基于DHT的P2P研究硕士研究生学位论文.docx

基于DHT的P2P研究硕士研究生学位论文.docx

《基于DHT的P2P研究硕士研究生学位论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于DHT的P2P研究硕士研究生学位论文.docx（91页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

基于DHT的P2P研究硕士研究生学位论文

硕士学位论文

论文题目

基于DHT的P2P研究

研究生姓名

导师姓名

专业

论文完成时间

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

摘要

随着个人计算机性能的提高和互连网用户的急剧增长，在网络边缘出现了大量的闲散计算和存储资源，而网络带宽的大幅提高也使得开发和利用这些潜在的计算资源成为可能。

如何有效利用这些大量的计算资源已成为一个热点问题，P2P研究正是在这种背景下展开的。

P2P中文称为对等网络，是指分布式系统中的各个节点是逻辑对等的，与目前互连网上比较流行的C/S计算模型不同的是：

P2P计算模型中不再区分服务器和客户端，系统中的各个节点之间可以直接进行数据通信而不需要通过中间的服务器。

P2P可以解决传统的C/S模型下服务器带来的性能瓶颈和单一故障点等问题，能够充分利用互联网边缘所蕴含的潜在计算和存储资源。

在大规模的P2P系统中，如何高效地查找到指定的数据是一个非常关键的问题。

然而第一代的P2P系统都没有很好地解决这个问题。

Napster为了查找音乐文件而配置的目录服务器在用户增多时将成为系统的瓶颈和单一故障点。

Gnutella所采用的泛洪查询报文的方法在系统规模扩大时会给网络造成较大的负担，因而同样不具有可扩展性。

为了解决P2P系统中可扩展的数据检索问题，国际上几个研究小组独立地提出了Chord、CAN、Pastry和Tapestry等基于DHT的结构化P2P系统。

DHT在应用层上把所有的P2P节点组织成一个结构化的重叠网络，文件索引分布其中，查询报文将通过这个重叠网络路由。

DHT在节点失效、遭受攻击和突发性高负载面前都能表现出很好的健壮性；它具有良好的可扩展性，能以较低系统开销获得较大的系统规模；可以自我配置，不需要手工干预就可以自动把新加入节点合并到系统中；能提供简单灵活的接口，可以为多个应用同时使用。

本文在第2章对DHT系统进行了综述。

但是目前DHT还面临许多问题，最大的问题之一就是DHT在初始设计时忽略了参与节点在物理网络上的邻近性，导致重叠网络和物理网络脱节，即DHT未能充分利用底层物理网络的拓扑信息，从而造成实际的寻路效率低下。

因为路由算法是DHT的核心，所以提高DHT寻路效率是当前基于DHT的P2P研究的重点，具有很重要的意义。

本文围绕DHT寻路效率的改善，对如何提取节点在物理网络上的位置信息和如何利用位置信息构造拓扑敏感（topology-aware）的DHT系统进行了深入的研究，提出了具有层次化标识符的DHT、内嵌式DHT和层次化DHT三种利用拓扑信息改进DHT路由性能的方案，本文通过把Chord改造成Chord6、eChord和hChord来分别阐述这几种方案的思路，并通过仿真和分析阐明了这些方案能有效地改善现有DHT寻路效率。

本文在第3章详细介绍了我们的研究成果。

DHT具有广阔的应用前景，国际上许多著名的研究机构都在开展基于DHT的大规模P2P系统研制工作。

围绕这个方向，在实验室CNGI预研项目《基于IPv6的P2P弹性重叠网络智能节点的研制》中，我们利用自己提出的Chord6，设计了一个IPv6环境下的文件共享系统FSS6。

FSS6不仅可以在实践中检验我们提出的DHT改进方案的有效性，而且还可以充分展示IPv6和P2P技术结合的优越性，推动IPv6的普及发展，加速CNGI的顺利演进；同时，FSS6还将给P2P应用探索一个可运营、可管理和可控制的示范模式，进一步推动P2P应用的良性发展，更好地满足用户需求。

本文在第4章详细介绍FSS6的设计。

本文的主要工作和创新点如下：

1.提出了从IPv6地址前缀中提取节点位置信息的方法。

我们注意到IPv6地址分配的层次性，同一自治域内的主机通常具有一定长度的相同的网络前缀，因而DHT系统中的节点可以从自己的IPv6地址前缀中获取位置信息。

IPv6以及P2P系统都是下一代网络中重要的发展方向，本文把两者结合在一起是一个重要的尝试。

2.提出了一种构建层次化节点标识符的方案。

我们创造性的提出节点标识符可以分段构造，标识符的前缀可以通过哈希同一个域中节点共同的位置信息得到，从而使得物理网络上临近的节点在重叠网络上也互为近邻。

作为示例，本文结合IPv6和Chord，构造了一种改进型的DHT系统－Chord6，仅仅对Chord协议做了很小的改动就取得了很好的寻路性能改善，并通过仿真验证了这种方案的有效性。

我们指出构建层次化节点标识符的思想完全可以应用于其他的DHT系统中，如CAN和Pastry等。

3.提出了一种构造内嵌式DHT的方案，既改进了寻路效率又保持了原有DHT系统的负载平衡性质。

本文创新性的提出把节点的位置信息也存储到DHT系统中，新加入的节点可以通过DHT查询到具有相同位置信息的全部节点列表，从而在物理网络上临近的节点之间构造内嵌于全局DHT中的本地DHT。

这样，路由可以先在本地DHT中进行，必要时经由全局DHT，从而避免多次跨域路由。

该方案具有完全分布式的特点。

作为示例，本文利用这种思想对Chord进行了改进，构造了eChord。

仿真的结果证明该方案的有效性。

4.提出了构造层次化DHT的方案，按物理网络的远近把节点划分为多个组，使得节点动态加入和退出的影响局限在单个组中；同时也把关键字分层存储以支持部分查询。

初步的分析结果证明这种方案具有良好的部分查询性能。

5.利用我们自己提出的Chord6，设计了一个IPv6环境下的文件共享系统FSS6。

关键字：

P2P，DHT，Chord，查找，寻路，IPv6，拓扑，层次化，文件共享

Abstract

WiththegreatimprovementofPCperformanceandthefastgrowthofInternetusers,thereemergesavastquantityofcomputingandstorageresourcesontheInternetedge.P2P（peer-to-peer）technologycanbeaneffectivemeanstoharnesstheseresources,whichaccountsforthefactthatP2Papplicationsarebecomingmoreandmorepopularthesedays.

InaP2Psystem,allpeersareidenticalregardingfunctionality.UnlikethetraditionalC/S（client/server）model,therearenodedicatedserversandpeerscandirectlycommunicatewitheachotherfordatatransmission.P2PcansolvetheproblemsofsinglepointfailureandperformancebottleencounteredbyC/Smodel.

Afundamentalproblemthatconfrontsalarge-scaleP2Psystemistheefficientlocationofthenodethatstoresthedesireddateitem.However,thefirstgenerationofP2Psystemsdidnotaddresstheproblemwell.Napsterhasacentralizedindexserverwherescalabilitycanbelimitedbythemachinepowerandthenetworkbandwidthofthecentralpoint.Gnutellaemploysamessagingmechanismthatisbasedonflooding,whichcanimposeheavyburdenonnetworksandthuscompromiseitsscalability.Toaddresstheproblem,severalresearchgroupsindependentlyproposedDHT（distributedhashtable）systems,whichincludeChord,CAN,PastryandTapestry.

DHTsreorganizepeersintoanoverlayintheapplicationlevel,distributefileindexesintothenetwork,androutequeriesthroughtheoverlay.DHTsarerobustinthefaceoffailures,attacksandunexpectedlyhighloads.Theyarescalable,achievinglargesystemsizeswithoutincurringundueoverhead.Theyareself-configuring,automaticallyincorporatingnewnodeswithoutmanualinterventionoroversight.Theyprovideasimpleandflexibleinterfaceandaresimultaneouslyusablebymanyapplications.

However,DHTsarestillfacedwithmanyproblems,oneofwhichisthefactthatmostDHTsdonottakeintoaccountphysicalnetworktopologyintheiroriginaldesign,thusresultinginhighroutinglatencyandlowefficiency.Therefore,toimproveroutingperformanceisanimportantdirectionforresearchonDHT-basedP2P.Whilecenteringontheissueofroutingenhancement,theauthorhasconductedanin-depthresearchonhowtoextracttopologyinformationandhowtoutilizethatinformationtoconstructtopology-awareDHTsystems.InChapter3,weproposethreesolutions,whicharecalledDHTwithhierarchicalidentifiers,embeddedDHTandhierarchicalDHT.Toillustrateoursolutions,webuildChord6,eChordandhChordallupontheoriginalChordsystem.AnalysisandsimulationresultsprovethatoursolutionscangreatlyimproveroutingefficiencyinChord.

Currently,anewgenerationofapplicationshasbeenproposedontopofDHTs.Inthispaper,wealsodesignawide-areafile-sharingsystembasedonChord6,validatingtheeffectivenessofourresearchworkonDHTroutingenhancement.

Themajorcontributionsofthispaperarelistedasfollows:

1.ProposeanovelmethodtoextracttopologyinformationfromIPv6addressprefixes.WenoticethatIPv6addressesareassignedinahierarchicalwaysothatnodeswiththesameprefixareinthesameautonomousdomain.ThereforepeersinaDHTsystemcanlearntheirlocationinformationfromtheirownIPv6addresses.

2.DeviseasmartschemetoexploittheIPv6addresshierarchicalfeature,soastoconstructanefficientversionofChorddubbedChord6.Weproposethatnodeidentifierscanbedividedintoseveralpartsandthusbeproducedseparately.Foranodeidentifierdividedintotwoparts,thehigherbitscanbeobtainedbyhashingthesharedaddressprefixamongallnodeswithinthesameAS,andthelowerbitsarethehashresultoftherestoftheIPv6address.Asaresult,topologicallyclosepeersshallalsobeadjacentintheoverlay.AnimportantadvantageofourschemeisthatitisverysimpleandbarelymodifiestheoriginalChord.Simulationresultshaveshownthatourmethodcansignificantlyreduceinter-domaintrafficthatcausesthelongroutinglatency.

3.DeviseanovelschemetoconstructembeddedDHT,whichcannotonlyimprovetheroutingefficiency,butalsoinherittheload-balancingfeatureoftheoriginalDHT.First,nodesindependentlyinserttheirlocationinformationintoDHTsystemsastheydowithfileindexes.Then,anewlyjoinednodecanutilizeDHTtogetacompletelistofallnodesthatareclosetoitintheunderlyingphysicalnetworks.Finally,nodeswithinthesamedomainsareorganizedintomanylocalDHTswhicharethenembeddedintoaglobalDHTcomprisedofallnodes.Thus,routingcanbeconductedinlocalDHTsfirst,andpassthrougheachother（ifnecessary）withtheaidoftheglobalDHT,whichmeansthatinter-domaintrafficcanbeminimizedtotheextreme.Toillustratethefeasibilityandeffectivenessofthescheme,weconstructeChordupontheoriginalChordsystem.Analysisandsimulationdemonstratethatourschemeisveryeffective.

4.ProposeanewkindofhierarchicalDHTdubbedhChord,inwhichtopologicallyclosenodesaregroupedintheoverlayandkeysarestoredinahierarchicalway.AnalysisshowthathChordcanisolatetheeffectofdynamicnodeswithinsmallgroup