nghiên cứu một số cơ chế bảng băm phân tán trong mạng ngang hàng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN






Nguyễn Tuấn Anh


NGHIÊN CỨU MỘT SỐ CƠ CHẾ BẢNG BĂM
PHÂN TÁN TRONG MẠNG NGANG HÀNG


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH








Thái Nguyên - 2010

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN






Nguyễn Tuấn Anh

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ CƠ CHẾ BẢNG BĂM
PHÂN TÁN TRONG MẠNG NGANG HÀNG
Chuyên ngành: Khoa học máy tính
Mã số: 60.48.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Phạm Việt Bình




Thái Nguyên - 2010

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
***

LỜI CAM Đ
OAN

Luận văn thạc sỹ này do tôi nghiên cứu và thực hiện dưới sự hướng dẫn của
Thầy giáo TS. Phạm Việt Bình. Để hoàn thành bản luận văn này, ngoài các tài liệu
tham khảo đã liệt kê, tôi cam đoan không sao chép các công trình nghiên cứu của
người khác.


Thái Nguyên, ngày 13 tháng 10 năm 2010
Ngƣời cam đoan

Nguyễn Tuấn Anh










Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên







LỜI CẢM
ƠN

Trước hết tôi vô cùng biết ơn sâu sắc đến Thầy giáo TS. Phạm Việt Bình đã tận
tình hướng dẫn tôi hoàn thành bản luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Khoa Công nghệ thông tin, tập thể các
thầy, cô giáo trong Khoa cùng toàn thể bạn bè đã đóng góp ý kiến cho bản luận văn của
tôi.
Thái Nguyên, ngày 13 tháng 10 năm

2010

















Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


1
Mục lục
Danh mục thuật ngữ, từ viết tắt 3
Danh mục thuật ngữ, t ừ viết tắt 3

Danh mục hình vẽ 3
Danh mục bảng 6
Danh mục thuật toán 6
Lời mở đầu 7
Chƣơng 1. Khái quát về mạng ngang hàng và bảng băm 8
1.1. Khái quát về mạng ngang hàng 8
1.1.1. Khái niệm mạng ngang hàng 8
1.1.2. Quá trình phát triển của các hệ thống mạng ngang hàng 10
1.1.3. Phân loại các mô hình mạng ngang hàng 14
a) Hệ thống mạng ngang hàng tập trung (Centralized) 15
b) Các mạng ngang hàng thuần túy (Pure) 17
c) Các mạng ngang hàng lai (Hybrid) 17
d) Mạng ngang hàng có cấu trúc 18
1.1.4. Các lĩnh vực ứng dụng của mạng ngang hàng 20
a) Giao tiếp (communication) 20
b) Chia sẻ Files (File sharing) 20
c) Băng thông (Bandwidth 22
d) Không gian lưu trữ (Storage Space) 22
e) Các chu trình xử lý (Processor Cycles) 25
1.1.5. Các phương pháp đánh giá mạng ngang hàng 25
a) Phương pháp phân tích 25
b) Phương pháp thử nghiệm 26
c) Phương pháp mô phỏng 26
1.1.6. Các vấn đề đối với mạng mạng ngang hàng hiện nay 27

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


2
1.2. Bảng băm 28

1.2.1. Bảng băm (Hash table) 28
1.2.2. Bảng băm phân tán - Distributed Hash Table (DHTs) 28
Chƣơng 2. Một số dạng bảng băm trong mạng ngang hàng 31
2.1. Kademlia 32
2.2. Tapestry 34
2.3. Kelips 39
2.4. Chord 41
Chƣơng 3. Chƣơng trình thử nghiệm 51
3.1. Bài toán thực tế 51
3.2. Khảo sát các simulator mô phỏng mạng overlay 52
3.3. Phần mềm mô phỏng P2PSim 54
3.3.1. Các bước mô phỏng với phần mềm P2PSim 56
3.3.2. Kịch bản mô phỏng 58
3.3.3. Đánh giá hiệu năng giao thức Chord trong mạng ngang hàng thông
qua các kết quả mô phỏng 58
a) Kết quả mô phỏng ảnh hưởng của Churn rate đến tỷ lệ tìm kiếm lỗi . 58
b) Kết quả mô phỏng ảnh hưởng của số lượng Node đến tỷ lệ tìm kiếm lỗi
62
c) Kết quả mô phỏng ảnh hưởng của RTT đến tỷ lệ tìm kiếm lỗi 65
d) Kết quả mô phỏng các tham số của Chord đối với tỷ lệ tìm kiếm lỗi . 68
Kết luận 71
Tài liệu tham khảo 73



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

3




Danh mục thuật ngữ, từ viết tắt
Tiếng Anh
Tiếng Việt
Từ viết tắt
Peer-to-peer
Mạng ngang hàng
P2P, P2P
Distributed Hash Table
Bảng băm phân tán
DHTs
Distributed_File_Systems
Hệ thống file phân tán

Peer-to-Peer file sharing
Hệ thống chia sẻ file ngang hàng

Content Distribution Systems
Hệ thống nội dung phân tán

Peer
Đồng đẳng trong mạng ngang hàng

Node
Một thiết bị nối mạng (một peer)

Item
Một đơn vị dữ liệu

Structured
Có cấu trúc

Overlay
Mạng được xây dựng trên các mạng khác

Hash table
Bảng băm

Join
Gia nhập (mạng ngang hàng)

Leave
Rời khỏi (mạng ngang hàng)

Failure
Lỗi

Churn rate
Số lượng peer rời khỏi/gia nhập mạng
trong một khoảng thời gian

Danh mục hình vẽ
Hình 1.1. (a) Mô hình Client/Server 9
Hình 1.1. (b) Mô hình P2P 9

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

4
Hình 1.2. Overlay Network
Diagram
10
Hình 1.3. Mô hình centralized directory 11
Hình 1.4. Mô hình flooding request 12
Hình 1.5. Mạng ngang hàng tập trung thế hệ thứ nhất (Napster 15
Hình 1.6. Mô hình mạng ngang hàng lai (Hybrid) 18
Hình 1.7. Chord Protocol 19

Hình 1.8. Ba cấu hình cho các giải pháp Direct Attached Storage 23
Hình 1.9. Sơ đồ một hệ thống NAS 24
Hình 1.10. Sơ đồ một Storage Area Network 25
Hình 1.11. Distributed Hash Table 30
Hình 2.1. Con trỏ của node 3 (0011) trong Kademlia 32
Hình 2.2. Minh họa cách chọn bảng định tuyến của một node Tapestry 35
Hình 2.3. Đường đi của thông điệp từ node 5230 tới node 42AD 37
Hình 2.4. Ví dụ về Tapestry node publish item 38
Hình 2.5. Ví dụ về Tapestry node tìm kiếm item 39
Hình 2.6. Mạng Kelips trong đó các node phân tán trong 10 nhóm affinity và trạng thái
tại một node cụ thể 40
Hình 2.7 (a) Một mạng Chord với 6 node, 5 item và N=16 43
Hình 2.7 (b) Nguyên tắc chung của bảng routing table 43
Hình 2.7 (c) Bảng routing table của node 3 và node 11 43
Hình 2.8. Quá trình một node join vào mạng 48
Hình 2.9 (a) Bảng finger và vị trí của key sau khi node 6 join 49
Hình 2.9 (b)Bảng finger và vị trí trí của key sau kho node leave 49
Hình 3.1 (a) Kết quả mô phỏng 100Node khoảng thời gian vào/ra mạng là 10s 59

Hình 3.1 (b) Kết quả mô phỏng 1000 node, khoảng thời gian vào/ra mạng là 10s 59
Hình 3.2 (a) Kết quả mô phỏng 100Node khoảng thời gian vào/ra mạng là 60s 60
Hình 3.2 (b) Kết quả mô phỏng 1000 node, khoảng thời gian vào/ra mạng là 60s 60

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


5
Hình 3.3 (a) Kết quả mô phỏng 100Node khoảng thời gian vào/ra mạng là 120s 60
Hình 3.3 (b) Kết quả mô phỏng 1000 node, khoảng thời gian vào/ra mạng là 120s 60
Hình 3.4 (a) Kết quả mô phỏng 100Node khoảng thời gian vào/ra mạng là 300s 61
Hình 3.4 (b) Kết quả mô phỏng 1000 node, khoảng thời gian vào/ra mạng là 300s 61
Hình 3.5 (a) Kết quả mô phỏng 100Node khoảng thời gian vào/ra mạng là 600s 61
Hình 3.5 (b) Kết quả mô phỏng 1000 node, khoảng thời gian vào/ra mạng là 600s 61
Hình 3.6 (a) Kết quả mô phỏng tổng hợp với 100 node 62


Hình 3.6 (b) Kết quả mô phỏng tổng hợp với 1000 node 62
Hình 3.7 (a) Kết quả mô phỏng 100 node, khoảng thời gian vào/ra mạng là 300s 63
Hình 3.7 (b) Kết quả mô phỏng 100 node, khoảng thời gian vào/ra mạng là 600s 63
Hình 3.8 (a) Kết quả mô phỏng 250 node, khoảng thời gian vào/ra mạng là 300s 64
Hình 3.8 (b) Kết quả mô phỏng 250 node, khoảng thời gian vào/ra mạng là 600s 64
Hình 3.9 (a) Kết quả mô phỏng 500 node, khoảng thời gian vào/ra mạng là 300s 64
Hình 3.9 (b) Kết quả mô phỏng 500 node, khoảng thời gian vào/ra mạng là 600s 64
Hình 3.10 (a) Kết quả mô phỏng 1000 node, khoảng thời gian vào/ra mạng là 300s 64
Hình 3.10 (b) Kết quả mô phỏng 1000 node, khoảng thời gian vào/ra mạng là 600s 64
Hình 3.11 (a) Kết quả mô phỏng tổng hợp khoảng thời gian vào/ra mạng là 300s 65
Hình 3.11 (b) Kết quả mô phỏng tổng hợp khoảng thời gian vào/ra mạng là 600s 65
Hình 3.12 (a) Kết quả mô phỏng RTT = 0,5s khoảng thời gian vào/ra mạng là 300s 66
Hình 3.12 (b) Kết quả mô phỏng RTT = 0,5s khoảng thời gian vào/ra mạng là 600s 66

Hình 3.13 (a) Kết quả mô phỏng RTT = 1s khoảng thời gian vào/ra mạng là 300s 66
Hình 3.13 (b) Kết quả mô phỏng RTT = 1s khoảng thời gian vào/ra mạng là 600s 66
Hình 3.14 (a) Kết quả mô phỏng RTT = 2s khoảng thời gian vào/ra mạng là 300s 67
Hình 3.14 (b) Kết quả mô phỏng RTT = 2s khoảng thời gian vào/ra mạng là 600s 67
Hình 3.15 (a) Kết quả mô phỏng RTT = 3s khoảng thời gian vào/ra mạng là 300s 67
Hình 3.15 (b) Kết quả mô phỏng RTT = 3s khoảng thời gian vào/ra mạng là 600s 67

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


6
Hình 3.16 (a) Kết quả mô phỏng tổng hợp khoảng thời gian vào/ra mạng là 300s 68
Hình 3.16 (b) Kết quả mô phỏng tổng hợp khoảng thời gian vào/ra mạng là 600s 68
Hình 3.17 (a) Kết quả mô phỏng 100 node, khoảng thời gian vào/ra mạng là 300s 69
Hình 3.17 (b) Kết quả mô phỏng 1000 node, khoảng thời gian vào/ra mạng là 300s 69
Hình 3.18 (a) Kết quả mô phỏng 100 node, khoảng thời gian vào/ra mạng là 600s 69
Hình 3.18 b) Kết quả mô phỏng 1000 node, khoảng thời gian vào/ra mạng là 600s 69
Hình 3.19 (a) Kết quả mô phỏng tổng hợp 100 node 70
Hình 3.19 (b) Kết quả mô phỏng tổng hợp 1000 node 70


Danh mục bảng
Bảng 1.1. So sánh ưu, nhược điểm của hệ thống P2P và Client/Server 14
Bảng 1.2. Các mô hình P2P 15
Bảng 3.1. Trạng thái phát triển của các simulator 53
Bảng 3.2. Đặc điểm của các simulator 54
Bảng 3.3. Các kịch bản mô phỏng 58
Bảng 3.4. Các tham số của Chord 58
Danh mục thuật toán
Thuật toán 2.1. Giả mã tìm node successor của ID n 45

Thuật toán 2.2. Giả mã cho hoạt động join vào mạng của một node 46
Thuật toán 2.3. Giả mã cho quá trình stabilization 47

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


Lời mở đầu
Khoảng mười năm trở lại đây, thế giới đã chứng kiến sự bùng nổ của Internet
băng thông rộng, cùng với nó là sự phát triển mạnh mẽ của các ứng dụng peer-to-peer.
Với nhiều ưu điểm hứa hẹn như tính hiệu quả, linh hoạt và khả năng mở rộng cao, các
mạng peer-to-peer overlay đã và đang thu hút được nhiều sự quan tâm từ cộng đồng
nghiên cứu. Các mạng peer-to-peer overlay đã phát triển qua ba thế hệ, thế hệ hiện nay
là mạng structured overlay dựa trên khả năng lưu trữ và tìm kiếm dữ liệu hiệu quả của
cơ chế bảng băm phân tán (Distributed Hash Table - DHTs).
DHTs là cơ sở để xây dựng các hệ thống ứng dụng phân tán như distributed file
systems, peer-to-peer file sharing và content distribution systems. Bên cạnh đó là các hệ
thống web caching, multicast, anycast, domain name services, và instant messaging. Các
hệ thống ứng dụng sử dụng DHTs đáng chú ý có BitTorrent, eDonkey
Các DHTs được thiết kế để làm trong môi trường tương đối ổn định với các peer là
máy tính. Tuy nhiên, vài năm gần đây, các thiết bị nối mạng ngày càng phong phú, đa
dạng như tivi hay các thiết bị wireless như điện thoại, PDA, …. Các thiết bị này kết nối
và rời khỏi mạng sau một thời gian ngắn (churn rate cao) khiến cho thông tin về các
peer trên mạng liên tục thay đổi dẫn đến hiệu năng của các DHTs giảm sút rõ rệt.
Đánh giá và cải thiện hiệu năng của các DHTs trong điều kiện mạng churn rate cao là
bài toán đang rất được quan tâm hiện nay.
Luận văn bao gồm ba phần. Phần thứ nhất tóm tắt lý thuyết chung về mạng
peer-to-peer. Phần thứ hai, luận văn tìm hiểu cơ chế DHTs thông qua một số DHTs nổi
tiếng như Chord, Kademlia, Tapestry, Kelips. Phần thứ ba luận văn văn tiến hành phân
tích, đánh giá hiệu năng của một DHTs cụ thể (Chord DHTs) và căn cứ vào các kết quả
phân tích đó mở ra hướng khắc phục các hạn chế của các DHTs.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


8
Chƣơng 1. Khái quát về mạng ngang hàng và bảng băm
1.1. Mạng ngang hàng
1.1.1. Khái niệm mạng ngang hàng
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.
Cũng giống như các xu hướng đang trong quá trình phát triển khác, hiện nay
chưa có một định nghĩa chính xác về mạng P2P. Dưới đây là một số định nghĩa về P2P:
 Theo Oram:
- P2P là một lớp các ứng dụng tận dụng các tài nguyên như bộ nhớ, năng lực xử
lý, nội dung, … tại các điểm cuối trong mạng Internet. Bởi vì truy cập vào các tài
nguyên phân tán này cũng có nghĩa là hoạt động trong một môi trường liên kết không
ổn định và với địa chỉ IP có thể thay đổi, các node P2P phải hoạt động ngoài hệ thống
DNS và có quyền tự trị cao hoặc hoàn toàn tự trị.
- 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.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

9


Hình 1.1. (a) Mô hình Client/Server Hình 1.1. (b) Mô hình P2P

 Theo Miller: P2P là một kiến trúc trong đó các máy tính có vai trò và trách
nhiệm như nhau. Mô hình này đối lập với mô hình client/server truyền thống, trong đó
một số máy tính được dành riêng để phục vụ các máy tính khác. P2P có năm đặc điểm:
- Việc truyền dữ liệu và thông tin giữa các peer trong mạng dễ dàng.
- Các peer vừa có thể hoạt động như client vừa có thể hoạt động như server.
- Nội dung chính trong mạng được cung cấp bởi các peer.
- Mạng trao quyền điều khiển và tự trị cho các peer.
- Mạng hỗ trợ các peer không kết nối thường xuyên và các peer không có địa chỉ
IP cố định
 Theo P2P Working Group: P2P computing là sự chia sẻ tài nguyên và dịch vụ
bằng cách trao đổi trực tiếp giữa các hệ thống. Tài nguyên và dịch vụ ở đây bao gồm
thông tin, chu kỳ xử lý, không gian lưu trữ. Peer-to-peer computing tận dụng sức mạnh
tính toán của các máy tính cá nhân và kết nối mạng, cho phép doanh nghiệp tận dụng
sức mạnh tổng hợp của các client.
Các định nghĩa về P2P thống nhất ở một số khái niệm: chia sẻ tài nguyên, tự
trị/phân tán, địa chỉ IP động, vai trò vừa là client vừa là server.
 Overlay network:
+ Là mạng máy tính được xây dựng trên nền của một mạng khác. Các nodes
trong mạng overlay được xem là nối với nhau bằng liên kết ảo (logical links), mỗi liên

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


10
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.




Hình 1.2. Overlay Network
Diagram
1.1.2. Quá trình phát triển của các hệ thống mạng ngang hàng
Peer-to-Peer là thuật ngữ tương đối mới trong lĩnh vực mạng và các hệ thống
phân tán. Theo Oram, P2P computing bắt đầu trở thành đề tài được nhiều người quan
tâm từ giữa những năm 2000. Trong khoảng thời gian từ đó đến nay, P2P trải qua vài
thế hệ, mỗi thế hệ được phát triển với những động cơ, mục đích của mình.
 Thế hệ thứ nhất
Thế hệ P2P đầu tiên bắt đầu với sự xuất hiện của ứng dụng chia sẻ file Napster.
Napster và các ứng dụng khác trong thế hệ thứ nhất sử dụng mô hình centralized
directory. Đây là mô hình hybrid P2P trong đó hầu hết các peer trong hệ thống có vai

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


11
trò như nhau, một số peer có vai trò lớn hơn và được gọi là các server.
Hình 1.1 cho thấy một ví dụ về mô hình centralized directory. Trong mô hình
này, các peer muốn chia sẻ file với các peer khác sẽ thông báo với server về các file
này. Khi một peer muốn tìm một file nào đó, nó sẽ gửi yêu cầu đến server, dựa trên các
thông tin đã thu thập được, server sẽ tìm ra các peer chứa file đó và trả kết quả tìm
kiếm cho peer yêu cầu. Kết quả trả về là peer phù hợp dựa trên một số thông số như tốc
độ kết nối, kích thước file, …. Sau khi nhận được kết quả, peer tìm kiếm sẽ trao đổi file

trực tiếp với peer chứa file mà không thông qua server nữa.

Hình 1.3. Mô hình centralized directory
Đóng góp chính của thế hệ thứ nhất là đã đưa ra kiến trúc mạng không xem các
máy tính như client và server mà xem chúng như các máy cung cấp và sử dụng tài
nguyên với vai trò tương đương nhau. Mô hình centralized directory cho phép tìm kiếm
thông tin trong không gian lưu trữ một cách nhanh chóng, tuy nhiên, điểm yếu của của
mô hình này là tính khả mở vì tải trên index server sẽ tăng tuyến tính với số lượng peer.
Đồng thời các hệ thống sử dụng mô hình này, điển hình là Napster còn gặp vấn đề về
bản quyền các tài nguyên.
 Thế hệ thứ hai
Thế hệ thứ hai bắt đầu với các ứng dụng như Gnutella, Freenet làm việc mô

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


12
hình flooded requests. Mô hình này không có bất kỳ server nào, các peer bình đẳng
như nhau. Các hệ thống peer to peer thế hệ thứ hai là các hệ thống peer to peer thuần
túy. Không giống thế hệ thứ nhất, các peer không thông báo về các nội dung chúng
chia sẻ, khi một peer muốn tìm kiếm một file, nó gửi yêu cầu tới các peer kết nối trực
tiếp với nó, nếu các peer đó không tìm thấy file, mỗi peer sẽ gửi yêu cầu tìm kiếm đến
các peer kết nối trực tiếp với nó, quá trình cứ diễn ra như vậy cho đến khi yêu cầu bị
từ chối. Quá trình gửi yêu cầu tìm kiếm đi như vậy gọi là flooding. Hình 1.2 biểu diễn
một mô hình flooding request.

Hình 1.4. Mô hình flooding request
Thế hệ thứ hai xóa bỏ được một số điểm xử lý tập trung trong mạng nhưng tính khả
mở còn kém hơn do mạng sử dụng thuật toán flooding sinh ra quá nhiều traffic.
Thêm nữa, các mạng làm việc theo mô hình này không đảm bảo sẽ tìm được dữ liệu có

trên mạng do phạm vi tìm kiếm bị giới hạn. Một số mạng trong thế hệ thứ hai đưa ra
một số cải tiến. Freenet đưa ra mô hình document routing, trong đó dữ liệu được lưu
trên trên node có id tương tự với id của dữ liệu và các query được chuyển tiếp dựa trên
id của dữ liệu tìm kiếm. Kazza, Gnutella sử dụng khái niệm super peer trong đó một số
node hoạt động như directory service, giảm lượng flooding trong mạng.
 Thế hệ thứ ba

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


13
Sự đơn giản trong giải pháp và khả năng xóa bỏ điểm tập trung, chuyển trách
nhiệm pháp lý về phía người sử dụng cũng như hạn chế về tính khả mở do lưu lượng
quá lớn đã thu hút cộng đồng nghiên cứu về mạng và các hệ thống mở. Bài toán đặt ra
cho cộng đồng nghiên cứu là xây dựng một mạng P2P overlay khả mở không có điểm
điều khiển tập trung. Nỗ lực giải quyết bài toán này là sự xuất hiện của “structured P2P
overlay networks”.
Thế hệ thứ ba được khởi đầu với các dự án nghiên cứu như Chord, CAN, Pastry,
Tapestry và P-Grid. Các dự án này đưa ra khái niệm Distributed Hash Table (DHTs).
Mỗi peer trong hệ thống có một ID thu được từ việc băm các đặc thuộc tính đặc
trưng của peer đó như địa chỉ IP hay public key. Mỗi data item cũng có một ID thu được

theo cách tương tự với các peer. Hash table lưu data dưới dạng cặp key-value. Như vậy,
node ID và cặp key-value được băm vào cùng một không gian ID. Các node sau đó
được nối với nhau theo một topology nào đó. Quá trình tìm kiếm dữ liệu trở thành
quá trình định tuyến với kích thước bảng định tuyến nhỏ và chiều dài đường đi cực
đại. Thế hệ thứ ba đảm bảo xác xuất tìm thấy thông tin cao.
Các DHTs được xây dựng nhằm mục đích cho phép các peer hoạt động như một
cấu trúc dữ liệu phân tán với hai hàm chính Put (key,value) và Get (Key). Hàm Put lưu
dữ liệu tại một peer nào đó sao cho bất kỳ peer nào cũng có thể tìm được bằng hàm Get.

Các hàm này hoàn thành sau khi đi qua một số nhỏ các chặng. Giải pháp DHTs
đảm bảo cho mạng có tính khả mở và khả năng tìm thấy thông tin cao trong khi vẫn
hoàn toàn phân tán. DHT đang được xem như là cách tiếp cận hợp lý cho vấn đề định
vị và định tuyến trong các hệ thống P2P. Cộng đồng nghiên cứu đã đưa ra nhiều DHT
khác nhau. Mỗi DHT hoạt động theo nguyên lý chung và có ưu điểm riêng, Chord với
thiết kế đơn giản, Tapestry và Pastry giải quyết được vấn đề proximity routing, …


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


14
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
được truy cập từ bất cứ node nào trong
mạng.
- Các node đóng vai trò như cả Client (truy

vấn
thông tin) và Server (cung cấp thông
tin).
- Dữ liệu được lưu trữ ở một Server
trung tâm, tốc độ cao (Tốc độ truy cập
thường lớn hơn so với mạng P2P).
- Khi một máy client yêu cầu lấy thông
tin về thời gian nó sẽ phải gửi một yêu
cầu theo một tiêu chuẩn do server định
ra, nếu yêu cầu được chấp nhận thì máy
server sẽ trả về thông tin mà client yêu
cầu.
+ Ƣu 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.
- Dễ cài đặt và bảo trì.
- Thuận lợi cho việc chia sẽ file, máy
in, CD-ROM v.v…
+ Ƣu điểm:
- Tốc độ truy cập nhanh.
- Khả năng mở rộng cao.
- Hoạt động với bất kì loại ứng
dụng nào.
- Sử dụng được với các ứng dụng
chia sẻ CSDL.
- Đáng tin cậy hơn (có server
riêng).

- Mức độ an toàn cao nhất.
+ Nhƣợc điể
m:

- Chậm.
- Không tốt cho các ứng dụng CSDL.
- Kém tin cậy.
+ Nhƣợc
đ
iể
m:

- Cần server riêng (nghẽn cổ chai).
- Đắt.
- Phức tạp trong việc bảo trì, duy trì
hoạt động của mạng.
Bảng 1.1. So sánh ưu, nhược điểm của hệ thống P2P và Client/Server
1.1.3. Phân loại các mô hình mạng ngang hàng
Mạng ngang hàng có thể được phân loại theo mục đích sử dụng như: Chia sẻ file (file
sharing), Điện thoại VoIP (telephony), Đa phương tiện media streaming (audio, video),

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


15
Diễn đàn thảo luận (Discussion forums)… Mạng ngang hàng cũng có thể được phân loại
theo mức độ tập trung của mạng (đối với P2P overlay networks). Hiện nay các hệ thống
mạng ngang hàng có thể được phân loại thành một số nhóm sau:

Bảng 1.2. Các mô hình P2P

a) Hệ thống mạng ngang hàng tập trung (Centralized)
Hệ thống mạng ngang hàng tập trung có đặc điểm là vẫn còn dựa trên một máy
chủ tìm kiếm trung tâm (centralized Peer-to-Peer networks). Cấu trúc Overlay của
mạng ngang hàng tập trung có thể được môtả như một mạng hình sao.








Hình 1.5. Mạng ngang hàng tập trung thế hệ thứ nhất (Napster
File
download
Query

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


16
 Nguyên tắc hoạt động:
- Mỗi client lưu trữ files định chia sẻ với các node khác trong mạng.
- Một bảng lưu trữ thông tin kết nối của người dùng đăng kí (IP address, connection
bandwidth ….).
- Một bảng liệt kê danh sách các files mà mỗi người dùng định chia sẻ (tên file,
dung lượng, thời gian tạo file …….)
- Mọi máy tính tham gia mạng được kết nối với máy chủ tìm kiếm trung tâm, các
yêu cầu tìm kiếm được gửi tới máy chủ trung tâm phân tích, nếu yêu cầu được giải quyết

máy chủ sẽ gửi trả lại địa chỉ IP của máy chứa tài nguyên trong mạng và quá trình truyền
file được thực hiện theo đúng cơ chế của mạng ngang hàng, giữa các host với nhau mà
không cần quan máy chủ trung tâm.

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 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

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


17
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.
b) Các mạng ngang hàng thuần túy (Pure)
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 node 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 4.0, FreeNet.

Ưu điểm:

-
Dễ xây dựng.

- Đảm bảo tính phân tán hoàn toàn cho các node tham gia mạng, các node tham
giavà 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 node có khả năng khác nhau (CPU power, bandwidth, storage) đều có thể
phải chịu tải (load) như nhau.
c) Các mạng ngang hàng lai (Hybrid)
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 ngang hàng lai. Đây được gọi là
mạng ngang hàng thế hệ 2. Phần mềm tiêu biểu cho mạng ngang hàng kiểu này là

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


18
Gnutella 0.6 và JXTA (Juxtapose). JXTA được bắt đầu phát triển bởi SUN từ 2001
(Đây là giao thức P2P mã nguồn mở). JXTA được sử dụng cho PCs, mainframes, cell
phones, PDAs – để giao tiếp theo cách không tập trung. Skype cũng được xây dựng
dựa trên cấu trúc này.

Hình 1.6. Mô hình mạng ngang hàng lai (Hybrid)
Trong mô hình mạng ngang hàng lai tồn tại một trật tự phân cấp bằng việc định nghĩa
các Super Peers. Các SupperPeer tạo thành một mạng không cấu trúc, có sự khác
nhau giữa SupperPeers và ClientPeers trong mạng, mỗi SupperPeer có nhiều kết nối đến
các ClientPeers. Mỗi SupperPeer chứa một danh sách các file được cung cấp bởi các
ClientPeer và địa chỉ IP của chúng vì vậy nó có thể trả lời ngay lập tức các yêu cầu truy
vấn từ các ClientPeer 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 SuperPeers).
- Khắc phục được nhược điểm về sự khác nhau về CPU power, bandwidth …, ở
mạng ngang hàng thuần túy, các SuperPeer sẽ chịu tải chính, các node khác chịu tải
nhẹ.
d) Mạng ngang hàng có cấu trúc (Structured)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


19

Trong các mô hình mạng ngang hàng có cấu trúc, 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 node (ví dụ: địa chỉ node). Việc này thường dựa trên một cấu
trúc dữ liệu bảng băm phân tán.
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.



Hình 1.7. Chord Protocol
 Ưu điểm: Khả năng mở rộng hệ thống mạng trong mô hình không cấu trúc
thường bị hạn chế bởi các kỳ thuật trong việc xây dựng mạng chẳng hạn như: Mô hình
tập trung dẫn tới việc thắt nút cổ chai khi mở rộng, kỹ thuật Flooding dẫn tới việc tăng


lưu lượng mạng khi mở rộng mạng. Trong khi đó khả năng mở rộng với mô hình
mạng có cấu trúc được nâng cao rõ rệt.

Nhược
đ
iể
m
:

- Việc quản lí cấu trúc của topo mạng gặp khó khăn, đặc biệt trong trong trường hợp
tỷ lệ vào/ra mạng của các nodes cao.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

20
- Vấn đề cân bằng tải trong mạng.
1.1.4. Các lĩnh vực ứng dụng của mạng ngang hàng
Sự ra đời của mạng ngang hàng đã tạo ra cách thức quản lý mới cho hàng loạt các
lĩnh vực ứng dụng. Phần này đưa ra một cách nhìn tổng quát cho vấn đề các lĩnh vực
ứng dụng của mạng ngang hàng như: giao tiếp (communication), chia sẻ file (file
sharing),
băng thông (bandwidth), vấn đề lưu trữ (storage), các chu trình xử lí (processor cycles).
a) Giao tiếp (communication)
- Đóng một vai trò quan trọng trong các ứng dụng mạng ngang hàng.
- Là nhân tố quyết định trong các mạng ngang hàng vì nó cung cấp thông tin về các
Peers và các nguồn tài nguyên nào là sẵn sàng trên mạng.
- Tạo ra khả năng cho các Peer kết nối trực tiếp với các Peer khác và yêu cầu
các nguồn tài nguyên.
- Một ví dụ điển hình về ứng dụng mạng ngang hàng trong giao tiếp là hệ thống
chuyển tin nhắn trực tiếp (instant messaging).
 Instant messaging:
- Thông thường, server trung tâm lưu trữ thông tin và danh sách người dùng đăng
k
í
.

- Khi có sự giao tiếp giữa các node, việc tìm kiếm người dùng (node khác) được
thực hiện trên server.
- Trong trường hợp người dùng không online, hệ thống sẽ phải lưu trữ các tin
nhắn cho đến khi người dùng này online.

- Các dịch vụ điển hình: Napster, ICQ, Jabber.
b) Chia sẻ Files (File sharing)
- Có thể nói ứng dụng được sử dụng nhiều nhất của mạng ngang hàng đó là chia sẻ