对等网络中路由机制及关键技术研究

论文摘要

随着计算机技术以及通信技术的不断发展，以及用户自身存储了越来越多的大量丰富的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接入用户的边缘。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发生了巨大的转变，从传统的基于客户机／服务器（Client／Server，简称C／S）的内容交换模式演变到如今的基于对等模式（Peer-to-Peer，简称P2P）的内容交换模式。 对P2P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。一般来说，P2P指覆盖在Internet之上的重叠网（Overlay Network），系统中的每个节点既是内容的提供者也是内容的消费者，同时还负责路由、转发来自其它节点的消息请求。按照系统中节点拓扑结构组织方式的不同，P2P系统可以分为对拓扑结构没有强制要求的非结构化（Un-Structured）P2P网络和对拓扑结构有着较强组织要求的结构化（Structured）P2P网络。本文的研究集中在结构化P2P网络领域。 大部分结构化P2P网络都基于分布式哈希表（Distributed Hash Tables，DHT）技术，比如著名的Chord、CAN、Pastry、Tapestry等。由于DHT技术在扩展性和容错性等方面表现出来的优点，结构化P2P网络在构建大规模的Internet网络应用时得到较为广泛的应用和研究。但是，如同IPv4协议最初提出时未能考虑到地址不够用的这一设计缺陷，P2P技术发展到现在也暴露出最初设计时忽略的一些问题，其中比较重要的问题包括由于物理网络和重叠网络不匹配而带来的长寻路延时、节点负载不均衡以及语义检索时存在的安全性问题，如何有效的解决这些问题是本论文的研究重点。此外，作为下一代网络标准的IPv6协议已经在国内外得到较为广泛的部署，如何将IPv6和P2P这两种新一代网络技术进行有效的融合也是本论文的研究重点。基于以上的研究背景和研究问题，本论文从DHT技术的基本工作原理出发，通过仿真和分析等手段，创新性的做了如下研究： 文中第三章分析了DHT系统的寻路延时，也即大部分DHT系统中，key的查找请求都能够在O（logN）的应用层跳数内得到响应，其中N是系统中节点个数。但是这个跳数只是应用层上的逻辑跳数，实际它经历的每一跳可能都跨越了多个自治域，从而造成实际寻路延时过大，寻路效率异常低下。这种寻路低效产生的原因在于这些DHT系统在最初的设计时忽略了参与节点在地理上的邻近性，逻辑上邻近的节点在地理上可能相隔多个自治域。我们首先提出了利用IPv6地址前缀进行节点位置聚类的方法。我们注意到不同于IPv4地址，IPv6地址的格式以及其分配策略都具有很强的层次性，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。接着提出了一种构建层次化节点标识符的方案——Chord6。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。最后，从负载均衡的角度出发，提也把节点的

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 图表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究背景
• 1.1.1 互联网模式的演变
• 1.1.2 对等网络概念及其分类
• 1.1.3 对等网络的应用领域
• 1.2 结构化对等网络中面临的研究问题
• 1.2.1 对等网络的拓扑不匹配问题
• 1.2.2 对等网络的负载均衡问题
• 1.2.3 对等网络安全语义检索问题
• 1.3 论文的结构和主要创新点
• 第2章 结构化对等网络路由算法
• 2.1 分布式哈希表DHT
• 2.1.1 哈希表
• 2.1.2 分布式哈希表
• 2.2 结构化对等网络路由算法
• 2.2.1 Chord
• 2.2.2 CAN
• 2.3 DHT平台统一接口
• 2.3.1 统一的结构化P2P网络体系模型
• 2.3.2 节点的具体结构
• 2.4 结束语
• 第3章 基于IPv6的拓扑感知的路由算法
• 3.1 引言
• 3.2 拓扑信息获取技术
• 3.2.1 基于拓扑的节点ID分配
• 3.2.2 Canon:基于地理区域的层次化DHT方案
• 3.2.3 利用AS自治域信息的方案
• 3.2.4 其它的一些方案
• 3.3 IPv6网络的层次化拓扑结构
• 3.4 基于IPv6的具有层次化标识符的DHT
• 3.4.1 Chord6的设计——层次化标识符
• 3.4.2 性能分析与仿真
• 3.5 内嵌式DHT
• 3.5.1 eChord的设计
• 3.5.2 eChord的路由
• 3.5.3 节点的加入和退出
• 3.5.4 性能分析与仿真
• 3.6 结束语
• 第4章 DHT网络中负载均衡算法研究
• 4.1 CAN模型中的负载均衡问题
• 4.1.1 CAN模型中已有的负载均衡解决方案
• 4.1.2 组播法寻找负载最重节点
• 4.1.3 逻辑结构自适应调整
• 4.2 几种有效的负载均衡方法
• 4.2.1 空间均衡划分
• 4.2.2 文件密度划分
• 4.3 性能仿真和分析
• 4.3.1 空间均衡划分的仿真
• 4.3.2 文件存储密度均衡的仿真
• 4.4 结束语
• 第5章 DHT网络中的语义检索模型
• 5.1 引言
• 5.2 相关工作
• 5.2.1 VSM,LSI
• 5.2.2 相关研究
• 5.3 DHT-based P2P中语义网络的安全性分析
• 5.4 SSCAN:基于CAN的安全语义搜索模型
• 5.4.1 使用CAN空间坐标代表语义向量信息
• 5.4.2 语义向量信息的提取和匹配
• 5.4.3 文档的查询
• 5.5 SSCAN网络的性能分析
• 5.5.1 SSCAN网络的安全性
• 5.5.2 SSCAN网络的搜索性能
• 5.6 结束语
• 第6章 基于IPv6和P2P的弹性重叠网开发实现
• 6.1 系统设计目标
• 6.2 系统体系架构设计
• 6.2.1 DHT/RON组网模块设计
• 6.2.2 RON路由优化模块概述及其结构
• 6.3 系统实现
• 6.3.1 自动组网模块设计实现
• 6.3.2 RON模块设计实现
• 6.4 结束语
• 第7章 结束语
• 7.1 本文总结
• 7.2 进一步的工作
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文
• 攻读博士学位期间参加的项目
• 致谢
• 缩略语索引