Nghiên Cứu Mô Hình Thế Giới Nhỏ Trong Truyền Hình Mạng Ngang Hàng

Khám phá luận văn thạc sĩ về mô hình thế giới nhỏ trong truyền hình mạng ngang hàng, phân tích ứng dụng và tác động trong lĩnh vực truyền thông.

• Tác giả: Vũ Việt Dũng
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Đại Thọ
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Công nghệ thông tin
• Đề tài: Mô Hình Thế Giới Nhỏ Trong Truyền Hình Mạng Ngang Hàng
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 0.1. Khái niệm mạng ngang hàng
• 0.2. Phân loại mạng ngang hàng
• 0.3. Hệ thống ngang hàng lai ghép
• 0.4. Mạng ngang hàng thuần túy (Pure Peer-to-peer System)
• 0.5. Khái niệm về lớp mạng phủ
• 0.6. Mạng ngang hàng thuần túy không có cấu trúc
• 0.7. Mạng ngang hàng có cấu trúc
• 0.8. Phương pháp truyền thông mạng ngang hàng
• 0.8.1. Kéo đẩy xen kẽ
• 0.8.2. Phương pháp truyền thông lan tỏa (gossip protocol)
• 0.9. Giới thiệu về trình giả lập iGridMedia
• 0.9.1. Giới thiệu chung iGridMedia
• 0.9.2. Mô hình hoạt động
• 0.9.3. Kiến trúc chung của trình mô phỏng
• 0.9.4. Cách thức hoạt động
• 0.9.5. Kiến trúc lớp mạng phủ
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. TRUYỀN HÌNH NGANG HÀNG TRÊN MẠNG THẾ GIỚI NHỎ
• 1.1.1. Ứng dụng chia sẻ video, truyền hình trên mạng ngang hàng
• 1.1.2. Các loại mô hình lớp mạng phủ - Overlay Network
• 1.1.2.1. Khái niệm lớp mạng phủ
• 1.1.2.2. Mạng ngẫu nhiên - Random graphs
• 1.1.2.3. Mạng bao đóng – Scale free
• 1.1.2.4. Xây dựng đồ thị bao đóng
• 1.1.2.5. Mạng thế giới nhỏ
• 1.1.2.5.1. Mô tả mạng thế giới nhỏ
• 1.1.2.5.2. Tính chất của mạng thế giới nhỏ
• 1.1.2.6. Ứng dụng mạng thế giới nhỏ
• 1.1.2.7. Đánh giá về các lớp mạng phủ
• 1.1.3. Truyền dữ liệu trong mạng thế giới nhỏ
• 2. CHƯƠNG 2: GIẢI PHÁP XÂY DỰNG MẠNG THẾ GIỚI NHỎ
• 2.1. Xây dựng mô hình lý thuyết
• 2.2. Giải thuật xây dựng mô hình thế giới nhỏ dựa vào xây dựng nhóm
• 2.3. Giải thuật xây dựng mạng thế giới nhỏ dựa trên độ trễ liên kết của các nút mạng
• 2.3.1. Đề xuất giải thuật cải tiến
• 2.3.2. Giải thuật GoCast
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG
• 3.1. Phương thức mô phỏng
• 3.2. Đánh giá về số lượng gói tin điều khiển mạng
• 3.3. Đánh giá về tốc độ truyền nhận thông tin
• 3.4. Đánh giá về thời gian trễ giữa nguồn và các nút trong mạng
• 3.5. Đánh giá khoảng cách trung bình trong mạng
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN & PHƯƠNG HƯỚNG MỞ RỘNG
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC HÌNH ẢNH

Tóm tắt

I. Khái niệm mạng ngang hàng

Mạng ngang hàng (Peer-to-Peer) là một mô hình mạng trong đó các máy tính tham gia đều có vai trò như nhau, không có sự phân chia giữa máy chủ và máy khách. Mô hình này cho phép các máy tính chia sẻ tài nguyên trực tiếp với nhau mà không cần thông qua một máy chủ trung tâm. Mô hình thế giới nhỏ trong mạng ngang hàng đã được nghiên cứu để cải thiện hiệu suất truyền tin và giảm thiểu độ trễ. Theo đó, mạng ngang hàng có thể được phân loại thành hai loại chính: mạng ngang hàng lai ghép và mạng ngang hàng thuần túy. Mạng ngang hàng lai ghép có một số máy chủ trung tâm để lưu trữ thông tin, trong khi mạng ngang hàng thuần túy không có máy chủ trung tâm, tất cả các máy đều bình đẳng. Việc áp dụng công nghệ truyền thông trong mạng ngang hàng đã mở ra nhiều cơ hội cho việc chia sẻ dữ liệu và truyền thông đa phương tiện.

1.1. Phân loại mạng ngang hàng

Mạng ngang hàng có thể được phân loại theo mức độ tập trung. Mạng ngang hàng lai ghép có một số máy chủ trung tâm, trong khi mạng ngang hàng thuần túy không có máy chủ nào. Mạng ngang hàng lai ghép như Napster cho phép người dùng tìm kiếm và chia sẻ tệp tin thông qua một máy chủ trung tâm, nhưng lại dễ bị tấn công và cần quản trị. Ngược lại, mạng ngang hàng thuần túy cho phép người dùng kết nối trực tiếp với nhau, nhưng việc tìm kiếm dữ liệu có thể gặp khó khăn do không có cấu trúc rõ ràng. Việc hiểu rõ các loại mạng ngang hàng này là rất quan trọng để phát triển các ứng dụng hiệu quả trong lĩnh vực nghiên cứu xã hội và nghiên cứu truyền hình.

II. Mô hình thế giới nhỏ trong truyền hình mạng ngang hàng

Mô hình thế giới nhỏ (Small World Network) là một khái niệm quan trọng trong nghiên cứu mạng, đặc biệt là trong lĩnh vực truyền hình mạng ngang hàng. Mô hình này cho phép các nút trong mạng kết nối với nhau một cách hiệu quả, giúp giảm thiểu độ trễ và tăng tốc độ truyền tin. Các nghiên cứu cho thấy rằng mạng thế giới nhỏ có khả năng kết nối nhanh chóng giữa các nút, điều này rất quan trọng trong việc truyền tải video và dữ liệu đa phương tiện. Việc áp dụng mô hình này trong nghiên cứu luận văn thạc sĩ đã chỉ ra rằng nó có thể cải thiện đáng kể hiệu suất của các ứng dụng truyền hình trực tuyến. Mô hình này cũng giúp tối ưu hóa việc sử dụng băng thông và tài nguyên mạng, từ đó nâng cao trải nghiệm người dùng.

2.1. Ứng dụng mạng thế giới nhỏ

Mạng thế giới nhỏ có nhiều ứng dụng trong lĩnh vực truyền hình và chia sẻ video. Các ứng dụng này thường sử dụng các thuật toán để tối ưu hóa việc tìm kiếm và truyền tải dữ liệu. Một trong những ứng dụng nổi bật là iGridMedia, một trình giả lập cho phép mô phỏng và đánh giá hiệu suất của mạng thế giới nhỏ. Việc sử dụng mô hình này giúp cải thiện tốc độ truyền tải và giảm thiểu độ trễ, từ đó nâng cao chất lượng dịch vụ truyền hình. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng mô hình thế giới nhỏ trong mạng ngang hàng có thể tạo ra những cải tiến đáng kể trong việc chia sẻ nội dung đa phương tiện, đồng thời mở ra nhiều cơ hội cho các nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực nghiên cứu khoa học.

III. Giải pháp xây dựng mạng thế giới nhỏ

Để xây dựng mạng thế giới nhỏ, cần có các giải thuật hiệu quả nhằm tối ưu hóa việc kết nối giữa các nút. Giải thuật Gocast là một trong những giải pháp được đề xuất, giúp giảm thiểu lượng thông tin cần thiết để duy trì mạng. Giải thuật này kết hợp giữa mô hình thế giới nhỏ và các phương pháp truyền thông hiện có, nhằm cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của mạng. Việc áp dụng giải thuật này trong thực tế đã cho thấy sự cải thiện rõ rệt về thời gian trễ và chi phí truyền thông. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa mạng thế giới nhỏ không chỉ giúp nâng cao hiệu suất truyền tải mà còn tạo ra những cơ hội mới cho việc phát triển các ứng dụng trong lĩnh vực công nghệ thông tin.

3.1. Đề xuất giải thuật cải tiến

Giải thuật cải tiến được đề xuất nhằm khắc phục những nhược điểm của các giải thuật truyền thống. Giải thuật này không chỉ giảm thiểu lượng thông tin cần thiết để duy trì mạng mà còn cải thiện khả năng mở rộng của mạng. Việc áp dụng giải thuật này trong môi trường mô phỏng iGridMedia đã cho thấy kết quả khả quan, với việc giảm thời gian trễ và chi phí truyền thông cho các gói tin điều khiển mạng. Điều này chứng tỏ rằng việc tối ưu hóa mô hình thế giới nhỏ có thể mang lại lợi ích lớn cho các ứng dụng truyền hình và chia sẻ video, đồng thời mở ra hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực phân tích dữ liệu.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh sự phát triển mạnh mẽ của Internet và các thiết bị đa phương tiện cá nhân, nhu cầu chia sẻ thông tin ngày càng tăng cao, đặc biệt trong lĩnh vực truyền hình mạng ngang hàng (Peer-to-Peer - P2P). Mô hình truyền thống Client/Server đang bộc lộ nhiều hạn chế như chi phí duy trì cao, điểm chết trung tâm và khả năng mở rộng hạn chế. Mạng ngang hàng với đặc điểm tận dụng tài nguyên phân tán, giảm chi phí vận hành và khắc phục điểm chết trung tâm đã trở thành xu hướng nghiên cứu và ứng dụng quan trọng.

Luận văn tập trung nghiên cứu việc sử dụng mô hình mạng thế giới nhỏ (Small-World Network) trong truyền hình mạng ngang hàng nhằm tối ưu hóa hiệu suất truyền tin, giảm độ trễ và chi phí truyền thông. Phạm vi nghiên cứu được thực hiện trên môi trường mô phỏng iGridMedia với các tham số thời gian trễ tương tự Internet thực tế, trong khoảng thời gian nghiên cứu năm 2012 tại Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội. Mục tiêu cụ thể là xây dựng và đánh giá giải thuật kết hợp mô hình thế giới nhỏ với giải thuật Gocast để cải thiện hiệu năng truyền dữ liệu trong mạng ngang hàng.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao chất lượng dịch vụ truyền hình trực tuyến, giảm thiểu chi phí băng thông và tăng khả năng mở rộng mạng ngang hàng, góp phần thúc đẩy ứng dụng công nghệ thông tin trong lĩnh vực truyền thông đa phương tiện.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình mạng máy tính sau:

• Mô hình mạng ngang hàng (Peer-to-Peer Network): Là cấu trúc mạng trong đó các nút (peer) vừa đóng vai trò máy khách vừa là máy chủ, không phụ thuộc vào máy chủ trung tâm. Mạng ngang hàng được phân loại thành mạng lai ghép, mạng thuần túy có cấu trúc và không có cấu trúc.

• Mô hình mạng thế giới nhỏ (Small-World Network): Được định nghĩa bởi Watts và Strogatz, mô hình này có đặc điểm độ phân cụm cao và đường kính mạng nhỏ, giúp giảm độ trễ truyền tin trong mạng. Mạng thế giới nhỏ là sự kết hợp giữa mạng dạng lưới và mạng ngẫu nhiên, tạo ra các liên kết ngắn và dài hợp lý.

• Giải thuật Gocast: Một giải thuật xây dựng mạng thế giới nhỏ cải tiến, giúp giảm lượng thông tin duy trì mạng, cân bằng bậc các nút trong đồ thị và tăng tính ổn định mạng.

• Phương pháp truyền thông kéo đẩy xen kẽ (Pull-Push Hybrid): Kết hợp ưu điểm của phương pháp kéo và đẩy trong truyền dữ liệu, tối ưu hóa băng thông và giảm độ trễ.

• Mô hình lớp mạng phủ (Overlay Network): Lớp mạng xây dựng trên mạng vật lý, đại diện cho các kết nối logic giữa các nút mạng ngang hàng, có thể là mạng ngẫu nhiên, mạng bao đóng (scale-free) hoặc mạng thế giới nhỏ.

Các khái niệm chính bao gồm: độ phân cụm (clustering coefficient), đường kính mạng (network diameter), bậc nút (node degree), liên kết gần và liên kết xa (short and long links), và bảng băm phân tán (Distributed Hash Table - DHT).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp mô phỏng trên nền tảng iGridMedia, một trình giả lập chuyên dụng cho các ứng dụng truyền thông đa phương tiện trên mạng ngang hàng.

• Nguồn dữ liệu: Mô phỏng dựa trên các tham số thực tế về độ trễ, băng thông và cấu trúc mạng Internet, với số lượng nút mạng và các thông số cấu hình được thiết lập phù hợp.

• Phương pháp phân tích: So sánh hiệu năng của giải thuật kết hợp mô hình thế giới nhỏ và Gocast với giải thuật gốc thông qua các chỉ số: số lượng gói tin điều khiển, tốc độ truyền nhận thông tin, thời gian trễ trung bình và khoảng cách trung bình giữa các nút.

• Cỡ mẫu: Mạng mô phỏng với số lượng nút mạng lớn, đủ để phản ánh tính mở rộng và phân cụm của mạng thế giới nhỏ.

• Phương pháp chọn mẫu: Các nút mạng được phân bố theo mô hình thế giới nhỏ với các liên kết gần và xa được xác định dựa trên độ trễ truyền tin.

• Timeline nghiên cứu: Quá trình mô phỏng và đánh giá được thực hiện trong năm 2012, với các bước xây dựng mô hình, cài đặt giải thuật, chạy mô phỏng và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Giảm lượng gói tin điều khiển: Giải thuật kết hợp mô hình thế giới nhỏ và Gocast làm giảm đáng kể số lượng gói tin điều khiển mạng, trung bình giảm khoảng 20-30% so với giải thuật gốc, giúp tiết kiệm băng thông và giảm tải cho mạng.

2. Tăng tốc độ truyền nhận thông tin: Tốc độ truyền nhận dữ liệu được cải thiện rõ rệt, với tốc độ trung bình tăng khoảng 15-25%, nhờ vào cấu trúc mạng phân cụm cao và các liên kết ngắn hiệu quả trong mô hình thế giới nhỏ.

3. Giảm thời gian trễ truyền tin: Thời gian trễ trung bình giữa nguồn và các nút trong mạng giảm khoảng 10-18%, giúp nâng cao chất lượng dịch vụ truyền hình trực tuyến, giảm hiện tượng giật lag và mất gói tin.

4. Giữ khoảng cách trung bình thấp: Khoảng cách trung bình giữa các nút mạng duy trì ở mức thấp, xấp xỉ 6 bước truyền, phù hợp với đặc tính mạng thế giới nhỏ, đảm bảo khả năng mở rộng và độ tin cậy cao.

Thảo luận kết quả

Các kết quả mô phỏng cho thấy việc áp dụng mô hình thế giới nhỏ trong xây dựng lớp mạng phủ mạng ngang hàng giúp tăng hiệu quả truyền thông đáng kể. Đặc tính phân cụm cao của mạng thế giới nhỏ tạo điều kiện thuận lợi cho việc truyền tin nội bộ trong nhóm, giảm tải cho các liên kết xa và giảm độ trễ tổng thể.

So với các nghiên cứu trước đây về mạng ngẫu nhiên và mạng bao đóng, mô hình thế giới nhỏ cân bằng tốt giữa tính phân cụm và độ ngẫu nhiên, giúp mạng vừa có khả năng mở rộng vừa duy trì hiệu suất truyền tin cao. Giải thuật Gocast kết hợp với mô hình này khắc phục được nhược điểm về lượng thông tin duy trì mạng lớn trong các mô hình truyền thống, đồng thời cân bằng bậc các nút mạng, tránh quá tải cho các nút trung tâm.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh số lượng gói tin điều khiển, tốc độ truyền nhận và thời gian trễ giữa các giải thuật, cũng như bảng tổng hợp các chỉ số hiệu năng mạng để minh họa rõ ràng sự cải thiện.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai giải thuật kết hợp mô hình thế giới nhỏ trong các hệ thống truyền hình P2P: Động viên các nhà phát triển ứng dụng truyền hình trực tuyến áp dụng giải thuật này để giảm độ trễ và tăng hiệu suất truyền dữ liệu, ưu tiên trong vòng 12 tháng tới.

2. Tăng cường nghiên cứu và phát triển các thuật toán duy trì mạng ổn định: Đề xuất các giải pháp tự động cập nhật danh sách hàng xóm và tái cấu trúc mạng khi nút tham gia hoặc rời mạng, nhằm nâng cao độ tin cậy và khả năng mở rộng, thực hiện trong 18 tháng.

3. Tối ưu hóa băng thông và chi phí truyền thông: Khuyến khích các nhà cung cấp dịch vụ mạng và ứng dụng P2P áp dụng các kỹ thuật giảm thiểu gói tin điều khiển và cân bằng tải, giúp tiết kiệm tài nguyên mạng, triển khai trong 1 năm.

4. Phát triển mô phỏng và thử nghiệm thực tế: Khuyến nghị mở rộng mô phỏng trên các môi trường thực tế với số lượng nút lớn hơn và đa dạng hơn về thiết bị, nhằm đánh giá toàn diện hiệu quả giải thuật, tiến hành trong 24 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Công nghệ Thông tin: Đặc biệt những người quan tâm đến mạng máy tính, truyền dữ liệu và mạng ngang hàng, giúp hiểu sâu về mô hình thế giới nhỏ và ứng dụng trong truyền hình P2P.

2. Các kỹ sư phát triển phần mềm truyền thông đa phương tiện: Hỗ trợ thiết kế và tối ưu các hệ thống truyền hình trực tuyến, cải thiện hiệu suất và chất lượng dịch vụ.

3. Doanh nghiệp cung cấp dịch vụ Internet và truyền hình: Giúp đánh giá và áp dụng các giải pháp mạng ngang hàng hiệu quả, giảm chi phí hạ tầng và nâng cao trải nghiệm người dùng.

4. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách công nghệ thông tin: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng các chính sách phát triển hạ tầng mạng và ứng dụng truyền thông đa phương tiện trong kỷ nguyên số.

Câu hỏi thường gặp

1. Mô hình thế giới nhỏ là gì và tại sao nó quan trọng trong mạng ngang hàng?
   Mô hình thế giới nhỏ là mạng có độ phân cụm cao và đường kính mạng nhỏ, giúp giảm độ trễ truyền tin và tăng hiệu quả truyền thông trong mạng ngang hàng. Ví dụ, khoảng cách trung bình giữa các nút chỉ khoảng 6 bước truyền, phù hợp với các ứng dụng truyền hình trực tuyến.

2. Giải thuật Gocast có điểm mạnh gì so với các giải thuật truyền thống?
   Gocast giảm lượng thông tin duy trì mạng, cân bằng bậc các nút, giúp mạng ổn định và mở rộng tốt hơn. Nó đã được áp dụng thực tế và cho thấy hiệu quả trong việc giảm chi phí truyền thông và độ trễ.

3. Tại sao phương pháp truyền thông kéo đẩy xen kẽ được sử dụng trong nghiên cứu?
   Phương pháp này kết hợp ưu điểm của kéo và đẩy, giảm lượng băng thông tiêu thụ và tăng tốc độ truyền dữ liệu, phù hợp với các hệ thống truyền thông đa phương tiện thời gian thực như truyền hình trực tuyến.

4. Môi trường mô phỏng iGridMedia có vai trò gì trong nghiên cứu?
   iGridMedia là trình giả lập chuyên dụng cho các ứng dụng truyền thông đa phương tiện trên mạng ngang hàng, cho phép mô phỏng các kịch bản thực tế với tham số tương tự Internet, giúp đánh giá chính xác hiệu năng giải thuật.

5. Giải pháp này có thể áp dụng cho các ứng dụng mạng ngang hàng khác ngoài truyền hình không?
   Có, mô hình và giải thuật có thể mở rộng cho các ứng dụng chia sẻ dữ liệu đa phương tiện khác như hội thảo trực tuyến, VoIP, và chia sẻ file lớn, nhờ khả năng tối ưu hiệu suất truyền tin và giảm độ trễ.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng và đánh giá thành công giải thuật kết hợp mô hình thế giới nhỏ với Gocast, cải thiện hiệu suất truyền dữ liệu trong mạng ngang hàng truyền hình.
• Giải thuật giúp giảm 20-30% lượng gói tin điều khiển, tăng 15-25% tốc độ truyền nhận và giảm 10-18% thời gian trễ trung bình.
• Mạng thế giới nhỏ với đặc tính phân cụm cao và đường kính nhỏ là mô hình phù hợp để xây dựng lớp mạng phủ hiệu quả cho mạng ngang hàng.
• Môi trường mô phỏng iGridMedia cung cấp nền tảng đánh giá thực tiễn, phản ánh chính xác các tham số mạng Internet.
• Đề xuất tiếp tục phát triển các thuật toán duy trì mạng ổn định, mở rộng thử nghiệm thực tế và ứng dụng trong các dịch vụ truyền thông đa phương tiện.

Các nhà nghiên cứu và phát triển ứng dụng truyền hình trực tuyến nên áp dụng và thử nghiệm giải thuật này để nâng cao chất lượng dịch vụ, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng để đáp ứng các yêu cầu ngày càng cao của người dùng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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.

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 z 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. 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 z 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 z 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. Ƣu điểm:  Dễ xây dựng.

 Tìm kiếm file nhanh và hiệu quả. Nhƣợc điểm:  Dễ bị tấn công.  Cần quản trị (central server). Các đại diện cho mạng ngang hàng lai ghép đƣợc biết đến nhiều nhất là Napster và BitTorrent.