大型复杂组合式P2P网络系统探讨

以IPv6为核心技术的下一代互联网(NGI)正快速向人们走来，它将实现128位真实IP地址的网络寻址，希望能通过唯一的IP地址支持多种应用，人们也将进入分布与集中相结合、以资源广泛分布为主要特征的新时代，其特点是，资源在哪里天生|教育论文网|，就由那里拥有并管理，同时可以为任意资源需求者提供服务。例如，目前各单位与部分已建立了自己的网络与应用系统，当面临新的上层应用需求时，人们首先想到的不应当是如何重新布线、如何重新集成并存储数据，不要去重复已经进行过的工作。而是要考虑与设计如何共享已有资源，如何在已有基础上提供新的服务。P2P网络是建立上述分布式系统的良好基础，使能基于资源对一个普通通讯媒体(如Internet)的任意终端设备提供服务，从而降低目前客户／服务器模式下对专门服务提供者的要求。新的历史时期也向P2P网络提出了新的要求，它将迎来新的发展高峰。当前的P2P网络应用主要还只集中在并行计算系统、多媒体共享系统、即时通讯系统及文件共享系统的部分领域，但技术的发展已要求它有更广泛的应用，例如建立电子政务、电子商务、其他协同工作领域、远程会议与远程教学、决策支持等系统。简单的纯对等网络已无法适应这样一些新的应用的需求。本文探索了一种用来设计有效的P2P网络系统覆盖网络的新的体系结构，文中称为大型复杂组合式P2P网络(LSCC)。所谓覆盖网络，是在物理电信网络上建立的一个专门的虚拟网络。它是一个对物理网络的强制抽象，既可以灵活满足功能性要求，例如连通性维护、索引和路由，也可以满足非功能性要求，例如容错性和负载平衡等。在设计覆盖网络时，必须留意既要满足上述要求，也要避免上述要求中的潜在冲突。考虑到有大量的介入者的大范围系统的最重要的一些特性，例如可升级性和扩展性要求，考虑覆盖网络拓扑的一些导致动态变动的不可控制和不可预知的行为，需要建立有弹性的稳定系统，使能以最小维护代价来保持高效运行。除此以外，还需要考虑其物理上的内在异构性，以及会加重工作量分布不平衡问题的用户行为。本文先容了已存在的一些符合上述要求的机制，以之作为范例并进行比较，从中寻求发展的新空间。作为大型P2P网络系统，必须考虑在加强管理方面拓展原来的P2P的概念，本文就以下几个方面进行了探索和研究。1)遵循一种基于角色的方法：对P2P覆盖网络最普通、基本的操纵是根据能力和被预计的行为对每个节点分布角色。特别地，要定义如下核心角色：维护器、路由器、缓存器、索引器、连接器、安检器、数据集散器等。需要设计通用部件充当这些角色。这些不同的角色将使每个节点可以有效地加入网络，有效地提高整体性能。需要定义一定的规则来实现一个公平的解决方案，保证每个节点贡献平衡。一个节点可以不承担角色、可以承担一个角色，也可以承担多个角色，灵活的组合机制使LSCC能用到不同的P2P网络系统之中。2)提出通过一定结构的参数设置自动实现不同逻辑结构系统整合的方案：考虑到索引在资源查询中的关键作用，大规模的索引系统要求极大存储容量、占据很大带宽，是查询工作的瓶颈，设计采用稠密索引加稀疏索引的复合索引结构。这类复合结构可以分散负荷、提高效率。考虑到信息系统中的异构系统既包括物理方面的异构性，还包括逻辑方面的异构性，本文特别提出上述自动整合的方案。3)在网络拓扑结构方面，本文提出按骨干网和主机地址与deBruijn图地址相结合的分簇结构。指数级扩展性是deBruijn图的内在特性，具有直径呈对数级数增长的明显特征，即使节点的度不变，也可以花最小代价满足可升级性需求，该结构适用于簇的内部连接。设计时留意到应采用渐进可扩展特性来定义deBruijn变量，节点的度愈少愈好，在满足应用需要的条件|教育论文网|下，尽量减少对结构的维护成本。按骨干网和主机地址的分簇结构适应组间通讯的需要，本设计采用二者相结合的混合拓扑结构，以实现一个构造紧密且可以灵活组装与运用的网络。设计时必须考虑的是怎样保证可以从若干四周簇的成员中选择对等点的自由，这种选择要被各种各样的策略和规定所约束，使能有效映射地到底层的网络并满足安全与信任要求。本文根据随机采集的数据，分析和评估广泛存在的P2P网络系统的工作情况。运用系统日志与行为跟踪方法，规定每一个角色任务，利用模拟方法正确地获取网络的基本特征、用户的动态行为和所包含的P2P协议的互相作用。文中先容了一个开放式体系结构的仿真框架，通过仿真评估和分析系统收效情况来检验本文的工作，结果显示LSCC在大规模，动态和异构环境中有较好的适应性。【关键词】：对等网络覆盖网络异构复杂组合式网络deBruijn图
【论文提纲】：摘要4-6ABSTRACT6-14第1章绪论14-271.1客户机/服务器模式15-171.2Peer-to-Peer系统简介17-201.3关于客户机/服务器模式与P2P模式的比较20-211.4问题概述21-231.5论文的目标23-241.6主要研究工作及创新点24-261.7本文的组织结构26-27第2章关于P2P网络系统研究现状27-492.1图论和网络27-312.1.1图的基本概念27-282.1.2deBruijn图28-312.2Small-worldNetwork(W-S小世界网络模型)31-342.3Scale-freeNetworks(无标度网络)34-372.4P2P的现有产品与有关研究概况37-402.5对系统性能有关标准的定义40-472.5.1可升级性40-412.5.2可伸缩性412.5.3正确性41-422.5.4可靠性422.5.5防错与容错42-432.5.6安全性432.5.7效率43-442.5.8自治44-452.5.9扩充性与延展性452.5.10异构和负载平衡45-462.5.11匿名和安全46-472.6本章小结47-49第3章覆盖网络需求分析49-673.1大型综合应用系统的需求49-543.1.1大型文件共享系统49-503.1.2电子政务系统50-513.1.3电子商务系统51-523.1.4多媒体组播系统523.1.5大型多媒体应用系统52-533.1.6大型网络游戏533.1.7道路交通管理系统533.1.8复杂网络需求总结53-543.2覆盖网络功能组成54-563.2.1用户主导的有关操纵54-553.2.2系统主导的有关操纵55-563.3覆盖网络总体设计56-583.4分布式散列表(DHT)的重要属性58-613.4.1Chord59-603.4.2基于deBruijn的DHTs603.4.3其它可供鉴戒的方法60-613.5混合拓扑结构的设计案例61-663.5.1JXTA62-633.5.2Brocade633.5.3SHARK63-643.5.4OceanStore643.5.5PIER64-663.6在混合式的设计方案设计过程中需要留意的问题663.7本章小结66-67第4章覆盖网络结构67-814.1设计目标67-684.2有关定义与规定68-704.2.1用于每个DHT的定义68-704.3基本设计思想70-784.3.1分簇70-744.3.2索引744.3.3对等点证实方案74-754.3.4扩展性实现方法75-784.4网络管理的过程78-804.5本章小结80-81第5章协议和角色机制81-1045.1概述81-825.2协议基础和节点间通讯82-865.2.1普通协议功能82-835.2.2角色间通讯模型83-845.2.3连接器84-865.3路由器86-905.3.1路由算法87-885.3.2路由消息88-905.4维护器90-915.4.1功能性905.4.2维护消息90-915.5索引91-925.5.1索引功能91-925.5.2索引消息925.6缓存92-985.6.1概述92-935.6.2索引缓存机制设计93-965.6.3算法96-985.7安检器98-995.8数据集散器99-1005.9角色间工作关系设定100-1035.9.1查找请求100-1015.9.2资源广告101-1025.9.3加入请求102-1035.10本章小结103-104第6章系统实现与系统工作过程104-1246.1最优角色分配的意义104-1066.2几种分布式随机天生|教育论文网|模型106-1096.3实验分析方法109-1126.3.1度量法分析1096.3.2临界因子109-1106.3.3实验观察的数据110-1126.4模型112-1166.4.1节点生命周期模型112-1136.4.2文件共享系统节点运行时间模型113-1156.4.3节点角色代价模型115-1166.5优化116-1216.5.1优化条件116-1176.5.2优化标准117-1186.5.3使命时间估计118-1196.5.4代价优化119-1206.5.5举例120-1216.6聚集持久性121-1236.7本章小结123-124第7章体系结构仿真方案124-1367.1概述124-1257.2仿真器先容125-1307.2.1功能层125-1277.2.2组件127-1297.2.3仿真引擎129-1307.3底层网络支持130-1327.4角色分配132-1337.5消息控制133-1347.6本章小结134-136第8章评价及实验136-1548.1实验描述136-1378.2可升级性137-1408.2.1对最短路径分布的影响137-1388.2.2对均匀查询长度的影响138-1408.3节点间间隔140-1428.4路由工作负载分布142-1468.4.1查询负载分布142-1438.4.2工作负载分配和效率143-1448.4.3没有自连接点的deBruijn拓扑144-1468.5维护代价和相关的集簇覆盖146-1508.5.1集簇覆盖146-1498.5.2簇样天职布149-1508.6索引缓存机制150-1538.7本章小结153-154第9章总结与展望154-1579.1总结154-1559.2展望155-157参考文献157-168致谢168-169在读博士学位期间参加的科研项目169-170在读博士期间发表的论文170-171在读博士期间申请的专利171