QUẢN Lý d6cntt epu dai

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG NGANG HÀNG.................................... 1
1.1

Client và Server là gì ?..................................................................................... 1

1.2

Mạng ngang hàng............................................................................................. 2

1.2.1 Giới thiệu.............................................................................................................. 2
1.2.2 Khái niệm mạng ngang hàng................................................................................3
1.3

Các lĩnh vực ứng dụng của mạng ngang hàng(P2P)...................................... 4

1.3.1 Giao tiếp (Communication)..................................................................................4
1.3.2 Chia sẻ file (File Sharing).....................................................................................4
1.3.3 Băng thông (Bandwidth)...................................................................................... 5
1.3.4 Các chu trình xử lý (Processor Cycles)................................................................6
1.3.5 Không gian lưu trữ (Storage Space).....................................................................6
1.4

Phân loại mạng ngang hàng............................................................................ 7

1.4.1 Hệ thống mạng ngang hàng lai ghép....................................................................7
1.4.2 Mạng ngang hàng thuần túy (Pure Peer – to – Peer System)..............................9
1.5

Ứng dụng chia sẻ video, truyền hình trên mạng ngang hàng.....................12

1.6

Kết luận chương 1.......................................................................................... 14

CHƯƠNG 2: TRUYỀN HÌNH TRỰC TUYẾN QUA MẠNG NGANG HÀNG
VỚI MÔ HÌNH MẠNG THẾ GIỚI NHỎ .............................................................. 16
2.1

Giới thiệu về trình mô phỏng iGridMedia................................................... 16

2.1.1 Giới thiệu chung về iGridMedia.........................................................................16
2.1.2 Mô hình hoạt động..............................................................................................16


2.2

Phương pháp truyền thông mạng ngang hàng............................................. 17

2.2.1

Giao thức Đẩy (Push)......................................................................................... 18

2.2.2

Giao thức Kéo (Pull)...........................................................................................18

2.2.3

Giao thức Kéo đẩy xen kẽ (Pull - Push).............................................................18

2.3

Phương pháp truyền thông lan tỏa (Gossip Protocol)................................. 19

2.4

Kiến trúc chung của trình mô phỏng............................................................ 21

2.4.1

Cách thức hoạt động........................................................................................... 21

2.5

Mô hình lớp mạng phủ (Overlay Network)................................................. 22

2.5.1

Khái niệm lớp mạng phủ.................................................................................... 22

2.5.2

Kiến trúc lớp mạng phủ...................................................................................... 24

2.6 Các loại mô hình lớp mạng phủ - Overlay Network.......................................... 25
2.5.3

Mạng ngẫu nhiên - Random graphs................................................................... 25

2.5.4

Mạng bao đóng – Scale free...............................................................................27

2.6

Mạng thế giới nhỏ.......................................................................................... 30

2.6.1

Mô tả mạng thế giới nhỏ.....................................................................................30

2.7

Ứng dụng mạng thế giới nhỏ......................................................................... 33

2.7.1

Đánh giá về các lớp mạng phủ........................................................................... 33

2.7.2

Truyền dữ liệu trong mạng thế giới nhỏ.............................................................34

2.8

Kết luận chương 2.......................................................................................... 35

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ..................................... 36

3.1.........................................................................Xây dựng mô hình lý thuyết
......................................................................................................................... 36
3.2

Giải thuật xây dựng mô hình thế giới nhỏ dựa vào xây dựng nhóm..........36


3.3

Giải thuật xây dựng mạng thế giới nhỏ dựa trên độ trễ liên kết của các nút mạng
39
3.4

Để thực hiện mô phỏng ta thực hiện theo các bước sau............................42

3.5

Kết quả......................................................................................................... 45

3.5.1 Đánh giá về số lượng gói tin điều khiển mạng................................................45
3.5.2 Đánh giá về tốc độ truyền nhận thông tin........................................................46
3.5.3 Đánh giá về thời gian trễ giữa nguồn và các nút trong mạng..........................47
3.5.4 Đánh giá khoảng cách trung bình trong mạng.................................................47
3.6

Kết luận chương 3........................................................................................ 48


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1: Ví dụ về mô hình Client – Server...................................................................1

Hình 1.2: Hệ thống mạng ngang hàng lai ghép..............................................................7
Hình 1.3: Mạng ngang hàng thuần túy.........................................................................10
Hình 1.4: Cơ chế bảng băm phân tán (DHT)...............................................................11
Hình 1.5: Phân loại chia sẻ video trên mạng ngang hàng............................................12
Hình 2.1: Ứng dụng truyền dữ liệu đa phương tiện trên iGridMedia..........................17
Hình 2.2: Cách thức hoạt động của trình mô phỏng iGridMedia................................21
Hình 2.3: Mô hình mạng lớp phủ.................................................................................22
Hình 2.4: Xây dựng lớp mạng phủ trong iGridMedia.................................................24
Hình 2.5: Đồ thị ngẫu nhiên.........................................................................................26
Hình 2.6: Đồ thị bao đóng............................................................................................27
Hình 2.7: Phân biệt đồ thị bao đóng và đồ thị ngẫu nhiên...........................................28
Hình 2.8: Xây dựng đồ thị bao đóng............................................................................29
Hình 2.9: Mạng thông thường mạng thế giới nhỏ mạng ngẫu nhiên...........................30
Hình 2.10: Xây dựng đồ thị thế giới nhỏ theo Kleinberg trong lưới hai chiều...........31
Hình 2.11: Mô hình truyền tin nội bộ giữa các nút trong nhóm..................................34
Hình 2.12: Truyền thông tin giữa các nhóm với nhau.................................................35
Hình 3.1: Tương quan liên kết gần, liên kết xa............................................................39
Hình 3.2: Chi tiết giải thuật.......................................................................................... 40
Hình 3.3: Ví dụ về độ trễ truyền tin............................................................................. 41
Hình 3.4: Chương trình mô phỏng............................................................................... 45
Hình 3.5: Đánh giá về số lượng gói tin điều khiển mạng / giây..................................46
Hình 3.6: Độ trễ trung bình truyền dữ liệu trên các nút so với nguồn.........................47
Hình 3.7: Đánh giá khoảng cách trung bình giữa các nút mạng..................................48


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Vị trí của lớp phủ........................................................................................... 23
Bảng 2.2: Tỷ lệ hàng xóm gần , hàng xóm xa................................................................32
Bảng 2.3: Bảng so sánh các lớp phủ mạng.....................................................................34

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Diễn giải

Mô tả

LAN

Local Area Network

Mạng máy tính cục bộ

WAN

Wide area network

Mạng máy tính khu vực,
diện rộng

IP

Internet Protocol

Giao thức Internet

P2P

Peer – to - Peer

Mạng ngang hàng Peer –
to - Peer

DHT

Distributed Hash Table

Bảng băm phân tán

Pre – encoded
streaming

Hình thức chia sẻ video
trực tuyến

VoD

Video on Demand

Hình thức chia sẻ video
theo yêu cầu

DSL

Digital Subcriber Line

VPN

Vitrual Private

Network

Mạng riêng ảo

Barabasi - Albert

Phương pháp xây dựng
mạng bao đóng

Voice over Internet
Protocol

Truyền giọng nói trên giao
thức IP

Live TV

BA

VoIP

Kênh thuê bao số


LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, máy tính và mạng Internet đã trở thành một phần không thể thiếu của
cuộc sống. Cùng với sự phát triển của Internet băng thông rộng và các thiết bị đa
phương tiện cá nhân, nhu cầu chia sẻ thông tin của người dùng cuối không chỉ dừng lại
ở việc gửi và nhận những dòng văn bản , những file dữ liệu có sẵn với kích thước nhỏ
thì mô hình mạng truyền thống máy khách – máy chủ ( client – server) ngày càng bộc

lộ những yếu điểm của mình. Chi phí duy trì hoạt động của các máy phục vụ ngày
càng tốn kém theo độ phức tạp và sự mở rộng của mạng. Không chỉ có vậy, hoạt động
của mạng còn bị phụ thuộc chặt chẽ vào trạng thái của máy chủ (Server) nếu máy chủ
gặp sự cố thì toàn bộ hệ thống sẽ bị ảnh hưởng. Chính bởi vậy mà mô hình mạng
ngang hàng (Peer – to – Peer hay P2P) ngày càng thu hút sự quan tâm của đông đảo
người dùng, các nhà nghiên cứu mạng và ngay cả của các công ty thương mại lớn.
Với ba đặc điểm nổi bật là tận dụng được tài nguyên của các máy tham gia, giải
quyết được vấn đề điểm chết trung tâm của mô hình máy chủ , máy khách, và chi phí
xây dựng vận hành thấp, mạng ngang hàng đã mở đường cho rất nhiều người nghiên
cứu và ứng dụng trong mọi lĩnh vực. Mười năm qua đã đánh dấu những bước phát
triển lớn của dịch vụ mạng ngang hàng. Từ những hệ thống chia sẻ file đơn giản trong
mạng cục bộ Napster (1999) hiện nay Bittorente Donkey, Bittorent… thường cung cấp
các file dữ liệu có kích thước hàng năm MB tới hàng ngàn người dùng, tới các hệ
thống tìm kiếm nội dung, hội thảo qua mạng (video conference, VoIP) đặc biệt là việc
phân bổ các dữ liệu truyền thông đa phương tiện từ một máy tính tới một lượng lớn
người dùng.
Một trong những vấn đề quan trọng nhất để nâng cao chất lượng dịch vụ của
mạng ngang hàng là tốc độ và hiệu suất truyền tin trong mạng. Có nhiều nghiên cứu về
vấn đề này, tuy nhiên trong phạm vi luận văn chúng tôi tập trung mạng ngang hàng, và
mô hình mạng thế giới nhỏ trong lớp mạng phủ sử dụng trình mô phỏng iGridmedia.
Mục tiêu của đề tài là: Tìm giải pháp đem lại hiệu quả với việc làm giảm thời
gian trễ và chi phí truyền thông cho các gói tin điều khiển mạng. Theo đó, hiệu năng
và độ trễ trung bình của mạng cũng được cải thiện.
Quá trình nghiên cứu thực hiện và kết quả nghiên cứu đã được trình bày đầy đủ
trong 3 chương với nội dung cụ thể sau :
Đề tài : Xây dựng hệ thống truyền hình trực tuyến qua mạng ngang hàng có
cấu trúc
Chương 1 : Tổng quan về mạng ngang hàng

Chương 2 : Truyền hình qua mạng ngang hàng sử dụng mô hình mạng thế giới
nhỏ
Chương 3 : Mô phỏng và đánh giá kết quả


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG NGANG HÀNG
Chương 1 sẽ cho chúng ta một cái nhìn tổng quan nhất về mạng ngang hàng :
bao gồm khái niệm mạng ngang hàng, phân loại các dạng mạng ngang hàng, các
ứng dụng của mạng ngang hàng.
1.1 Client và Server là gì ?
Để có thể hiểu Peer – to – Peer là gì, trước tiên chúng ta sẽ tìm hiểu về
những gì cơ bản nhất tạo nên Internet ngày nay, đó là mô hình Client – Server, hay
gọi được gọi là mô hình máy khách và máy chủ. Server là một máy chủ Web, đây
là nơi lưu trữ nội dung của một trang Web và máy tính của bạn được gọi là Client ,
nó lấy thông tin từ Server để hiển thị lại trên máy tính của bạn. Đó là cách mà
Internet truyền thống sử dụng.

Hình 1.1: Ví dụ về mô hình Client – Server
Mỗi Server độc lập có thể lưu trữ hàng tram nghìn dữ liệu khác nhau và chịu
tải hàng trăm Client cùng lúc, nhưng đó cũng chính là vấn đề của mô hình Client –
Server bởi chúng phụ thuộc rất nhiều vào phần cứng của Server.

1
0


Thứ nhất, Server phụ thuộc rất nhiều vào phần cứng, sẽ không có vấn đề gì
nếu Server của bạn chỉ lưu trữ mỗi nội dung nhất định, nhưng thực tế thì mỗi
Server phải xử lí hàng trăm yêu cầu khác nhau từ mỗi Client, chẳng hạn như bạn
muốn đọc bài A thì Server phải xử lí và cho ra nội dung bài A, một bạn khác muốn

đọc bài B thì Server phải cho ra nội dung bài B, mỗi lần như thế Server sẽ phải sử
dụng một phần CPU và RAM để xử lí, Server sẽ cần nâng cấp nếu khả năng xử lí
không đủ đáp ứng nhu cầu của Client. Đó chính là giới hạn về phần cứng của
Server.
Thứ hai mỗi Client sử dụng một phần nhỏ đường truyền mạng của Server, ví
dụ : Server của bạn có đường truyền mạng khoảng 100MB/s, tức là nếu bạn có 100
Client cùng sử dụng thì mỗi người sẽ có 1MB/s để dung, nhưng nếu có khoảng
1000 Client thì mỗi người chỉ còn 100KB/s mà thôi. Đấy chính là giới hạn về
đường truyền của Server.
Và cuối cùng chính là giá thành của dung lượng, nếu có 1 File nặng khoảng
1MB và được 1000 người tải xuống thì tổng dung lượng của dữ liệu được tải
xuống sẽ là 1GB. Bạn sẽ không phải trả tiền cho 1MB dữ liệu này, nhưng nhà
quản trị Web phải trả số tiền đó. Giá thành quá đắt chính là giới hạn của mô hình
Client – Server.
Vì 3 giới hạn trên của mô hình Client – Server mà người ta nghĩ ra một mô
hình khác, tiết kiệm hơn và gọi nó là Peer – to – Peer, hay còn gọi là mạng ngang
hàng, mạng đồng đẳng.
1.2 Mạng ngang hàng
1.2.1 Giới thiệu
Mạng ngang hàng (Peer – to - Peer) bắt đầu xuất hiện từ 1999 và đã thu hút
sự quan tâm của giới CNTT trong những năm gần đây. Đặc biệt là 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 70%) băng thông
Internet.Mạng ngang hàng ra đời đã giúp ích được rất nhiều cho các ứng dụng chia
sẻ, lưu trữ đòi hỏi dung lượng nhiều mà tốn kém như Linux….
Trong quá trình phát triển của mạng máy tính chúng ta đã đươc chứng kiến
sự phát triển vượt bậc của các mô hình mạng, ban đầu chỉ là hai máy tính kết nối

với nhau một cách thuần túy, sau đó là mạng LAN với kết nối vài chục máy tính
trong phạm vi nhỏ. Không chỉ dừng lại ở đó, mô hình mạng ngày càng được mở
rộng cả về tính chất và quy mô thành mạng WAN với hàng nghìn máy tính kết nối
với nhau trong một phạm vi lớn. và cuối cùng là sự ra đời của mạng Internet – vốn
được xem như là một sự phát triển vĩ đại của ngành công nghệ thông tin nói riêng
và của toàn thế giới nói chung. Internet là kho tài nguyên khổng lồ của loài người
với rất nhiều ứng dụng chia sẻ thông tin, mang con người trên toàn thế giới xích
lại gần nhau hơn.
Hiện nay hầu hết các ứng dụng trên mạng Internet đều được xây dựng theo
mô hình Client – Server với các tính năng ưu việt của nó như : các máy Client
không cần cấu hình mạnh, tiết kiệm được địa chỉ IP do có thể cấp phát được địa
chỉ IP động, việc bảo trì các phần mềm phục vụ trên Server là tập trung nên rất dễ
dàng. Tuy nhiên đổi lại trong các mô hình mạng Client – Server, chi phí đầu tư
cho các server đó rất lớn.. Hệ thống ngày càng lớn thì việc mở rộng đòi hỏi chi phí
ngày càng cao cho việc nâng cấp server hoặc thậm chí là phải bổ sung them server
mới. Mặt khác, nếu các máy server gặp sự cố thì toàn bộ hệ thống sẽ bị ảnh hưởng
thậm chí ngừng hoạt động nay lập tức.
Ngoài ra mô hình Client – Server cũng không tận dụng được sức mạnh của
các máy Client. Chính bởi vậy , để khắc phục các nhược điểm của mô hình Client
– Server, cấu trúc mạng ngang hàng (Peer – to – Peer ) ra đời, đang ngày càng được
quan tâm và phát triển rộng rãi hơn trong thời gian gần đây.
1.2.2 Khái niệm mạng ngang hàng
Mạng ngang hàng (Peer – to – Peer network), còn gọi là mạng đồng đẳng, là
cấu trúc 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 server trung tâm như các mạng thông thường. Mạng ngang hàng hiện có rất
nhiều ứng dụng. Ứng dụng thường xuyên gặp nhất là chia sẻ tệp tin, tất cả các
dạng dữ liệu như văn bản, âm thanh, hình ảnh…. Hoặc đề truyền dữ liệu thời gian
thực như điện thoại VoIP, chia sẻ video thời gian thực, truyền hình trực tuyến….

Một mạng ngang hàng đúng nghĩa không có khái niệm server và client, nói
cách khác tất cả các máy tham gia đều bình đẳng và được gọi là Peer, có nghĩa là
mỗi nút mạng vừa đòng vai trò là Client, vừa đóng vai trò là Server đối với các
máy khác trong mạng. Điều này cung cấp sự tiện dụng, linh hoạt cho người sử


dụng để thực hiện các ứng dụng định tuyến, gửi dữ liệu và chia sẻ thông tin trên
Internet.
Mục đích quan trọng của mạng ngang hàng 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 số lượng máy khách sẽ tăng lên và khả năng chuyển dữ
liệu cho mỗi máy khách sẽ giảm xuống.
1.3 Các lĩnh vực ứng dụng của mạng ngang hàng(P2P)
Sự ra đời của mạng ngang hàng đã tạo ra cách thức quản lý mới cho hàng
loạt các lĩnh vực ứng dụng. Dưới đây là một cái nhìn tổng quát về 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).
1.3.1 Giao tiếp (Communication)
Đóng 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 Peer 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 nhau 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 kí, khi có sự giao tiếp giữa các node , thì việc tìm kiếm người dung (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 như : Napster, ICQ, Jabber.
1.3.2 Chia sẻ file (File Sharing)
Có thể nói ứng dụng sử dụng nhiều nhất của mạng ngang hàng đó là chia sẻ
file, theo ước tính khoảng 70% lưu lượng mạng trên Internet được cho là để trao
đổi các file đặc biệt là các file âm nhạc (hơn 1 tỷ các file âm nhạc được download
mỗi tuần). Đặc điểm của các vấn đề chia sẻ file là các Peer có file được download
với vai trò là một Client làm cho chúng luôn sẵn sàng với các Peer khác đóng vai


trò là Server. Vấn đề của việc chia sẻ file đó chính là tìm kiếm. Trong ngữ cảnh
của hệ thông chia sẻ file, có ba mô hình khác nhau được phát triển : Mô hình
Flooded request, mô hình thư mục trung tâm và mô hình hướng tài liệu. Các mô
hình này được minh họa qua các ứng dụng thực của mạng ngang hàng : Gnutella,
Napster và FreeNet.
Trong hệ thống Gnutella không có sự tập trung hóa các file được lưu trữ trên
các Peer của hệ thống, khi có yêu cầu tìm kiếm 1 file, máy tính sẽ gửi yêu cầu đến
các Peer láng giềng của nó cho tới khi tìm thấy máy chứa file cần tìm. Tiếp theo là
quá trình trao đổi file trực tiếp giữa 2 máy tính trong mạng.
Trong hệ thống Napster có sự tập trung hóa, khi một máy tham gia vào mạng
danh mục các file sẽ được đăng kí và lưu trữ trên Server trung tâm, khi có yêu cầu
tìm kiếm máy tính sẽ hỏi Server trung tâm về vị trí của file, sau đó việc trao đổi
được thực hiện giữa 2 máy tính với nhau.
Trong hệ thống Freenet trong file không được lưu trữ trên đĩa cứng của các
peer cung cấp mà chúng được lưu trữ ở các vị trí khác trong mạng. Mục đích của
việc phát triển mạng Freenet là làm cho thông tin được lưu trữ và truy cập mà
không cần biết định danh. Với các tổ chức như vậy chủ sở hữu của một node mạng
cũng không biết được tài liệu gì được lưu trữ trên đĩa cứng của máy. Vì lý do này
các Peer và các file được cung cấp các số định danh khác nhau. Khi một file được

tạo, nó được truyền qua các peer láng giềng tới các peer có số định danh gần với
số định danh của file gần nhất và được lưu trữ ở đó.
1.3.3 Băng thông (Bandwidth)
Do yêu cầu về khả năng truyền dẫn của các mạng này ngày càng đòi hỏi cao
đặc biệt là khi một số lượng lớn dữ liệu đa phương tiện tăng nhanh, hiêu quả của
việc sử dụng băng thông ngày càng trở nên quan trọng. Hiện nay hướng tiếp cận
tập trung trong đó các file được lưu trữ trên một Server và được truyền từ đó tới
máy khách yêu cầu đang được sử dụng chủ yếu. Trong trường hợp này khi số
lượng các yêu cầu tăng nhanh sẽ dẫn tới tình trạng thắt nút cổ chai. Với hướng tiếp
cận theo mạng ngang hàng vấn đề cân bằng tải sẽ đạt được sự tối ưu nhất định vì
nó tận dụng tối đa được các hướng truyền dẫn trong hệ thống mạng.
Tăng cường khả năng cân bằng tải trong mạng: Khác với kiến trúc Client /
Server các mạng ngang hàng lại có thể nhận được sự cân bằng tải tốt hơn. Với mô
hình Client/Server thì cả yêu cầu truy vấn thông tin và việc truyền dữ liệu đều
được thực hiện giữa máy chủ và máy khách, sẽ làm mất sự cân bằng tải khi có
1
4


nhiều yêu cầu kết nối tới máy chủ. Trong mô hình mạng ngang hàng chỉ có yêu
cầu truy vấn được thực hiện giữa máy tính tham gia với máy chủ. Còn vấn đề
truyền file được thực hiện giữa hai máy tính tham gia mạng với nhau điều này dẫn
đến việc phân phối tải đêì trên hệ thống mạng.
Chia sẻ việc sử dụng băng thông: Mạng ngang hàng có thể làm tăng khả
năng download và truyền các file do cơ chế tận dụng đường truyền tới các peer
tham gia mạng. Một file dữ liệu lớn được chia thành các khối dữ liệu nhỏ độc lập
nhau, các khối dữ liệu này được chuyển đồng thời đến các peer khác nhau và cuối
cùng đến peer yêu cầu chúng. Tại peer yêu cầu các khối dữ liệu được ghép lại
thành file dữ liệu ban đầu. Các phần mềm điển hình của sự việc chia sẻ băng thông
đó là các phần mềm download file : BitTorrent, FlashGet…

1.3.4 Các chu trình xử lý (Processor Cycles)
Có thể nhận thấy rằng trong các ứng dụng đòi hỏi cần phải có sức mạnh tính
toán người ta thường tìm cách xây dựng các máy tính mạnh , đắt tiền chứ chưa chú
trọng vào việc tận dụng khả năng tính toán của các máy tính được nối mạng. Ngày
nay do những yêu cầu đòi hỏi tính toán hiệu năng cao như các thao tác tính toán
trong tin sinh học, trong tài chính, trong đo lường mà nhiều nghiên cứu ứng dụng
mạng ngang hàng vào xử lý tính toán đã được đưa ra. Bằng việc sử dụng các ứng
dụng như mạng ngang hàng để bó cụm các chu trình xử lý có thể nhận được khả
năng tính toán ngang bằng với một siêu máy tính đắt tiền. Trong một mạng mỗi
máy tính là trong suốt với các máy tính khác nhau và tất cả các node được kết nối
mạng sẽ tạo thành một máy tính logic.
1.3.5 Không gian lưu trữ (Storage Space)
Hiện nay với các hệ thống cần có yêu cầu về mặt lưu trữ dữ liệu cao người ta
chọn các giải pháp lưu trữ:
-

DAS(Direct Attached Storage)
NAS(Network Attached Storage)
SAN(Storage Area Networks)
Bên cạnh những ưu điểm các giải pháp đó cũng tồn tại một số nhược điểm

như:
-

Kém hiệu quả trong việc sử dụng hệ thống lưu trữ sẵn có
Phải tăng cường việc sao lưu dữ liệu
Tăng tải trong mạng của công ty


Tuy nhiên băng thông mạng ngày càng được cải thiện cao, tính kết nối liên

thông ngày một dễ dàng đã cho phép thay đổi cách thức quản lý để lưu trữ, giải
quyết một cách hiệu quả vấn đề lưu trữ và không đòi hỏi về vấn đề quản trị hệ
thống.Với mạng lưu trữ ngang hàng nói chung nó được giả thiết rằng chỉ có một
phần không gian sẵn có trên máy tính PC được sử dụng. Mạng lưu trữ ngang hàng
là một cụm các máy tính được xây dựng trên một nền mạng máy tính tồn tại, chia
sẻ tất cả các lưu trữ sẵn cố trên mạng.
1.4 Phân loại mạng ngang hàng
Theo mức độ tập trung của mạng ngang hàng, chúng ta có thể phân loại các
mạng ngang hàng như sau:
-

Hệ thống mạng ngang hàng lai ghép
Hệ thống mạng ngang hàng thuần túy

1.4.1 Hệ thống mạng ngang hàng lai ghép

Hình 1.2: Hệ thống mạng ngang hàng lai ghép
Đây là mạng ngang hàng thế hệ thứ nhất. Các mạng kiểu này được gọi là
mạng ngang hàng lai ghép vì trong mỗi mạng có một hay một số máy chủ trung
tâm dùng để lưu trữ thông tin của các máy trạm thành viên và trả lời các truy vấn.
Tuy nhiên tìa nguyên phân phối của mạng không nằm trên máy chủ đó mà nằm
trên chính các máy trạm thành viên. Máy chủ trung tâm chỉ có vai trò lưu trữ thông
tin về các máy trạm thành viên và các thông tin tài nguyên được chia sẻ để có thể
sẵn sang cung cấp các thông tin liên quan mỗi khi có một máy trạm gửi yêu cầu


tìm kiếm tới. Các mạng ngang hàng lai ghép này có thể sử dụng các trạm định
tuyến để xác định địa chỉ IP của các máy trạm.
 Nguyên tắc hoạt động :
- Mỗi Client lưu trữ file định chia sẻ với các nút khác trong trạm

- Một bảng lưu trữ thông tin kết nối của người dùng đăng kí (IP address,
connection banwidth….).
-

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 các 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 và không
cần quan tâm máy chủ trung tâm.

 Ưu điểm :
- Dễ xây dựng.
- Tìm kiếm file nhanh và hiệu quả.
 Nhược điểm :
- Dễ bị tấn công.
- Cần phải quản trị (central server).
Các đại diện cho mạng ngang hàng lai ghép được biết đến nhiều nhất là
Napster và Bittorent
Napster là mạng ngang hàng đặc trưng cho hệ thống mạng ngang hàng lai
ghép chúng được dùng cho việc chia sẻ file giữa các người dùng Internet. Mạng
này đã được sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên, do các yếu tố về luật pháp, Napster đã
nhanh chóng bị mất thị trường. Napster có một server trung t âm hoạt động như
một index server lưu trữ các thông tin về các file nhạc có sẵn trên các máy trạm
tham gia mạng.. Khi một người dụng tiến hành tìm kiếm một file nhạc, hệ thống
yêu cầu server tring tâm tìm kiếm và trả về một danh sách các máy trạm có các tài
nguyên tương ứng. Sau khi nhận được danh sách này, người dụng tạo một kết nối
trực tiếp với các máy trạm đó và tài nguyên về nhưng file mình muốn. Các 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 máy chủ vì lý do
nào đó mà 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 ứng với số nút mạng trong hệ thống, do
đó khả năng mở rộng mạng bị hạn chế rất nhiều.
BitTorrent cũng là một mạng ngang hàng lai ghép nổi tiếng khác trong việc
chia sẻ nội dung. BitTorrent cho phép một lượng lớn người dùng download nhanh
các file có dung lượng lớn. Giao thức BitTorrent gồm có một số thực thể như :
tracker, peers, và seeds(hạt giống). Mỗi thực thể có một vai trò khác nhau trong
việc phục vụ mục tiêu chia sẻ tài nguyên của mạng. Tracker hoạt động như một
server trung tâm và các máy trạm kết nối vào tracker này để download file.
Tracker theo dõi các máy trạm và hướng dẫn các máy trạm này kết nối vào các
máy trạm khác. Các máy trạm là thành viên tham gia vào mạng với mục đích
download và upload các phần của file. Seeds cũng là thành viên tham gia vào
mạng và là những nút đã download thành công nội dung mình cần và hiện chỉ
tham gia vào vai trò upload. Đối với các file lớn, việc yêu cầu các seed vẫn còn
online cho đến khi tất cả các máy trạm khác hoàn tất download tất cả file là một
yêu cầu rất quan trọng.
Giao thức này có ý định giải quyết các vấn đề về mở rộng – là vấn đề thách
thức nhất cho các mạng chia sẻ nội dung. Giao thức đảm bảo sự công bằng trong
mạng ngang hàng khi chia cắt file có dung lượng lớn thành từng mảnh nhỏ có
dung lượng bằng nhau. Ưu điểm của BitTorrent là cung cấp một kĩ thuật chia sẻ
file có dung lượng lớn một cách hiệu quả và linh động. Một nhược điểm của giao
thức BitTorrent là nếu một máy trạm đang download file lớn mà không còn seed
nào đang online thì những mảnh nhỏ đã được download về không bao giờ còn cơ
hội được sử dụng nữa.

1.4.2 Mạng ngang hàng thuần túy (Pure Peer – to – Peer System)
Khác với mạng ngang hàng lai ghép, mạng ngang hàng thuần túy là một
mạng ngang hàng đúng nghĩa, không có máy chủ trung tâm quản lý mạng, không
có bộ định tuyến trung tâm. Các máy trạm tham gia mạng có vai trò vừa là máy
chủ vừa là máy khách và có khả năng định tuyến độc lập.


Hình 1.3: Mạng ngang hàng thuần túy
 Mạng ngang hàng thuần túy không có cấu trúc
Mạng ngang hàng được xem là thuần túy không có cấu trúc khi các liên kết
giữa các nút mạng trong mạng được thiết lập một cách ngẫu nhiên, không theo
một quy luật nào. Mạng ngang hàng thuần túy không có cấu trúc dễ dàng được xây
dựng : một máy mới khi muốn tham gia mạng có thể lấy luôn các liên kết có sẵn
của một máy khác đang ở trong mạng và sau đó dần dần bổ sung thêm các liên kết
mới của riêng mình mà không cần bất cứ một thủ tục nào khác. Khi một máy
muốn tìm một dữ liệu trong mạng ngang hàng không cấu trúc, yêu cầu tìm kiếm sẽ
được truyền trên cả mạng để tìm ra nhiều máy chia sẻ càng tốt. Nhược điểm có thể
thấy ngay của hệ thống này là không có gì đảm bảo việc tìm kiếm sẽ thành công.
Đối với việc 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 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 có
cấu trúc, không có bất kì mối tương quan nào giữa các máy tính và dữ liệu mà mỗi
máy tính quản lý trong mạng. Do đó yêu cầu tìm kiếm cần được chuyển một cách
ngẫu nhiên đến một số máy trong mạng.
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 lượng băng thông của mạng, dẫn đến hiệu quả tìm kiếm chung của mạng là
thấp.
10

Các mạng ngang hàng không có cấu trúc nổi tiếng như là Gnutella,
KazaA,Morpheus. DirrectConnect,…
 Mạng ngang hàng có cấu trúc
Để khắc phục nhược điểm của mạng không có cấu trúc, mạng ngang hàng có
cấu trúc được xây dựng 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.
 Nguyên tắc hoạt động :
- Topo mạng được kiểm soát chặt chẽ
- Files (hoặc con 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
tám (Distribued Hash Table).

Hình 1.4: Cơ chế 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.

20


 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 :
- Việc quản lý cấu truc của topo mạng gặp khó khan, đặc biệt 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 truy vấn trung bình cao.
1.5 Ứng dụng chia sẻ video, truyền hình trên mạng ngang hàng
Chia sẻ vieo qua mạng ngang hàng là một trong những hoạt động phổ biến
trên mạng Internet. Các ứng dụng chia sẻ video trên mạng ngang hàng đang ngày
càng phổ biến và chiếm ưu thế vượt trội trong việc chiếm tài nguyên Internet. Mục
tiêu là sử dụng mô hình thế giới nhỏ để góp phần tối ưu hóa việc sử dụng tài
nguyên mạng cho việc chia sẻ, sử dụng công cụ iGridMedia để mô phỏng và đánh
giá kết quả.
Có hai loại chia sẻ video chính được thực hiện qua nền tảng mạng ngang
hàng là Offline và Streaming.

Hình 1.5: Phân loại chia sẻ video trên mạng ngang hàng
Chia sẻ video qua hình thức tải file Ofline là cách thức chia sẻ cổ điển.
Người dùng chỉ được biết nội dung của file video sau khi đã tải xong file về máy


của mình. Trong hình thức này, người dùng tải các file mà mình cần thông qua các
giao thức FTP và HTTP. BitTorrents là ứng dụng trên nền tảng mạng ngang hàng
phổ biến nhất cho việc chia sẻ video Offline. Ngoài ra, còn tồn tại rất nhiều các

ứng dụng trên nền tảng mạng ngang hàng khác hỗ trợ chia sẻ video Offline như
KaZaA, Gnutella, iMesh và eDonkey. Kỹ thuật này đòi hỏi nhiều thời gian để tải
file về trước khi xem được nội dung của file, do đó giảm sự linh động của người
dùng và người dùng không thể kiểm tra được chất lượng của file trong quá trình
tải file.
Video streaming là một cách thức chia sẻ video khác thông qua mạng
Internet.
Live streaming (Live TV) và Pre-encoded streaming (Video on Demand VoD) là 2 hình thức chia sẻ video trực tuyến. Video theo yêu cầu (VoD) cho phép
chia sẻ video và audio qua mạng LAN, WAN. Internet tùy theo yêu cầu của người
dùng. Hiện nay, đang có một số ứng dụng chia sẻ video theo yêu cầu như :
Microsoft Netshow, RealVideo of Real Networks,…. Trong các hệ thống chia sẻ
video theo yêu cầu, người dừng liên hệ với các thành viên khác tham gia vào mạng
có video cần thiết và yêu cầu được xem chúng. Các file video này sau đó được
truyền từ nút mạng khác nhau trong mạng về nút mạng yêu cầu.
Truyền hình ngang hàng (Live TV) là một cách thức để chia sẻ video. Trong
hình thức này, người dùng có thể xem được nội dung file video ngay trong quá
trình tải file. Kỹ thuật chia sẻ video trực tuyến cho phép giải quyết được các vấn
đề của phương pháp chia sẻ video thông qua tải file Online.
Nguyên tắc của kỹ thuật chia sẻ video trực tuyến là file video được phân chia
ra thành các đơn vị nhỏ. Các đơn vị nhỏ này được truyền qua mạng. Ở phía đầu
nhận, các đơn vị này được phép ghép lại thành file video và bắt đầu được giải mã
để thể hiện nội dung. Việc hiển thị nội dung được thực hiện mà không cần phải
chờ cả file được tải về máy nhận. Thông thường người dùng phải chờ một khoảng
thời gian trễ từ 5 đến 10 giây delay, là khoảng thời gian cho bộ nhớ đệm nhận
được các đơn vị nhỏ của file video để sẵn sang hiển thị được nội dung của file.
Việc triển khai hiệu quả các ứng dụng chia sẻ video gặp phải một số khó
khăn sau:
-

Dịch vụ chia sẻ video đòi hỏi băng thông lớn giữa máy gửi và máy nhận

trong suốt thời gian file video được truyền. Một đoạn video không được
nén trong khoảng thời gian 1 phút , có 25 hình/giây và có độ phân giải
22


320*240 pixels có dung lượng 330MB và đòi hỏi băng thông 45Mbps cho
việc đảm bảo truyền file để có thể hiển thị trơn tru trên máy nhận. Các
file video đã được nén đòi hỏi ít băng thông hơn. Ví dụ với cùng một nội
dung, chuẩn MPEG-2 chỉ yêu cầu băng thông 4-8 Mbps trong khi đó, file
không nén được yêu cầu băng thông 200Mbps. Nhìn chung các nút tham
gia mạng ngang hàng đều không có băng thông download và upload
giống nhau. Hậu quả là rất khó để có thể nhận được toàn bộ file video từ
một nguồn duy nhất.
-

-

-

-

Nhìn chung các dịch vụ chia sẻ video có các yêu cầu đáp ứng thời gian
thực hiện khi nội dung của file video cần được hiển thị trong thời gian nó
được tải vể. Ngoài ra, toàn bộ file video cần được tải về xong trước khi
thời gian hiển thị của đoạn video kết thúc. Nếu dữ liệu không được nhận
về kịp thời , quá trình hiển thị nội dung sẽ bị dừng lại. Sử dụng bộ nhớ
đệm để lưu các dữ liệu này có thể phần nào giải quyết được vấn đề này
nhưng có thể nảy sinh các vấn đề tiềm ẩn khác. Hơn nữa vấn đề lớn khi
sử dụng bộ nhớ đệm là không thích hợp cho các ứng dụng chia sẻ video
theo thời gian thực(TV Online). Các vấn đề này ảnh hưởng đến chất

lượng dịch vụ cả ở đầu cung cấp và đầu sử dụng.
File video gốc được mã hóa với một mô hình mã hóa thích hợp nào đó
trước khi được truyền qua mạng ngang hàng. Các mảnh file video này sau
đó được giải mã tại đầu nhận trước khi hiển thị nội dung. Do đó lựa chọn
mô hình mã hóa thích hợp đóng một vai trò quan trọng trong việc nâng
cao chất lượng dịch vụ chia sẻ video.
Mạng ngang hàng thường được triển khai trong phạm vi rộng lớn và là sự
kết hợp giữa các thiết bị không đồng nhất. Trong hoàn cảnh như vậy việc
chia sẻ video một cách hiệu quả đòi hỏi phải giải quyết được các vấn đề
về sự không đồng nhất của thiết bị.
Mạng ngang hàng rất linh động, một nút mạng có thể tham gia hay rời bỏ
khỏi mạng mà không cần thông báo trước. Như vậy phải xác định được
vấn đề này đóng một vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng
dịch vụ chia sẻ video.

1.6 Kết luận chương 1
Qua chương một chúng ta đã có một cái nhìn tổng quát về các mô hình
mạng Internet, đặc biệt là cái nhìn khái quát về mạng ngang hàng (Peer – To –


Peer ), chúng ta biết được các ứng dụng phổ biến qua mạng ngang hàng, các loại
mô hình mạng ngang hàng được sử dụng
Sang chương sau, đồ án đi sâu vào nội dung chính của đề tài, đó là truyền
trực tuyến qua mạng ngang hàng với mô hình mạng thế giới nhỏ.


CHƯƠNG 2: TRUYỀN HÌNH TRỰC TUYẾN QUA MẠNG NGANG
HÀNG VỚI MÔ HÌNH MẠNG THẾ GIỚI NHỎ
Chương hai giới thiệu về trình mô phỏng iGridmedia, mô hình hoạt động của
trình mô phỏng, các giao thức truyền tin trong mạng ngang hàng, giới thiệu tổng

quan về lớp mạng phủ, các loại mô hình của lớp mạng phủ và cuối cùng là giới
thiệu về mô hình mạng thế giới nhỏ và các ứng dụng của mô hình mạng thế giới
nhỏ.
2.1 Giới thiệu về trình mô phỏng iGridMedia
2.1.1 Giới thiệu chung về iGridMedia
Dự án GridMedia đã được lập ra từ 03/2004 nhằm cung cấp nội dung truyền
hình chất lượng cao tới hàng triệu người dùng trên toàn cầu qua mạng Internet.
GridMedia đã được CCTV (đài truyền hình lớn nhất ở Trung Quốc) sử dụng để
phát song tới 500.000 người dùng. Số người sử dụng đồng thời lên đến 224.000,
tương đương với máy chủ có băng thông 200Mbps.GridMedia đang được sử dụng
bởi các ứng dụng chia sẻ video ngang hàng nổi tiếng thế giới cung cấp bởi :
PPLive, QQLive,Zattoo….Phần lõi của hệ thông được phát triển bởi tiến sĩ Meng
Zhang , Đại học Tsinghua, Bắc Kinh, Trung Quốc.
iGridMedia là dự án mở rộng của GridMedia nhằm hỗ trợ cho các ứng dụng
tương tác đạt hiệu suất tốt hơn trong nhóm có quy mô lớn, và nhóm có quy mô
nhỏ. iGridMedi cũng có khả năng mở rộng và phù hợp với số lượng rất lợn người
sử dụng quy mô trong một kênh. Bên cạnh đó, iGridMedia cân bằng giữa độ trễ,
chất lượng và chi phí băng thông máy cung cấp kênh truyền hình.
Dự án bao gồm module cho phép mô phỏng ứng dụng truyền hình đa phương
tiện diện rộng. Bằng cách mô phỏng, chúng ta có thể sử dụng các cấu hình thử
nghiệm và đánh giá và phân tích các tiêu chí của mạng theo các phương pháp khác
nhau.
2.1.2 Mô hình hoạt động
Trong trường hợp ứng dụng truyền hình quảng bá trực tiếp qua Internet như
trong hình, khi người chia sẻ muốn chia sẻ video, họ thường sử dụng DSL để truy
cập Internet, do đó băng thông Upload thấp. Để tận dụng đầy đủ băng thông
upload, người chia sẻ cần tải lên luồng video của họ lên máy chủ chuyên dụng và
nội dung trực tiếp sẽ được truyển tải từ máy chủ chuyên dụng đó tới người xem
đầu cuối. Như trong hình dưới người xem đầu cuối sẽ duy trì một kết nối “cứu hộ”