CHUYÊN ĐỀ MẠNG : CHIA SẺ FILE NGANG HÀNG VÀ DEMO

1

BÀI TẬP LỚN MÔN CHUYÊN ĐỀ MẠNG

Đề tài: CHIA SẺ FILE NGANG HÀNG


2

Mục lục:

I.

Tổng quan về Mạng ngang hàng ……………………………………….4

II.

Các lĩnh vực ứng dụng của P2P
……………………………………….11


3

I.

Tổng quan về Mạng ngang hàng

1. Giới thiệu:
-

Mạng ngang hàng (Peer-to-Peer – P2P) bắt đầu xuất hiện từ 1999 và đã

thu hút sự quan tâm của giới CNTT trong những năm gần đây. Đặc biệt
việc áp dụng các mô hình P2P trong việc xây dựng những ứng dụng chia
sẻ file (file sharing), điện thoại trên nền Internet (Internet-based
telephony) đã đạt được nhiều thành công.

-

Hiện nay các ứng dụng P2P chiếm khoảng 50% (thậm chí 75%) băng thông trên
Internet.

2. Định nghĩa P2P:
-

“Mạng ngang hàng là một kiểu mạng được thiết kế cho các thiết bị trong đó có
chức năng và khả năng của các thiết bị đó là như nhau”
Mạng P2P không có khái niệm máy trạm (client) hay máy chủ (server), mà
chỉ có khái niệm các nốt (peers) đóng vai trò như cả client và server


4
Mô hình mạng Client/Sever

Mô hình mạng P2P

- 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 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
telephone network.
cũng là một overlay network trên nền


5

1. So sánh mô hình P2P với mô hình Client/Server:
P2P

Client/Server

- 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.

- 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
- Các node đóng vai trò như cả Client (truy vấn tiêu chuẩn do server định ra, nếu yêu cầu được
chấp nhận thì máy server sẽ trả về thông tin mà
thông tin) và Server (cung cấp thông
client yêu cầu.
tin).

Ưu, nhược điểm của mạng P2P, Client/Server:
P2P
+ Ưu điểm:
-

Client/Server
+ Ưu điểm:

Không cần server riêng, các client chia
sẻ tài nguyên. Khi mạng càng được mở
rộng thì khả năng hoạt động của hệ
thống càng tốt.

-

Tốc độ truy cập nhanh.

-

Khả năng mở rộng cao.

-

Hoạt động với bất kì loại ứng dụng nào.

-

Rẻ.

-

-

Dễ cài đặt và bảo trì.

Sử dụng được với các ứng dụng chia sẻ
CSDL.

-

Thuận lợi cho việc chia sẽ file, máy
in, CD-ROM v.v…

-

Đáng tin cậy hơn (có server riêng).

-

Mức độ an toàn cao nhất.

+ Nhược điểm:

+ Nhược điểm:

-

Chậm.

-

Cần server riêng (nghẽn cổ chai).

-

Không tốt cho các ứng dụng CSDL.

-

Đắt.

-

Kém tin cậy.

-

Phức tạp trong việc bảo trì, duy trì hoạt
động của mạng.


6


7

II.

Phân loại mạng ngang hàng

Mạng ngang hàng có thể được phân loại theo mục đích sử dụng, ví dụ:
• Chia sẻ file (file sharing)

• Điện thoại VoIP (telephony)
• Đa phương tiện media streaming (audio, video)
• Diễn đàn thảo luận (Discussion forums)
Mạng ngang hàng còn có thể được phân loại theo mức độ tập trung của mạng (đối
với P2P overlay
networks).
- Mạng ngang hàng không cấu trúc (unstructured): là cấu trúc mạng có nơi lưu trữ
nội dung (files) hoàn toàn không liên quan gì đến cấu trúc hình học của mạng
(overlay topology). Bao gồm:
+ Hệ thống mạng ngang hàng tập trung (Centralized):
+ Hệ thống mạng ngang hàng thuần túy (Pure)
+ Các mạng ngang hàng lai (Hybrid)

-

Mạng ngang hàng có cấu trúc (Structured):

1. Hệ thống mạng ngang hàng tập trung (Centralized)
Đây là mạng ngang hàng thế hệ thứ nhất, đặc điểm là vẫn còn dựa trên một máy
chủ tìm kiếm trung tâm, chính vì vậy nó còn được gọi là mang ngang hàng tập


8
trung (centralized Peer-to-Peer networks). Cấu trúc Overlay của mạng ngang hàng
tập trung có thể được mô tả như một mạng hình sao .

 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 mạng (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.


9
Với Napster, việc tìm kiếm file bị thất bại khi bảng tìm kiếm trên máy chủ vì lý do nào
đó không thực hiện được. Chỉ có các file truy vấn và việc lưu trữ được phân tán, vì vậy
máy chủ đóng vai trò là một nút cổ chai. Khả năng tính toán và lưu trữ của máy chủ
tìm kiếm phải tương xứng với số nút mạng trong hệ thống, do đó khả năng mở rộng
mạng bị hạn chế rất nhiều.

2. 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.

Mạng ngang hàng thuần túy (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
gia
và rời khỏi mạng một cách tùy ý mà không ảnh hưởng đến cấu trúc của mạng.
 Nhược điểm:

-

Tốn băng thông
Phức tạp trong tìm kiếm
Các node có khả năng khác nhau (CPU power, bandwidth, storage) đều có thể
phải chịu tải (load) như nhau.


10

3. Các mạng ngang hàng lai Hybri.


Nguyên tắc hoạt động
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 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.

-

-

-

-

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.


11

4. Mạng ngang hàng có cấu trúc Structured
 Đặc điểm:
- Topo mạng được kiểm soát chặt chẽ.
- File hoặc con trỏ tới File được đặt ở một vị trí xác đinh
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
(Distributed Hash Table).
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: Chord,
Pastry…, và cấu trúc không gian đa chiều: CAN, Viceroy.
 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 điểm:


-

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.
Vấn đề cân bằng tải trong mạng.


12

II.

Các lĩnh vực ứng dụng của P2P

Sự ra đời của mạng ngang hàng đã tạo ra cách thức quản lý mới cho hàng loạt các lĩnh
vực ứng dụng. Bài 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).

1. 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 kí.
+ Khi có sự giao tiếp giữa các node, việc tìm kiếm người dùng (node khác)
được thực hiệntrên 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.

2. Chia sẻ Files (File sharing)
-

-

-

Có thể nói ứng dụng được 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 vấn đề chia sẻ file là các Peer có các file được download với
vai trò là một Client làm cho chúng luôn sẵn sàng với các Peer khác trong
vai trò của một Server.

Vấn đề chủ yếu cho mạng ngang hàng nói chung và cho vấn đề chia sẻ
file nó riêng là vấn đề tìm kiếm. Trong ngữ cảnh của hệ thống 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


13

-

được minh hoạ qua các ứng dụng thực của mạng ngang hàng sau: Gnutella,
Naspter và FreeNet.
Trong hệ thống Gnutella, không có sự tập trung hoá, 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 hai máy tính
trong mạng.

-

Trong hệ thống Naspter, có sự tập trung hoá. Khi một máy tham gia vào
mạng, danh mục các file sẽ được đăng ký 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 file được thực hiện giữa hai máy tính với
nhau.

-

Trong hệ thống Freenet, trong file không được lưu trữ trên đĩa cứng của
các peer cung cấp chúng mà 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 anh ta. Vì lý do này mà 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 riêng tới các peer có số định danh gần với
số định danh của file nhất và được lưu trữ ở đó.

3. Băng thông Bandwidth)
Do yêu cầu về khả năng truyền dẫn của các mạng ngày càng đòi hỏi cao đặc biệt là
khi một số lượng lớn dữ liệu đa phương tiện tăng nhanh, hiệu 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 nút cổ chai. Với hướng tiếp cận theo mạng ngang hàng vấn
đề cân bằng tải sẽ đạt được sự tối ưu nhất vì nó tận dùng 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 lai 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 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 mạng 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 bố tải đều trên


14
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 đâu.
Các phần mềm điền hình của việc chia sẻ băng thông đó là các phần mềm download
file, chẳng hạn như: BitTorrent, FlashGet…


15

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 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 và tất cả các
node được kết nối mạng sẽ tạo thành một máy tính logic.

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 thường
lựa chọn các giải pháp lưu trữ như:

-

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 vấn đề lưu trữ dữ liệu, giải
quyết một cách hiệu quả vấn đề lưu trữ và không đỏi hỏi nhiều 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 có trên mạng


16

III.

Tổng kết

Hiện tại, mô hình Peer to Peer được cho là nắm giữ khoảng 40 – 70% lưu lượng
Internet trên thế giới, mặc dù đa số vẫn là dùng để chia sẻ các file vi phạm bản quyền
nhưng chúng ta vẫn phải cám ơn Peer to Peer vì nó đã giúp rất nhiều thứ phát triển, chẳng
hạn như Linux… họ đều sử dụng Peer to Peer để giám gánh nặng về chi phí của việc lưu
trữ phần mềm.

17

Tài liệu tham khảo

1. Ralf Steinmetz and Klaus Wehrle “Peer-to-Peer Systems and Applications “
2. Juniper Network’s doccuments “System Basics Configuration Guide”
www.juniper.net.
3. Morgan.Kaufmann.P2P.Networking.and.Applications.Dec.2008.
4. Juniper Network’s doccuments “ERX Command Reference Guide”
www.juniper.net.
5. Juniper Network’s doccuments “M320 – Hwguide ” www.juniper.net.
6. Andy Oram. “Peer to Peer: Harnessing the Power of Disruptive
Technologies”. OReilly Publishing, first edition March 2001. Page 9,page
19. Chapter 8.