của node đó ở chỉ số thứ
nhất. Hàng thứ hai trong bảng định tuyến chứa các node có ID giống với ID của node đó
ở chữ số thứ nhất nhưng khác ở chữ số thứ hai. Các hàng còn lại của bảng định tuyến
cũng được tổ chức tương tự. Quá trình tìm kiếm được thực hiện bằng cách so sánh lần
lượt các chữ số tiền tố của ID. Ví dụ 4***
⇒
42**
⇒
422*
⇒
4227, quá trình này gọi là
“ánh xạ lân cận”. Bảng định tuyến của một node X được chia thành nhiều mức (log2
b
HVTH: Lê Phước Chung – Nguyễn Huy Anh Trang 23
Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P)
(N)), mỗi mức i bao gồm các liên kết (2
b
-1) đến các node có tiền tố giống đến chữ số
thứ i-1 với ID của X. khi một node định tuyến đến node đích nó sẽ đi theo đường đến
node có ID gần giống với ID đích nhất (dựa theo bảng định tuyến). Sau mỗi chặng node
tiếp theo sẽ có mức cao hơn ít nhất là 1, vì vậy sau nhiều nhất là log 2
b
(N) chặng quá

trình tìm kiếm kết thúc.
2.2.5. Thuật toán Pastry
Trong Pastry việc định tuyến bao gồm việc chuyển truy vấn tới node lân cận có
tiền tố được chia sẻ dài nhất với key (và, trong trường hợp chặt chẽ, thì tới node có bộ
nhận dạng gần nhất về số đối với key). Pastry có O(log n) lân cận và định tuyến trong
vòng O (log n) bước nhảy .
2.2.6. Thuật toán Chord
Hệ thống và các ứng dụng peer-to-peer là các hệ thông phân tán không cần bộ xử lý trung
tâm, các phần mềm được chạy trên các node và thực hiện các chức năng của nó. Các đặc
điểm của ứng dụng peer-2-peer như : lưu trữ bản dự phòng, lâu dài, lựa chọn điểm gần, tìm
kiếm, xác thực, phân cấp tên.Thực tế với nhiều đặc điểm tốt, lõi (core)của hầu hết các hệ
thống peer-2-peer đều dựa trên xác định vị trí dữ liệu.
2.2.6.1. Giao thức Chord
Giao thức Chord được thiết kế giống như giao thức định tuyến DHT nhằm mục đích phát
triển một cách phân tán dữ liệu tốt nhất, các node được phân phối IDs và Keys với nhiều đặc
trưng như Scalability(đánh giá), Complete Decentralization(phân quyền), Efficient Load
Blancing(cân bằng tải), và Simplicity( đơn giản). Chord coi các khóa Key là các điểm trên
một đường tròn. Không gian khóa đường tròn được chia thành các cung liên tiếp mà điểm
cuối của cung này là các định danh ID của các node. Mỗi node lưu trữ thông tin định tuyến
tới các node khác trong một bảng định tuyến được gọi là Finger Table.
HVTH: Lê Phước Chung – Nguyễn Huy Anh Trang 24
Mạng ngang hàng và định tuyến trong mạng ngang hàng (P2P)
Hình 2.3. Bảng Finger table và cấp key cho từng node 0,1,3 và keys 1,2,6
Giao thức Chord hỗ trợ duy nhất một hoạt động : đưa ra 1 key, nó sẽ ánh xạ key đó vào
1 node.Tùy thuộc vào ứng dụng sử dụng Chord ( văn bản, hình ảnh, media ), node đó sẽ lưu
trữ một giá trị kết hợp với key. Chord sử dụng kí thuật consistent hashing để cấp key cho các
node.Consistent hashing dùng để cần bằng tải, mỗi node sẽ nhận được số lượng key gần
ngang nhau, vào làm cả việc chuyển số lượng key khi có node tham gia hay rời khỏi hệ
thống. Kĩ thuật consistent hashing đầu tiên sẽ nhận biết các node trong hệ thống, tạo ra sự
cân chỉnh về số lượng các node. Mỗi node trong Chord cần được "routing" để biết thông tin

về một vài node khác. Vì bảng định tuyến là phân tán, 1 node sẽ sử dụng hàm băm để giao
tiếp với các node khác. Khi mạng được thiết lập, 1 hệ thống gồm N-node, trong đó mỗi node
chứa thống tin về O(log N) node xung quanh nó, và tìm kiếm các node khác thông qua O(log
N) thông điệp tới các node đó. Chord duy trì thông tin định tuyến khi các node tham gia/rời
khỏi hệ thống. Với một hệ thống có tần suất cao, một node cũng chỉ cần gửi không quá
O(log2 N) thông điệp để định tuyến.
2.2.6.2. Ánh xạ khóa vào một nút trong Chord
Chord ánh xạ các khóa vào các nút, thường sẽ là một cặp key và value. Một value có thể là 1
address, 1 văn bản, hoặc 1 mục dữ liệu. Chord có thể thực hiện chức năng này bằng cách lưu
HVTH: Lê Phước Chung – Nguyễn Huy Anh Trang 25