MỞ ĐẦU Ngày nay, máy tính và mạng Internet đã trở thành một phần không thể thiếu của cuộc sống. Cùng với sự phát triển của Internet băng thông rộng và các thiết bị đa phƣơng tiện cá nhân, nhu cầu chia sẻ thông tin của ngƣời dùng cuối không chỉ dừng lại ở việc gửi và nhận những dòng văn bản, những file dữ liệu có sẵn với kích thƣớc nhỏ thì mô hình mạng truyền thống máy phục vụ/máy khách (Client/Server) ngày càng bộc lộ những điểm yếu của mình. Chi phí duy trì hoạt động của các máy phục vụ ngày càng tốn kém theo độ phức tạp và sự mở rộng của mạng. Không chỉ có vậy, hoạt động của mạng còn bị phụ thuộc chặt chẽ vào trạng thái của máy phục vụ: nếu máy phục vụ gặp sự cố thì toàn bộ hệ thống sẽ bị ảnh hƣởng.
Chính bởi vậy mà mô hình mạng ngang hàng (Peer to Peer hay P2P) ngày càng thu hút sự quan tâm của đông đảo ngƣời dùng, các nhà nghiên cứu mạng và ngay cả của các công ty thƣơng mại lớn. Với ba đặc điểm nổi bật là tận dụng đƣợc tài nguyên của các máy tham gia, giải quyết đƣợc vấn đề điểm chết trung tâm của mô hình máy phục vụ/máy khách, và chi phí xây dựng vận hành thấp; mạng ngang hàng đã mở đƣờng cho rất nhiều nghiên cứu và ứng dụng trong mọi lĩnh vực. Mƣời năm qua đã đánh dấu những bƣớc phát triển lớn của dịch vụ mạng ngang hàng. Từ những hệ thống chia sẻ file đơn giản trong mạng cục bộ Napster (1999) hiện nay BittorenteDonkey, Bittorent… thƣờng cung cấp các file dữ liệu có kích thƣớc hàng trăm MB tới hàng ngàn ngƣời dùng; tới các hệ thống tìm kiếm nội dung, hội thảo qua mạng (video conference, VoIP), và đặc biệt là việc phân bổ các dữ liệu truyền thông đa phƣơng tiện từ một máy tính nguồn tới một lƣợng lớn ngƣời dùng.
Một trong những vấn đề quan trọng nhất để nâng cao chất lƣợng dịch vụ của mạng ngang hàng là tốc độ và hiệu suất truyền tin trong mạng. Có nhiều nghiên cứu về vấn đề này, tuy nhiên trong phạm vi luận văn chúng tôi tập trung vào tầng mạng phủ (overlay network). Để đảm bảo tốc độ truyền tin, cũng nhƣ chất lƣợng dịch vụ thì tầng mạng phủ cần đáp ứng các yêu cầu sau: a. Có cấu trúc: đây là tiền đề cho việc phát triển, xây dựng các thuật toán tìm kiếm tài nguyên trong mạng.
1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Đáng tin tƣởng: Đảm bảo mạng vẫn hoạt động khi có nút tham gia hoặc rời khỏi mạng. Có khả năng mở rộng: Cho phép nhiều nút mạng tham gia mạng đồng thời. Có nhiều đề xuất để giải quyết các yêu cầu trên, trong đó mạng phủ theo mô hình thế giới nhỏ [2],[3],[4],[5] là một trong những giải pháp đƣợc nhiều ngƣời quan tâm.
Các nghiên cứu về mạng thế giới nhỏ đƣa ra các tiêu chí về đánh giá hàng xóm gần hàng xóm xa. Theo các đánh giá [2],[3], hàng xóm gần là những hàng xóm có độ trễ truyền tin thấp. Cách đánh giá này mạng thế giới nhỏ đƣợc xây dựng sẽ có các nhóm nút mạng có tốc độ truyền tin cao liên kết trực tiếp với nhau, giúp tăng hiệu suất truyền tin chung của các nút trong mạng. Tuy nhiên vấn đề đặt ra với phƣơng pháp này là lƣợng thông tin cần thiết để xây dựng và duy trì mạng là lớn, điều đó ảnh hƣởng đến tính hiệu quả và khả năng mở rộng của mạng.
Trong [6] có đề xuất các giải thuật xây dựng mạng ngang hàng, một trong những giải thuật đó là Gocast. Gocast có nhiều điểm tƣơng đồng với cách xây dựng mạng trong [2],[3] hơn nữa giải thuật Gocast còn khắc phục đƣợc một số điểm yếu cho việc xây dựng mạng thế giới nhỏ, nhƣ làm giảm lƣợng thông tin duy trì mạng, khống chế tốt hơn cân bằng bậc của tất các đỉnh trong đồ thị. Ngoài ra Gocast cũng là giải thuật đã đƣợc cài đặt sử dụng trong thực tế. Để khắc phục vấn đề về thông lƣợng yêu cầu duy trì mạng thế giới nhỏ, luận văn nghiên cứu giải thuật kết hợp giữa Gocast và thế giới nhỏ, để tận dụng tính cân bằng bậc ở các nút mạng của Gocast và các điểm mạnh của mô hình thế giới nhỏ.
Giải pháp đã đƣợc thử nhiệm trên môi trƣờng mô phỏng iGridMedia với các tham số thời gian trễ gần giống Internet. Kết quả cho thấy, giải pháp đã đem lại hiệu quả với việc làm giảm thời gian trễ và chi phí truyền thông cho các gói tin điều khiển mạng. Theo đó, hiệu năng và độ trễ trung bình của mạng cũng đƣợc cải thiện. Quá trình nghiên cứu thực hiện và kết quả nghiên cứu đã đƣợc trình bày đầy đủ trong 5 chƣơng của luận văn với nội dung cụ thể sau: Chƣơng 1: Giới thiệu tổng quan về mạng ngang hàng, với các khái niệm cơ bản nhất, cách thức phân loại và các ứng dụng trên mạng ngang hàng, các phƣơng pháp truyền tin trên mạng ngang hàng.
Chƣơng 1 cũng đồng thời giới thiệu về iGridMedia trình giả lập đƣợc chọn để đánh giá chất lƣợng của mạng thế giới nhỏ. 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chƣơng 2: Giới thiệu tổng quan về dịch vụ truyền hình ngang hàng, các yêu cầu với truyền hình ngang hàng. Giới thiệu chi tiết về các lớp mạng phủ đi sâu vào mạng thế giới nhỏ. Chƣơng 3: Các giải thuật xây dựng mạng thế giới nhỏ.
Trình bầy giải thuật cải tiến, kết hợp mạng thế giới nhỏ với giải thuật Gocast nhằm khắc phục điểm yếu về yêu cầu lƣợng thông tin lớn để duy trì mạng thế giới nhỏ theo phƣơng thức truyền thống. Chƣơng 4: Trình bày cách thức thực hiện mô phỏng và sử dụng các kết quả mô phỏng thu đƣợc để so sánh đánh giá tính hiệu quả của giải thuật kết hợp so với giải thuật gốc. Chƣơng 5: Kết luận và các phƣơng hƣớng nghiên cứu trong tƣơng lai. 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chƣơng 1.
Khái niệm mạng ngang hàng Trong quá trình phát triển của mạng máy tính chúng ta đã đƣợc chứng kiến sự phát triển vƣợt bậc của các mô hình mạng, ban đầu chỉ là 2 máy tính kết nối với nhau một cách thuần túy, sau đó là mạng LAN với kết nối vài chục máy tính trong một phạm vi nhỏ. Không chỉ dừng lại ở đó, mô hình mạng ngày càng đƣợc mở rộng cả về tính chất và quy mô thành mạng WAN với hàng nghìn máy tính kết nối với nhau trong một phạm vi lớn hơn. Và cuối cùng là sự ra đời của mạng Internet - vốn đƣợc xem nhƣ là một sự phát triển vĩ đại của ngành công nghệ thông tin nói riêng và của toàn thế giới nói chung. Internet là kho tài nguyên khổng lồ của loài ngƣời với rất nhiều ứng dụng chia sẻ thông tin, mang con ngƣời trên toàn thế giới xích lại gần nhau hơn.
Hiện nay hầu hết các ứng dụng trên mạng Internet đều đƣợc xây dựng theo mô hình Client/Server với các tính năng ƣu việt của nó nhƣ: các máy Client không cần cấu hình mạnh, tiết kiệm đƣợc địa chỉ IP do có thể cấp phát đƣợc địa chỉ IP động, việc bảo trì các phần mềm phục vụ trên Server là tập trung nên rất dễ dàng. Tuy nhiên đổi lại trong các mô hình mạng Client/Server, chi phí đầu tƣ cho các server đó rất lớn. Hệ thống ngày càng lớn thì việc mở rộng đòi hỏi chi phí ngày càng cao cho việc nâng cấp server hoặc thậm chí là phải bổ sung thêm server mới. Mặt khác, nếu các máy server gặp sự cố thì toàn bộ hệ thống sẽ bị ảnh hƣởng thậm chí ngừng hoạt động ngay lập tức.
Ngoài ra mô hình Client/Server cũng không tận dụng đƣợc sức mạnh của các máy client. Chính bởi vậy, để khắc phục các nhƣợc điểm của mô hình Client/Server, cấu trúc mạng ngang hàng (Peer-To-Peer) ra đời, đang ngày càng đƣợc quan tâm và phát triển rộng rãi hơn trong thời gian gần đây. Mạng ngang hàng (Peer-To-Peer network), còn gọi là mạng đồng đẳng, là cấu trúc mạng máy tính trong đó hoạt động của mạng chủ yếu dựa vào khả năng tính toán và băng thông của các máy tham gia chứ không tập trung vào một số nhỏ các server trung tâm nhƣ các mạng thông thƣờng. Mạng ngang hàng hiện có rất nhiều ứng dụng.
Ứng dụng thƣờng xuyên gặp nhất là chia sẻ tệp tin, tất cả các dạng dữ liệu nhƣ văn bản, âm thanh, hình ảnh. hoặc để truyền dữ liệu thời gian thực nhƣ điện thoại VoIP, chia sẻ video thời gian trực, truyền hình trực tuyến… 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Một mạng ngang hàng đúng nghĩa không có khái niệm server và client, nói cách khác, tất cả các máy tham gia đều bình đẳng và đƣợc gọi là peer, có nghĩa là mỗi nút mạng vừa đóng vai trò là client , vừa đóng vai trò là server đối với các máy khác trong mạng. Phân loại mạng ngang hàng Theo mức độ tập trung của mạng ngang hàng, chúng ta có thể phân loại các mạng ngang hàng nhƣ sau. Hệ thống ngang hàng lai ghép Hình 1.
Mạng ngang hàng lai ghép Đây là mạng ngang hàng thế hệ thứ nhất. Các mạng kiểu này đƣợc gọi là mạng ngang hàng lai ghép vì trong mạng vẫn có một hay một số máy chủ trung tâm dùng để lƣu trữ thông tin của các máy trạm thành viên và trả lời các truy vấn. Tuy nhiên, tài nguyên phân phối của mạng không nằm trên máy chủ đó mà nằm trên chính các máy trạm thành viên. Máy chủ trung tâm chỉ có vai trò lƣu trữ thông tin về các máy trạm thành viên và các thông tin tài nguyên đƣợc chia sẻ để có thể sẵn sàng cung cấp các thông tin liên quan mỗi khi có một máy trạm gửi yêu cầu tìm kiếm tới.
Các mạng ngang hàng lai ghép này có thể sử dụng các trạm định tuyến để xác định địa chỉ IP của các máy trạm. 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyên tắc hoạt động: Mỗi client lƣu trữ files định chia sẻ với các nút khác trong mạng. Một bảng lƣu trữ thông tin kết nối của ngƣời dùng đăng kí (IP address, connection bandwidth…). Một bảng liệt kê danh sách các files mà mỗi ngƣời dùng định chia sẻ (tên file, dung lƣợng, thời gian tạo file…).
Mọi máy tính tham gia mạng đƣợc kết nối với máy chủ tìm kiếm trung tâm, các yêu cầu tìm kiếm đƣợc gửi tới máy chủ trung tâm phân tích, nếu yêu cầu đƣợc giải quyết, máy chủ sẽ gửi trả lại địa chỉ IP của máy chứa tài nguyên trong mạng và quá trình truyền file đƣợc thực hiện theo đúng cơ chế của mạng ngang hàng, giữa các host với nhau mà không cần quan máy chủ trung tâm.