對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中路由機(jī)制及關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)以及通信技術(shù)的不斷發(fā)展，以及用戶自身存儲(chǔ)了越來(lái)越多的大量豐富的具有很高使用價(jià)值的內(nèi)容，整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容存儲(chǔ)的中心漸漸從網(wǎng)絡(luò)核心移向靠近終端接入用戶的邊緣。內(nèi)容存儲(chǔ)方式的轉(zhuǎn)變趨勢(shì)使得互聯(lián)網(wǎng)上的內(nèi)容交換模式也相應(yīng)發(fā)生了巨大的轉(zhuǎn)變，從傳統(tǒng)的基于客戶機(jī)/服務(wù)器(Client/Server，簡(jiǎn)稱C/S)的內(nèi)容交換模式演變到如今的基于對(duì)等模式(Peer-to-Peer，簡(jiǎn)稱P2P)的內(nèi)容交換模式。 對(duì)P2P技術(shù)的研究是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)界

2、研究的焦點(diǎn)也是工業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)應(yīng)用。一股來(lái)說(shuō)，P2P指覆蓋在Internet之上的重疊網(wǎng)(OverlayNetwork)，系統(tǒng)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)既是內(nèi)容的提供者也是內(nèi)容的消費(fèi)者，同時(shí)還負(fù)責(zé)路由、轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自其它節(jié)點(diǎn)的消息請(qǐng)求。按照系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組織方式的不同，P2P系統(tǒng)可以分為對(duì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)沒(méi)有強(qiáng)制要求的非結(jié)構(gòu)化(Un-Structured)P2P網(wǎng)絡(luò)和對(duì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有著較強(qiáng)組織要求的結(jié)構(gòu)化(Structured)P2P網(wǎng)絡(luò)。本文的研究集中在結(jié)構(gòu)化P

3、2P網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域。 大部分結(jié)構(gòu)化P2P網(wǎng)絡(luò)都基于分布式哈希表(DistributedHashTables，DHT)技術(shù)，比如著名的Chord、CAN、Pastry、Tapestry等。由于DHT技術(shù)在擴(kuò)展性和容錯(cuò)性等方面表現(xiàn)出來(lái)的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)化P2P網(wǎng)絡(luò)在構(gòu)建大規(guī)模的Internet網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用時(shí)得到較為廣泛的應(yīng)用和研究。但是，如同IPv4協(xié)議最初提出時(shí)未能考慮到地址不夠用的這一設(shè)計(jì)缺陷，P2P技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在也暴露出最初設(shè)計(jì)時(shí)忽略的一些問(wèn)

4、題，其中比較重要的問(wèn)題包括由于物理網(wǎng)絡(luò)和重疊網(wǎng)絡(luò)不匹配而帶來(lái)的長(zhǎng)尋路延時(shí)、節(jié)點(diǎn)負(fù)載不均衡以及語(yǔ)義檢索時(shí)存在的安全性問(wèn)題，如何有效的解決這些問(wèn)題是本論文的研究重點(diǎn)。此外，作為下一代網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的IPv6協(xié)議已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外得到較為廣泛的部署，如何將IPv6和P2P這兩種新一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行有效的融合也是本論文的研究重點(diǎn)?；谝陨系难芯勘尘昂脱芯繂?wèn)題，本論文從DHT技術(shù)的基本工作原理出發(fā)，通過(guò)仿真和分析等手段，創(chuàng)新性的做了如下研究： 文中第三

5、章分析了DHT系統(tǒng)的尋路延時(shí)，也即大部分DHT系統(tǒng)中，key的查找請(qǐng)求都能夠在O(logN)的應(yīng)用層跳數(shù)內(nèi)得到響應(yīng)，其中N是系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)。但是這個(gè)跳數(shù)只是應(yīng)用層上的邏輯跳數(shù)，實(shí)際它經(jīng)歷的每一跳可能都跨越了多個(gè)自治域，從而造成實(shí)際尋路延時(shí)過(guò)大，尋路效率異常低下。這種尋路低效產(chǎn)生的原因在于這些DHT系統(tǒng)在最初的設(shè)計(jì)時(shí)忽略了參與節(jié)點(diǎn)在地理上的鄰近性，邏輯上鄰近的節(jié)點(diǎn)在地理上可能相隔多個(gè)自治域。我們首先提出了利用IPv6地址前綴進(jìn)行節(jié)點(diǎn)位置聚

6、類的方法。我們注意到不同于IPv4地址，IPv6地址的格式以及其分配策略都具有很強(qiáng)的層次性，同一自治域內(nèi)的主機(jī)通常具有一定長(zhǎng)度的相同的網(wǎng)絡(luò)前綴，因而DHT系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)可以從自己的IPv6地址前綴中獲取位置信息。接著提出了一種構(gòu)建層次化節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)符的方案——Chord6。我們創(chuàng)造性的提出節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)符可以分段構(gòu)造，標(biāo)識(shí)符的前綴可以通過(guò)哈希同一個(gè)域中節(jié)點(diǎn)共同的位置信息得到，從而使得物理網(wǎng)絡(luò)上臨近的節(jié)點(diǎn)在重疊網(wǎng)絡(luò)上也互為近鄰。最后，從負(fù)載均衡的角度

7、出發(fā)，提出把節(jié)點(diǎn)的位置信息存儲(chǔ)到DHT系統(tǒng)中，新加入的節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)DHT查詢到具有相同位置信息的全部節(jié)點(diǎn)列表，從而在物理網(wǎng)絡(luò)上臨近的節(jié)點(diǎn)之間構(gòu)造內(nèi)嵌于全局DHT中的本地DHT。這樣，路由可以先在本地DHT中進(jìn)行，必要時(shí)經(jīng)由全局DHT，從而避免多次跨域路由帶來(lái)的過(guò)長(zhǎng)尋路延時(shí)。作為示例，本文利用這種思想對(duì)Chord進(jìn)行了改進(jìn)，構(gòu)造了eChord系統(tǒng)。 文中第四章考察了內(nèi)容尋址網(wǎng)絡(luò)(ContentAddressableNetwork，

8、簡(jiǎn)稱CAN)的負(fù)載均衡特性。我們從實(shí)驗(yàn)仿真中發(fā)現(xiàn)，對(duì)于CAN而言，若采用其原有的節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)劃分負(fù)載區(qū)間的策略，會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載不均衡的現(xiàn)象。由此，我們提出一種新的基于對(duì)角線劃分節(jié)點(diǎn)負(fù)載區(qū)域空間的方案以及一種新的按照文件存儲(chǔ)密碼進(jìn)行負(fù)載均衡的方案。從實(shí)驗(yàn)仿真中可以看出，這兩種方案都能得到比原方案要好的均衡效果。 文中第五章研究了目前P2P網(wǎng)絡(luò)中語(yǔ)義檢索模型的安全問(wèn)題，提出了一種支持語(yǔ)義檢索的安全模型?，F(xiàn)有的基于DHT(Distri

9、butedHashTable)模型的P2P網(wǎng)絡(luò)并不能很好支持語(yǔ)義查詢(多關(guān)鍵字查詢)，只提供針對(duì)某個(gè)關(guān)鍵字單一的準(zhǔn)確查詢，為了實(shí)現(xiàn)語(yǔ)義搜索，人們提出若干基于矢量空間模型(VectorSpaceModel，簡(jiǎn)稱VSM)的改進(jìn)方案，而這些模型存在各種問(wèn)題。為此，我們首次分析了P2P中語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)可能存在的安全問(wèn)題，闡述了哈希算法和語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)之間的固有矛盾；構(gòu)建一個(gè)支持語(yǔ)義搜索的安全內(nèi)容尋址網(wǎng)絡(luò)SSCAN(SecureandSemanticCAN)

10、，設(shè)計(jì)了一種在SSCAN中進(jìn)行語(yǔ)義搜索的算法，并對(duì)搜索性能進(jìn)行評(píng)估。該模型具有安全性高，搜索高效的特點(diǎn)。 文中第六章給出了我們和中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)所共同申請(qǐng)和承擔(dān)的CNGI(ChinaNextGenerationInternet，中國(guó)下一代互聯(lián)網(wǎng)示范工程)項(xiàng)目中《基于IPv6的P2P彈性重疊網(wǎng)絡(luò)智能節(jié)點(diǎn)的研制》分項(xiàng)的一個(gè)原型系統(tǒng)InfoStore6，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)對(duì)于本論文以及其它研究者都有著較高的研究?jī)r(jià)值。 論文闡述的