摘 要:隨著網(wǎng)絡(luò)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(xiàn)了,但對于任何一個可擴展的P2P網(wǎng)絡(luò)而言,限制帶寬和擴展節(jié)點兩方面取得平衡是一個很重要的需求。本文討論了P2P網(wǎng)絡(luò)資源檢索性能的帶寬可擴展性,對幾種優(yōu)化資源檢索的解決辦法做了分析,并提出了資源優(yōu)先檢索的思想。

關(guān)鍵字:P2P;可擴展性;資源優(yōu)先檢索

1 前言

P2P(peer-to-peer),即對等網(wǎng)絡(luò)或?qū)Φ扔嬎?網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)連接能力、打印機等),這些共享資源通過網(wǎng)絡(luò)提供服務和內(nèi)容,能被其它對等節(jié)點(Peer)直接訪問而無需經(jīng)過中間實體。P2P體現(xiàn)在對等性,它是一種網(wǎng)絡(luò)模型,由大量高度動態(tài)的節(jié)點組成。網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點都是對等的,同時是動態(tài)的,可隨時加入或退出,并具有相同的能力。與傳統(tǒng)的C/S網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的本質(zhì)區(qū)別是,整個網(wǎng)絡(luò)不存在中心節(jié)點。

2 P2P動態(tài)網(wǎng)絡(luò)中對等節(jié)點和資源檢索

讓對等節(jié)點發(fā)現(xiàn)和使用相互提供功能的技術(shù),可能是P2P技術(shù)的最大特點之一,同時也是有別于C/S結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)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(tǒng)將保存起來,當用戶需要訪問該資源時,根據(jù)OID來查詢P,從而進行定位。定位機制有不同的實現(xiàn)方法。按照實現(xiàn)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu),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(jié)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(tǒng)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(jié)點之間直接進行,與索引服務器沒有關(guān)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(jié)點傳遞,這些節(jié)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(jié)點廣播,直到請求得到響應為止(泛洪)。Gnutella是泛洪的經(jīng)典之作,Gnutella協(xié)議設(shè)置了三種機制來控制消息數(shù)量的指數(shù)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(wǎng)絡(luò)中不會被無限制的擴散,從而確保Gnutella網(wǎng)絡(luò)可以正常的運行。

3 P2P動態(tài)網(wǎng)絡(luò)帶寬的可擴展性

對于任何一個可擴展的P2P網(wǎng)絡(luò)而言,限制帶寬和擴展節(jié)點兩方面取得平衡是一個很重要的需求。盡管P2P網(wǎng)絡(luò)具有節(jié)電可擴展的特性,但是隨著節(jié)點擴展,相應的帶寬會被更多的占據(jù)。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(jié)構(gòu)化P2P網(wǎng)絡(luò)中的搜索技術(shù);結(jié)構(gòu)化P2P網(wǎng)絡(luò)中的搜索技術(shù);基于興趣局部性優(yōu)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(wǎng)絡(luò)而言,在連接位于不同地理位置的節(jié)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(yōu)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(nèi)更大范圍內(nèi)的對等節(jié)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(chǎn)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(wǎng)絡(luò)的動態(tài)性,在緩沖陣列發(fā)生較大變化時(這在P2P網(wǎng)絡(luò)中非常常見),原有的URL和代理之間的對應關(guān)系可能發(fā)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(shù)。心跳注冊即每隔一段時間,與對等節(jié)點通信并注冊節(jié)點信息,以便及時更新對等節(jié)點的資源信息。隨著心跳注冊次數(shù)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(yōu)先檢索

對于監(jiān)控到的對等節(jié)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(guān)參數(shù)值可以創(chuàng)建一個關(guān)于主題或資源檢索的優(yōu)先順序列表。對于使用資源的情況,當某些對等節(jié)點具有這些資源的參數(shù)值很高,那么則優(yōu)先查詢這些對等節(jié)點,如果查詢這些優(yōu)先級高的節(jié)點失敗的時候,才需要查詢參數(shù)值較低的節(jié)點。

這種技術(shù)的主要優(yōu)點是:對等節(jié)點組織成對等節(jié)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(jié)點組,使對等節(jié)點對資源的檢索更有效率。此外,對等節(jié)點集群對限制節(jié)點所使用的數(shù)據(jù)包的數(shù)量有著全面的影響,從而對為獲得某個對等節(jié)點所需的特定的響應消息所需的網(wǎng)絡(luò)帶寬有著全局性的影響。缺點是:對參數(shù)值較低的對等節(jié)點利用率較低,浪費一部分可用資源。

TCP協(xié)議主要是提高消息傳輸?shù)目煽啃?那么對于集中目錄式的資源檢索方式,基于TCP協(xié)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(tǒng)的瓶頸也會是系統(tǒng)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(xié)議的。

在泛洪請求式資源檢索定位機制中,由于系統(tǒng)的冗余,任何的一個對等節(jié)點的失效都不會影響到整個網(wǎng)絡(luò),因此UDP協(xié)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(xié)議的檢索消耗了帶寬,加長了信息的等待時間。而且UDP協(xié)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(jié)束語

由于P2P技術(shù)的飛速發(fā)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(yōu)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(shù)內(nèi)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(wǎng)絡(luò)技術(shù)原理與系統(tǒng)開發(fā)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(shù)教研組,中學一級教師,主要研究方向:計算機應用。