Ｐ２Ｐ網絡帶寬可擴展性研究

摘 要:隨著網絡日益的廣泛化,人們對信息的需求量越來越大。在強大的信息沖擊下,P2P適時地出現了,但對于任何一個可擴展的P2P網絡而言,限制帶寬和擴展節點兩方面取得平衡是一個很重要的需求。本文討論了P2P網絡資源檢索性能的帶寬可擴展性,對幾種優化資源檢索的解決辦法做了分析,并提出了資源優先檢索的思想。

關鍵字:P2P;可擴展性;資源優先檢索

1 前言

P2P(peer-to-peer),即對等網絡或對等計算,網絡的參與者共享他們所擁有的一部分硬件資源(處理能力、存儲能力、網絡連接能力、打印機等),這些共享資源通過網絡提供服務和內容,能被其它對等節點(Peer)直接訪問而無需經過中間實體。P2P體現在對等性,它是一種網絡模型,由大量高度動態的節點組成。網絡中的節點都是對等的,同時是動態的,可隨時加入或退出,并具有相同的能力。與傳統的C/S網絡結構的本質區別是,整個網絡不存在中心節點。

2 P2P動態網絡中對等節點和資源檢索

讓對等節點發現和使用相互提供功能的技術,可能是P2P技術的最大特點之一,同時也是有別于C/S結構的網絡技術的最為明顯的標志之一了。目前,資源的定位一般采用的是"地址查詢"的方法,即:每個資源有一個全局唯一標識符OID和一個包含其所在地址的指針P,系統將保存起來,當用戶需要訪問該資源時,根據OID來查詢P,從而進行定位。定位機制有不同的實現方法。按照實現系統的體系結構,主要可以分為兩類:集中目錄式、泛洪請求式。

2.1 集中目錄式

在集中目錄式(Central Index Server)中,有一個類似于服務器的節點集中提供資源索引信息,。當用戶共享資源時,需將資源的向索引服務器進行資源注冊,索引服務器中保存著系統中所有資源的標識符和指針列表。當用戶需要查找資源時,首先通過資源標識符查詢索引服務器,服務器返回該資源的指針,用戶通過該指針定位。當定位到資源的存儲位置后,資源的下載在節點之間直接進行,與索引服務器沒有關系。

2.2 泛洪請求式

與集中目錄式不同,泛洪請求式(Flooding Request)沒有中央目錄服務器,用戶的請求通過所有連接的節點傳遞,這些節點或者響應該請求,或者在不能滿足請求時,將該請求向與自己相連的其他節點廣播,直到請求得到響應為止(泛洪)。Gnutella是泛洪的經典之作,Gnutella協議設置了三種機制來控制消息數量的指數增長。

機制一:消息生存時間(Time-to-Live簡稱TTL)

機制二:消息的唯一標識符(Unique Message Identification簡稱UID).

機制三:路徑標識符(Path Identification)。

以上三個控制機制保證了消息在網絡中不會被無限制的擴散,從而確保Gnutella網絡可以正常的運行。

3 P2P動態網絡帶寬的可擴展性

對于任何一個可擴展的P2P網絡而言,限制帶寬和擴展節點兩方面取得平衡是一個很重要的需求。盡管P2P網絡具有節電可擴展的特性,但是隨著節點擴展,相應的帶寬會被更多的占據。對于資源檢索,如何更好的利用帶寬和提高檢索效率是我們亟待解決的課題。目前的幾種檢索方式有:非結構化P2P網絡中的搜索技術;結構化P2P網絡中的搜索技術;基于興趣局部性優化的P2P搜索。

3.1 資源檢索過程的解決方案

對任何一個可擴展的P2P網絡而言,在連接位于不同地理位置的節點和限制過多的消耗帶寬兩方面都取得平衡是一個非常重要的需求。目前存在幾種可用于優化資源檢索過程的解決方案,并對這些方案進行了分析:

使用路徑的多樣性來以更高的效率到達虛擬空間內更大范圍內的對等節點上。使用路徑的多樣性,對于擴展帶寬增加檢索資源,具有很重要的作用。但是同時,增加了算法的復雜性,同時可能會帶來檢索延時。通過使用特殊目的的對等表產生路由表的方式來最小化路由表的尺寸。

路由表的大小可能會影響路徑檢索的能力,但是卻提高了檢索的效率,降低了帶寬的消耗。但是基于P2P網絡的動態性,在緩沖陣列發生較大變化時(這在P2P網絡中非常常見),原有的URL和代理之間的對應關系可能發生改變,從而使得原有的配置文件失效。

禁止資源檢索請求和最小心跳注冊次數。心跳注冊即每隔一段時間,與對等節點通信并注冊節點信息,以便及時更新對等節點的資源信息。隨著心跳注冊次數的減少,在某種程度上可以減少帶寬消耗。另外,禁止資源檢索請求可以減少廣播對帶寬的吞噬,但在另一方面卻不能夠及時地更新資源,使得檢索的效率降低。

3.2 資源優先檢索

對于監控到的對等節點的資源使用情況,可以確定后面的查詢和資源檢索情況。對于帶寬情況及響應相關參數值可以創建一個關于主題或資源檢索的優先順序列表。對于使用資源的情況,當某些對等節點具有這些資源的參數值很高,那么則優先查詢這些對等節點,如果查詢這些優先級高的節點失敗的時候,才需要查詢參數值較低的節點。

這種技術的主要優點是:對等節點組織成對等節點集群,形成能夠滿足某種類型信息的資源檢索請求的對等節點組,使對等節點對資源的檢索更有效率。此外,對等節點集群對限制節點所使用的數據包的數量有著全面的影響,從而對為獲得某個對等節點所需的特定的響應消息所需的網絡帶寬有著全局性的影響。缺點是:對參數值較低的對等節點利用率較低,浪費一部分可用資源。

TCP協議主要是提高消息傳輸的可靠性,那么對于集中目錄式的資源檢索方式,基于TCP協議的消息傳輸無疑是最合適的選擇。這種機制的安全性不高,集中的服務器必然是系統的瓶頸也會是系統的單一故障點。

Napster就是基于集中式目錄機制的,并且是基于TCP協議的。

在泛洪請求式資源檢索定位機制中,由于系統的冗余,任何的一個對等節點的失效都不會影響到整個網絡,因此UDP協議很適應這種情況。UDP的傳輸效率非常高,很適合泛洪請求式資源檢索機制。但是這種基于UDP協議的檢索消耗了帶寬,加長了信息的等待時間。而且UDP協議本身是不可靠的傳輸,所以對于信息檢索的可靠性有待提高。

結束語

由于P2P技術的飛速發展,基于P2P的軟件越來越多,應用越來越廣。帶寬可擴展性也成為研究的熱點,人們對資源檢索的研究也逐漸深入。

本文提出了資源優先檢索的思想,在資源檢索與帶寬可擴展兩方面求得一個相對的平衡。同時對資源檢索過程的方案作了概括性的分析,綜合一些方案我們能夠在帶寬可擴展性方面取得更大的突破。這是一項很有潛力也很有價值的研究,我們將一如既往地研究下去。

參考文獻

[1].Tassiulas and A.Ephremides,Stability properties of constrained queueing systems and scheduling policies for maximum throughput in multihop radio networks.IEEE Transactions on Automatic Control,Vol 37,No 12,Dec.1992,pp:1936~1948

[2]Robert Flenner,Michael Abbott,Toufic Boubez.JAVA P2P 技術內幕.北京:人民郵電出版社,2003.

[3]Lv Q,Cao P,Cohen E,et al.Search and Replication in Unstructured Peer-to-Peer Networks.Proc 16th ACM Int'l Conf Supercomputing,2002.

[4]楊天路,劉宇宏等.P2P網絡技術原理與系統開發案例.北京:人民郵電出版社,2007.

[5]Gribble S,Halevy A,Ives Z,et al.What can databases do for peer-to-peer.In:WebDB,California,USA,2001.

[6]羅杰文.Peer-To-Peer綜述.中科院計算機研究所

作者簡介: 曲志明(1972-),女 (滿族),河北省承德市隆化縣第一中學信息技術教研組,中學一級教師,主要研究方向:計算機應用。