（计算机系统结构专业论文）对等网络中信任感知的资源交易模型.pdf

摘要 摘要 随着计算机技术和通信技术的不断发展，用户存储了越来越多、具有很高使用价值的内 容，整个互联网内容存储的中心，渐渐从网络核心移向靠近终端用户的边缘内容存储方式 的转变趋势使得互联网上的内容交换模式也相应的发生了巨大的转变，从传统的基于客户 机，服务器( c l i e n t s e r v e r ，简写c s ) 的内容交换模式，演变到如今的基于对等模式 ( p e e r - t o p e e r ，简写p 2 p ) 的内容交换模式。一般来说，对等网络是指覆盖在i n t e r n e t 之上 的重叠网( o v e r l a yn e t w o r k ) 。网络中的每个节点既是服务的提供者也是服务的使用者，同 时还负责路由来自其它节点的消息。对等网络技术的研究是当前网络界研究的焦点，也是工 业界关注的热点应用。 虽然，对等网络已经得到了广泛和成功的应用，但是系统中仍然存在很多需要研究的问 题本文围绕由于节点的自治、自私性造成的网络动态性、节点异构性和资源的不可信性等 问题，探讨基于市场机制和信任机制的对等网络资源管理问题解决方案。 本文首先介绍对等网络的概念、分类以及应用领域，并深入分析造成网络动态性、节点 异构性和资源的不可信性的主要原因。通过分析把市场机制应用到对等网络资源管理中的优 势以及存在的问题，论证了引入信任机制的必要性和可行性在此基础上，提出使用市场机 制和信任机制相结合的对等网络资源管理的研究思路。 其次，提出了基于信任感知的资源交易模型( t r u s ta w a r er e s o u r c et r a n s a c t i o nm o d e l ，简 写t a r t 模型) ，并详细阐述其设计思路以及市场模型( m a r k e tm o d e l ) 和节点模型( v e e rm o d e l ) 。 在t a r t 模型中把信任度作为衡量节点交易诚信度的重要指标，激励节点履行已达成的资 源交易合约，同时，对服务提供节点不诚实的行为提供间接的惩戒手段。 论文第三章在综述现有信任系统的分类及存在问题的基础上。借鉴人际关系信任网络的 设计思路，提出了基于向量相似性的服务可信度评估模型。该模型引入“时间敏感因子”，使 信任评估的结果能反映节点最近的行为特征；同时，基于向量相似性度量的方法，计算服务 请求节点和服务推荐节点的评分行为的相似性，并以此判断服务推荐节点的推荐可信度。因 此，该模型可以有效识别信任评估中的不诚实回馈信息，并且对节点的行为具有较好的时间 敏感性另外，模型还针对向量相似性度量中的稀疏性问题，提出一种基于极大似然估计的 服务推荐可信度精确化方案。 在深入分析现有对等网络拓扑优化方案的基础上，论文第四章提出以节点间的信任关系 作为拓扑优化参数的研究思路，给出一种基于利润分享的自适应拓扑构建模型。在该模型中， 拓扑的调整综合考虑了节点的服务可信度和路由可信度。在路由可信度评估算法中，服务请 求节点根据路由推荐节点的贡献，与其分享交易的利润，从而使路由推荐节点通过为其它节 点路由搜索消息，来了解其邻居节点的路由可信度信息。该拓扑构建方案不仅为中介节点提 供了一种有效的激励机制，而且还加速了对等网络向有利于“好”( g o o d n e s s ) 书 点的方向进化 中国科学技术大学博士学位论文 然后，针对传统对等网络资源搜索机制中存在的扩展性差以及对所有节点提供同等的搜 索服务等问题，提出一种信任感知的资源搜索机制。该机制中，在资源搜索阶段就屏蔽了提 供不可靠资源的节点，有效降低了无效搜索消息占用的网络带宽。同时，该机制对不同的节 点依据其可信度提供有区分的搜索服务，从而激励节点提供可靠服务。 在普及计算应用的环境下。服务请求节点把作业提交给远程服务提供节点有偿执行，但 远程节点提供的资源未必可靠，提交的作业存在失效风险。本文最后提出一种基于机会成本 的资源选择机制，综合考虑了资源的显性成本和失效惩罚，用服务可信度的负指数函数对失 效率建模，给出了机会成本的量化方法。与b u y y a 的计算市场模型中的资源选择机制相比， 该机制有效降低了作业失效率，节约了成本。 本文从网络动态性、节点异构性和资源的不可信性等对等网络应用呈现出的问题出发， 紧紧围绕节点的自治性和自私性问题进行了深入研究，提出了将市场机制和信任机制有机的 结合在一起的t a r t 模型，为对等网络应用提供一种信任感知的资源交易模式，为解决对等 网络资源管理难题展示了全新的视角和美好的前景。 关键词：对等网络，信任感知，资源交易，向量相似性，服务可信度，利润分享，路由可信 度，拓扑构建，机会成本，资源选择 i i a b s w a c t a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to f c o m p u t e ra n dc o m m u n i c a t i o nt e c l m o l o g i e s u s e r sh a v eb e e ns t o r i n g m o r ea n dm o r ev a l u a b l ec o n t e n t si nt h e i ro w nc o m p u t e r s ，a n dt h i sh a sl e dt ot h ec h a n g eo f c o n t e n ms t o r a g ec e n t e rf r o mt h ec o r eo fi n t e r a c tt ot h ee n du s e r s t h u s ，t h ee x c h a n g em o d e lo f i n t e m e tc o n t e n t sh a sa l s oc h a n g e df r o mt r a d i t i o n a lc h e n f f s e r v e rm o d e lt op e e r - t o - p e e rm o d e l ，t h a t i s ，p 2 pn e t w o r k g e n e r a l l ys p e a k i n g ，p 2 pn e t w o r km e a l bt h eo v e r l a yn e t w o r ka b o v et h ec u r r e n t i n t e m e t e a c hp e e ri nt h en e t w o r ki sb o t ht h es e r v i c ep r o v i d e ra n dt h es e r v i c ed e m a n d e r , a n da l s o r e s p o n s i b l ef o rt h er o u t i n go fm e s s a g e sf r o mo o l e rp e e r s p 2 pt e c h n o l o g i e sa r et h er e s e a r c h f o c u s e so f n e t w o r ka c a d e m i cc o m m u n i t ya n dt h eh o tt o p i c si ni n d u s u - y w h i l ep 2 pn e t w o r kh a sb e e nw i d e l yd e p l o y e da n ds u c c e s s f u l l ya p p s e d ，t h e r ea l es t i l lal o to f i s s u e st os t u d y f o c u s i n go nt h ei s s u e sc a u s e db yt h ea u t o n o m o u sa n ds e l f i s hf e a t u r e so fp e e r s ， s u c h 够n e t w o r kd y n a r n l c i t y , p e e r s h e t e r o g e n e i t ya n du n r e l i a b l er e s o u r c e s t h i sd i s s e r t a t i o n d i s c u s s e st h es o l u t i o n sf o rp 2 pr e s o u r c em a n a g e m e n tb a s e do nt h em a r k e tm e c h a n i s ma n dt r u s t m e c h a n i s m f i r s t l y , t h ed i s s e r t a t i o ni n 仃o d u c e st h ec o n c e p t 。c l a s s i f i c a t i o na n da p p l i c a t i o n so f p 2 pn e t w o r k a n dd e 印l ya n a l y s e st h em a mr e a s o n st h a tc a u s en e t w o r kd y n a m i e i t y , p e e r s h e t e r o g e n e i t ya n d u n r e l i a b l er e s o u r c e s b ya n a l y z i n gt h em e r i t sa n dp r o b l e m si np 2 pr e s o u r c em a n a g e m e n tw i t ht h e m a r k e tm e c h a n i s m , t h en e c e s s i t ya n df e a s i b i l i t yo fi n t r o d u c i n gt h et r u s tm e c h a n i s ma r ep r o o f e d o nt h i sb a s i s ，t h i sd i s s e r t a t i o np r o p o s e st h er e s e a r c hi d e ao l lp 2 pr e s o n r c em a n a g e m e n tc o m b i n e d w i 也t h em a r k e tm e c h a n i s ma n dt h et r u s tm e c h a n i s m s e c o n d l y , t h sd i s s e r t a t i o np r o p o s e st h et r u s ta w a l tr e s o u r c et r a n s a c t i o nm o d e l ，a b b r e v i a t e d t ot a r tm o d e l ，a n dd e s c r i b e st h ed e s i g ni d e a s ，t h em a r k e tt r a n s a c t i o nm o d e la n dt h ep e e rm o d e l i n t a r tm o d e l t r u s ti sa ni m p o r t a n tn m 血i c m e a s u r i n gt h er e p u t a t i o no fp e e r si n t h em a r k e t w a n s a c t i o n s ，w h i c hc a nb o to n l ys t i m u l a t ep e e r st oo b e yt h et r a n s a c t i o nc o n t r a c t 。b u ta l s op r o v i d e a ni n d i r e c tp e n a l t ym e t h o df o rd i s h o n e s ts e r v i c ep r o v i d e r s h c h a p t e r3 b a s e do ns u m m a n z i n gt h ec l a s s i f i c a t i o na n dp r o b l e m so ft h ec u r r e n tm i s t e v a l u a t i o n s y s t e m , t h ed i s s e r t a t i o nb r i n g sf o r w a r dav e c t o r i a l - s i m i l a r i t yb a s e ds e r v i c er u s t e v a l u a t i o nm o d e lr e c u r r i n gt ot h er u s tm o d e lo ft h es o c i e t yn e t w o r k 讹m o d e ln s e $ t i m e s e n s i t i v ef a c t o r t or e f l e c tt h er e c e n tb e h a v i o rf e a t u r e so fp t 虻培i nt h ee v a l u a t i n gr e s u l t s m e a n w h i l e ，b a s e do nt h em e t h o do ft h es i m i l a r i t ym e a s u r eo fv e c t o r s ，t h et r u s tm o d e le s t i m a t e s t h es e r v i c er e c o m m e n d a t i o nc r e d i b i l i t yb ym e a s u r i n gt h eb e h a v i o rs i m i l a r i t yb e t w e e nt h es e r v i c e d e m a n d e rp e e r sa n ds e r v i c er e c o r m n e n d a f i o np e e r s t h e r e f o r e t h em o d e lc a ni d e n t i f yd i s h o n e s t f e e d b a c ki n f o r m a t i o ne f f e c t i v e l ya n dh a sg o o dt i m es e n s i t i v i t yf o rt h ep e e r s b e h a v i o r i na d d i t i o n , i l l 中国科学技术大学博士学位论文 c o n s i d e r i n gt h es p a r s i t yo fv e c t o r i a l s i m i l a r i t yi n e a s b r e n l e n t ，ap r e c i s es c h m u ea b o u tt h es e r v i c e r e c o m m e n d a t i o nc r e d i b i l i t yb a s e do nn 埔x h n 啪l i k e l i h o o de s t i m a t i o ni sp r o p o s e d b a s e d0 1 1t h ed e e pa n a l y s i so f c u r r e n tp 2 pt o p o l o g yo p t i m i z a t i o ns o l u t i o n s ar e s e a r c hi d e ai s p r o p o s e di nc h a p t e r4 ，w h i c ht a k e st r u s tr e l a t i o n s h i pa sf l ui m p o r t a n tm e t r i cf o rt o p o l o g yf o r m a t i o n o nt h i sb a s i s ，a na d a p t i v et o p o l o g yf o r m a t i o nm o d e lb a s e do n p r o f i ts h a r i n gi sp u tf o r w a r d , w h i c h c o n s i d e r sb o t hs e r v i c et r u s ta n dr o u t i n gt r u s tw h i l ea d j u s t i n gt o p o l o g yb e t w e e np e e r s i nt h e r o u t i n gi r u s te v a l u a t i o na l g o r i t h m , a c c o r d i n gt ot h ec o n t r i b u t i o no f r o u t i n gr e c o n m u m d a t i o np e e r s ， t h es e r v i c ed e m a n d e rp e e r ss h a l tt h et r a n s a c t i o n p r o f i tw i t ht h e mi no r d e rt h a tt h em u t i n g r e c o m m e n d a t i o np e e r sc a na t t a i nt h er o u t i n gt r u s to f t h _ c i rn e i g h b o r sb yr o u t i n gs e a r c hm e s s a g e st o t h e m t h i st o p o l o g yf o r m a t i o nm o d e ln o to n l yp r o v i d e sa ne f f e c t i v ei n c e n t i v em e c h a n i s mt o i n t e r m e d i a t e p e e r s ，b u t a l s o i m p r o v e s p 2 p n e t w o r k w h i c h i s i n f a v o r o f g o o d p e e r s t os o l v et h ep r o b l e m s ，t h ep o o rs c a l a b i l i t ya n dp r o v i d i n gt h es g n el e v e ls e a r c h i n gs e r v i c e st o a j lt h ep e e r s 。e x i s t i n gi nt h et r a d i t i o n a lr e s o u r c es e a r c h i n gm e c h a n i s m t h ed i s s e r t a t i o np r o p o s e sa t r u s ta w a r e e s o u r g zs e a r c h i n gm c c h a n i s n li nt h i ss e a r c h i n gm e c h a n i s m ，p e e r sw i t hu n r e l i a b l e f e s o u r c e sa l ee x c l u d e di nt h es e a r c h i n gs t a g ew h i c hr e d u c e sb a n d w i d t hc o n s u m p t i o nb yu s e l e s s s e a r c h i n gm e s s a g e s m e a n w h i l e ，b a s e do nt h e i rt r u s tv a l u e ，t h es e a r c h i n gm e c h a n i s mp r o v i d e s d i f f e r e n tp e e r sw i t hd i f f e r e n tl e v e ls e a r c h i n gs e r v i c e st os t i m u l a t ep e e r st op r o v i d er e l i a b l e r e s o l l r c ei np 2 pn e t w o r k f i n a l l y , t h i s d i s s e r t a t i o ns t u d i e st h er e s o u r c es e l e c t i o nm e c h a n i s mi np 2 pp e r v a s i v e c o m p u t i n ge n v i r o n m e n t i nt h i sc o m p u t a t i o n a lm a r k e ls e r v i c ed e m a n d e rp e e r ss u b m i tj o b st o r e m o t es e r v i c e sf o re x e c u t i o nb y p a y i n gt h es e r v i c ep r o v i d e rp e e r s h o w e v e r ，t h e s er a s o u r c e sm a y b eu n r e l i a b l e i n d u c i n gt h a tt h e mi s ar i s kt h a ts u b m i t t e dj o b sm a yf a i l s oi tp r o p o s e sa n o p p o r t u n i t yc o s ta p p r o a c hf o rr e s o b r o es e l e c t i o n ，w h i c hc o n s i d e r sc o m b i n a t i o no f e x p l i c i tc o s ta n d f a i l u r ep e n a l t y , m o d e l sa f t e rt h ef a i l u r er a t eo fr e s o u r c eb yn e g a t i v ee x p o n e n t i a lf u n c t i o no ft r u s t v a l u ea n dp r o v i d e saq u a n t u mm e t h o do fo p p o r t u n i t yc o s t c o m p a r i n gw i t hb u y y a sm o d e l ，t h e a p p r o a c he f f e c t i v e l yr e d u c e sj o bf a i l u r er a t ea n ds a v e st o t a lc o s t f o r mt h ep r e s e n tp r o b l e m si np 2 pa p p l i c a t i o nt h a tt h ec h a r a c t e r i s t i c so fn e t w o r kd y n a m i c i t y , h e t e r o g e n e i t yb e t w e e np e e r s a n dr e l i a b l e r e s o a r g e s ，t h i sd i s s e r t a t i o nd e e p l ys t u d i e st h e a u t o n o m o u sa n ds e l f i s hf e a t u r e so fp e e r s ，p r o p o s e sat a r tm o d e lw h i c ho r g a n i c a l l yc o m b i n e st h e m a r k e tm e c h a n i s ma n dt r u s tm e c h a n i s m p r o v i d e san l l s ta w a r er e s o u r c et r a n s a c t i o ns c h e m ef o r p 2 pa p p l i c a t i o n s ，a n ds h o w sab r a n dn e wv i e wa n df i n ep e r s p e c t i v ef o rs o l v i n gt h ep r o b l e mo f p 2 p r e s o u r c em a r i a g e m e r i t k e y w o r d s ：p e e r - t o p e e rn e t w o r k , t r u s ta w a r e ，r e s o u r c et r a n s a c t i o n , s i m i l a r i t yo fv e c t o r s ， s e r v i c et r u s t , p r o f i ts h a r i n g ，r o u t i n gt r u s t ，t o p o l o g yf o r m a t i o n , o p p o r t u n i t yc o s t , r e s o u r c e s e l e c t i o n i v 中国科学技术大学博士学位论文 v n l 图表索弓 图1 - 11 9 9 2 年到2 0 0 5 年全球h t e m e t 主机数增长统计( 万) 1 图1 - 2c n n i c 历次调查中国上网计算机总数1 图1 - 3c $ 模式，客户和服务器有明确分工“。3 图1 - 4 对等模型，每个节点既是客户又是服务提供节点4 图1 - 5 抽象的对等网络功能模型。5 图l 击典型的非结构化查找方式6 图1 7 c n n i c 统计中国网民通常使用互联阿的时间“ 图1 - 8m a z e 系统中平均在线节点数及节点加入离开的频率1 l 图1 - 9 中国不同方式上网计算机所占的比例1 2 图1 1 0 t a r t 模型的主要模块与抽象对等网络功能模型的对应关系1 4 图1 - 1 l 论文组织结构t 6 图2 - 1t a r t 自由市场模型。2 6 图2 - 2t a r t 市场交易流程2 7 图2 - 3t a r t 节点的主要功能模块及交互关系2 8 幽3 - 1 集中式信任系统的一般结构。3 2 图3 - 2 分布式信任系统的一般结构3 4 图3 - 3 服务推荐可信度的计算。3 9 图3 - 4r - c h a i n 的数据结构4 2 图3 - 5 基于r - e h a n 的信任模型分布式实现方案。4 ， 图3 - 6 失败下载的比率随着模拟周期的变化情况“ 图3 - 7 在不同比例的恶意节点情况下诚实节点失败下载的比率。4 5 图3 - 8 兰类节点的可信度随着模拟周期的变化情况4 5 图3 9 在有无串谋诋毁攻击时节点失败下载的比率随着模拟周期的变化情况4 6 圈4 - 1p 2 p 文件下载中的信任关系。5 0 图4 - 2 基于贡献的利润分享 阔4 - 3 节点对搜索路径能找到可靠资源的概率估计5 5 图4 _ 4 洪泛搜索算法5 9 图4 5 搜索消息的数据结构6 1 图4 巧不同类型节点的介数中心性6 3 图4 7 资源搜索效率随着模拟周期的变化情况6 3 圈5 - 1s c e 2 中使用不同的资源选择机制时作业重新提交的次数比较o o 个作业1 6 9 图5 - 2 $ c e 2 中使用不同的资源选择机制时作业重新提交的次数比较( 4 0 个作业1 6 9 图5 - 3s c e 2 中使用不同的资源选择机制时用户成本的比较0 0 个作业) 7 0 图5 _ 4s c b 2 中使用不同的资源选择机制时用户成本的比较( 4 0 个作业1 7 0 囤5 - 5s c e i 中使用不同的资源选择机制时用户成本的比较一7 1 表3 - 1 三种节点类型一4 5 表4 1 模拟环境参数 。6 2 表4 - 2 模拟环境中节点的属性6 2 表5 - 1 资i 骧的可靠性级别6 8 表5 - 2 可靠的与非可靠的资源场景分布6 9 中国科学技术大学学位论文相关声明 本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究 工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中 不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的 同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。 本人授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权， 即：学校有权按有关规定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，可以将学位论文编入有关 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、 汇编学位论文。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 作者签名：聱磊墟 纠年中月印日 第l 章绪论 1 1 论文研究背景 第1 章绪论 1 1 1 互联网模式的演变 随着计算机技术与通信技术的飞速发展，基于t c p i p 互联网络协议族的b 蜘】e l 规模 获得了前所未有的扩张，全球瑚雠哦入网的主机数、上两的人数都在迅速增长。2 0 0 5 年8 月意大利非盈利机构q a a d a l f 公布的统计数据【l 】显示了i n t e r a c t 主机数目持续增长，图1 - ! 给出了从1 9 9 2 年到2 0 0 5 年h 【c m e t 入网主机数的增长曲线。按照平稳的增长方式，可以预 计。到2 0 0 7 年间入网主机总数将达到5 亿台中国互联网信息中心2 0 0 7 年1 月公布的第 十九次中国互联网络发展状况统计报告显示 2 1 ，截至2 0 0 6 年1 2 月，中国的上网计算机总 数己达5 9 4 0 万台，与去年同期相比。增加了9 9 0 万台增长率为2 0 0 ( 如图l 一2 所示) 。 可见中国上网计算机总数始终保持增长态势 4 5 0 4 0 0 3 5 0 3 0 0 2 5 0 2 0 0 1 5 0 1 0 0 5 0 o # ” - 4 女 厂 ； ； ； 1 ； e r 7 | 。 j 甏。 一 - 棠_ ：- 。觚 一，；。奠 擎擎妒霉雩霉擎妒荸妒p9 妒擎 + i n t e r n e t 主机数目( 百万) 圈l ，11 9 9 2 年到2 0 0 5 年全球i n t e r a c t 主机数增长统计( 万) 俘：三茎 l ： i 量兰二二 围l 之西i n i c 历次调查中国上网计算机总数 中宦科学技术大学博士学位论文 与此同时，随着计算机存储技术的发展，磁盘单碟存储容量越来越高，而价格越来越低， 这使得人们能够以很低的价格获得超大容量的存储空间。如今，不从文件备份和商业的角度 考虑，人们完全可以不依赖于i d c ( 互联弼数据中心) 服务器，而将自己惑兴趣的所有的影 像、音乐、软件和文档等内容存储在本机上这种存储模式的转变改变了互联网“内容”所在 的位置。内客正在从“中心走向“边缘”，也就是说内容将不是存在于几个主要的服务器上， 而将存在于每个用户的计算机上。即互联网的存储模式，将由现在的“内容位于中心”模式转 变为“内容位于边缘”模式。 位于网络接入端的计算机除了具有大容量的存储空问外，其c p u 的处理能力也非常的 可观。但是，从中国互联网络信息中心历年来的统计调查结果可以看出用户计算机的使用效 率极低，c p u 大部分对间处于空闲的状态，这无疑是计算资源的巨大浪费，如何有效利用 这些计算资源成为一个热点问题。同时，计算速度每1 8 个月翻一番，网络速度每9 个月翻 一番，差不多每5 年差一个数量级【3 】利用快速发展的网络技术将各种计算资源整合到一 起，从而实现高性能的分布计算和资源的高效利用，其可行性及迫切性已经被广泛认同。伴 随着存储模式、计算机性能及其网络速度的快速增长，互联网的计算模式演变经历了三个阶 段，也即从早期的大型机模式发展到目前使用普遍的客户，且务器模式，以及被看作是下一 代阿络模型的对等模式( p e e r - t o - p e e r m o d e l ) 【5 1 1 0 1 。下面分别对这三种模式做简要的背景 介绍。 1 1 1 1 大型机模式 从1 9 6 9 年计算机网络的诞生到上个世纪8 0 年代个人台式机产生以及大量普及之前。大 型计算机占据主导地位。这些大型机的数目有限且价格昂贵，人们通过终端连接并且使用这 些大型机。我们称以大型机作为标志的计算模型为大型机模式在这种模式下，终端没有处 理能力，只能用于输入数据和显示信息。用户为了对数据进行处理必须和大型机交互。为了 尽可能地使用这种昂贵的计算机，一般采用多个作业集中到一台计算机上的集中处理方式。 从而使主机系统资源得到最大的利用。 该模式的缺点是： 主机负载太重，系统可靠性、可用性主要依赖主机 主机价格过于昂贵： 功能扩展因难： 潜在单点故障等。 1 1 1 2 客户服务器模式 由于大中型计算机价格昂贵，而微型计算机的性能逐步提高和价格的进一步下降，人们 越来越希望用廉价的微型计算机代替大中型计算机系统，让用户的任务在不同的计算机上分 布进行并统一管理。上世纪七八十年代，客户机，服务器模式( c l i e n ts e r v e r ，c s ) 【4 】开始发 展a 在这种模式中，系统分成两大部分服务器和客户机c s 的基本工作方式是客户机 第1 章绪论 发出请求，服务器接收请求并进行分析处理，然后将处理结果返回给客户机( 见图1 - 3 ) 。 从上世纪9 0 年代开始，客户机服务器模式开始流行目前。这种计算模式已经是市场上的 主流。该模式包括客户机，文件服务器、两层c s 、多层c s 以及浏览器服务器等几种类别。 誓尸帆 客户帆 图i - 3c s 模式。客户和服务器有明确分工 在该模式中。客户机具备一定的计算能力，但主要工作还是依赖于服务器来完成。由于 客户机服务器模式将任务分布在多台机器上并行执行，因此系统有更好的性能。 虽然客户机服务器模式克服了主从模式的设备成本高等缺点，但仍存在以下缺点： 由于在c s 模式下，客户机提交请求，服务器同时为多台客户机提供服务并处理 客户机的请求，因此服务器仍是性能瓶颈。 可伸缩性差：服务器的处理能力决定了系统的最大工作负载，而服务器的处理能力 很难有效伸缩 容错性差：服务器易成为单点故漳点 缺乏灵活性：客户和服务器之间的角色分配在设计时就已经决定；系统的功能很难 扩展和升级。 1 1 1 3 对等网络模式 随着计算机处理能力的进一步增强，当前市场上任一台新生产的计算机都可作为服务 器。在这样的背景下，计算模式从客户机月务器模式逐步演变到对等计算模式【5 】- 1 0 1 对 等网络( p e e r - w - p e e r n e t w o r k ，简写p 2 p 网络) ，目前还没有一个明确的定义，其中的每个节 点不是严格的划分为客户机或服务器。对等网络的每个节点既是客户机，又是服务器，还是 路由器( 见图1 4 ) 。p 2 p 网络中的各个节点因为互为服务而共存，而不是依赖与特定的集 中式机制而且，各个节点可以直接交互并可能随时离开对等网络 对等网络的以下特征使之与传统系统相区别： 非中心化( d e c e n t r a l i z a t i o n ) ：网络中的资源和服务分散在所有节点上，信息的传输 和服务的实现都直接在节点之间进行，可以无需中间环节和服务器的介入，避免了可 3 中国科学技术大学博士学位论文 4 能的瓶颈。p 2 p 的非中心化基本特点，带来了其在可扩展性、健壮性等方面的优势 对并佑 图l - 4 对等模型每个节点既是客户又是服务提供节点 可扩展性：在p 2 p 网络中。随着用户的加入，不仅服务的要求增加了，系统整体的 资源和服务能力也在同步地扩充，始终能较容易地满足用户的需要。整个体系是全分 布的，不存在瓶颈，理论上其可扩展性几乎可以认为是无限的。 健壮性：p 2 p 架构天生具有耐攻击、商容镨的优点。由于服务是分散在各个节点之 闻进行的部分节点或网络遭到破坏对其它部分的影响很小。p 2 p 网络一般在部分节点 失效时能够自动调整缒体拓扑，保持其它节点的连通性。p 2 p 网络通常都是以自组织的 方式建立起来的，并允许节点自由地加入和离开。p 2 p 网络还能够根据网络带宽、节点 数、负载等变化不断地做白适应的调整。 商性价比：性能优势是p 2 p 被广泛关注的一个重要原因随着硬件技术的发展，个 人计算机的计算能力和存储能力以及网络带宽等性能依照摩尔定理高速增长。采用p 2 p 架构可以有效地利用互联网中散布的大量普通节点，将计算任务或存储资料分布到所 有节点上利用其中闲置的计算能力或存储空间，达到高性能计算和海量存储的目的。 通过利用网络中的大量空闲资源，可以用更低的成本提供更高的计算和存储能力 隐私保护：在p 2 p 网络中，由于信息的传输分散在各节点之间进行而无需经过某个 集中环节。用户的隐私信息被窃听和泄漏的可能性大大缩小。此外目前解决i n t e m c t 隐私问题主要采用中继转发的技术方法，从而将通信的参与者隐藏在众多的网络实体 之中。在传统的一些匿名通信系统中，实现这一机制依赖于某些中继服务器节点。而 在p 2 p 中，所有参与者都可以提供中继转发的功能。因而大大提商了匿名通讯的灵活 性和可靠性能够为用户提供更好的隐私保护。 负载均衡：p 2 p 网络环境下由于每个节点既是服务器又是客户机。减少了对传统c s 第1 章绪论 结构服务器计算能力、存储能力的要求，同时因为资源分布在多个节点，更好的实现 了整个网络的负载均衡 i i 2 对等网络概念及其分类 对等网络本质上是一种分布式的系统，它没有任何层次化结构或集中式控制点。节点之 间形成了在l m e m e t 阿络之上的自组织覆盖阿络( o v e r l a y n e t w o r k ) 1 1 ，提供了各式各样的特 性，比如鲁棒性的全局路由结构、高效的数据条目搜索、近邻节点的选择、冗余性存储、持 久性、层次化域名、信任和认证、匿名性、巨大的伸缩性和容错性如前所述，对等系统中 节点具有服务使用者、服务提供者以及路由提供者这三重角色，从而超越了客户，服务器系 统提供的服务。它允许其它系统对其资源进行访问并且支持容错性、自组织以及可伸缩性等 特性的资源共享需求。同时，p 2 p 网络并不是在己互联的系统之间进行协作，并且没有稳定 可靠的资源进行共享。 图1 5 抽氖的对等网络功能模型 我们可以把p 2 p 网络模型看成一个扩展到多个层的通信框架，这描述了一个完全分布 式的、协作式的网络设计，其中节点之间构成了一个自组织的系统 1 i 】图1 - 5 描述了一个 抽象p 2 p 网络体系结构，给出了对等网络的组件通信框架。 网络通信层( n e t w o r kc o m m u n i c a t i o n sl a y e r ) 描述了网络层特征。节点的动态性给通 信方式增加了很多难度。 o v e r l a y