Sử dụng thông tin gần kề vị trí trong khảo duyệt Web theo phương thức mạng ngang hàng

i


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ


BÙI THỊ LỆ HẰNG



SỬ DỤNG THÔNG TIN GẦN KỀ VỊ TRÍ TRONG
KHẢO DUYỆT WEB THEO PHƯƠNG THỨC MẠNG
NGANG HÀNG



LUẬN VĂN THẠC SĨ







Hà Nội - 2009

iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ i
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ii
DANH MỤC HÌNH VẼ iii
MỞ ĐẦU 1
Chƣơng 1: MẠNG NGANG HÀNG CÓ CẤU TRÚC 4
1.1 Khái quát về mạng ngang hàng 4
1.2 Mạng ngang hàng có cấu trúc 9
1.3 CHORD - Mạng ngang hàng dựa có cấu trúc dựa trên DHT 12
1.4 Kết luận 19
Chƣơng 2: KHẢO DUYỆT WEB THEO KIẾN TRÚC MẠNG NGANG HÀNG. 20
2.1. Giới thiệu chung 20
2.2. Giới thiệu về khảo duyệt web 21
2.3 Khảo duyệt web theo kiến trúc mạng ngang hàng 24
2.3. Kiến trúc khảo duyệt Apoidea 30
2.4. Kết luận 39
Chƣơng 3: SỬ DỤNG THÔNG TIN GẦN KỀ VỊ TRÍ TRONG MẠNG NGANG
HÀNG CÓ CẤU TRÚC 41
3.1 Giới thiệu chung về thông tin gần kề vị trí 41
3.2 Thiết kế mô hình LDHT 44
3.3 Đánh giá hiệu suất LDHT 46
3.4 Kết luận 48

iv
Chƣơng 4: GIẢI PHÁP SỬ DỤNG THÔNG TIN LIỀN KỀ VỊ TRÍ TRONG
KHẢO DUYỆT WEB NGANG HÀNG 51
4.1 Mô hình mạng phủ D-Chord 52

4.2 Kiến trúc hệ thống D-Apoidea 68
4.3 Ổn định mạng trong D-Chord 71
4.4 Đánh giá hệ thống D-Apoidea 72
CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 81
TÀI LIỆU THAM KHẢO 82

i
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ
ASN
Autonomous System
Number
Số hiệu của nhà cung cấp dịch vụ
mạng
Bloom filter
Bloom filter
Bộ lọc bloom
Bootstrap peer
Bootstrap peer
Là nút môi giới trong mạng bao phủ
dùng để cung cấp các thông tin ban
đầu về cấu hình cho các nút mới gia
nhập vào mạng.
Crawler
Crawler
Bộ thu thập thông tin, là một
chƣơng trình tự động duyệt qua các
cấu trúc siêu liên kết để thu thập tài
liệu & một cách đệ quy nó nhận về
tất cả tài liệu có liên kết với tài liệu
này

Crawling web
Crawling web
Khảo duyệt web
Decentralized
P2P system
Decentralized P2P system
Hệ thống mạng ngang hàng phi tập
trung
DHT
Distributed Hash Table
Bảng băm phân tán
Distributed
crawler
Distributed crawler
Bộ thu thập thông tin phân tán
DNS
Tên miền Name System
Là hệ thống phân giải tên miền
NFS
Network File System
Network File System
LDHT
Locality-aware Distributed
Hash Table
Tính liền kề vị trí trong DHT
Overlay
network
Overlay network
Mạng bao phủ
RTT

Round trip time
Là thời gian tính từ khi một gói tin
đƣợc gửi đi cho đến khi bên gửi
nhận về ACK
P2P
peer to peer
Mạng ngang hàng
Peer
Peer
Nút
Trade-off
Trade-off
Sự thỏa hiệp, việc cân bằng giữa
các yếu tố khác nhau để đạt đƣợc 1
sự kết hợp tốt nhất.
URL
Uniform Resource Locator
Địa chỉ URL
WWW
World Wide Web
World Wide Web


ii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1. Bảng định nghĩa các trƣờng trong bảng định tuyến của Chord 13
Bảng 2 . Độ dài đƣờng đi trung bình (ms) trong LDHT 47
Bảng 3. RDP trung bình trong LDHT 48
Bảng 4. Bảng chứa thông tin định tuyến trong D-Chord 54
Bảng 5. Danh sách các nhà cung cấp dịch vụ AS của các nút khảo duyệt 73

Bảng 6. Giá trị băm của các nút và tên miền trên thực tế 73

iii
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1. Mạng bao phủ 6
Hình 2. Phân loại mạng ngang hàng 7
Hình 3. Bảng băm phân tán 10
Hình 4. Không gian khoá đƣợc phân hoạch cho 8 nút 11
Hình 5. Mạng Chord với n = 3 14
Hình 6. Lƣu giữ khoá trong mạng Chord 15
Hình 7. Bảng định tuyến và các khóa lƣu giữ khi 6 tham gia 16
Hình 8. Bảng định tuyến và các khóa lƣu giữ khi nút 3 rời khỏi mạng 17
Hình 9. Bộ lọc bloom có 3 hàm băm 29
Hình 10. Phân chia công việc trong Apoidea 31
Hình 11. Kiểm tra trùng lặp nội dung trong Apodiea 32
Hình 12. Kiến trúc hệ thống tại một nút Apoidea 34
Hình 13. Lƣu đồ thực hiện của LDHT 46
Hình 14. Mô hình mạng phủ D-Chord 53
Hình 15. Ví dụ về danh sách ánh xạ của từng nút 54
Hình 16. Quá trình tìm kiếm trên vòng L-Chord. Nút tìm kiếm là nút A, id = 15 56
Hình 17. Quá trình tìm kiếm trên vòng V-Chord. Nút tìm kiếm là nút A, id = 7 57
Hình 18. Mạng D-Chord trong trƣờng hợp chƣa có nút D 62
Hình 19. Kết quả sau khi nút D chạy hàm L_init_finger_table(A) 64
Hình 20. Kết quả sau khi nút D chạy hàm L_update_others() 64
Hình 21. Kết quả sau khi nút D chạy hàm update_other_mapping_list () 66
Hình 22. Mô hình hệ thống D-Apoidea 69
Hình 23. Mô hình phân chia công việc trên vòng V-Chord 70
Hình 24. Phần mềm Gnuplot 75
Hình 25. Không gian định danh khoá với 4 nút 76
Hình 26. Tổng dung lƣợng khảo duyệt hut.edu.vn theo thời gian từ ở Việt Nam,

Nhật, Anh, Mỹ. 77

iv
Hình 27. Tổng dung lƣợng khảo duyệt theo thời gian đối với từng tên miền của
Apoidea và D-Apoidea. 77
Hình 28. So sánh tổng dung lƣợng khảo duyệt đƣợc theo thời gian Apoidiea và D-
Apoidea 78
Hình 29. So sánh băng thông trung bình tại từng nút theo thời gian Apoidiea và D-
Apoidea 79
Hình 30. So sánh URL trung bình khảo duyệt đƣợc tại từng nút trong 1 giây 79
Hình 31. So sánh tổng URL khảo duyệt đƣợc theo thời gian 79

1
MỞ ĐẦU
Công nghệ máy tìm kiếm đóng vai trò vô cùng quan trọng trong quá trính lớn
mạnh của WWW. Khả năng tìm kiếm đƣợc nội dung mong muốn giữa một lƣợng
lớn dữ liệu khổng lồ giúp ích rất nhiều trong mọi lĩnh vực. Một thành phần quan
trọng trong công nghệ này là chính là quá trình thu thập thông tin hay còn gọi là
khảo duyệt. Quá trình khảo duyệt chính là quá trình xem xét WWW bằng cách lần
theo các hyperlink và lƣu trữ các trang web đã tải về. Hiện nay, hầu hết các hệ
thống khảo duyệt web hiện nay nhƣ Google [5], Mercator [6] đều sử dụng mô hình
client/server. Với mô hình này, việc khảo duyệt đƣợc thực hiện thông qua một hoặc
nhiều máy có liên hệ chặt chẽ để phân chia công việc thu thập và kết quả thu đƣợc
sẽ đƣợc quản lý trong hệ thống tập trung. Giải pháp tập trung hóa đƣợc biết đến có
nhiều vấn đề nhƣ tắc nghẽn tại các nút dẫn tới hiện tƣợng thắt nút cổ chai, điểm
duy trì kết nối bị lỗi có thể khiến toàn hệ thống sụp đổ và việc quản trị là khá tốn
kém.
Với sự phát triển thành công của các ứng dụng nhƣ Gnutella, Kazaa, và
Freenet,… công nghệ mạng ngang hàng đã đƣợc nhìn nhận lại ở tầm cao hơn trong
một vài năm qua. Các hệ thống ngang hàng là các hệ thống tính toán phân tán mà

trong đó các nút tham gia kết nối trực tiếp với nhau để thực hiện nhiệm vụ phân
phối hoặc trao đổi thông tin hoặc thực thi nhiệm vụ. Mạng ngang hàng dựa trên
DHT là một trong các hệ thống ngang hàng có cấu trúc và đóng vai trò quan trọng
trong quá trình định tuyến. Kiến trúc mạng ngang hàng dựa trên DHT nhƣ Chord
[3], CAN [8], Tapestry [10], Pastry [11] có một số đặc điểm đối lập so với kiến trúc
client/server truyền thống, vì kiến trúc này có khả năng mở rộng trên phạm vi rộng
lớn, nên các ứng dụng có đƣợc các đặc tính mong muốn nhƣ khả năng mở rộng, tự
quản lý, tự tổ chức… Mặc dù các ứng dụng nhƣ tên miền chia sẻ file và hệ thống
lƣu trữ đã thu đƣợc nhiều lợi ích từ việc sử dụng kiến trúc mạng ngang hàng
nhƣng vẫn chƣa đạt đến thành các ứng dụng cốt lõi và nhiều dịch vụ sử dụng công
nghệ ngang hàng ở quy mô toàn cầu. Lý do chính ở đây là các hệ thống khó đáp
ứng đƣợc cả hai yêu cầu: khả năng mở rộng, và thông tin gần kề vị trí.
Cân bằng hệ thống là điều kiện cần thiết cho khả năng mở rộng trên mạng
dựa trên DHT gồm cân bằng định tuyến và cân bằng tải. Tính năng cân bằng tải của
hệ thống DHT đã đƣợc giới thiệu trong khá nhiều các nghiên cứu nhƣ [3]. Với yêu
cầu thứ hai là khái niệm gần kề vị trí đƣợc hiểu là nút trong hệ thống DHT phải
đƣợc phân bố theo cấu trúc topo mạng. Các nút trong mạng phủ đƣợc bố trí làm sao
có thể phản ánh chính là mô hình trên mạng vật lý thật. Để làm đƣợc điều này,
mạng phủ cần có thông tin về về vị trí và không gian giữa các nút kề nhau. Khái
niệm về gần kề vị trí cũng đã đƣợc đề cập trong [4] đƣợc gọi là LDHT. Tác giả [4]

2
thay vì gán ngẫu nhiên định danh nút trong mô hình DHT truyền thống đã sử dụng
ASN để thực hiện gán định danh nút theo vị trí địa lý mạng. Theo cách này, các nút
gần nhau về mạng vật lý cũng sẽ gần nhau trong không gian khoá.
Đã có một số bài báo nghiên cứu cơ chế kết hợp cả hai yêu cầu về khả năng
mở rộng và thông tin gần kề vị trí. Nhƣ trong bài báo [2] đã đề xuất một kiến trúc
dựa trên DHT đáp ứng đƣợc yêu cầu về liền kề vị trí trong mạng phủ mà không mất
đi thuộc tính cân bằng tải hệ thống. Tác giả [2] đã áp dụng xây dựng trên mô hình
CAN và đƣa ra hai mạng phủ, V-CAN dùng để duy trì cân bằng hệ thống và L-

CAN dùng để phản ánh mô hình mạng sử dụng thông tin gần kề vị trí. Theo tác giả
[2] hệ thống này có thể đƣợc sử dụng hiệu quả cho các ứng dụng mạng trong phạm
vi rộng lớn. Tuy nhiên bài báo cũng mới chỉ đề ra kiến trúc nền tảng mà chƣa đƣa
ra cách thức xây dựng L-CAN phản ánh đƣợc mô hình mạng vật lý thật.
Chính nhờ vào những ƣu điểm nổi bật của mạng ngang hàng mà đặc biệt là
mạng ngang hàng dựa trên DHT, nên đã có khá nhiều hệ thống khảo duyệt web dựa
trên mạng ngang hàng nhƣ Apoidea [3], Odissea, UbiCrawler. Hệ thống khảo duyệt
Apoidea do có mô hình gần giống với mạng Chord nên đã đáp ứng đƣợc các yêu
cầu của hệ thống khảo duyệt web trên mạng ngang hàng nhƣ cân bằng tải giữa các
nút, hiệu quả trong việc tìm kiếm nút chịu trách nhiệm, có tính mở rộng và khả
năng chịu lỗi. Tuy nhiên [3] mới chỉ đề cập vấn đề gần kề về mặt địa lý của các nút
sau khi các nút này đã đƣợc phân bố trên không gian định danh nên rất có thể việc
phân bố ngẫu nhiên đó có thể cho kết quả là các nút khảo duyệt tên miền không gần
nhau về mặt địa lý với server đƣợc khảo duyệt, trong khi đó có nhiều nút khác gần
hơn có thể khảo duyệt tốt hơn. Vì vậy vấn đề đặt ra ở đây là làm sao có thể áp dụng
thông tin gần kề vị trí để cải tiến về tốc độ khảo duyệt web và tốc độ tìm kiếm của
hệ thống Apoidea? Với ý tƣởng này, chúng tôi đề xuất một mô hình kiến trúc có thể
phản ánh đƣợc thuộc tính liền kề vị trí mà không làm mất đi tính cân bằng tải của
hệ thống, để từ đó áp dụng mô hình kiến trúc này vào hệ thống khảo duyệt web
Apoidea.
Trong báo cáo luận văn này, chúng tôi xin đề xuất một kiến trúc dựa trên
DHT đáp ứng đƣợc yêu cầu về liền kề vị trí trong mạng phủ mà không mất đi thuộc
tính cân bằng tải hệ thống mà chúng tôi gọi là D-Chord (Double Chord). Nút trong
hệ thống D-Chord đƣợc gắn kết với hai mạng phủ. Mạng phủ đầu tiên đƣợc gọi là
V-Chord (Virtual Chord), đúng nhƣ tên gọi, là một không gian khóa ảo và không
có bất cứ kết nối gì giữa các nút trên mạng phủ này. V-Chord đóng vai trò đảm bảo
tính cân bằng tải của hệ thống, và bất kì thuật toán băm nào đảm bảo tính cân bằng
tải đều có thể áp dụng cho vòng V-Chord. Mạng phủ thứ hai mà chúng tôi đề xuất

3

gọi tên là L-Chord (Locality Chord) đƣợc dựa trên mô hình mạng phủ LDHT [4],
qua đó tận dụng đƣợc những ƣu điểm của mạng phủ LDHT nhƣ phản ánh đƣợc cấu
trúc mạng vật lý, từ đó cung cấp sự tính toán tính liền kề tuyệt đối. Chúng tôi sử
dụng mạng phủ L-Chord để thực hiện tất cả các chức năng tìm kiếm của hệ thống
khảo duyệt web, ngoài ra còn sử dụng để tìm kiếm nút tốt nhất để khảo duyệt một
tên miền nào đó. Về mặt thiết kế, hệ thống D-Chord mới này hoạt động nhƣ một
framework cho bất kì thuật toán nào đảm bảo tính cân bằng tải áp dụng cho V-
Chord, mà không ảnh hƣởng đến tính chất liền kề tuyệt đối của vòng L-Chord. Với
phƣơng thức nhƣ vậy, chúng tôi đã tạo ra sự kết hợp tốt nhất giữa việc khai thác
cấu trúc mạng vật lý với việc cân bằng tải.
Từ thiết kế D-Chord mới này, chúng tôi đề xuất một hệ thống khảo duyệt cải
tiến mới từ Apoidea [1] là D-Apoidea. Hệ thống D-Apoidea là hệ thống khảo duyệt
web theo mô hình mạng ngang hàng, sử dụng mô hình mạng phủ D-Chord và là sự
kết hợp giữa hệ thống Apoidea [1] và bảng băm phân tán LDHT [4]. Hệ thống D-
Apoidea áp dụng bảng băm phân tán LDHT cho vòng L-Chord để phản ánh đƣợc
cấu trúc mạng vật lý, và áp dụng mô hình mạng Apoidea cho vòng V-Chord. Hệ
thống D-Apoidea tổng hợp các ƣu điểm của hệ thống Apoidea và mô hình mạng
phủ LDHT, đồng thời dựa vào mô hình mạng phủ D-Chord mà chúng tôi thiết kế,
chúng tôi đƣa ra cơ chế lựa chọn nút chịu trách nhiệm khảo duyệt nhằm tăng tốc độ
khảo duyệt web của hệ thống.
Xin lƣu ý báo cáo luận văn chỉ tập trung vào việc áp dụng tin gần kề vị trí
trong khảo duyệt web theo phƣơng thức mạng ngang hàng mà không tập trung vào
đặc điểm cân bằng tải và xây dựng máy tìm kiếm hoàn thiện. Báo cáo luận văn gồm
5 chƣơng và nội dung cụ thể của từng chƣơng nhƣ sau:
- Chƣơng 1: Giới thiệu tổng quan mạng ngang hàng có cấu trúc sẽ đề cập về
mạng ngang hàng, mạng ngang hàng có cấu trúc, giao thức Chord.
- Chƣơng 2: Trình bày sâu về kiến trúc khảo duyệt web dựa trên mạng ngang
hàng, mô hình khảo duyệt web ngang hàng phi tập trung và hệ thống khảo
duyệt Apoidea.
- Chƣơng 3: Trình bày về khái niệm gần kề vị trí trong mạng ngang hàng và

các vấn đề liền kề vị trí LDHT trong kiến trúc khảo duyệt web.
- Chƣơng 4: Dựa trên việc phân tích về khảo duyệt duyệt web và liền kề vị trí
theo phƣơng thức ngang hàng đã trình bày trong chƣơng 2 và 3, chƣơng 4 sẽ
trình bày về giải pháp sử dụng thông tin gần kề vị trí trong khảo duyệt web
theo kiến trúc mạng ngang hàng, ngoài ra có xây dựng chƣơng trình khảo
duyệt web, và đánh giá hiệu giải pháp dựa trên chƣơng trình mô phỏng
- Chƣơng 5: Cuối cùng là kết luận và hƣớng nghiên cứu trong tƣơng lai.

4
Chƣơng 1: MẠNG NGANG HÀNG CÓ CẤU TRÚC

1.1 Khái quát về mạng ngang hàng
1.1.1 Định nghĩa mạng ngang hàng
Hầu nhƣ các dịch vụ trên Internet ngày nay đề dựa trên mô hình client/server.
Theo mô hình này, các máy client kết nối với một máy server thông qua một giao
thức nhất định nhƣ WWW, FTP, Telnet, email Tài nguyên tập trung tại server
hoặc một số nút để cung cấp cho các client truy cập 24/7.
Mô hình client/server có nhiều ƣu điểm bao gồm ƣu điểm nổi trội là mọi xử
lý đều nằm trên server do đó sẽ tránh cho client những tính toán nặng nề, và phía
client không cần có cấu hình mạnh. Tuy nhiên, với chế độ hoạt động theo kiểu
client chỉ đóng vai trò thụ động, là yêu cầu dịch vụ từ server mà không cung cấp
dịch vụ cho các client khác, thì chính ƣu điểm trên lại trở thành nhƣợc điểm của mô
hình này. Với tốc độ phát triển Internet nhƣ hiện nay, số lƣợng client tăng nhanh
liên tục gây ra sự quá tải và tắc nghẽn tại các server. Khi số lƣợng client tăng đến
một mức độ nào đó mà nhu cầu về tải và băng thông tăng lên tăng tới mức máy chủ
không còn đủ khả năng để đáp ứng đƣợc dịch vụ cho các máy client thì server bị
sập và mạng sẽ bị sập theo.
Việc tăng số lƣợng máy để tăng khả năng chịu tải cho các server là cần thiết.
Tuy nhiên, chi phí cho một server không nhỏ chút nào. Bởi vậy, ý tƣởng về một
kiến trúc mạng mà ở đó, không cần thêm chi phí cho việc lắp đặt thêm server, mà

vẫn đảm bảo mạng hoạt động tốt bằng cách tận dụng những tài nguyên mạng có sẵn
từ chính các máy tham gia mạng, đã dẫn đến sự ra đời của mạng ngang hàng. Có
thể hiểu công nghệ ngang hàng là công nghệ mạng cho phép mọi thiết bị nối mạng
cung cấp dịch vụ cho nhau, đồng thời mọi loại tài nguyên trên các thiết bị nối mạng
đều có thể đƣợc chia sẻ cho nhau. Trong mạng ngang hàng, mọi nút đều đóng vai
trò là cả client và server
Nhƣ vậy, trên ngang hàng, không còn có khái niệm client hay server nữa. Tất
các máy đều có thể yêu cầu dịch vụ, cũng nhƣ đáp ứng yêu cầu dịch vụ của các
máy khác. Mọi máy tính đều có thể lƣu trữ và chia sẻ tài nguyên, cũng nhƣ kết nối
trực tiếp với nhau. Mô hình mạng ngang hàng rất phù hợp với tính phi tập trung của
Internet, bởi bản chất của tài nguyên là phân tán, các thông tin lƣu trữ không chỉ
trên các server mà ở cả các máy client. Từ đặc điểm này, mạng ngang hàng có
nhiều khá nhiều ƣu điểm.

5
Thứ nhất, mạng ngang hàng tận dụng đƣợc tài nguyên nhàn rỗi của các client
để làm tăng khả năng tính toán của hệ thống. Xét về khía cạnh sức mạnh xử lý,
mạng ngang hàng có tiềm năng cao hơn cả những máy chủ lớn nhất hiện nay do
mạng ngang hàng đã tận dụng đƣợc tiềm năng từ “cạnh” của Internet, tận dụng khả
năng xử lý, khả năng lƣu trữ còn thừa của các máy tính tham gia mạng với những
thuật toán phân tán hợp lý. Do đó, sử dụng mạng ngang hàng có thể cải thiện đáng
kể hiệu quả của các phƣơng pháp phân tích, xử lý dữ liệu, giải các bài toán phức
tạp.
Thứ 2, mạng ngang hàng là hệ thống tự tổ chức, không tốn thêm chi phí quản
trị. Do vai trò các nút tham gia hệ thống là ngang nhau mà không phụ thuộc nhiều
vào một máy trung tâm. Ngoài ra, khi càng nhiều máy tính tham gia vào mạng
ngang hàng thì tổng sức mạnh xử lý, khả năng lƣu trữ, chia sẻ tài nguyên, băng
thông lại càng tăng. Điều đó cho thấy một cách rõ ràng khả năng mở rộng của
mạng ngang hàng.
Thứ 3, ngang hàng là thiết kế có tính chịu lỗi. Việc phân tán trách nhiệm

cung cấp dịch vụ đến tất cả các nút trên mạng sẽ giúp loại bỏ vấn đề ngừng trệ dịch
vụ do nơi cung cấp duy nhất bị sự cố. Khi có nhiều máy cùng cung cấp một dịch vụ
sẽ nhiều giải pháp khả biến trong việc cung cấp dịch vụ đó.
Ngoài ra, mạng ngang hàng cũng tận dụng đƣợc băng thông trên toàn bộ
mạng, việc tăng số giao tiếp giữa các thiết bị mạng qua các đƣờng truyền khác nhau
sẽ làm giảm khả năng tắc nghẽn mạng.
Tuy nhiên, mô hình mạng ngang hàng cũng còn bộc lộ khá nhiều nhƣợc
điểm.
Đầu tiên, chính vì yêu cầu dịch vụ đƣợc đáp ứng một cách tùy biến nên máy
yêu cầu dịch vụ có thể nhận đƣợc nhiều kết quả khác nhau khi nó nối đến các máy
cung cấp cùng một dịch vụ khác nhau. Tiếp theo, các yêu cầu gửi đi có thể không
nhận đƣợc kết quả trả về, vì chẳng có gì đảm bảo sẽ tồn tại một máy nào đó có khả
năng đáp ứng yêu cầu đó.
Ngoài ra, vì mạng ngang hàng nằm trên các máy tính cá nhân và không phải
lúc nào các máy này cũng liên kết với mạng nên có thể dẫn tới các tài nguyên có
thể biến mất trong một khoảng thời gian nhất định. Tuy nhiên, những nhƣợc điểm
trên đều có thể khắc phục đƣợc bằng cách cải tiến mô hình ngang hàng thuần túy.
Và đó chính là nguyên nhân dẫn đến sự ra đời của mạng ngang hàng có cấu trúc mà
ta sẽ nghiên cứu tiếp phần tiếp theo.

6
1.1.2 Định nghĩa mạng bao phủ
Hầu hết các mạng ngang hàng đều dựa trên mạng bao phủ. Vậy mạng bao
phủ là gì?
Mạng bao phủ là mạng máy tính đƣợc xây dựng trên nền của các mạng khác.
Các nút trong mạng bao phủ đƣợc xem là nối với nhau bằng liên kết ảo, mỗi liên
kết ảo có thể bao gồm rất nhiều các liên kết vật lý của mạng nền. Mạng bao phủ
ngang hàng là mạng bao phủ vì mạng này chạy trên nền Internet.

Hình 1. Mạng bao phủ

Rất nhiều mạng ngang hàng đƣợc gọi là mạng phủ vì nó đƣợc xây dựng trên
và hoạt động trên nền của Internet. Ví dụ nhƣ Gnutella, Freenet, Chord, CAN,
Mạng Internet quay số qua modem điện thoại (Dial-up Internet) cũng là mạng bao
phủ vì mạng này chạy trên mạng điện thoại (telephone network).
Mạng bao phủ ngang hàng bao gồm tất cả các nút mạng đại diện cho các máy
tham gia và các liên kết giữa các nút mạng này. Một liên kết tồn tại giữa hai nút
mạng khi một nút mạng biết vị trí của nút mạng kia.
1.1.3 Phân loại mạng ngang hàng
Mạng ngang hàng có thể đƣợc phân loại theo mức độ tập trung của mạng.
Dựa vào cấu trúc liên kết giữa các nút mạng trong mạng bao phủ ta có thể phân loại
mạng ngang hàng thành 2 loại: mạng ngang hàng có cấu trúc và mạng ngang hàng
phi cấu trúc nhƣ hình vẽ 2.

7

Hình 2. Phân loại mạng ngang hàng
Mạng ngang hàng phi cấu trúc: là mạng ngang hàng mà trong đó các liên
kết giữa các nút mạng trong mạng bao phủ đƣợc thiết lập ngẫu nhiên tức là không
theo một qui luật nào. Những mạng nhƣ thế này dễ dàng đƣợc xây dựng vì một
máy mới khi muốn tham gia mạng có thể lấy các liên kết có sẵn của một máy khác
đang ở trong mạng và sau đó dần dần tự bản thân nó sẽ thêm vào các liên kết mới
của riêng m
́
nh. Khi một máy muốn tìm một dữ liệu trong mạng ngang hàng phi cấu
trúc, yêu cầu tìm kiếm sẽ đƣợc truyền trên cả mạng để tìm ra càng nhiều máy chia
sẻ càng tốt.
Hệ thống này thể hiện rõ nhƣợc điểm chung là không có gì đảm bảo tìm
kiếm sẽ thành công. Đối với tìm kiếm các dữ liệu phổ biến đƣợc chia sẻ trên nhiều
máy, tỉ lệ thành công là khá cao, ngƣợc lại, nếu dữ liệu chỉ đƣợc 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 phi cấu trúc, không có bất kì mối tƣơng quan nào giữa một máy và dữ
liệu nó quản lý trong mạng, do đó yêu cầu tìm kiếm đƣợc chuyển một cách ngẫu
nhiên đến một số máy trong mạng. Số lƣợng máy trong mạng càng lớn thì khả năng
tìm thấy thông tin càng nhỏ. Một nhƣợc điểm khác của hệ thống này là do không có
định hƣớng, một yêu cầu tìm kiếm thƣờng đƣợc chuyển cho một số lƣợng lớn máy
trong mạng làm tiêu tốn một lƣợng lớn băng thông của mạng, dẫn đến hiệu quả tìm
kiếm chung của mạng thấp.
Mạng ngang hàng tập trung: đây chính là mạng ngang hàng thế hệ thứ 1.
Đặc điểm của mạng này là vẫn còn dựa trên một máy chủ tìm kiếm trung tâm,
chính vì vậy nó còn đƣợc gọi là mạng ngang hàng tập trung. Nguyên tắc hoạt động

8
của mạng này là mỗi client lƣu trữ file định chia sẻ với các nút khác trong mạng, có
bảng lƣu trữ thông tin kết nối với ngƣời dùng đăng ký (địa chỉ IP, kết nối, băng
thông, ) có bảng liệt kê danh sách các file mà mỗi ngƣời dùng định chia sẻ (tên
file, dung lƣợng, thời gian tạo file, ). Mọi máy tính tham gia mạng đƣợc kết nối
với máy chủ tìm kiếm trung tâm, các yêu cầu tìm kiếm đƣợc gửi tới máy chủ trung
tâm phân tích, nếu yêu cầu đƣợc giải quyết máy chủ sẽ gửi trả lại địa chỉ IP của
máy chứa tài nguyên trong mạng và quá trình truyền file đƣợc thực hiện theo đúng
cơ chế của mạng ngang hàng, giữa các host với nhau mà không cần quan tâm đến
máy chủ trung tâm
Napster là mạng ngang hàng đặc trƣng cho hệ thống mạng ngang hàng của
thế hệ thứ nhất, chúng đƣợc dùng cho việc chia sẻ các file giữa các ngƣời dùng
Internet, đƣợc sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên Napster đã phải dừng hoạt động vào
năm 2001 bởi yếu tố về luật pháp. Nhƣng Napster đã để lại bài học thành công cho
một loạt "hậu duệ". Các trang dịch vụ âm nhạc trực tuyến khác nhƣ Hulu, iTunes
đã ra đời theo sau Napster đã trở thành "cầu nối" giữa ngƣời nghe nhạc và nhà sản
xuất, giúp "đôi bên cùng có lợi".
Mạng ngang hàng thuần túy: mạng ngang hàng thuần tuý là một dạng khác
của thế hệ thứ 1 trong các hệ thống mạng ngang hàng. Không còn máy chủ tìm

kiếm tập trung nhƣ trong mạng Napster, nó khắc phục đƣợc vấn đề nút cổ chai
trong mô hình tập trung. Tuy nhiên vấn đề tìm kiếm trong mạng ngang hàng tuần
tuý lại sử dụng cho chế phát tràn, yêu cầu tìm kiếm đƣợc gửi cho tất cả các nút
mạng láng giềng với nó, điều này tăng đáng kể lƣu lƣợng trong mạng. Đây là một
yếu điểm của các mạng ngang hàng thuần tuý.
Mạng ngang hàng thuần túy có các máy trạm có vai trò vừa là máy chủ
server vừa là máy client, không có máy chủ trung tâm quản lý mạng và không có
bộ định tuyến trung tâm, các máy client có khả năng tự định tuyến.
Các mạng ngang hàng "thuần túy" tiêu biểu có thể kể là Gnutella 4.0 và Freenet.
Mạng ngang hàng lai: trong quá trình phát triển, nhiều ứng dụng sử dụng
các mô hình cải tiến đã ra đời. Điển hình là mô hình lai ghép giữa mô hình
Client/Server và ngang hàng. Đây đƣợc gọi là mạng ngang hàng thế hệ 2.
Mạng ngang hàng lai có một máy chủ trung tâm dùng để lƣu trữ thông tin
của các máy client và trả lời các truy vấn thông tin này. Các máy client có vai
trò lƣu trữ thông tin, tài nguyên đƣợc chia sẻ, cung cấp các thông tin về chia sẻ

9
tài nguyên của nó cho máy chủ và sử dụng các client định tuyến để xác định địa
chỉ IP của các máy client.
Phần ứng dụng biểu cho mạng ngang hàng kiểu này là Gnutella 6.0 và JXTA.
JXTA đƣợc bắt đầu phát triển bởi SUN từ 2001 và là giao thức ngang hàng nguồn
mở. JXTA đƣợc sử dụng cho máy tính cá nhân, mainframe, cell phone, thiết bị cầm
tay PDA để giao tiếp theo cách phi tập trung. Chƣơng trình Skype cũng đƣợc xây
dựng dựa trên cấu trúc này.
1.2 Mạng ngang hàng có cấu trúc
Để mạng ngang hàng thực sự đảm bảo đƣợc những yêu cầu về: khả năng mở
rộng, tính chịu lỗi cao và hoạt động hiệu quả, cần xây dựng các giao thức hoạt động
hợp lý cho mạng ngang hàng. Mạng ngang hàng có cấu trúc khắc phục nhƣợc điểm
của mạng không cấu trúc bằng cách sử dụng hệ thống DHT (tiếng anh: Distributed
Hash Table). Hệ thống này định nghĩa liên kết giữa các nút mạng trong mạng bao

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.
Một số mạng ngang hàng có cấu trúc dựa trên DHT (based-DHT) nổi tiếng là
Chord, CAN, Kademlia, Pastry, Tapestry, HyperCuP,… theo đánh giá của [3] thì
ngang hàng dựa trên DHT vừa đơn giản lại vừa hiệu quả.
1.2.1 Giới thiệu mạng DHT
DHT là hệ thống mạng phân tán, cung cấp các dịch vụ tìm kiếm dựa vào
bảng băm. DHT gồm một cặp (khoá, giá trị). Mỗi một nút khi tham gia vào mạng
có thể dễ dàng tìm thấy giá trị mong muốn dựa vào tên của giá trị đó. Việc hình
thành tên (khóa) và gắn các khóa đó với giá trị tƣơng ứng đƣợc thực hiện trực tiếp
tại các nút trong mạng, chính vì vậy khả năng sập mạng đƣợc giảm tối thiểu khi các
nút tham gia hoặc dời bỏ mạng. Chính lý do này khiến khả năng mở rộng của mạng
DHT là cực lớn, quá trình kiểm soát việc tham gia, rời bỏ mạng của các nút cũng
trở nên dễ dàng hơn.
Với thiết kế này, DHT đƣợc sử dụng để xây dựng nhiều ứng dụng phức tạp
nhƣ: hệ thống các file phân tán, hệ thống chia sẻ file ngang hàng, hệ thống nội dung
phân tán, tin nhắn tức thời,…

10

Hình 3. Bảng băm phân tán
1.2.2 Các thuộc tính của mạng DHT.
Các thiết kế của mạng DHT cần bảo đảm một số các thuộc tính nhất định.
Thứ nhất thiết kế DHT cần tính đến thuộc tính phi tập trung hay nói cách
khác các nút tham gia cấu thành hệ thống không có thành phần trung tâm làm điều
phối mạng.
Thứ hai, thiết kết DHT cần tính đến khả năng mở rộng của hệ thống. Hệ

thống vẫn có thể hoạt động hiệu quả với hàng nghìn hoặc hàng triệu nút.
Thứ ba, thiết kế DHT cần tính đến khả năng chịu lỗi cho hệ thống. Hệ thống
vẫn có thể làm việc ổn định ngay cả khi có các sự kiện nút tham gia, rời bỏ, lỗi xảy
ra liên tục. Kỹ thuật khóa đƣợc sử dụng để đạt đƣợc mục đích là mỗi nút chỉ cần
liên kết với một số ít các nút khác trong hệ thống, thƣờng là O(logn) với n là số nút
tham gia. Vì vậy sự thay đổi trong các thành viên chỉ ảnh hƣởng đến một phần nhỏ
của hệ thống.
Một số thiết kế DHT tìm đến tính bảo mật chống lại những ngƣời tham gia
có ý đồ xấu và cho phép ngƣời tham gia giấu danh tính, mặc dù điều này không phổ
biến trong các hệ thống ngang hàng chia sẻ file.
Cuối cùng, thiết kế DHT phải giải quyết những vấn đề cơ bản của các hệ
thống phân tán đó là cần bằng tải, tính toàn vẹn dữ liệu, hiệu năng (cụ thể là đảm

11
bảo các hoạt động nhƣ định tuyến, lƣu trữ, truy vấn phải đƣợc thực thi nhanh
chóng).
1.2.3 Các thành phần trong DHT
Cấu trúc của DHT đƣợc chia thành nhiều thành phần chính. Ở đây có khái
niệm trừu tƣợng không gian khoá hoặc có tên là không gian định danh, là một tập
xâu m bit. Các nút và dữ liệu đƣợc ánh xạ vào cùng một không gian khoá. Một lƣợc
đồ phân vùng không gian khoá chia tách quyền sở hữu các không gian khoá trong
số các nút tham gia. Sau đó, mạng bao phủ thực hiện kết nối các nút này lại với
nhau, cho phép chúng có thể tìm đƣợc chủ sở hữu khi biết khoá trong không gian
khoá đó.
Không gian khoá của DHT là một tập gồm nhiều số nguyên, ví dụ: từ 0, ,
2
3
-1,… 2
160
-1,…. Để lƣu trữ một file gồm tên file và dữ liệu trong DHT, DHT sử

dụng hàm băm bảo mật SHA-1 (sinh ra một số 160 bit). Đầu vào của hàm băm:
- Địa chỉ IP của một nút.
- Tên các file dữ liệu hoặc nội dung của dữ liệu.
Ví dụ, trong hình vẽ 4 không gian khoá nằm trong khoảng 0…65535 (2
16
-1)
đƣợc phân hoạch cho 8 nút.

Hình 4. Không gian khoá đƣợc phân hoạch cho 8 nút
Về quản lý dữ liệu trong DHT, địa chỉ IP của một nút đƣợc băm để xác định
vị trí của nó trong bảng băm.
- ID của nút = SHA-1(địa chỉ IP)
Mỗi file dữ liệu đƣợc gán một số định danh (khoá)
- Khoá = SHA-1(tên file) hoặc SHA-1(nội dung file).
- Khoá là giá trị duy nhất trong không gian khoá.
Mỗi nút quản lý một khoảng giá trị trong không gian khoá. Dữ liệu đƣợc lƣu
trữ ở nút và đƣợc quản lý khoá của dữ liệu. Dữ liệu có thể đƣợc lƣu trữ trực tiếp
hoặc gián tiếp thông qua địa chỉ IP.

12
Việc tìm kiếm dữ liệu trong DHT đƣợc thực hiện bằng cách gửi thông điệp
tìm kiếm khoá k sẽ đƣợc chuyển đi lần lƣợt đến trong nút trong DHT cho đến khi
gặp nút quản lý khoá k. Thông điệp put(k, dữ liệu) đƣợc gửi tới bất kỳ nút nào
trong mạng. Thông điệp này đƣợc chuyển tiếp từ nút này sang nút khác thông qua
mạng bao phủ cho đến khi tới đƣợc nút chịu trách nhiệm với khoá k theo quy định
của phân vùng không gian khoá, nơi lƣu trữ cặp (k, dữ liệu). Sau đó, bất kỳ client
nào khác có thể lấy nội dung file bằng cách băm tên file lần nữa với khoá k và hỏi
nút DHT bất kỳ để tìm ra dữ liệu gắn với khoá k cùng bằng thông điệp get(k).
Thông điệp này lần nữa sẽ đƣợc định tuyến thông qua mạng bao phủ để tới nút chịu
trách nhiệm về khoá k, nút này sẽ phản hồi lại dữ liệu mà mình có cho client.

Về cơ chế quản lý, một nút gia nhập hoặc rời bỏ hệ thống đƣợc quản lý nhƣ
thế nào đƣợc thực hiện qua các bƣớc. Nút gia nhập: 4 bƣớc
1. Bƣớc 1: Liên lạc với một nút tồn tại trong DHT.
2. Bƣớc 2: Xác định khoảng địa chỉ mà nó quản lý.
3. Bƣớc 3: Cập nhật lại thông tin phục vụ cho việc tìm kiếm.
4. Bƣớc 4: Chuyển tất cả các cặp (khoá, giá trị) thuộc quyền quản lý từ
nút trƣớc về nó.
Nút rời khỏi hệ thống: 2 bƣớc
1. Bƣớc 1: chuyển các cặp (khoá, giá trị) của nó về nút trƣớc nó.
2. Bƣớc 2: cập nhật lại thông tin phục vụ cho việc tìm kiếm.
Các thành phần phân vùng không gian khoá và mạng bao phủ đƣợc mô tả kỹ
hơn ở phần tiếp theo để giải thích rõ hơn về ý tƣởng chính trong các mạng sử dụng
DHT, còn về chi tiết thì các mạng này khác nhau.
1.3 CHORD - Mạng ngang hàng dựa có cấu trúc dựa trên DHT
Theo một đánh giá tổng hợp về các thuật toán định tuyến dựa trên DHT trong
các kiến trúc mạng khác nhau nhƣ hình tròn (với giao thức Chord), hình cây , hình
hộp (với giao thức CAN),… xét về sự linh hoạt trong việc định tuyến, khả năng
phục hồi trạng thái cũng nhƣ khả năng chịu lỗi, kiến trúc vòng đều đƣợc đánh giá
cao. Vì vậy, kiến trúc Chord thƣờng hay đƣợc sử dụng nhƣ là mạng phủ để thực
hiện các cài đặt cải tiến việc tìm kiếm trên ngang hàng có cấu trúc.
1.3.1 Mô hình mạng Chord
Chord [3] cung có tính năng tính toán phân tán nhanh chóng nhờ vào việc sử
dụng hàm băm để ánh xạ khóa với các nút chịu trách nhiệm trên mạng. Nhờ vào sử
dụng DHT, các nút trong mạng Chord không cần biết tất cả các nút trong mạng.

13
Nút trong Chord chỉ cần biết một số nhỏ thông tin định tuyến về các nút khác.
Trong mạng có n nút tham gia, mỗi nút chỉ cần duy trì O(logn) thông tin về các nút
khác, do đó thông tin tìm kiếm chỉ là O(logn) thông điệp. Chord phải cập nhật
thông tin định tuyến khi có nút mới tham gia và rời mạng, một nút tham gia và rời

mạng cần đến O(log
2
n) thông điệp trao đổi.
Chord [3] đƣợc mô tả dƣới dạng một vòng tròn và không gian định danh
phân bố đều trên vòng tròn tăng dần theo chiều kim đồng hồ. Nếu gọi n là số bit
định danh của không gian thì mạng Chord có thế chứa tối đa 2
N
nút. Mỗi nút trên
Chord có một định danh id và duy trì liên kết hai chiều với nút đứng liền trƣớc và
liền sau nó theo chiều kim đồng hồ tạo thành một mạch kiên kết vòng. Nút tiếp
theo trong vòng tròn đƣợc gọi là Successor(id), và nút liền trƣớc trong vòng tròn
đƣợc gọi là Predecessor(id). Thêm vào đó, một nút sẽ lƣu một bảng định tuyến gọi
là bảng định tuyến (Finger Table), cho phép nút đó định tuyến tới các nút ở xa. Mỗi
dòng trong bảng định tuyến sẽ lƣu thông tin về một nút ở xa, gọi là entry. Không
gian định danh có bao nhiêu bit thì bảng định tuyến có bấy nhiêu entry.
Các trƣờng trong mỗi entry trong bảng định tuyến đƣợc định nghĩa trong
bảng 1:
Ký hiệu
Chú giải
finger[k].start
n + 2
)1( k
mod 2
m
, 1 <= k <= m, n là khóa định danh vòng Chord
finger[k].interval
(finger[k].start, finger[k + 1].start)
finger[k].node
Nút đầu tiên trên vòng Chord có giá trị định danh >= finger[k].start
successor

Nút tiếp theo trên vòng Chord, tƣơng đƣơng với finger[k].node
predecessor
Nút ngay phía trƣớc trên vòng Chord
Bảng 1. Bảng định nghĩa các trƣờng trong bảng định tuyến của Chord
Trong đó giá trị của trƣờng nút tại dòng i của bảng đƣợc coi nhƣ là finger thứ
i của nút n. Thông tin lƣu trong bảng cũng bao gồm cả IP và Port của các nút liên
quan. Nút đầu tiên trong bảng định tuyến của n chính là Successor của n, hay còn
đƣợc gọi là Immediate Successor. Từ bảng định tuyến ở trên ta có thể thấy rằng:
 Mỗi nút trong Chord chỉ cần lƣu trữ thông tin của một số nút nhất định
trong bảng định tuyến của mình.
 Nút biết thông tin về các nút gần nó nhiều hơn là các nút ở xa.

14
 Bằng cách sử dụng bảng định tuyến một nút n có thể xác định đƣợc vị
trí của bất kỳ khóa nào trên mạng.
Hình 5 là một ví dụ về mạng Chord với 3 nút 0, 1, 3 và bảng định tuyến ứng
với mỗi nút, n = 3 bit nên có 3 entry.

Hình 5. Mạng Chord với n = 3
1.3.2 Ánh xạ khóa vào một nút trong Chord
Chord ánh xạ các khóa vào các nút, thƣờng sẽ là một cặp khoá và giá trị. Một
giá trị có thể là 1 địa chỉ, 1 văn bản, hoặc 1 mục dữ liệu. Chord có thể thực hiện
chức năng này bằng cách lƣu các cặp khoá/giá trị ở các nút mà key đƣợc ánh xạ.
Một nút sẽ chịu trách nhiệm lưu giữ một khóa k nếu nút đó là nút có định danh
id nhỏ nhất và id lớn hơn k. Một nút khi lƣu giữ khóa k cũng sẽ đƣợc gọi là
Successor của k, ký hiệu là Successor(k).
Ví dụ trong hình 6, vòng tròn định danh có 8 id, ba nút tham gia nằm tại id =
0, id = 1 và id = 3. Theo cách ánh xạ khóa vào một nút nhƣ trên, khóa k = 1 sẽ do
nút 1 phụ trách do successor(1) = 1, khóa k = 2 sẽ do nút 3 phụ trách successor(2) =
3, nút 4 & 5 & 6 & 7 sẽ do nút 0 phụ trách. Nút 0 lƣu khoá 6, nút 1 lƣu khoá 1 và

nút 3 lƣu khoá 2.


15

Hình 6. Lƣu giữ khoá trong mạng Chord
1.3.3 Tìm kiếm trong mạng Chord
Khi một nút n cần tìm kiếm một khóa có định danh id, nút n sẽ tìm nút chịu
trách nhiệm lƣu giữ id đó. Nếu nút n ở xa so với vị trí của nút lƣu giữ id, n có thể
nhờ vào thông tin trong bảng định tuyến để định tuyến đến các nút xa hơn, từ đó
dần dần tìm ra nút chịu trách nhiệm lƣu giữ id.
Một ví dụ đƣợc chỉ trong hình 6, giả sử nút 3 muốn tìm successor của ID = 1
(hoặc còn có thể coi là khóa). Giá trị ID =1 thuộc khoảng [7, 3]. Nút 3 kiểm tra
entry thứ 3 trong bảng định tuyến của nó, là 0. Bởi vì 0 nằm ngay trƣớc 1 trên vòng
tròn, nút 3 sẽ hỏi nút 0 để tìm successor của 1. Tiếp theo, nút 0 sẽ tìm trong bảng
định tuyến của nó và suy ra successor của 1 chính là nút 1, và trả lời nút 3 rằng nút
1 chính là successor của khóa ID = 1.
1.3.4 Ổn định mạng trong Chord
Trong một mạng động, thƣờng xuyên có sự thay đổi với các nút tham gia và rời
khỏi bất kì lúc nào. Để có thể xác định đƣợc vị trí của các khóa ở trong mạng,
Chord cần thỏa mãn 2 điểm sau:
 Mỗi successor của 1 nút phải đƣợc duy trì đúng
 Với mỗi khóa k, nút successor(k) có trách nhiệm quản lý k
Khi một nút tham gia/rời khỏi mạng Chord có n nút sẽ cần O(log
2
n) thông
điệp để thiết lập lại mạng và bảng định tuyến trong Chord .
Để đơn giản hoá kỹ thuật gia nhập/rời khỏi mạng, mỗi nút trong Chord duy
trì trỏ đến một predecessor gồm thông tin IP và định danh ID trong mạng. Khi một
nút n gia nhập mạng Chord sẽ cần thực hiện theo 3 bƣớc sau:

16
1. Khởi tạo predecessor và bảng định tuyến cho n hay nút n cần chọn cho nó
một định danh id.
2. Báo cho các nút bên cạnh biết sự tham gia của nó. Các nút Successor và
Predecessor sẽ cần phải cập nhật thông tin về nút mới tham gia vào mạng.
3. Nút n cũng khởi tạo bảng định tuyến. Để mạng vẫn định tuyến đúng sau khi
có sự tham gia của nút n, các nút cần thƣờng xuyên chạy thuật toán ổn định
mạng để cập nhật thông tin về nút bên cạnh (hay nút láng giềng). Một số nút
có lƣu thông tin về n trong bảng định tuyến thì cần cập nhật các entry liên
quan trong định tuyến. Cuối cùng, nút Successor của n sẽ chuyển một phần
khóa k mà bây giờ n là Successor(k) cho n lƣu giữ. Việc chuyển khóa sẽ do
tầng trên của ứng dụng thực hiện.
Giả sử nút n mới vào mạng và xác định các nút đã có trong Chord là nút n’.
Nút n nhờ nút n’ khởi tạo trạng thái và để thêm n vào mạng Chord (do nút n muốn
tham gia vào mạng Chord cần biết đƣợc một nút đang tồn tại trong Chord). Có thể
giảm bớt lƣu lƣợng tin truyền trong mạng bằng các nút n khi mới tham gia vào hệ
thống sẽ chỉ cần copy lại bảng định tuyến của nút n’ đã biết, theo các này nút n sẽ
biết thêm một số thông tin trong bảng định tuyến. Hình 7 là bảng định tuyến và các
khóa lƣu giữ khi 6 tham gia vào mạng đã có 3 nút 0, 1, 3. Các entry thay đổi thể
hiện bằng màu đen.

Hình 7. Bảng định tuyến và các khóa lƣu giữ khi 6 tham gia
Khi một nút chuẩn bị rời khỏi mạng, nó cần thông báo cho các nút bên
cạnh biết để ổn định lại mạng. Nút đó cũng sẽ chuyển các khóa nó lƣu giữ cho

17
nút successor của nó. Hình 8 là bảng định tuyến và các khóa lƣu giữ khi nút 3 rời
khỏi mạng đã có 4 node 0, 1, 3, 6. Các entry thay đổi thể hiện bằng màu đen.

Hình 8. Bảng định tuyến và các khóa lƣu giữ khi nút 3 rời khỏi mạng
Trên thực tế Chord cần xử lý đƣợc các tình huống nút gia nhập hệ thống một
cách thƣờng xuyên và các nút bị lỗi hoặc rời mạng một cách đột ngột. Phần trên
vừa mô tả thuật toán duy trì bảng định tuyến trên tất các nút trong mạng. Vì tính bất
biến sẽ tạo đƣợc sự ổn định hơn các mạng thƣờng xuyên có các nút mới tham gia
nhƣng sẽ khó có thể mở rộng thành một mạng lớn. Giao thức cơ bản để tạo sự “ổn
định” của Chord là sử dụng các successor của các nút để cập nhật thông tin vì điều
này sẽ đảm bảo tính chính xác trong quá trình tìm kiếm. Việc trỏ đến các successor
giúp xác thực các thông tin entry trong bảng định tuyến là chính xác và cũng cho
giúp quá trình tìm kiếp thông tin nhanh chóng và chính xác.
Nếu một nút mới gia nhập ảnh hƣởng đến một số vùng trong vòng Chord, thì
việc tìm kiếm diễn ra trƣớc quá trình ổn định mạng thành công có thể xảy ra theo
ba trƣờng hợp. Trƣờng hợp phổ biết nhất là tất các entry thuộc bảng định tuyến đều
liên quan việc tìm kiếm, và số bƣớc tìm kiếm đƣợc successor đúng cần O(logN)
bƣớc. Trƣờng hợp thứ hai là khi trỏ tới successor là chính xác, nhƣng bảng định
tuyến lại không chính xác. Trƣờng hợp vẫn có thể tìm kiếm đƣợc kết quả cuối cùng
nhƣng sẽ mất nhiều thời gian hơn. Trƣờng hợp cuối cùng, các nút trong vùng ảnh
hƣởng trỏ đến successor không chính xác, hoặc các khoá có thể không đƣợc chuyển
sang cho nút mới gia nhập, và vì thế việc tìm kiếm bị thất bại. Phần mềm ở tầng
cao hơn sử dụng Chord sẽ cần chú ý rằng dữ liệu mong muốn có thể không đƣợc
tìm thấy, và có thể đặt thuộc tính tuỳ chọn trong việc cố gắng thử lại việc tìm kiếm
sau khi tạm dừng. Quá trình tạm dừng này có thể ngắn, vì việc ổn định lại mạng sẽ
chọn đƣợc successor pointer nhanh chóng.

18
Quá trình ổn định mạng đảm bảo các nút gia nhập vòng Chord không làm
ảnh hƣởng đến các nút hiện có trong mạng, trong cả trƣờng hợp có nhiều thông
điệp gia nhập và biến mất đồng thời. Quá trình ổn định tự nó không hiệu chỉnh lại
hệ thống Chord mà phân chia Chord thành nhiều chu kỳ
Mọi nút thực hiện chạy thủ tục ổn định mạng định kỳ. Khi một nút n chạy

bƣớc ổn định mạng, nó sẽ hỏi successor của n về predecessor của successor p, và
quyết định p sẽ là successor của n. Điều này có thể xảy ra đối với trƣờng họp nút p
hiện mới gia nhập vào hệ thống. Thủ tục ổn định mạng cũng thông báo hiện trạng n
cho successor của n, giúp cho successor có cơ hội thay đổi cho chính predecessor
đối với n. Successor chỉ thực hiện việc này khi biết không còn predecessor nào gần
n hơn.
Một ví dụ đơn giản, giả sử n gia nhập vào hệ thống, ID của n nằm giữa n
p
và
n
s
. Nút n biết đƣợc n
s
là successor của mình, Nút n
s
nhận đƣợc thống báo từ n là n
sẽ là predecessor. Khi n
p
thực hiện ổn định lại mạng, nó sẽ hỏi nút n
s
về
prececessor (bây giờ là nút n); n
p
sẽ biết đƣợc bây giờ nút n là successor của mình.
Cuối cùng, nút n
p
sẽ thông báo cho nút n, và nút n sẽ biết đƣợc n
p
là predecessor
của mình. Chính vì điều này mà quá trình trỏ tới successor và predecessor sẽ chính

xác.
1.3.5 Trƣờng hợp lỗi và quá trình thực hiện khôi phục
Khi một nút n bị lỗi, bảng định tuyến của các nút có thông tin về n sẽ phải
tìm successor của n. Ngoài ra, khi nút n lỗi sẽ không làm phá vỡ quá trình xử lý vấn
tin do có quá trình ổn định mạng của hệ thống.
Bƣớc then chốt trong quá trình khôi phục lỗi là việc cập nhập lại successor
đúng, vì trong trƣờng hợp xuất nhất không tìm đƣợc predecessor. Để giải quyết vấn
đề này, mỗi nút trong Chord duy trì một “danh sách các successor” của r successor
gần nhất trong vòng Chord. Khi hệ thống hoạt động bình thƣờng, quá trình ổn định
hệ thống sẽ thực hiện luôn quá trình duy trình danh sách các successor. Nếu nút n
thông báo rằng successor của mình bị lỗi, nó sẽ khôi phục lấy lại entry đầu tiên tron
danh sách successor của mình. Tại thời điểm đó, nút n có thể tìm kiếm trực tiếp các
khoá thuộc nút bị lỗi là successor.
Một số ứng dụng ngang hàng cần xác định nút chịu trách nhiệm lƣu trữ dữ
liệu. Giao thức Chord đã giải quyết vấn đề trên trong mô hình phi tập trung. Giao
thức này cung cấp tính năng ƣu việt là với một khoá biết trƣớc, sẽ xác định đƣợc
nút chịu trách nhiệm lƣu trữ giá trị khoá, do đó nó khá hiệu quả. Trong trạng thái