Luận văn: Phân bổ luồng truyền thông đa phương tiện ngang hàng theo phương thức kéo đẩy

Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu phân bổ luồng truyền thông đa phương tiện ngang hàng (P2P) theo phương thức kéo đẩy. Giải pháp tối ưu hiệu quả truyền tải.

• Tác giả: Nguyễn Thị Thu Hải
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Đại Thọ
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghệ - Đại Học Quốc Gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Công nghệ thông tin
• Đề tài: Phân bổ luồng truyền thông đa phương tiện ngang hàng theo phương thức kéo đẩy
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2009
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ðOAN.
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ðỒ THỊ
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG NGANG HÀNG
• 1.1. Khái niệm mạng ngang hàng.
• 1.2. Phân loại mạng ngang hàng
• 1.3. Mạng ngang hàng lai ghép
• 1.4. Mạng ngang hàng thuần túy
• 1.5. Mạng ngang hàng thuần túy không có cấu trúc
• 1.6. Mạng ngang hàng thuần túy có cấu trúc
• 1.7. Các ứng dụng trên mạng ngang hàng
• 1.8. Mô phỏng mạng ngang hàng dùng PeerSim
• 1.9. Giới thiệu chung về PeerSim.
• 1.10. Các mô hình mô phỏng trong PeerSim
• 1.11. Các thành phần trong PeerSim
• 1.12. Các lớp trong PeerSim
• 1.13. Quy trình thực thi một mô phỏng
• 2. CHƯƠNG 2: TRUYỀN THÔNG ðA PHƯƠNG TIỆN NGANG HÀNG THEO PHƯƠNG THỨC KÉO ðẨY XEN KẼ
• 2.1. Các mô hình truyền thông ña phương tiện
• 2.2. Mô hình đa phát tầng IP
• 2.3. Mô hình mạng phân bổ nội dung
• 2.4. Mô hình mạng ngang hàng
• 2.5. Tổng quan về các phương thức truyền thông ña phương tiện ngang hàng
• 2.6. Giao thức kéo ñẩy xen kẽ
• 2.7. Mô hình đồng bộ
• 2.8. Mô hình không đồng bộ
• 2.9. Minh họa giao thức kéo ñẩy xen kẽ.
• 3. CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP CẢI TIẾN GIAO THỨC KÉO ðẨY XEN KẼ
• 3.1. Thuật toán cải tiến thứ nhất
• 3.2. Minh họa cho các cải tiến thứ nhất
• 3.3. Thuật toán cải tiến thứ hai
• 3.4. Minh họa cho cải tiến thứ hai
• 4. CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG VÀ ðÁNH GIÁ HIỆU NĂNG
• 4.1. Kịch bản mô phỏng và các tham số ñầu vào.
• 4.2. Các thông số ñánh giá hiệu năng
• 4.3. Cấu hình chương trình mô phỏng
• 4.4. Các kết quả mô phỏng
• 4.5. So sánh trực tiếp hiệu năng của các thuật toán
• 4.6. Đánh giá biến thiên hiệu năng theo kích thước mạng.
• 4.7. Đánh giá biến thiên hiệu năng theo kích thước danh sách hàng xóm
• 4.8. Đánh giá biến thiên hiệu năng theo số lượng mảnh dữ liệu.
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG TIẾP THEO
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• MỞ ðẦU

Tóm tắt

I. Tổng quan Phân bổ Luồng Đa phương tiện P2P Khái niệm cốt lõi

Ngày nay, với sự phát triển của máy tính và Internet, nhu cầu chia sẻ tài nguyên của người dùng mạng ngày càng tăng. Mô hình mạng truyền thống Client/Server bộc lộ những hạn chế về chi phí và độ tin cậy. Mạng ngang hàng (P2P) ra đời nhằm khắc phục những điểm yếu này. Mạng P2P, hay mạng đồng đẳng, dựa vào khả năng tính toán và băng thông của các máy tham gia, thay vì tập trung vào một số máy phục vụ trung tâm. Nó thường được sử dụng để kết nối các máy thông qua kết nối ad-hoc, và có nhiều ứng dụng như chia sẻ tệp tin (văn bản, âm thanh, hình ảnh) và truyền dữ liệu thời gian thực (VoIP). Trong mạng P2P đúng nghĩa, không có máy chủ hay máy khách; tất cả các máy tham gia đều bình đẳng, đóng vai trò đồng thời là máy khách và máy chủ. Có thể phân loại mạng P2P theo mức độ tập trung, bao gồm mạng lai ghép và mạng thuần túy. Mạng lai ghép vẫn có máy chủ trung tâm lưu trữ thông tin, còn mạng thuần túy không có máy chủ trung tâm và các máy trạm có khả năng định tuyến độc lập. Mạng P2P thuần túy có thể có cấu trúc hoặc không có cấu trúc, dựa vào cách liên kết giữa các nút mạng. Các ứng dụng trên mạng P2P rất đa dạng, từ chia sẻ file (Napster, Kazaa, Gnutella) đến các hệ thống trò chuyện trực tuyến (ICQ) và tận dụng khả năng tính toán (Seti@home). Ứng dụng truyền thông đa phương tiện ngang hàng có những đặc điểm riêng biệt. Dữ liệu được sử dụng ngay trong khi đang tải về, đòi hỏi băng thông lớn và độ trễ thấp. Để mô phỏng mạng P2P, có thể sử dụng PeerSim, một bộ mô phỏng mã nguồn mở được viết bằng Java.

1.1. Mạng P2P Đa phương tiện Ưu điểm vượt trội so với Client Server

Mạng Client/Server tuy có ưu điểm như yêu cầu cấu hình máy khách thấp và dễ bảo trì, nhưng chi phí đầu tư cho server rất lớn. Hệ thống càng lớn, chi phí mở rộng càng cao. Nếu server gặp sự cố, toàn bộ hệ thống sẽ bị ảnh hưởng. Mô hình Client/Server cũng không tận dụng được sức mạnh của các máy client. Mạng P2P khắc phục những nhược điểm này, giúp giảm chi phí xây dựng cơ sở hạ tầng, tận dụng tài nguyên của các máy tham gia, và giải quyết vấn đề điểm chết trung tâm. Đặc biệt, khả năng mở rộng của P2P là rất lớn , phù hợp cho các hệ thống phân phối nội dung quy mô lớn. Theo luận văn nghiên cứu, mô hình P2P hướng tới mục đích khắc phục các nhược điểm của mô hình Client/Server và cấu trúc mạng ngang hàng (Peer-To-Peer) đang ngày càng thu hút sự quan tâm và phát triển rộng rãi hơn trong thời gian gần đây.

1.2. Ứng dụng thực tế Từ chia sẻ File đến Streaming trực tiếp P2P

Các ứng dụng trên mạng P2P ngày càng phát triển, từ chia sẻ file (Napster, Kazaa, Gnutella) đến các hệ thống trò chuyện trực tuyến (ICQ). Công nghệ P2P cũng được áp dụng trong các hệ thống tận dụng khả năng tính toán cho mục đích chung (Seti@home). Các ứng dụng truyền thông đa phương tiện ngang hàng có những tính chất hoàn toàn khác. Dữ liệu được sử dụng ngay trong khi đang tải về, đòi hỏi băng thông lớn và độ trễ thấp. Ứng dụng streaming P2P cần đáp ứng yêu cầu nghiêm ngặt về thời gian. Điều này tạo ra những thách thức lớn trong việc thiết kế và triển khai các giao thức truyền thông.

II. Các mô hình Phân phối Nội dung P2P So sánh và Đánh giá

Một thách thức đối với các ứng dụng truyền thông đa phương tiện là cần chuyển phát nội dung liên tục với độ trễ thấp nhất và chất lượng đảm bảo, trong khi kích thước dữ liệu có thể rất lớn. Các ứng dụng truyền thông đa phương tiện có thể chia thành hai loại: theo yêu cầu (Video on Demand) và truyền phát thời gian thực (Live Streams). Truyền phát đa phương tiện theo yêu cầu có sẵn trong thời gian dài, trong khi truyền phát thời gian thực chỉ có sẵn trong một khoảng thời gian nhất định và có kích thước không xác định. Kiến trúc mạng Client/Server gặp nhiều khó khăn trong việc truyền phát thời gian thực do máy chủ phải duy trì kết nối liên tục với mỗi client, gây tốn băng thông và giảm chất lượng. Các kỹ thuật như IP Multicast, Content-Distribution Network (CDN), và các giao thức P2P được sử dụng để khắc phục những điểm yếu này. IP Multicast là giải pháp dựa trên phần cứng, CDN dựa trên hạ tầng mạng, và P2P khai thác tối đa tài nguyên của các máy tính tham gia. IP Multicast giúp chuyển phát dữ liệu nguồn tới nhiều người tiếp nhận cùng lúc mà không làm tốn thêm tải trên các máy nguồn hay máy tiếp nhận. Tuy nhiên, không phải mọi thiết bị định tuyến (router) đều hỗ trợ IP Multicast. Mạng CDN sao chép dữ liệu từ server ban đầu tới nhiều máy tính thay thế khác trong mạng, giúp giảm tải trên các server thật. Tuy nhiên, cách tiếp cận này tương đối đắt đỏ. Trong truyền thông đa phương tiện ngang hàng, một tập con các nút mạng chứa nội dung và phân phối chúng tới các nút mạng tham gia khác. Mô hình này giúp giải quyết phần lớn các vấn đề của các hệ thống truyền thông đa phương tiện trên diện rộng. Tuy nhiên, nó cũng có một vài nhược điểm như độ trễ đầu cuối cao, rủi ro từ các máy trạm tham gia, và khả năng gây ra hiện tượng chậm hoặc mất gói tin. Các giao thức phân phối dữ liệu trong các hệ thống trao đổi file (File Swarming Systems) chia nhỏ các file thành các khối có kích thước cố định (pieces hoặc chunk). Các chunk đảm bảo tải chuyển tiếp giữa các máy tính là thấp nhất và thời gian download nhanh hơn.

2.1. IP Multicast CDN và P2P Lựa chọn tối ưu cho Streaming

IP Multicast là giải pháp tốt về mặt kỹ thuật, nhưng hạn chế về khả năng triển khai rộng rãi. CDN cải thiện hiệu suất nhưng tốn kém. Mạng P2P nổi lên như một giải pháp cân bằng giữa hiệu suất và chi phí, nhưng đi kèm với những thách thức về độ trễ và độ tin cậy. Các giao thức cần được thiết kế để đối phó với những thay đổi liên tục trong mạng P2P.

2.2. Chia nhỏ dữ liệu Chunking Bí quyết cho Streaming P2P hiệu quả

Việc chia nhỏ file thành các chunk nhỏ giúp giảm tải chuyển tiếp và thời gian tải về. Nếu có lỗi xảy ra, chỉ cần tải lại một chunk nhỏ, tiết kiệm tài nguyên. Cách tiếp cận này là nền tảng cho các hệ thống streaming P2P hiện đại , giúp phân phối nội dung hiệu quả và đáng tin cậy.

III. Kéo Đẩy Xen Kẽ P2P Phương pháp phân bổ nội dung độc đáo

Giao thức kéo đẩy xen kẽ là một trong số các giao thức được đề xuất nhằm cải tiến phương pháp kéo đẩy thuần túy ban đầu. Nó kết hợp hai phương thức kéo và đẩy xen kẽ với nhau một cách thông minh, thông qua một chính sách lựa chọn các máy trạm khéo léo mà không cần phải duy trì việc trao đổi thông tin về trạng thái download các mảnh dữ liệu giữa các máy tính với nhau. Xét một hệ thống chỉ có một nguồn phát dữ liệu, trong đó nội dung được phân tách thành các mảnh nhỏ (chunk) và được trao đổi giữa các máy tính trong mạng một cách độc lập. Các mảnh dữ liệu được tạo ra với tốc độ không đổi. Mỗi máy tính trong mạng sẽ thực hiện luân phiên phương thức kéo đẩy và có một tập hữu hạn các máy hàng xóm (contact list). Trong chế độ đẩy, máy trạm P sẽ lựa chọn hàng xóm ngẫu nhiên và đẩy một mảnh dữ liệu tới hàng xóm đó. Nếu máy hàng xóm chưa có mảnh dữ liệu đó và còn trống băng thông, P sẽ đẩy mảnh dữ liệu đó sang. Nếu máy hàng xóm đã chứa mảnh dữ liệu đó hoặc không còn băng thông, việc đẩy sẽ bị hủy bỏ. Trong chế độ kéo, máy trạm P cũng sẽ lựa chọn ngẫu nhiên một máy hàng xóm và gửi yêu cầu dữ liệu cần lấy tới máy đó. Nếu máy hàng xóm đang có chứa mảnh dữ liệu được yêu cầu và hiện tại nó đang không upload dữ liệu nào tới các máy tính khác, nó sẽ chấp nhận yêu cầu kéo dữ liệu từ P, ngược lại, nó sẽ từ chối yêu cầu. Cơ chế lựa chọn mảnh dữ liệu để đẩy đi hoặc kéo về luôn là một yêu cầu quan trọng nhất của thiết kế , đặc biệt trong các hệ thống truyền thông đa phương tiện, khi mà các gói dữ liệu bị giới hạn bởi độ trễ tối đa. Trong chế độ đẩy, máy trạm P sẽ đẩy đi mảnh dữ liệu có số tuần tự cao nhất giữa các mảnh dữ liệu mà P nhận được trong số các dữ liệu được đẩy tới từ các hàng xóm của P. Trong chế độ kéo, ngược lại, P sẽ yêu cầu mảnh dữ liệu có số tuần tự thấp nhất mà máy hàng xóm đang giữ. Mục đích ở đây là có thể lấp đầy các chỗ trống của các mảnh dữ liệu theo số tuần tự.

3.1. Giao thức kéo Pull Chủ động yêu cầu dữ liệu từ Neighbor

Trong phương thức kéo, các máy con đóng vai trò chủ động yêu cầu dữ liệu từ máy cha mà không cần biết máy cha có chứa dữ liệu hay không. Việc trùng lặp dữ liệu không phải là vấn đề lớn, mà vấn đề chủ yếu là khả năng khan hiếm dữ liệu khi một máy con không thể nào tìm thấy bất kỳ máy cha nào có chứa dữ liệu. Phương thức này thường được sử dụng trong các hệ thống swarming không có cấu trúc. Tuy nhiên trong thực tế, các hệ thống đều cho phép các máy tính trao đổi các thông tin với nhau về các khối dữ liệu nó có do đó một mạng kéo thuần túy thường được sử dụng như một mô hình tham chiếu.

3.2. Giao thức đẩy Push Chủ động gửi dữ liệu đến Neighbor

Trong phương thức đẩy, các mảnh dữ liệu được chuyển xuống từ một máy trạm (máy cha) xuống máy trạm khác (máy con) mà không cần thông báo trước với máy con về gói dữ liệu sẽ được chuyển tới. Chính vì vậy, trong các mạng không có cấu trúc hoặc có nhiều máy cha, nhiều mảnh dữ liệu có thể được chuyển tới một máy trạm tại cùng một thời điểm trong khi có những mảnh dữ liệu không bao giờ được chuyển tới máy con do thất lạc trên đường truyền. Phương thức đẩy thường được kết hợp trong các mạng có cấu trúc hình cây.

IV. Cải tiến Giao thức Kéo Đẩy P2P để giảm Độ trễ truyền tải

Trong giao thức kéo đẩy xen kẽ, tại mỗi chu kỳ đẩy, các máy tính luôn lựa chọn đẩy tới một hàng xóm ngẫu nhiên mảnh dữ liệu có số tuần tự lớn nhất mà nó nhận được. Điều này là hợp lý trong phạm vi phân phối dữ liệu nhưng đối với việc áp dụng trong truyền thông đa phương tiện thì vẫn còn nhiều hạn chế. Hạn chế đầu tiên là do các hàng xóm được lựa chọn ngẫu nhiên không theo một phương pháp chung nào nên để tất cả các máy tính trong mạng đều nhận được dữ liệu một cách đầy đủ sẽ mất rất nhiều thời gian. Mặt khác, các mảnh dữ liệu được lựa chọn chuyển tiếp luôn là những mảnh dữ liệu có số tuần tự lớn nhất dẫn tới việc phát sinh các lỗ hổng gói tin. Đối với các ứng dụng truyền thông đa phương tiện thời gian thực yêu cầu độ trễ rất khắt khe thì việc phát sinh nhiều lỗ hổng gói tin sẽ dẫn tới độ trễ truyền thông tăng, chất lượng dịch vụ không đảm bảo. Chính vì vậy, trong phạm vi luận văn này, hướng nghiên cứu chính của chúng tôi là làm cách nào khắc phục tốt nhất các hạn chế kể trên của giao thức kéo đẩy xen kẽ nhằm có thể áp dụng được giao thức kéo đẩy xen kẽ, vốn được áp dụng đầu tiên trong lĩnh vực phân phối dữ liệu ngang hàng, trong các ứng dụng truyền thông đa phương tiện thời gian thực. Để khắc phục được những hạn chế của giao thức, chúng tôi đã cài đặt bổ sung tại mỗi máy tính trong mạng sử dụng giao thức một thuộc tính mới lưu vết trao đổi dữ liệu giữa máy tính đó với các máy hàng xóm của nó. Chúng tôi tạm gọi thuộc tính này là Push_maxID với ý nghĩa là một giá trị lưu trữ số tuần tự lớn nhất của gói tin đã được trao đổi giữa máy tính hiện tại và các máy hàng xóm của nó (trong cả hai chu kỳ kéo và đẩy). Thuộc tính này được tích lũy theo quá trình truyền nhận dữ liệu của máy tính và là cơ sở cho máy tính khi đưa ra quyết định lựa chọn gói dữ liệu cũng như hàng xóm để kéo dữ liệu về hay đẩy dữ liệu tới. Quá trình đưa ra quyết định là một điểm quan trọng trong cài đặt thuật toán. Quyết định kéo đẩy dữ liệu hoàn toàn bị phụ thuộc vào việc lựa chọn hàng xóm trước hay lựa chọn gói tin để chuyển tiếp trước. Chính vì vậy, chúng tôi đã hiện thực hóa đề xuất cải tiến của mình trong hai thuật toán, phụ thuộc vào quyết định lựa chọn hàng xóm trước hay lựa chọn gói tin trước.

4.1. Thuật toán 1 Ưu tiên chọn gói dữ liệu trước sau đó chọn Neighbor

Thuật toán 1 được xây dựng trên cơ sở lựa chọn gói tin kéo đẩy trước sau đó mới lựa chọn hàng xóm dựa trên gói tin được chọn và thuộc tính Push_maxID. Thuật toán 1 sẽ kiểm tra một vòng mảng push_maxID đang lưu trữ tại chính nó để tìm ra hàng xóm có khả năng chứa mảnh dữ liệu nó đang cần tìm kiếm là lớn nhất.

4.2. Thuật toán 2 Ưu tiên chọn Neighbor trước sau đó chọn gói dữ liệu

Thuật toán 2 được xây dựng trên việc lựa chọn hàng xóm trước; sau đó mới lựa chọn gói tin dựa trên hàng xóm đã được chọn và thuộc tính Push_maxID. Trong thuật toán 2, máy tính sẽ lựa chọn ngẫu nhiên một hàng xóm trước, sau đó trên cơ sở hàng xóm được chọn đó sẽ chọn trong số các mảnh dữ liệu nó sở hữu, một mảnh dữ liệu có số tuần tự nhỏ nhất mà hàng xóm đó có thể chưa có để đẩy đi. Lý do chính của việc cài đặt này là nhằm giúp giảm độ trễ truyền thông so với thuật toán kéo đẩy xen kẽ nguyên bản và thuật toán 1.

V. Đánh giá Hiệu năng Kết quả Mô phỏng giao thức P2P cải tiến

Các thuật toán cải tiến được đề xuất chủ yếu nhằm giúp tăng xác suất thành công khi kéo và đẩy dữ liệu một cách có chọn lọc hơn so với thuật toán gốc. Thuật toán cải tiến số 2 được đưa ra để nhằm giúp phân bố đồng đều dữ liệu giữa các máy tính trong mạng với nhau khi lựa chọn mảnh dữ liệu có số tuần tự nhỏ nhất mà máy hàng xóm chưa có để đẩy đi thay vì luôn lựa chọn mảnh dữ liệu có số tuần tự lớn nhất mà nó đang có như trong thuật toán 1 và thuật toán kéo đẩy xen kẽ gốc. Cả hai thuật toán đều đã được chúng tôi cài đặt và thực hiện mô phỏng trên bộ mô phỏng PeerSim, song song với việc cài đặt và chạy mô phỏng giao thức kéo đẩy xen kẽ nguyên bản để có thể so sánh hiệu quả của các đề xuất cải tiến của chúng tôi so với giao thức kéo đẩy xen kẽ nguyên gốc. Kết quả mô phỏng cho thấy cả hai thuật toán đều cải thiện độ trễ so với thuật toán gốc, và thuật toán 2 có xu hướng phân phối dữ liệu đồng đều hơn.

5.1. Thông số Mô phỏng Mạng bất đối xứng và Tốc độ Streaming

Giao thức kéo đẩy xen kẽ cơ bản được trình bày trong tài liệu tham khảo số [19] được xem như một đồ thị ngẫu nhiên với độ sâu k. Mỗi máy trong mạng sẽ lựa chọn cho mình k hàng xóm một cách độc lập với các máy tính khác và không chồng chéo. k hàng xóm đó được lưu trữ thông tin trong một contact list của máy tính. Mỗi máy tính sẽ có một contact list gồm chính xác k hàng xóm và có xác suất để nằm trong contact list của một máy tính khác phân bố theo hàm nhị phân với giá trị trung bình là k. Mạng phủ áp dụng ở đây được xem như là một mạng bất đối xứng.

5.2. Kết quả so sánh Thuật toán cải tiến giúp giảm độ trễ truyền tải

Kết quả cho thấy rằng các thuật toán cải tiến cho phép giảm đáng kể độ trễ truyền thông so với giao thức kéo đẩy xen kẽ nguyên bản. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các ứng dụng truyền thông đa phương tiện thời gian thực, nơi mà độ trễ thấp là yếu tố sống còn. Bên cạnh đó, việc theo dõi số lượng gói tin bị mất cũng rất quan trọng để đánh giá chất lượng dịch vụ.

VI. Kết luận Hướng phát triển cho Truyền thông P2P Đa phương tiện

Nghiên cứu này đã trình bày những cải tiến cho giao thức kéo đẩy xen kẽ, một giao thức P2P tiềm năng cho truyền thông đa phương tiện. Các cải tiến tập trung vào việc giảm độ trễ truyền tải và phân phối dữ liệu hiệu quả hơn. Kết quả mô phỏng cho thấy những cải tiến này mang lại những kết quả hứa hẹn. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều hướng nghiên cứu có thể được khám phá. Các cải tiến giao thức kéo đẩy xen kẽ là hướng nghiên cứu tiềm năng cho các ứng dụng P2P đa phương tiện, giúp mang lại trải nghiệm tốt hơn cho người dùng.

6.1. Tóm tắt đóng góp và các Kết quả đạt được

Đề xuất hai thuật toán cải tiến cho giao thức kéo đẩy xen kẽ. Cài đặt và mô phỏng các thuật toán trên PeerSim. Phân tích và so sánh hiệu năng của các thuật toán. Kết quả cho thấy cải thiện về độ trễ và phân phối dữ liệu.

6.2. Hướng Nghiên cứu tiếp theo và tiềm năng ứng dụng thực tế

Nghiên cứu sâu hơn về các tham số mạng ảnh hưởng đến hiệu năng. Nghiên cứu các thuật toán lựa chọn hàng xóm hiệu quả hơn. Ứng dụng trong các hệ thống streaming thực tế. Tiềm năng ứng dụng rất lớn trong các hệ thống phân phối nội dung quy mô lớn, streaming trực tiếp, và hội nghị trực tuyến.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ MẠNG NGANG HÀNG 1. Khái niệm mạng ngang hàng Trong quá trình phát triển của mạng máy tính chúng ta ñã ñược chứng kiến sự phát triển vượt bậc của các mô hình mạng. Ban ñầu chỉ là 2 máy tính kết nối với nhau một cách thuần túy, sau ñó là mạng LAN với kết nối vài chục máy tính trong một phạm vi nhỏ. Không chỉ dừng lại ở ñó mô hình mạng ngày càng ñược mở rộng cả về tính chất và quy mô thành mạng WAN, PAN với hàng nghìn máy tính kết nối với nhau trong một phạm vi lớn hơn.

Và cuối cùng là sự ra ñời của mạng Internet - vốn ñược xem như một sự phát triển vĩ ñại của ngành công nghệ thông tin nói riêng và của toàn thế giới nói chung. Internet là kho tài nguyên khổng lồ của loài người với rất nhiều ứng dụng chia sẻ thông tin, mang con người trên toàn thế giới xích lại gần nhau hơn. Hiện nay hầu hết các ứng dụng trên mạng Internet ñều ñược xây dựng theo mô hình Client/Server với các tính năng ưu việt của nó như: các máy Client không cần cấu hình mạnh, tiết kiệm ñược ñịa chỉ IP do có thể cấp phát ñược ñịa chỉ IP ñộng, việc bảo trì các phần mềm phục vụ trên Server là tập trung nên rất dễ dàng. Tuy nhiên ñổi lại trong các mô hình mạng Client/Server, chi phí ñầu tư cho các server ñó rất ñắt ñỏ.

Hệ thống ngày càng lớn thì việc mở rộng ñòi 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 hưởng thậm chí ngừng hoạt ñộng ngay lập tức. Ngoài ra mô hình Client/Server cũng không tận dụng ñược sức mạnh của các máy client. Chính bởi vậy, ñể khắc phục các nhược ñiểm của mô hình Client/Server, cấu trúc mang ngang hàng (Peer-To-Peer) ra ñời, ñang ngày càng ñược quan tâm và phát triển rộng rãi hơn trong thời gian gần ñây.

Mạng ngang hàng (Peer-To-Peer network), còn gọi là mạng ñồng ñẳng, là cấu trúc mạng máy tính trong ñó hoạt ñộng 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 máy phục vụ trung tâm như các mạng thông thường. Mạng ngang hàng thường ñược sử dụng ñể kết nối các máy thông qua một lượng kết nối dạng adhoc. Mạng ngang hàng hiện có rất nhiều ứng dụng. Ứng dụng thường xuyên gặp nhất là chia sẻ tệp tin, tất cả các dạng dữ liệu như văn bản, âm thanh, hình ảnh.

hoặc ñể truyền dữ liệu thời gian thực như ñiện thoại VoIP. Một mạng ngang hàng ñúng nghĩa không có khái niệm máy chủ và máy khách, nói cách khác, tất cả các máy tham gia ñều bình ñẳng và ñược gọi là peer, là một nút mạng ñóng vai trò ñồng thời là máy khách và máy chủ ñối với các máy khác trong mạng. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Phân loại mạng ngang hàng Ta có thể phân loại các mạng ngang hàng hiện nay theo tiêu chí về mức ñộ tập trung của chúng như sau: 1.

Mạng ngang hàng lai ghép Hình 1. Mạng ngang hàng lai ghép Gọi là mạng ngang hàng lai ghép vì trong mạng vẫn có một máy chủ trung tâm dùng ñể lưu 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 ñó mà nằm trên chính các máy trạm thành viên. Máy chủ trung tâm chỉ có vai trò lưu trữ thông tin về các máy trạm thành viên và các thông tin tài nguyên ñược chia sẻ ñể 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 ñịnh tuyến ñể xác ñịnh ñia chỉ IP của các máy trạm. Các ñại diện cho mạng ngang hàng lai ghép ñược biết ñến nhiều nhất là Napster và BitTorrent. Mạng ngang hàng thuần túy Khác với mạng ngang hàng lai ghép, mạng ngang hàng thuần túy là một mạng ngang hàng ñúng nghĩa, không có máy chủ trung tâm quản lý mạng, không có bộ ñịnh TIEU LUAN MOI download : [e-mail] 13 tuyến trung tâm. Các máy trạm tham gia mạng có vai trò vừa là máy chủ vừa là máy khách và có khả năng ñịnh tuyến ñộc lập.

Mạng ngang hàng thuần túy Hình 3. Lớp mạng phủ Mạng phủ (Overlay network) ñược xây dựng bên trên một hoặc nhiều mạng vật lý ñang tồn tại, bao gồm tất cả các nút mạng ñại diện cho các máy tham gia và các liên kết giữa các nút mạng này. Một liên kết tồn tại giữa hai nút mạng khi một nút mạng này biết vị trí của nút mạng kia. Dựa vào cấu trúc liên kết giữa các nút mạng trong mạng ta có thể phân loại mạng ngang hàng thuần túy thành 2 loại: có cấu trúc hay không cấu trúc.

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Mạng ngang hàng thuần túy không có cấu trúc Mạng ngang hàng ñược xem là thuần túy không có cấu trúc khi các liên kết giữa các nút mạng trong mạng ñược thiết lập một cách ngẫu nhiên, không theo qui luật nào. Mạng ngang hàng thuần túy không có cấu trúc dễ dàng ñược xây dựng: một máy mới khi muốn tham gia mạng có thể lấy luôn các liên kết có sẵn của một máy khác ñang ở trong mạng và sau ñó dần dần bổ sung thêm các liên kết mới của riêng mình mà không cần bất cứ một thủ tục nào khác. Khi một máy muốn tìm một dữ liệu trong mạng ngang hàng không cấu trúc, yêu cầu tìm kiếm sẽ ñược truyền trên cả mạng ñể tìm ra càng nhiều máy chia sẻ càng tốt.

Nhược ñiểm có thể thấy ngay của hệ thống này là không có gì ñảm bảo việc tìm kiếm sẽ thành công. ðối với việc tìm kiếm các dữ liệu phổ biến ñược chia sẻ trên nhiều máy, tỉ lệ thành công là khá cao, ngược lại, nếu dữ liệu chỉ ñược chia sẻ trên một vài máy thì xác suất tìm thấy là khá nhỏ. Tính chất này là hiển nhiên vì trong mạng ngang hàng không cấu trúc, không có bất kì mối tương quan nào giữa các máy tính và dữ liệu mà mỗi máy tính quản lý trong mạng, do ñó yêu cầu tìm kiếm cần ñược chuyển một cách ngẫu nhiên ñến một số máy trong mạng. Số lượng máy trong mạng càng lớn thì khả năng tìm thấy thông tin càng nhỏ.

Một nhược ñiểm khác của hệ thống này là do không có ñịnh hướng, một yêu cầu tìm kiếm thường ñược chuyển cho một số lượng lớn máy trong mạng làm tiêu tốn một lượng lớn băng thông của mạng, dẫn ñến hiệu quả tìm kiếm chung của mạng thấp. Hầu hết các mạng ngang hàng phổ biến là không cấu trúc như Napster, Gnutella, Fasttrack và eDonkey2000. Mạng ngang hàng thuần túy có cấu trúc ðể khắc phục nhược ñiểm của các mạng ngang hàng không có cấu trúc, mạng ngang hàng có cấu trúc ñược xây dựng bằng cách sử dụng hệ thống DHT (Distributed Hash Table - Bảng Băm Phân Tán). Hệ thống này ñịnh nghĩa liên kết giữa các nút mạng trong mạng ngang hàng theo một thuật toán cụ thể, ñồng thời xác ñịnh chặt chẽ mỗi nút mạng sẽ chịu trách nhiệm ñối với một phần dữ liệu ñược chia sẻ trong mạng.

Với cấu trúc này, khi một máy cần tìm một dữ liệu, nó chỉ cần áp dụng một giao thức chung ñể xác ñịnh nút mạng nào chịu trách nhiệm cho dữ liệu ñó và sau ñó liên lạc trực tiếp ñến nút mạng ñó ñể lấy kết quả. Một số mạng ngang hàng có cấu trúc nổi tiếng bao gồm Chord, CAN, Kademlia, Pastry và Tapestry. Các ứng dụng trên mạng ngang hàng Cùng với sự phát triển của kiến trúc mạng ngang hàng, các ứng dụng trên mạng ngang hàng cũng ngày một phát triển và trở lên phổ biến. Các ứng dụng thường xuyên gặp nhất là các ứng dụng chia sẻ file như Napster [11], Kazaa [8] và Gnutella [18].

TIEU LUAN MOI download : [e-mail] 15 Các dịch vụ âm nhạc của Napster cho thấy công nghệ P2P khá tin cậy, cho phép cung cấp và thiết lập một mạng ngang hàng cỡ lớn với nǎng lực rất mạnh từ các máy tính cá nhân bình thường. Trong khi ñó, Freenet [17] lại nhằm tới mục ñích xây dựng một nơi lưu trữ không tập trung, nơi mà người dùng có thể ñưa lên các thông tin và dữ liệu của bản thân mình lên ñó một cách tự do, không giới hạn. Freenet không có các máy chủ trung tâm và thuật toán tìm kiếm ñược xây dựng sử dụng các bảng băm phân tán. Giao tiếp giữa các nút mạng của Freenet ñều ñược mã hóa và ñịnh tuyến thông qua các nút mạng khác nên sẽ rất khó ñể xác ñịnh ñược nút mạng nào thực sự yêu cầu thông tin và nội dung của nó nhằm ñảm bảo tính nặc danh, tự do, không giới hạn của hệ thống.

Ngoài ra, công nghệ P2P còn ñược áp dụng trong các hệ thống trò chuyện trực tuyến (Instant messaging systems) như ICQ [7], cho phép người dùng trao ñổi thông tin với nhau qua một phương thức P2P lai ghép. Một ứng dụng khác cũng áp dụng khá thành công mô hình mạng ngang hàng là việc tận dụng khả năng tính toán của các máy tham gia mạng cho một mục ñích chung như Seti@home [15] phục vụ cho việc nghiên cứu và tìm kiếm trí tuệ ngoài trái ñất. Các ứng dụng truyền thông ña phương tiện ngang hàng lại có những tính chất hoàn toàn khác với các hệ thống P2P ñược mô tả ở trên. Các dữ liệu ñược chia sẻ trong các hệ thống P2P ở trên hầu hết chỉ có thể ñược mở ra bởi người dùng sau khi toàn bộ dữ liệu ñã ñược download xong trong khi với các dữ liệu ña phương tiện thời gian thực, dữ liệu ñó lại ñược sử dụng, chạy (play) ngay trong khi ñang ñược download về máy trạm.

Mặt khác, nếu dữ liệu trong các hệ thống trò chuyện trực tuyến thường ở dạng text và có kích thước rất nhỏ, chỉ vài Kilobyte, thì dữ liệu của các ứng dụng truyền thông ña phương tiện lại có kích thước rất lớn, có thể lên tới hàng nghìn Kilobytes. Do ñó, các hệ thống truyền thông ña phương tiện thường ñòi hỏi ñặc biệt nhiều băng thông của mạng và bị nhiều ràng buộc về ñộ trễ thời gian ñáp ứng. Mô phỏng mạng ngang hàng dùng PeerSim 1.