（计算机应用技术专业论文）移动agent技术及其在移动p2p网中的应用研究.pdf

中国科学披术大学顺l 学位沦文摘蔓 摘要 p 2 p 网络中，每个节点地位平等，既充当服务器服务于其它节，h ，也充当客 户机享用其它节点的服务。它极大的方便了用户互相交流信息，受到了极大的欢 迎。它电因此成为了目前研究的一个热点，各种p 2 p 网络模型小断得以推f l 。 另一方面，随着无线网络技术的发展，i e e e8 0 2 11 无线局域网，蓝牙、g p r s 等技术极大的方便了移动用户使用p 2 p 软什参与互联网的文件共享。但移动设备 在无线接入p 2 p 网络时受到了移动设备自身硬件条件和无线嗣络低带宽、高延迟、 可靠性不高的限制。而目前的p 2 p 应用软件并没有专_ r j 考虑到这些问题，医此小 能够很好的支持移动用户接入p 2 p 网络共享信息。 针刘移动p 2 p ( m o b i l ep 2 p ，我们简称m p 2 p ) 存在的上述问题，本义从改进 现有p 2 p 网络模型以适应移动计算虾境的角度，设计了一个基于c h o r d 路由模型的 m p 2 p 系统m c h o r d ( m o b i l ec h o r d ) # 又从改进现有p 2 p 网络无线接入方式的 角度，提出了一个基于混台式p 2 p 网络的移动设备无线接入支持模型，并对它们 分别进行r 理沦性能分析。 m c h o r d 对c h o r d 系统进行了分层，由连接性好、计算能力强、容量大的移 动设备( 超级节点) 来代表其它条件相对不好的移动设备( 普通节点) 来接入 c h o r d 系统中，从而由超级节点屏蔽掉了普通节点的很多计算和无线通信开销， 使系统整体性能得到提高。同时兀1 于超级节点的连接性好，断接频率低，减少了 c h o r d 环上节点失效进行系统调整的次数，从衙对断接惟提供_ ，一定的支持。 m c h o r d 还继承了c h o r d 的资源定位方法，并具有更高的查找效率。 在后者的设计巾，我们应用了移动代理技术。移动代理技术在移动计算环境 下处理位置管理、断接、弱连接等问题上有比较大的优势。我们利用移动代理代 表移动没各驻留在移动支持节点( m s s ) 上接入p 2 p l a l 络，并能够根据移动设备 漫游的情况在不同m s s 上迁移，从而比较好的解决上述移动设备无线接入p 2 p 网 络时产生的问题。在文章的后面部分，我们还剥该系统模型进行了仿真设计和实 验分析，从而进一步的证明了浚系统的性能优势。 关键词：p e e r - t o - p e e r ，移动p 2 p ，移动代理，c h o r d ，混合式p 2 p ，a g l e t s 中国科学技术大学硕十学位论文 a b s t r a o a b s t r a c t p e e r - t o p e e r ( p 2 p ) n e t w o r k sa r ed i s t r i b u t e ds y s t e m sw h o s ep e e r sh a v ee q u a l r o l e sa n d e q u a lc a p a b i l i t i e si ne x c h a n g i n gi n f o r m a t i o na n d s e r v i c e sd i r e c t l yw i t h e a c h o t h e r ，p 2 pf i l es h a r i n gs o f t w a r ei so n eo ft h em o s tp r e v a l e n tp o i n t sa m o n gt h ei n t e r n e t c o m m u n i t ya tt h ep r e s e n tt i m e a n da l s op 2 pt e c h n o l o g yh a sr e c e n t l ya t t r a c t e dag r e a t d e a lo fr e s e a r c ha t t e n t i o n a d d i t i o n a l l y ，w i t ht h ei n c r e a s i n gt e c h n o l o g yo f m o b i l ed e v i c e sa n dw i r e l e s s n e n v o r k s ，u s e r sn o wh a v et h ea b i l i t yt og a i na c c e s st ot h ei n t e m e tb yp o r t a b l ed e v i c e s s u c ha sap d ao rac e l l u l a rp h o n ev i ad i f f e r e n tt y p e so f w i r e l e s sa c c e s sn e t w o r k ss u c h a sg p r sa n di e e e8 0 2 11w i r e l e s sl a n p 2 pf i l es h a r i n gt e c h n o l o g yh a sa l s ob e e n u s e di nm o b i l ed e v i c e sa n dw i r e l e s sn e t w o r k ，b u tt h e r eh a v ev a r i o u sl i m i t a t i o n s f o r m o b i l ed e v i c e s ，t h e1 i m i t a t i o n si n c l u d es m a l ls c r e e ns i z e ，l i m i t e db a k e r yl i f e ，c p ua n d m e m o r y w i r e l e s sn e t w o r k sa r ea l s om o r ep r o n et oe r r o r ss i n c ei tu s e sa i ra si t s t r a n s m i s s i o nm e d i u m h e n c et h e yp r o v i d el o w e rb a n d w i d t h ，h i g h e rd e l a y ，a n dl e s s r e l i a b i l i t yc o m p a r e dt of i x e dw i r e dn e t w o r k s h o w e v e re x i s t i n gp 2 pp r o t o c o l sh a v e n o ts p e c i a l l yc o n s i d e r e dt h ep r o b l e mo fw i r e l e s sj o i n i n gf o rm o b i l ed e v i c e s a i m i n ga tt h e s ed i s a d v a n t a g e so f m o b i l ed e v i c e sa n dt h ec o n s t r a i n to f w i r e l e s s c o n n e c t i o n ，t h i sp a p e rw i l lp r o p o s et w on o v e lm p 2 ps y s t e m sb a s e do nd i f f e r e n tk i n d s o fp 2 pn e t w o r km o d e l s o n ei san e wp r o t o c o l ，m - c h o r d ，p r o p o s e df o ri m p l e m e n t i n g a ne f f i c i e n tl o o k u pi nm p 2 p , a n o t h e ri san e w h y b r i dp 2 pn e t w o r km o d e l w h i c h s u p p o r t sw i r e l e s s j o i n i n gf o rm o b i l ed e v i c e s i nt h i sp a p e r w ew i l lp r e s e n tt h e d e t a i l e dd e s i g n ，i m p l e m e n t a t i o na n de x p e r i m e n t a la n a l y s ef o rt h e s et w om o d e l s e s p e c i a l l yt h el a t t e rm o d e lu s e sm o b i l ea g e n t st op a r t i c i p a t ei np 2 pn e t w o r ka n d s h a r er e s o u r c e s h o s tc a c h et e c h n i q u ei sa l s ou s e dt oo p t i m i z et h em o d e l t h u s ，o n r m o d e lw i l lr e d u c et h ec o s to f m o b i l ed e v i c e sa n dw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n w h a t ，s m o r ei tp r o v i d e sa ne x c e l l e n ts u p p o r tf o rm o b i l ed e v i c e sa n dw i r e l e s sc o n n e c t i o n k e y w o r d s ：p e e r - t o p e e r ，m p 2 p ，m o b i l ea g e n t ，c h o r d ，h y b r i dp 2 p ，a g l e t s n 中国科学技术大学硕j ? 学位论文 籀i 章绪论 第1 章绪论 目前互联网主要技术模式是c l i e n t s e r v e r 方式( b r o w e r s e r v e r 方式其实也是 一种客户机朋艮务器方式，只不过它的客户端是浏览器) ，性能优异的服务器存 储大量数据，为互联网上的客户端提供服务。这种方式把共享资源集中到中心服 务器上面，使得客户端的服务受到中心服务器存储空间、处理能力等因素的限制。 中心服务器在受到大量客户访问时不能保证服务质量，而且这种中心控制节点的 构架容易受到攻击，中心服务器的失效将导致整个网络服务的瘫痪。 这让人们想到互联网发展的早期，u s e n e t i u 和f i d o n e t 【2 1 等互联网技术模 式都采用的是无中心的分散式信息交换系统。只是随着万维网( w w w ) 应用方 式的推行，c l i e n t s e r v e r 的结构开始成为了互联网中的主流。p 2 p 技术继承了分 散式信息交换的思想，使得这一古老”的思想重新开始焕发出新的光彩。而且随 着移动设备硬件条件的飞速发展和移动通信技术的日新月异，移动设备使用无线 网络接入i n t e m e t 越来越普及。也有越来越多的移动用户使用p 2 p 方式进行文件 共享。但目前的移动设备和无线网络还是有很多不足，目前的p 2 p 技术并没有专 i q 考虑到移动用户的使用，因此移动用户使用p 2 p 方式共享还有很多问题。移动 p 2 p 技术的现实意义使其成为了现在的一个热点研究课题。 1 1 研究背景 1 1 1p 2 p 技术简介 p 2 p 技术p j ，也称为对等网络( p e e rt op e e r ) 技术。p 2 p 网络结构中不存在 中心节点( 或中心服务器) 。在p 2 p 结构中，每一个节点( p e e r ) 大都同时具有 信息消费、信息提供和信息通讯等三方面的功能，每一个节点所拥有的权利和义 务都是对等的。i b m 对p 2 p 赋予了更广阔的定义，把它看成是由若干互联协作 的计算机构成的系统并具备如下若干特性之一：系统依存于边缘化( 非中央式服 务器) 设备的主动协作，每个成员直接从其他成员而不是从服务器的参与中受益； 系统中成员同时扮演服务器与客户端的角色；系统应用的用户能够意识到彼此的 存在而构成一个虚拟或实际的群体。 p 2 p 被美国财富杂志称为改变因特网发展的四大新技术之，甚至被认 为是无线宽带互联网的未来技术。它不仅为个人用户提供了前所未有的自由和便 利，同时也试图有效地整合互联网的潜在资源，将基于网页的互联网转变成动态 中国科学技术大学坝l 学位论文 筇l 章绪论 存取、自由交互的海量信息网络。p 2 p 技术的发展以及p 2 p 与网格技术的结合， 将影响整个计算机网络的概念和人们的信息获取模式，真正实现“网络就是计算 机，计算机就是网络”的梦想。 随着人们对p 2 p 思想的理解和技术的发展，作为一种软件架构，p 2 p 还可以 被开发出种类繁多的应用模式，除了最初的文件交换之外，还出现了一些分布式 存储、深度搜索、分布式计算、个人即时通信和协同工作等新颖应用。其中最著 名的例子是基于分布式计算的搜索外星文明s e t l h o m e 科学实验，每个志愿参 加者只需下载并运行类似屏幕保护的方式，就可以贡献自己闲置的计算能力，参 与分析a r e c i b o 射电望远镜的无线电磁波数据并回送计算数据，截至2 0 0 4 年1 2 月，已有5 2 8 万志愿者参加进来，获得了相当于2 1 6 万年的c p u 时| - 白j ，仅一天 的综合计算就相当于6 7 4 6 t f l o p s 运算。p 2 p 技术在移动通信和智能网领域也开 始呈现出较大应用前景。 p 2 p 最大的优点在于能够提供可靠的信息查询，但从社会和法律意义来晓， 绝大多数的p 2 p 服务都将不可避免地遇到知识产权冲突，也可能成为一些非法内 容传播的平台。同时由于缺乏中心监管以及自由平等的动态特性，自组织的p 2 p 网络在技术层面也有许多难以解决的问题。 从某种意义上来说，p 2 p 网络和人际网络具有定的相似性。一般来说， 每个p 2 p 网络都是众多参与者按照共同兴趣组建起来的一个虚拟组织，节点之问 存在着一种假定的相互信任关系，但随着p 2 p 网络规模的扩大，这些p 2 p 节点 本质所特有的平等自由的动态特性往往与网络服务所需要的信任协作模型之间 产生矛盾。激励作用的缺失使节点阃更多表现出“贪婪”、“抱怨”和“欺诈”的自私 行为，因此p 2 p 中预先假设的信任机制实际上非常脆弱，同时这种信任也难以在 节点之间进行推理，导致了全局性信任的缺乏，这直接影响了整令网络的稳定性 与可用性。此外，相对于传统客户服务器模式的服务器可以做主动和被动的防 御，由于p 2 p 节点安全防护手段的匮乏以及p 2 p 协议缺乏必要的认证机制和计 算机操作系统的安全漏洞，安全问题在p 2 p 网络中更为严重，这将直接影响p 2 p 的大规模商用。另外，p 2 p 网络中的节点本身往往是计算能力相差较大的异构节 点，每一个节点都被赋予了相同的职责而没有考虑其计算能力和网络带宽，局部 性能较差的点将会导致整体网络性能的恶化，在这种异构节点的环境中难以实现 优化的资源管理和负载平衡。同时，由于用户加入离开p 2 p 网络的随意性使得用 户获得目标文件具有不确定性，导致许多并非必要的文件下载，而造成大量带宽 资源的滥用。特别是大多数p 2 p 用户更喜欢传送音频、视频这些较大的媒体文件， 这将使得带宽浪费问题更为突出，尤其在中国大量的用户还是拨号用户，较窄的 带宽也成为p 2 p 应用难以逾越的障碍。 中国科学技术大学硕j j 学位论文 箱l 章绪论 在目前，c l i e n t s e r v e r 模式仍是主流，而p 2 p 作为对c s 模式的补充，可以 为普通用户提供更直接、更广泛的信息交流。 1 1 2 移动p 2 p 的发展和制约 近年来，移动设备如p d a 、笔记本电脑、移动电话得到快速发展，它们有 着越来越高的处理速度，存储容量和电池时间。同时无线通信技术如i e e e8 0 2 1 1 无线局域网、蓝牙技术、g p r s 技术、c d m a 技术以及即将到来的3 g 移动通信 技术也在飞速的进步中，越来越多的用户可以使用移动设备通过无线网络来接入 互联网来享受互联网服务。p 2 p 软件作为一种现在很流行的文件共享方式，也越 来越多的使用在移动设备上。目前，移动p 2 p 已经得到越来越多的公司和实验室 的关注，如最近，瑞典软件公司p o c i t 实验室就开发出了全球第一款移动设备e 的p 2 p 软件b l u e t a l k 【4 】，支持5 4 个手持设备用户同时交换文件，玩同一个游 戏或在移动设备上运行5 0 个提议软件中的任一款软件；s u n 公司的j x t a 口j 蜘 议也扩展到诸如个人数字助理( p d a ) 和移动电话等手持终端上，提出了j x m e 6 1 技术，它允许人们屏蔽具体的物理平台进行资料共享和文件交换等。但是对比传 统的p 2 p ，移动p 2 p 有其自身的特点，还是受到比较多的限制。首先，移动设备 c p u 计算能力弱，存储容量小和电池寿命短：其次，无线通信带宽有限，高延 迟，连接不可靠，也大大限制了p 2 p 在移动设备中间的应用。目前针对移动p 2 p 的研究还不是很多，我们迫切需要针对这些问题的而进行设计的移动p 2 p 方案。 1 2 研究内容和意义 本文的研究内容是充分考虑移动设备和无线网络对p 2 p 应用的限制，探索 移动p 2 p 网络的设计方案。这种方案应该能够减少移动设备( 至少是那些性能相 对较弱的移动设备) 的负担和无线通信开销，并对无线网络的断接性和漫游提供 支持，从而使得移动设备可以更好的享受p 2 p 信息共享。 本文将从改进现有p 2 p 网络模型以适应移动环境和改进现有p 2 p 网络无线 接入方式这两个角度，来对移动p 2 p 网络进行设计。从前一角度，我们提出了一 种基于c h o r d 路由模型的m p 2 p 系统m c h o r d 。它将c h o r d 路由模型的定位 高效的特点和p 2 p 网络分层思想相结合，我们将研究m c h o r d 系统的层次结构、 路由机制和具体实现，并对它进行理论性能分析。 从后一角度，我们引入了移动a g e n t 技术。我们将分析m a 技术及其在移动 设备应用中的优势，并引申来分析m a 技术在p 2 p 网络无线接入中应用的优势。 我们将利用这种优势，提出一种基于m a 的混合式p 2 p 无线接入支持模型，并 中国科学技术大学硕十学位论文 第1 章绪论 研究其模型结构、代理及其通信协作、模型操作、以及其对无线网络断接性和漫 游的支持度。 本文提出的这两种方案作为对移动p 2 p 技术的探索，为m p 2 p 的设计提供 了新的思路。并且这两种方案建立在两种不同的p 2 p 网络模型的基础上，适用于 不同的环境中，为移动用户提供了选择的空间。 1 3 本文的组织 第一章首先简要阐述了本论文的研究背景，以及研究内容和研究意义； 第二章简单介绍了现有的p 2 p 网络模型，以及移动a g e n t 技术包括它的定义、组 成、工作机制、协作模型和它在移动设备中应用的优势； 第三章提出了一种在c h o r d 路由算法的基础上针对移动计算环境而设计的m p 2 p 查找协议m - c h o r d ，并对其性能优势进行理论和实验分析； 第四章应用移动a g e n t 技术提出一种支持移动设备无线接入的新型混合式p 2 p v 目 络模型，并进行理论性能分析； 第五章对第四章提出模型进行模拟实现，并对该模型的性能进行实验分析； 第六章对本论文做一个总结性的叙述，并提出了下一步的工作。 中周科学技术人学坝l 学位论义 笫2 章p 2 p 1 叫络模型和移动a g e n t 技术 第2 章p 2 p 网络模型和移动a g e n t 技术 p 2 p 系统最大的特点就是用户之间直接共享资源，其核心技术就是分布式对 象的定位机制，这也是提高网络可扩展性、解决网络带宽被吞噬的关键所在。迄 今为止，p 2 p 网络已经历了三代不同网络模型，各种模型各有优缺点，有的还存 在着本身难以克服的缺陷，因此在目前p 2 p 技术还远未成熟的阶段，各种网络结 构依然能够共存，甚至呈现相互借鉴的形式。本章我们将对目前的各种p 2 p 网络 模型做一个简要的介绍，并比较它们各自的优缺点。在本章的第二节中还将分析 一种分布式应用技术移动a g e n t 技术，并阐明了它在移动设备中的应用优势。 2 1p 2 p 网络模型 2 1 1 集中式p 2 p 模型 集中式p 2 p 模型【7 1 的拓朴结构图如图2 ，t 图2 1 集中式p 2 p 模型的拓朴结构幽【7 】 集中式p 2 p 模式由一个中心服务器来负责记录共享信息以及反馈对这些信 息的查询；每一个对等实体要对它所需共享的信息以及进行的通信负责，根据需 要下载它所需要的其他对等实体上的信息。这种形式具有中心化的特点，但是它 不同于传统意义上的c l i e n t s e r v e r 模式。因为传统意义上的c l i e n t s e r v e r 模式采 用的是一种垄断的手段，所有资料都存放在服务器上，客户机只能被动地从服务 器上读取信息，并且客户机之间不具有交互能力：而集中式p 2 p 模式则是所有网 上提供的资料都存放在提供该资料的客户机上，服务器上只保留索引信息，此外 服务器与对等实体以及对等实体之问都具有交互能力。n a p s t e r 8 1 模型就是基于 集中目录式p 2 p 模型的应用软件， 塑型兰垫查盔竺塑生兰垡垒壅 釜! 翌! ：鲨型塑堡墅垡塑旦堡! 生堕 集中目录式p 2 p 模型还存在很多问题，主要表现为： 中央服务器的瘫痪容易导致整个网络的崩溃，可靠性和安全性较低； 随着网络规模的扩大，中央目录服务器维护和更新的费用将急剧增加，所 需成本过高； 中央服务器的存在引起共享资源在版权问题上的纠纷，这也是直接导致 n a p s t e r 破产的原因； 缺乏有效的强制共享机制，资源可用性差。 集中式p 2 p 可提供中心服务器目录检索、管理服务和标准的点到点通信，具 有高效的检索和低效的交换服务的特点，并提高了网络的可管理性，使得对共享 资源的查找和更新非常方便。集中式p 2 p 对小型网络而言在管理和控制方面占有 定的优势，但对大型网络并不适合。 2 1 2 分布式p 2 p 模型 分布式p 2 p 模型7 1 的拓朴结构图如图2 2 豢 幽2 ，2 分布式p 2 p 模型的拓朴结构酗【7 】 n a p s t e r 因为中央服务器的存在引起的版权纠纷导致了它的破产，以 g n u t e l l a t 9 j 为代表的后来者们吸取了n a p s t e r 失败的教训，将n a p s t e r 的理念推进 一步。当用户p c 安装这些软件后，就会立即变成一台能够提供完整目录和文件 服务的服务器，并会自动搜寻其他同类服务器，从而联成一台由无数p c 组成的 网络超级服务器。与n a p s t e r 网络不同，它不存在中枢目录服务器，或者浇把所 有机器都变成了服务器，这就是第二代p 2 p 分布式p 2 p 。 在分布式p 2 p 中，对等机通过与相邻对等机之间的连接遍历整个网络体系。 每个对等机在功能上都是相似的，并没有专门的服务器，而对等机必须依靠它们 所在的分布网络来查找文件和定位其他对等机。 中国科学技术大学瑚士学位论文 第2 章p 2 p 嘲络模型和移动a g e n t 技术 以g n u t e l l a 网络为例，一台新对等机首先通过访问某特殊站点提供的“主机 缓存服务”( h o s tc a c h es e r v i c e s ) 机制来得到一台活动对等机地址，通过与它建 立一个连接将自己接入g n u t e l l a 网络；接着，该新对等机主动探查网络中的其它 对等机，找到与之相邻的对等机节点，在进行文件查找时，该对等机首先向与之 相邻的所有活动对等点发送一个查询描述符q u e r y ，在其他对等机接收到该查询 描述符后，检查本地是否有符合查询请求的文件内容，如果有，则按查询描述符 的发送路径返回一个查询响应描述符q u e r y h i t ，无论本地是否存在符合查询请求 的文件内容，其他对等机都会将该查询包通过扩散方式继续在网络中传递，直至 查询包中t t l ( t i m eo f l i f e ) 属性值递减为0 时才停止继续转发；一旦定位了 响应查询文件的对等机之后，就与响应对等机建立t c p 连接，通过h t t p 协议 从响应对等机中下载自己查询的文件。文件的传输不再经过g n u t e l l a 网络进行。 分布式对等网络模型也存在很多弊端，主要表现在以下方面： - 搜索请求要经过整个网络或者至少是一个很大的范围刁能得到结果，因此， 这种模式占用很多带宽，而且需要花费很长时间才能有返回结果。 随着网络规模的扩大，通过扩散方式定位对等点及查询信息的方法将会造 成网络流量急剧增加，从而导致网络拥塞，最终使g n u t e l l a 网络被分片，使得查 询访问只能在网络很小的范围内进行，因此，网络的可扩展性不好，不适合大型 网络。 纯分布式的p 2 p 模式很难被企业所利用，因为它缺少对网络上的用户节点数 以及对他们提供的资源的一个总体把握。 - 安全性不高，易遭受恶意攻击，如攻击者发送垃圾查询信息，造成网络拥 塞等。 2 1 3 混合式p 2 p 模型 混合式p 2 p 网络模型i l0 】在分布式模式的基础上，将用户节点按能力进行分 类，使某些节点担任特殊的任务。这些节点共分为3 种： 用户节点：普通节点，它不具有任何特殊的功能。 搜索节点：处理搜索请求，从它们的“孩子”节点中搜索文件列表，这些节 点必须有1 2 8k b i t sr a m 的网络连接速度，建议使用高性能的处理器。 。索引节点：连接速度快、内存充足的节点可以作为索引节点。索引节点用 于保存可以利用的搜索节点信息，并搜集状态信息，维护网络结构信息。 中国科学技术大学硕士学位论文 第2 章p 2 p 列络模型和移动a g e n t 技术 图2 3 混合式p 2 p 模型拓朴结构图【7 】 一个节点可以既是搜索节点又是索引节点。用户节点可以选择3 个搜索节点 作为它的“父”节点，如果“父”节点接受该用户节点作为它的“孩子”的话，那么陔 用户节点就可以提交其所要共享的列表给它的“父”节点。在缺省的情况下，搜索 节点可以最多维护5 0 0 个“孩子”节点。在第三代p 2 p 的软件体系结构中，采用了 混合式p 2 p 。这种模式的关键之一是引入了索引节点，索引节点不会直接连接到 有版权的资料上，它就像搜索引擎一样，只是搜索和所需资料相关的地址，至于 用户到底连接下载了什么内容则和它无关。这种模式的关键之二是引入搜索节 点，搜索节点管理着所属用户的文件列表。用户节点通过索引节点获得搜索节点 信息，之后用户节点就与获得的搜索节点相连，每一次查询都通过该搜索节点进 行。当用户发出搜索请求后，如果和用户节点直接相连的搜索节点查询结果达到 1 0 0 个( 这里的1 0 0 个搜索结果，可以由用户自己来设定) 就停止；如果不足1 0 0 个，就向相邻的搜索节点发出请求，如果查询结果还不够，就继续向外快速发散， 直到所有的搜索节点都被搜索到为止。若所有的搜索节点都被访问过，就意味着 整个网络上的节点都被搜索到了，其速度要比纯p 2 p 模式快得多。 b t j 和e m u l e l l2 j 就是第三代混合式p 2 p 网络的典型代表，开创了新代p 2 p 的潮流，它批判地继承了前辈产品的优点，将中心目录服务器的稳定性同优化的 分布式文件管理结合起来。它要求提供一个或多个统一的w e b 发布服务器，以 供发布和搜寻资料。在客户端，它通过一个i e 插件提供下载、上传管理。b t 把 一份大文件切割成碎片，为每一个碎片标上特殊标识，用户无需到一个固定地点 ( 例如传统网络的中心服务器) 上下载完整的文件，系统会自动寻找、随机下载 具有相同标识的文件碎片，将其加以整合成为完整的文件。 2 1 4 多播式p 2 p 模型 除了网络中的节点不必协助发现以外，多播模型1 7 1 和分布式模型很相似。这 中国科学技术大学硕上学位论文 第2 章p 2 p 刚络模型和移动a g e n l 投术 种模型利用网络自身提供的特性来定位和确认对等点和资源。对等点使用i p 多 播技术定期宣布自己的存在，对此消息感兴趣的对等点检测这个消息后，抽耿出 主机名和端1 = 1 号，并使用这个信息与新对等点建立正常的t c p i p 连接。j x t a 5 就是利用这个思想设计的个通用的p 2 p 框架。 缺点：众多子网间路出多播通信是一个非常复杂的课题；因特网对多播并不友好。 优点：减少网络流量不会因对等组中任何一个对等点的瘫痪而崩溃。 2 1 5 结构化p 2 p 模型 不需要专门的服务器，网络中所有的对等点都是服务器，并且承担很小的服 务器的功能。首先将网络中的每一个节点分配虚拟地址( v i d ) ，同时用一个关键 字( k e y ) 来表示其可提供的共享内容。取一个散列函数，这个函数可以将k e y 转换成一个散列值h ( k e y ) 。网络中节点相邻的定义是散列值相邻。发布信息的 时候就把( k e y ，v i d ) 二元组发布到具有和h ( k e y ) 相近地址的节点上去，其巾 v i d 指出了文档的存储位置。资源定位的时候，就可以快速根据h ( k e y l 到相近 的节点上获取二元组( k e y ，v i d ) ，从而获得文档的存储位置。这种模型可以实现 快速的关键字定位，是一种比较先进的p 2 p 网络模型。 2 1 5 1c a n 路由模型 c a n ( c o n t e n t - a d d r e s s a b l en e t w o r k ) 1 3 1 使用了一个d 维的直角坐标系空间 来执行d h t 的抽象。这个坐标空间被超矩形划分，称为区域( z o n e ) 。每个在系统 的节点负责一个区域( z o n e ) ，每个节点由它区域( z o n e ) 边界来标识。一个关键字 映射到直角坐标系上的一点，坐标系点对应一个区域，将关键字存储在负责这个 区域的节点内。 如图2 4 表示了2 维【o ，1 0 ，1 】的c a n ，其中该系统有6 个节点。每个节点维 持它在坐标系中所有邻居的一个路由表。如果两个节点的区域共享d 1 维超平面， 则这两个节点是邻居。查询操作通过在d 维直角坐标系空间中转发查询消息被执 行，转发是从查询初始化点沿着坐标系上最接近直线的路径到达存储关键字的节 点。当收到一个查询请求，一个节点转发请求到与存储关键字节点在坐标系中最 接近的节点上。 ! 垦型堂垫查盔堂堡圭兰些堡苎 塑! 里! 竺塑塑篓兰! ! 咝垫篓望! ! 堕 ( 0 。1 ) ( 1 1 ) oo ( 0 由5 0 5 j )( 0 5 , 0 5 1 。1 ) ( 繇篇 0 7 5 , 05 】 oo ( 0 。0 。05 , 0 司 禽n ：07 5 0 1 05 】 0 , t s , 0 2 勖 ( 0 , 0 ) 图2 4c a n 系统中的节点图 ( 1 0 ) 图2 5 表明找寻关键字( 0 8 ，0 9 ) 的路径。每个节点维护o ( d ) 个状态，查咖代价 是o ( d n 坷) 。 呆：d = o ( 1 0 9 n ) ，c a n 查询次数和存储可以和在本文所介绍的其他幼、 议相匹配。 k e y = t 0 8 0 。9 ) d - 1 ) “”“ o ， _- o o ，一，() o o p a t ho f 。l o o k u p 秽8 , 0 9 ) 。 i n i t i a t e da tn o d e0 o o - s o 5 ) 图2 5c a n 路由模型路由过程 中国科学技术人学f j 一学位论文 笫2 章p 2 p 嘲络模型和移动a g e n t 技术 为了加入c a n 网络，一个新节点首先在坐标空间中选择一个随机点p ，找到包 含随机点新加入节点如图2 6 。新加入节点可以很容易的初始化其路由袭，因为 和它相邻的所有节点除了n 节点之外，都在n 节点的邻居表中。这也允许邻居用新 节点更新路由表。 ( 1 d ) 图2 6 新节点加入c a n 系统 当一个节点离开时，这个节点上交它的区域给它的邻居。如果两个区域能合 并成一个大的区域，则产生一个新的有效区域。如果两个区域不能合并，那么邻 居节点就会暂时处理两个区域。当一个节点失效时，c a n 会执行一个协议允许拥 有最小区域的邻居来接管这个区域。c a n 系统潜在的问题就是多点失效会导致一 个坐标空间的分裂，由多个节点处理多个区域，区域越分越多，越分越小。为了 解决这个问题，c a n 执行一个特别的重分配节点( n o d e r e a s s i g n m e n t ) 算法。该算 法能够尽量将多个可以合并的区域分配到c a n 系统中个合法的节点上，来联台 使用这些区域。c a n 系统中使用许多技术来减少查询时延。其中一个技术就是， 每个节点计算到达它邻居节点来回路程的时间( r t t ，r o u n d t r i pt i m e ) 。在收到一 个查询请求时，一个节点用最大进展过程和r t t 的比率大小来转发消息给邻居 节点，最后将消息传送到目的节点。另一个减少查询时延的技术是多实现技术。 用户位于的多个坐标空间同时参与查询来减少延时和提高c a n 健壮性。每个节点 在每个坐标空间被分配一个不同的区域。关键字在每个坐标空间被复制，提高节 点失效时系统的强壮性。为了转发查询消息，节点检验在每个空间实际存在的邻 居节点并且转发消息到离本节点最近的邻居节点。为了提高负载平衡，c a n 系统 使用一个简单技术来获得比较统一的空间划分。在执行加入操作时，一个节点在 分割它区域之前检验它的邻居区域。如果一些邻居节点负责一个更大的区域，加 入节点请求拥有最大区域的邻居节点来划分区域。 中国科学技术大学硕士学位论文第2 章p 2 p 嘲络模型和移动a g e n t 技术 2 1 5 2c h o r d 路由模型 c h o r d 1 4 1 是另外一种基于d h t 的路由模型，该模型解决了下面的几个问题： ( 1 ) 负载平衡性：c h o r d 使用一致性的哈希函数( c o n s i s t e n th a s h i n g ) ，这样可以均匀 的将关键字分配到节点上，提供一个均衡的负载平衡环境。 ( 2 ) 分布性：c h o r d 路由模型中节点是完全分布的，它们之间地位平等。 ( 3 ) 可扩展性：c h o r d 路由模型的查询代价以l o g n 为增长基数( n 表示节点数) ，对于 规模很大的系统c h o r d 路由模型也是可行的。 ( 4 ) 可用性：c h o r d 会自动调整它内部的路由表来反映新节点的加入和节点的失 效，除非下层网络出现大量错误，否贝l j c h o r d 总能找到负责某关键字的节点。 ( 5 ) 灵活的命名：c h o r d 对要查询的关键字结构没有任何的限制，使得应用层在构 建c h o r d 关键字的时候有足够灵活性。 c h o r d 采用一维的环形拓扑结构，关键字和节点在同一个标识符空间表示， 关键字和节点都用mb i t s 的标识符表示，表示范围为0 ，2 m _ l 。如图2 7 c h o r d 标识 符空间模型，以m = 3 为例。关键宇k 被分配到在数值上等于或与它最接近( 顺时针) 的那个节点上。存放某个关键字k 的节点被称为k 后继节点，用s u c c e s s o r ( k ) 表 7 开。 2 卜廿“州2 ) 。3 “ 一量一，瑶， 图2 7c h o r d 标志符空间【h 】 c h o r d 路由模型路由过程为每个节点只需要知道在c h o r d 环中它的后继节 点。查询过程是给定的关键字沿c h o r d 环通过后继节点的指针传递，直到遇到一 个节点的标识符数值超过这个关键字标识符。这种查询方法不是很高效，如果网 络中有n 个节点，那么就需要跨越n 个节点来找到关键字和节点的映射。为了改进 查询的速度，c h o r d 增加了额外的路由表矗n g e n 曲j e 来加快查询速度。如表2 1 ， c h o r d 路由表包含下列内容： 1 2 中国科学技术火学硕士学位论文 第2 章p 2 p 刚络模型和移动a g e n t 技术 表2 1 c h o r d 路由表f 1 4 】 n o t a t i o ud e f i n i f i o n f i n g e r k s t a r t ( n + 2 一) m o d 2 m 1 蔓毫t n f i n g e l e 1 i n t e r v a l陋n g e r ks t a r t , f i n g o r 陋+ 1 】s t a r t ) ，i f ls 良 m 睁娼婶唯s t a r t ，n ) ，i l k = l f i n g e d k n o d e f a s tn o d ew h o s ei d e a t i f i e ri se q u a lt oo ff o g o w s n f i n g a j 【埤s t a r t j “c c o s s o ? i m m e d i a t e $ 1 1 c c e s s o ro f n o d e io nt h ei d e m i f i e rc i r c l e ； s u e c t , $ $ o r # f i n g e r i n o d e p r e d o c 麟o p i m m e d i a t ep l e d e e e s s o ro f n o d eno nt h ei d e n t i f i e rc i r c l e 路由表的内容不一定要保证完全正确，只要后继节点的信息正确就可以正确 找到目标节点。每个节点n 维护一张最多有n 1 个表项的路由表( f i n g e r t a b l e ) ，其维 护m 个关键字，关键字要求符合( n + 2 i - i ) m o d 2 “( 1 i m ) 。 根据f i n g e r t a b l e 给定的公式( n + 2 1 ) m o d2 “( 1 i m ) ，如图中，节点滓l 维护 的f i n g e rt a b l e 中包含的关键字有：净1 ，l 十1 = 2 ；i = 2 ，i + 2 = 3 ；i = 3 ，l + 2 + 2 = 5 ：即节点i 维护的关键字有2 ，3 ，5 。 r i n g e d 3 1 i n t e r v a l 一1 l i n c e r d l s t a t t 1 、。 、 、5 f i n o e r 3 s t a r t - 5 。 、二。 t i n c t l 2 1 i n t o t v a l 2 錾”a w 【1 】s l a n 42 ，f ， 一i n g e 椰1 i n t e r v a l ， j 。 f n l n n g a e e r r 【2 】t 1 s s t e r t , ：! ! l 一二、n n 蚪【2 1 9 h a r t - 3 孙n 钾啦l | s t a r tf i n g e r 3 1 s t a r t i ( 矗) 图2 8i n t e r v a l 计算图【h 1 利用f i n g e r t a b l e 加快了c h o r d 系统的查询过程，由原来个节点一个节点的 查询过程，变成了一次跨越2 ( 1 i m ) 个节点查询速度加快。c h o r d 路由模型为 了使节点加入和离开机制变得简单，每个节点在c h o r d 中都有一个p r e d e c e s s o r 指 一 、， 一 一 d 一 中国科学技术大学碳土一学位论文 第2 章p 2 p 网络模型和移动a g e n l 技术 针一个节点的p r e d e c e s s o r 指针包含c h o r d 标识符和这个节点的直接前驱标识符。 ，5 4 i，团翦 ( b ) 图2 9 节点路由表值示意图【1 4 c h o r d 系统新节点n 加入过程如下： ( 1 ) 初始化节点n 的指针表。我们在网络中随机找到某个节点n ，通过触发n 的查找程序找到节点n 的前驱节点( 记为n p ) 和后继节点( 记为n s ) ，将 n 插入到网络中相应的位置，并根据c h o r d 协议中指针表的定义生成新节点 n 的指针表。重置节点n p 的后继节点为n ，节点n s 的前驱节点为n 。 ( 2 ) 更新其他节点的指针表。由于新节点的加入，c h o r d 环上的拓扑结构已经 发生改变，所以我们必须要更新其他节点的指针表。