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| 关键词搜索：P2P DHT Chord 查找 寻路 IPv6 拓扑 层次化 文件共享 |
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
With the great improvement of PC performance and the fast growth of Internet users, there emerges a vast quantity of computing and storage resources on the Internet edge. P2P (peer-to-peer) technology can be an effective means to harness these resources, which accounts for the fact that P2P applications are becoming more and more popular these days.
In a P2P system, all peers are identical regarding functionality. Unlike the traditional C/S (client/server) model, there are no dedicated servers and peers can directly communicate with each other for data transmission. P2P can solve the problems of single point failure and performance bottle encountered by C/S model.
A fundamental problem that confronts a large-scale P2
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