Tài liệu Nghiên cứu một số cơ chế bảng băm phân tán trong mạng ngang hàng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN  Nguyễn Tuấn Anh NGHIÊN CỨU MỘT SỐ CƠ CHẾ BẢNG BĂM PHÂN TÁN TRONG MẠNG NGANG HÀNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Thái Nguyên - 2010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN  Nguyễn Tuấn Anh NGHIÊN CỨU MỘT SỐ CƠ CHẾ BẢNG BĂM PHÂN TÁN TRONG MẠNG NGANG HÀNG Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60.48.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Phạm Việt Bình Thái Nguyên - 2010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Độc lập – Tự do – Hạnh phúc *** LỜI CAM ĐOAN Luận văn thạc sỹ này do tôi nghiên cứu và thực hiện dưới sự hướng dẫn của Thầy giáo TS. Phạm Việt Bình. Để hoàn thành bản luận văn này, ngoài các tài liệu tham khảo đã liệt kê, tôi cam đoan không sao chép các công trình nghiên cứu của người khác. Thái Nguyên, ngày 13 tháng 10 năm 2010 Ngƣời cam đoan Nguyễn Tuấn Anh Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Trước hết tôi vô cùng biết ơn sâu sắc đến Thầy giáo TS. Phạm Việt Bình đ ã t ậ n tình hướng dẫn tôi hoàn thành bản luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Khoa Công nghệ thông tin, tập thể các thầy, cô giáo trong Khoa cùng toàn thể bạn bè đã đóng góp ý kiến cho bản luận văn của tôi. Thái Nguyên, ngày 13 tháng 10 năm 2010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Mục lục Danh mục thuật ngữ, từ viết tắt ......................................................................................... 3 Danh mục thuật ngữ, t ừ viết tắt ........................................................................................ 3 Danh mục hình vẽ.............................................................................................................. 3 Danh mục bảng .................................................................................................................. 6 Danh mục thuật toán.......................................................................................................... 6 Lời mở đầu ..................................................................................................................... 7 Chƣơng 1. Khái quát về mạng ngang hàng và bảng băm ........................................... 8 1.1. Khái quát về mạng ngang hàng .................................................................................. 8 1.1.1. Khái niệm mạng ngang hàng .................................................................... 8 1.1.2. Quá trình phát triển của các hệ thống mạng ngang hàng ..................... 10 1.1.3. Phân loại các mô hình mạng ngang hàng ............................................. 14 a) Hệ thống mạng ngang hàng tập trung (Centralized) .......................... 15 b) Các mạng ngang hàng thuần túy (Pure) ............................................. 17 c) Các mạng ngang hàng lai (Hybrid)..................................................... 17 d) Mạng ngang hàng có cấu trúc............................................................. 18 1.1.4. Các lĩnh vực ứng dụng của mạng ngang hàng .............................................. 20 a) Giao tiếp (communication) ................................................................. 20 b) Chia sẻ Files (File sharing) ................................................................ 20 c) Băng thông (Bandwidth....................................................................... 22 d) Không gian lưu trữ (Storage Space) ................................................... 22 e) Các chu trình xử lý (Processor Cycles) ............................................... 25 1.1.5. Các phương pháp đánh giá mạng ngang hàng ...................................... 25 a) Phương pháp phân tích ....................................................................... 25 b) Phương pháp thử nghiệm .................................................................... 26 c) Phương pháp mô phỏng ...................................................................... 26 1.1.6. Các vấn đề đối với mạng mạng ngang hàng hiện nay ............................. 27 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1 1.2. Bảng băm .................................................................................................................. 28 1.2.1. Bảng băm (Hash table) .......................................................................... 28 1.2.2. Bảng băm phân tán - Distributed Hash Table (DHTs) .......................... 28 Chƣơng 2. Một số dạng bảng băm trong mạng ngang hàng ..................................... 31 2.1. Kademlia .................................................................................................................. 32 2.2. Tapestry .................................................................................................................... 34 2.3. Kelips........................................................................................................................ 39 2.4. Chord ........................................................................................................................ 41 Chƣơng 3. Chƣơng trình thử nghiệm .......................................................................... 51 3.1. Bài toán thực tế......................................................................................................... 51 3.2. Khảo sát các simulator mô phỏng mạng overlay ...................................................... 52 3.3. Phần mềm mô phỏng P2PSim .................................................................................. 54 3.3.1. Các bước mô phỏng với phần mềm P2PSim .......................................... 56 3.3.2. Kịch bản mô phỏng ................................................................................ 58 3.3.3. Đánh giá hiệu năng giao thức Chord trong mạng ngang hàng thông qua các kết quả mô phỏng................................................................................ 58 a) Kết quả mô phỏng ảnh hưởng của Churn rate đến tỷ lệ tìm kiếm lỗi . 58 b) Kết quả mô phỏng ảnh hưởng của số lượng Node đến tỷ lệ tìm kiếm lỗi ................................................................................................................. 62 c) Kết quả mô phỏng ảnh hưởng của RTT đến tỷ lệ tìm kiếm lỗi ............ 65 d) Kết quả mô phỏng các tham số của Chord đối với tỷ lệ tìm kiếm lỗi . 68 Kết luận ................................................................................................................... 71 Tài liệu tham khảo ......................................................................................................... 73 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2 Danh mục thuật ngữ, từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt Từ viết tắt Peer-to-peer Mạng ngang hàng P2P, P2P Distributed Hash Table Bảng băm phân tán DHTs Distributed_File_Systems Hệ thống file phân tán Peer-to-Peer file sharing Hệ thống chia sẻ file ngang hàng Content Distribution Systems Hệ thống nội dung phân tán Peer Đồng đẳng trong mạng ngang hàng Node Một thiết bị nối mạng (một peer) Item Một đơn vị dữ liệu Structured Có cấu trúc Overlay Mạng được xây dựng trên các mạng khác Hash table Bảng băm Join Gia nhập (mạng ngang hàng) Leave Rời khỏi (mạng ngang hàng) Failure Lỗi Churn rate Số lượng peer rời khỏi/gia nhập mạng trong một khoảng thời gian Danh mục hình vẽ Hình 1.1. (a) Mô hình Client/Server ................................................................................. 9 Hình 1.1. (b) Mô hình P2P ................................................................................................ 9 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3 Hình 1.2. Overlay Network Diagram .............................................................................. 10 Hình 1.3. Mô hình centralized directory ........................................................................ 11 Hình 1.4. Mô hình flooding request ................................................................................ 12 Hình 1.5. Mạng ngang hàng tập trung thế hệ thứ nhất (Napster ..................................... 15 Hình 1.6. Mô hình mạng ngang hàng lai (Hybrid) .......................................................... 18 Hình 1.7. Chord Protocol ................................................................................................ 19 Hình 1.8. Ba cấu hình cho các giải pháp Direct Attached Storage ................................. 23 Hình 1.9. Sơ đồ một hệ thống NAS ................................................................................ 24 Hình 1.10. Sơ đồ một Storage Area Network ................................................................. 25 Hình 1.11. Distributed Hash Table .................................................................................. 30 Hình 2.1. Con trỏ của node 3 (0011) trong Kademlia .................................................... 32 Hình 2.2. Minh họa cách chọn bảng định tuyến của một node Tapestry ........................ 35 Hình 2.3. Đường đi của thông điệp từ node 5230 tới node 42AD .................................. 37 Hình 2.4. Ví dụ về Tapestry node publish item .............................................................. 38 Hình 2.5. Ví dụ về Tapestry node tìm kiếm item ............................................................ 39 Hình 2.6. Mạng Kelips trong đó các node phân tán trong 10 nhóm affinity và trạng thái tại một node cụ thể .......................................................................................................... 40 Hình 2.7 (a) Một mạng Chord với 6 node, 5 item và N=16 ........................................... 43 Hình 2.7 (b) Nguyên tắc chung của bảng routing table .................................................. 43 Hình 2.7 (c) Bảng routing table của node 3 và node 11 .................................................. 43 Hình 2.8. Quá trình một node join vào mạng .................................................................. 48 Hình 2.9 (a) Bảng finger và vị trí của key sau khi node 6 join ....................................... 49 Hình 2.9 (b)Bảng finger và vị trí trí của key sau kho node leave ................................... 49 Hình 3.1 (a) Kết quả mô phỏng 100Node khoảng thời gian vào/ra mạng là 10s ............ 59 Hình 3.1 (b) Kết quả mô phỏng 1000 node, khoảng thời gian vào/ra mạng là 10s ........ 59 Hình 3.2 (a) Kết quả mô phỏng 100Node khoảng thời gian vào/ra mạng là 60s ............ 60 Hình 3.2 (b) Kết quả mô phỏng 1000 node, khoảng thời gian vào/ra mạng là 60s ........ 60 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4 Hình 3.3 (a) Kết quả mô phỏng 100Node khoảng thời gian vào/ra mạng là 120s .......... 60 Hình 3.3 (b) Kết quả mô phỏng 1000 node, khoảng thời gian vào/ra mạng là 120s ...... 60 Hình 3.4 (a) Kết quả mô phỏng 100Node khoảng thời gian vào/ra mạng là 300s.......... 61 Hình 3.4 (b) Kết quả mô phỏng 1000 node, khoảng thời gian vào/ra mạng là 300s ...... 61 Hình 3.5 (a) Kết quả mô phỏng 100Node khoảng thời gian vào/ra mạng là 600s.......... 61 Hình 3.5 (b) Kết quả mô phỏng 1000 node, khoảng thời gian vào/ra mạng là 600s ...... 61 Hình 3.6 (a) Kết quả mô phỏng tổng hợp với 100 node ................................................. 62 Hình 3.6 (b) Kết quả mô phỏng tổng hợp với 1000 node ............................................... 62 Hình 3.7 (a) Kết quả mô phỏng 100 node, khoảng thời gian vào/ra mạng là 300s ........ 63 Hình 3.7 (b) Kết quả mô phỏng 100 node, khoảng thời gian vào/ra mạng là 600s ........ 63 Hình 3.8 (a) Kết quả mô phỏng 250 node, khoảng thời gian vào/ra mạng là 300s ........ 64 Hình 3.8 (b) Kết quả mô phỏng 250 node, khoảng thời gian vào/ra mạng là 600s ........ 64 Hình 3.9 (a) Kết quả mô phỏng 500 node, khoảng thời gian vào/ra mạng là 300s ........ 64 Hình 3.9 (b) Kết quả mô phỏng 500 node, khoảng thời gian vào/ra mạng là 600s ........ 64 Hình 3.10 (a) Kết quả mô phỏng 1000 node, khoảng thời gian vào/ra mạng là 300s .... 64 Hình 3.10 (b) Kết quả mô phỏng 1000 node, khoảng thời gian vào/ra mạng là 600s .... 64 Hình 3.11 (a) Kết quả mô phỏng tổng hợp khoảng thời gian vào/ra mạng là 300s ........ 65 Hình 3.11 (b) Kết quả mô phỏng tổng hợp khoảng thời gian vào/ra mạng là 600s ........ 65 Hình 3.12 (a) Kết quả mô phỏng RTT = 0,5s khoảng thời gian vào/ra mạng là 300s .... 66 Hình 3.12 (b) Kết quả mô phỏng RTT = 0,5s khoảng thời gian vào/ra mạng là 600s .... 66 Hình 3.13 (a) Kết quả mô phỏng RTT = 1s khoảng thời gian vào/ra mạng là 300s ....... 66 Hình 3.13 (b) Kết quả mô phỏng RTT = 1s khoảng thời gian vào/ra mạng là 600s ....... 66 Hình 3.14 (a) Kết quả mô phỏng RTT = 2s khoảng thời gian vào/ra mạng là 300s ....... 67 Hình 3.14 (b) Kết quả mô phỏng RTT = 2s khoảng thời gian vào/ra mạng là 600s ....... 67 Hình 3.15 (a) Kết quả mô phỏng RTT = 3s khoảng thời gian vào/ra mạng là 300s ....... 67 Hình 3.15 (b) Kết quả mô phỏng RTT = 3s khoảng thời gian vào/ra mạng là 600s ....... 67 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 5 Hình 3.16 (a) Kết quả mô phỏng tổng hợp khoảng thời gian vào/ra mạng là 300s ........ 68 Hình 3.16 (b) Kết quả mô phỏng tổng hợp khoảng thời gian vào/ra mạng là 600s ........ 68 Hình 3.17 (a) Kết quả mô phỏng 100 node, khoảng thời gian vào/ra mạng là 300s ...... 69 Hình 3.17 (b) Kết quả mô phỏng 1000 node, khoảng thời gian vào/ra mạng là 300s .... 69 Hình 3.18 (a) Kết quả mô phỏng 100 node, khoảng thời gian vào/ra mạng là 600s ...... 69 Hình 3.18 b) Kết quả mô phỏng 1000 node, khoảng thời gian vào/ra mạng là 600s ...... 69 Hình 3.19 (a) Kết quả mô phỏng tổng hợp 100 node ...................................................... 70 Hình 3.19 (b) Kết quả mô phỏng tổng hợp 1000 node ................................................... 70 Danh mục bảng Bảng 1.1. So sánh ưu, nhược điểm của hệ thống P2P và Client/Server.......................... 14 Bảng 1.2. Các mô hình P2P ............................................................................................. 15 Bảng 3.1. Trạng thái phát triển của các simulator ........................................................... 53 Bảng 3.2. Đặc điểm của các simulator ............................................................................ 54 Bảng 3.3. Các kịch bản mô phỏng .................................................................................. 58 Bảng 3.4. Các tham số của Chord ................................................................................... 58 Danh mục thuật toán Thuật toán 2.1. Giả mã tìm node successor của ID n ...................................................... 45 Thuật toán 2.2. Giả mã cho hoạt động join vào mạng của một node .............................. 46 Thuật toán 2.3. Giả mã cho quá trình stabilization ......................................................... 47 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 6 Lời mở đầu Khoảng mười năm trở lại đây, thế giới đã chứng kiến sự bùng nổ của Internet băng thông rộng, cùng với nó là sự phát triển mạnh mẽ của các ứng dụng peer-to-peer. Với nhiều ưu điểm hứa hẹn như tính hiệu quả, linh hoạt và khả năng mở rộng cao, các mạng peer-to-peer overlay đã và đang thu hút được nhiều sự quan tâm từ cộng đồng nghiên cứu. Các mạng peer-to-peer overlay đã phát triển qua ba thế hệ, thế hệ hiện nay là mạng structured overlay dựa trên khả năng lưu trữ và tìm kiếm dữ liệu hiệu quả của cơ chế bảng băm phân tán (Distributed Hash Table - DHTs). DHTs là cơ sở để xây dựng các hệ thống ứng dụng phân tán như distributed file systems, peer-to-peer file sharing và content distribution systems. Bên cạnh đó là các hệ thống web caching, multicast, anycast, domain name services, và instant messaging. Các hệ thống ứng dụng sử dụng DHTs đáng chú ý có BitTorrent, eDonkey... Các DHTs được thiết kế để làm trong môi trường tương đối ổn định với các peer là máy tính. Tuy nhiên, vài năm gần đây, các thiết bị nối mạng ngày càng phong phú, đa dạng như tivi hay các thiết bị wireless như điện thoại, PDA, …. Các thiết bị này kết nối và rời khỏi mạng sau một thời gian ngắn (churn rate cao) khiến cho thông tin về các peer trên mạng liên tục thay đổi dẫn đến hiệu năng của các DHTs giảm sút rõ rệt. Đánh giá và cải thiện hiệu năng của các DHTs trong điều kiện mạng churn rate cao là bài toán đang rất được quan tâm hiện nay. Luận văn bao gồm ba phần. Phần thứ nhất tóm tắt lý thuyết chung về mạng peer-to-peer. Phần thứ hai, luận văn tìm hiểu cơ chế DHTs thông qua một số DHTs nổi tiếng như Chord, Kademlia, Tapestry, Kelips. Phần thứ ba luận văn văn tiến hành phân tích, đánh giá hiệu năng của một DHTs cụ thể (Chord DHTs) và căn cứ vào các kết quả phân tích đó mở ra hướng khắc phục các hạn chế của các DHTs. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Chƣơng 1. Khái quát về mạng ngang hàng và bảng băm 1.1. Mạng ngang hàng 1.1.1. Khái niệm mạng ngang hàng Mạng ngang hàng (Peer – to – Peer, P2P) bắt đầu xuất hiện từ 1999 và đã thu hút sự quan tâm của giới CNTT trong những năm gần đây. Đặc biệt việc áp dụng các mô hình P2P trong việc xây dựng những ứng dụng chia sẻ file (file sharing), điện thoại trên nền Internet (Internet-based telephony) đã đạt được nhiều thành công. Hiện nay các ứng dụng P2P chiếm khoảng 50% (thậm chí 75%) băng thông trên Internet. Cũng giống như các xu hướng đang trong quá trình phát triển khác, hiện nay chưa có một định nghĩa chính xác về mạng P2P. Dưới đây là một số định nghĩa về P2P:  Theo Oram: - P2P là một lớp các ứng dụng tận dụng các tài nguyên như bộ nhớ, năng lực xử lý, nội dung, … tại các điểm cuối trong mạng Internet. Bởi vì truy cập vào các tài nguyên phân tán này cũng có nghĩa là hoạt động trong một môi trường liên kết không ổn định và với địa chỉ IP có thể thay đổi, các node P2P phải hoạt động ngoài hệ thống DNS và có quyền tự trị cao hoặc hoàn toàn tự trị. - Mạng P2P không có khái niệm máy trạm (client) hay máy chủ (server), mà chỉ có khái niệm các nốt (peers) đóng vai trò như cả client và server. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 8 Hình 1.1. (a) Mô hình Client/Server Hình 1.1. (b) Mô hình P2P  Theo Miller: P2P là một kiến trúc trong đó các máy tính có vai trò và trách nhiệm như nhau. Mô hình này đối lập với mô hình client/server truyền thống, trong đó một số máy tính được dành riêng để phục vụ các máy tính khác. P2P có năm đặc điểm: - Việc truyền dữ liệu và thông tin giữa các peer trong mạng dễ dàng. - Các peer vừa có thể hoạt động như client vừa có thể hoạt động như server. - Nội dung chính trong mạng được cung cấp bởi các peer. - Mạng trao quyền điều khiển và tự trị cho các peer. - Mạng hỗ trợ các peer không kết nối thường xuyên và các peer không có địa chỉ IP cố định  Theo P2P Working Group: P2P computing là sự chia sẻ tài nguyên và dịch vụ bằng cách trao đổi trực tiếp giữa các hệ thống. Tài nguyên và dịch vụ ở đây bao gồm thông tin, chu kỳ xử lý, không gian lưu trữ. Peer-to-peer computing tận dụng sức mạnh tính toán của các máy tính cá nhân và kết nối mạng, cho phép doanh nghiệp tận dụng sức mạnh tổng hợp của các client. Các định nghĩa về P2P thống nhất ở một số khái niệm: chia sẻ tài nguyên, tự trị/phân tán, địa chỉ IP động, vai trò vừa là client vừa là server.  Overlay network: + Là mạng máy tính được xây dựng trên nền của một mạng khác. Các nodes trong mạng overlay được xem là nối với nhau bằng liên kết ảo (logical links), mỗi liên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 9 kết ảo có thể bao gồm rất nhiều các liên kết vật lí của mạng nền. + Rất nhiều các mạng P2P được gọi là overlay networks vì nó được xây dựng và hoạt động trên nền của Internet. VD: Gnutella, Freenet, DHTs …. + Dial-up Internet cũng là một overlay network trên nền telephone network. Hình 1.2. Overlay Network Diagram 1.1.2. Quá trình phát triển của các hệ thống mạng ngang hàng Peer-to-Peer là thuật ngữ tương đối mới trong lĩnh vực mạng và các hệ thống phân tán. Theo Oram, P2P computing bắt đầu trở thành đề tài được nhiều người quan tâm từ giữa những năm 2000. Trong khoảng thời gian từ đó đến nay, P2P trải qua vài thế hệ, mỗi thế hệ được phát triển với những động cơ, mục đích của mình.  Thế hệ thứ nhất Thế hệ P2P đầu tiên bắt đầu với sự xuất hiện của ứng dụng chia sẻ file Napster. Napster và các ứng dụng khác trong thế hệ thứ nhất sử dụng mô hình centralized directory. Đây là mô hình hybrid P2P trong đó hầu hết các peer trong hệ thống có vai Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 10 trò như nhau, một số peer có vai trò lớn hơn và được gọi là các server. Hình 1.1 cho thấy một ví dụ về mô hình centralized directory. Trong mô hình này, các peer muốn chia sẻ file với các peer khác sẽ thông báo với server về các file này. Khi một peer muốn tìm một file nào đó, nó sẽ gửi yêu cầu đến server, dựa trên các thông tin đã thu thập được, server sẽ tìm ra các peer chứa file đó và trả kết quả tìm kiếm cho peer yêu cầu. Kết quả trả về là peer phù hợp dựa trên một số thông số như tốc độ kết nối, kích thước file, …. Sau khi nhận được kết quả, peer tìm kiếm sẽ trao đổi file trực tiếp với peer chứa file mà không thông qua server nữa. Hình 1.3. Mô hình centralized directory Đóng góp chính của thế hệ thứ nhất là đã đưa ra kiến trúc mạng không xem các máy tính như client và server mà xem chúng như các máy cung cấp và sử dụng tài nguyên với vai trò tương đương nhau. Mô hình centralized directory cho phép tìm kiếm thông tin trong không gian lưu trữ một cách nhanh chóng, tuy nhiên, điểm yếu của của mô hình này là tính khả mở vì tải trên index server sẽ tăng tuyến tính với số lượng peer. Đồng thời các hệ thống sử dụng mô hình này, điển hình là Napster còn gặp vấn đề về bản quyền các tài nguyên.  Thế hệ thứ hai Thế hệ thứ hai bắt đầu với các ứng dụng như Gnutella, Freenet làm việc mô Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 11 hình flooded requests. Mô hình này không có bất kỳ server nào, các peer bình đẳng như nhau. Các hệ thống peer to peer thế hệ thứ hai là các hệ thống peer to peer thuần túy. Không giống thế hệ thứ nhất, các peer không thông báo về các nội dung chúng chia sẻ, khi một peer muốn tìm kiếm một file, nó gửi yêu cầu tới các peer kết nối trực tiếp với nó, nếu các peer đó không tìm thấy file, mỗi peer sẽ gửi yêu cầu tìm kiếm đến các peer kết nối trực tiếp với nó, quá trình cứ diễn ra như vậy cho đến khi yêu cầu bị từ chối. Quá trình gửi yêu cầu tìm kiếm đi như vậy gọi là flooding. Hình 1.2 biểu diễn một mô hình flooding request. Hình 1.4. Mô hình flooding request Thế hệ thứ hai xóa bỏ được một số điểm xử lý tập trung trong mạng nhưng tính khả mở còn kém hơn do mạng sử dụng thuật toán flooding sinh ra quá nhiều traffic. Thêm nữa, các mạng làm việc theo mô hình này không đảm bảo sẽ tìm được dữ liệu có trên mạng do phạm vi tìm kiếm bị giới hạn. Một số mạng trong thế hệ thứ hai đưa ra một số cải tiến. Freenet đưa ra mô hình document routing, trong đó dữ liệu được lưu trên trên node có id tương tự với id của dữ liệu và các query được chuyển tiếp dựa trên id của dữ liệu tìm kiếm. Kazza, Gnutella sử dụng khái niệm super peer trong đó một số node hoạt động như directory service, giảm lượng flooding trong mạng.  Thế hệ thứ ba Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 12 Sự đơn giản trong giải pháp và khả năng xóa bỏ điểm tập trung, chuyển trách nhiệm pháp lý về phía người sử dụng cũng như hạn chế về tính khả mở do lưu lượng quá lớn đã thu hút cộng đồng nghiên cứu về mạng và các hệ thống mở. Bài toán đặt ra cho cộng đồng nghiên cứu là xây dựng một mạng P2P overlay khả mở không có điểm điều khiển tập trung. Nỗ lực giải quyết bài toán này là sự xuất hiện của “structured P2P overlay networks”. Thế hệ thứ ba được khởi đầu với các dự án nghiên cứu như Chord, CAN, Pastry, Tapestry và P-Grid. Các dự án này đưa ra khái niệm Distributed Hash Table (DHTs). Mỗi peer trong hệ thống có một ID thu được từ việc băm các đặc thuộc tính đặc trưng của peer đó như địa chỉ IP hay public key. Mỗi data item cũng có một ID thu được theo cách tương tự với các peer. Hash table lưu data dưới dạng cặp key-value. Như vậy, node ID và cặp key-value được băm vào cùng một không gian ID. Các node sau đó được nối với nhau theo một topology nào đó. Quá trình tìm kiếm dữ liệu trở thành quá trình định tuyến với kích thước bảng định tuyến nhỏ và chiều dài đường đi cực đại. Thế hệ thứ ba đảm bảo xác xuất tìm thấy thông tin cao. Các DHTs được xây dựng nhằm mục đích cho phép các peer hoạt động như một cấu trúc dữ liệu phân tán với hai hàm chính Put (key,value) và Get (Key). Hàm Put lưu dữ liệu tại một peer nào đó sao cho bất kỳ peer nào cũng có thể tìm được bằng hàm Get. Các hàm này hoàn thành sau khi đi qua một số nhỏ các chặng. Giải pháp DHTs đảm bảo cho mạng có tính khả mở và khả năng tìm thấy thông tin cao trong khi vẫn hoàn toàn phân tán. DHT đang được xem như là cách tiếp cận hợp lý cho vấn đề định vị và định tuyến trong các hệ thống P2P. Cộng đồng nghiên cứu đã đưa ra nhiều DHT khác nhau. Mỗi DHT hoạt động theo nguyên lý chung và có ưu điểm riêng, Chord với thiết kế đơn giản, Tapestry và Pastry giải quyết được vấn đề proximity routing, … Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 13 P2P Client/Server - Một mạng ngang hàng cho phép các - Dữ liệu được lưu trữ ở một Server node (PCs) đóng góp, chia sẻ nguồn tài trung tâm, tốc độ cao (Tốc độ truy cập nguyên với nhau. Tài nguyên riêng rẽ thường lớn hơn so với mạng P2P). của các node (ổ cứng, CD-ROM, máy - Khi một máy client yêu cầu lấy thông in …. Các nguồn tài nguyên này có thể tin về thời gian nó sẽ phải gửi một yêu được truy cập từ bất cứ node nào trong cầu theo một tiêu chuẩn do server định mạng. ra, nếu yêu cầu được chấp nhận thì máy - Các node đóng vai trò như cả Client (truy server sẽ trả về thông tin mà client yêu vấn cầu. thông tin) và Server (cung cấp thông + Ƣu điểm: + Ƣu điểm: tin). - Không cần server riêng, các client - Tốc độ truy cập nhanh. chia sẻ tài nguyên. Khi mạng càng - Khả năng mở rộng cao. được mở rộng thì khả năng hoạt - Hoạt động với bất kì loại ứng động của hệ thống càng tốt. dụng nào. - Rẻ. - Dễ cài đặt và bảo trì. - Sử dụng được với các ứng dụng + Nhƣợc điểm: - Thuận lợi cho việc chia sẽ file, máy chia sẻ CSDL. + Nhƣợc điểm: - Đáng tin cậy hơn (có server -riêng). Cần server riêng (nghẽn cổ chai). - in, CD-ROM v.v… Chậm. - Không tốt cho các ứng dụng CSDL. -- Đắt. Mức độ an toàn cao nhất. - Kém tin cậy. - Phức tạp trong việc bảo trì, duy trì Bảng 1.1. So sánh ưu, nhược điểm của hệ thống P2P và Client/Server hoạt động của mạng. 1.1.3. Phân loại các mô hình mạng ngang hàng Mạng ngang hàng có thể được phân loại theo mục đích sử dụng như: Chia sẻ file (file sharing), Điện thoại VoIP (telephony), Đa phương tiện media streaming (audio, video), Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 14 Diễn đàn thảo luận (Discussion forums)… Mạng ngang hàng cũng có thể được phân loại theo mức độ tập trung của mạng (đối với P2P overlay networks). Hiện nay các hệ thống mạng ngang hàng có thể được phân loại thành một số nhóm sau: Bảng 1.2. Các mô hình P2P a) Hệ thống mạng ngang hàng tập trung (Centralized) Hệ thống mạng ngang hàng tập trung có đặc điểm là vẫn còn dựa trên một máy chủ tìm kiếm trung tâm (centralized Peer-to-Peer networks). Cấu trúc Overlay của mạng ngang hàng tập trung có thể được môtả như một mạng hình sao. Query File download Hình 1.5. Mạng ngang hàng tập trung thế hệ thứ nhất (Napster Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 15