Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG CHIA SẺ FILE NGANG HÀNG 1. Giới thiệu về mạng ngang hàng (peer to peer – P2P) 1. Khái niệm cơ bản Mạng ngang hàng không phải là một vấn đề hoàn toàn mới. Các máy chủ dịch vụ thư điện tử (Mail servers) hoặc các máy chủ phân giải tên miền (Domain Name Servers) được kết nối với nhau tạo ra một mạng ngang hàng.
Ví dụ như giữa các máy chủ thư điện tử có thể thực hiện tương tác trực tiếp với nhau. Chúng có thể gửi, nhận hoặc chuyển tiếp các email cho nhau. Tuy các dịch vụ thư điện tử hay DNS đã xuất hiện từ lâu trên Internet nhưng khái niệm mạng ngang hàng hay tính toán ngang hàng (P2P – Peer-to-Peer) thì mới được đưa ra gần đây. Mạng ngang hàng là những hệ phân tán với đặc thù là không tồn tại trong nó một cơ cấu điều khiển tập trung hoặc một tổ chức có phân cấp [16].
Trong một hệ thống thuần túy ngang hàng, chương trình chạy trên mỗi điểm nút có vai trò hoàn toàn tương đương và bình đẳng với nhau. Tính chất này đối lập hoàn toàn với kiến trúc client – server truyền thống nơi có một hoặc một số điểm nút chỉ đóng vai trò cung cấp dịch vụ (servers) và các điểm nút còn lại chỉ sử dụng dịch vụ (clients). Lợi điểm rõ rệt nhất của kiến trúc ngang hàng là khả năng tận dụng tốt hơn tài nguyên (xử lý, băng thông, lưu trữ) trong toàn mạng. Bên cạnh đó, kiến trúc này cũng giúp cho dịch vụ mạng tránh khỏi tình trạng ngừng trệ khi server gặp phải trục trặc.
Tuy nhiên mô hình này cũng tồn tại nhược điểm là khó kiểm soát được trạng thái, hành vi của các điểm nút trên toàn mạng. Ngoài ra nó cũng đòi hỏi các máy khi tham gia vào một mạng ngang hàng phải có năng lực xử lý cũng như băng thông gần tương đương như nhau. Không giống như trong kiến trúc client – server, hiệu suất hoạt động chung của mạng ngang hàng có xu hướng tăng lên khi gia tăng số điểm nút tham gia. Hiệu suất này cũng phụ thuộc vào từng ứng dụng mạng cụ thể, vào giao thức ngang hàng và cấu hình mạng (topology).
Đặc điểm của các mạng ngang hàng Các mạng ngang hàng ngày nay thường mang một số đặc trưng phổ biến Trang -3- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Xây dựng ứng dụng dựa trên mạng ngang hàng sau: Z Các điểm nút trong mạng có thể nhận biết lẫn nhau. Nghĩa là có một cơ chế nào đó giúp cho một điểm nút khi tham gia vào mạng có thể xác định một máy khác cũng là thành viên của mạng. Từ đó chúng có thể định vị được nhau, gửi thông điệp tới nhau và nhận thông điệp từ nhau. Z Các điểm nút tạo ra một mạng kết nối ảo và ở một mức trừu tượng cao hơn so với các cơ cấu tổ chức như: tường lửa (firewall), NAT (Network Address Translation), mạng con (subnet).
Mỗi điểm nút có thể nằm trong các mạng con khác nhau, chịu những cơ chế tổ chức, kiểm soát và giới hạn hoàn toàn riêng biệt. Tuy nhiên khi đã tham gia vào mạng, chúng sẽ tổ chức được những mối liên kết logic với nhau thông qua việc sử dụng các dịch vụ hoặc chạy các ứng dụng ở tầng cao hơn so với những cơ chế vừa được nhắc tới. Tạo ra một mạng kết nối logic giữa những điểm nút bị biệt lập hóa trong các mạng riêng biệt chính là ý tưởng xuyên suốt nhất của kiến trúc ngang hàng. Z Mỗi điểm nút tự nó có thể vừa đóng vai trò của client vừa đóng vai trò của server.
Điều này thể hiện rõ vai trò bình đẳng và độc lập của từng điểm nút. Mọi điểm nút vừa có thể cung cấp dịch vụ cho các điểm nút khác vừa có thể sử dụng dịch vụ của một hay nhiều điểm nút còn lại. Z Xuất hiện một số nhóm điểm nút liên kết với nhau để chia sẻ dữ liệu và cộng tác với nhau trong xử lý. Đây là sự tổ hợp lại các điểm nút có những mối liên hệ chặt chẽ và mang tính tương tác gần gũi hơn trong quá trình hoạt động của ứng dụng mạng.
Tiện ích mạng P2P mang lại. Giúp cho người dùng dễ dàng tìm được dữ liệu cần thiết. Tận dụng được tiện ích tổng hợp: Nơi lưu trữ, thông tin và chi phí tính toán được phân phối giữa các PEER, làm các máy tính tham gia vào mạng sẽ dễ dàng có được thông tin yêu cầu. Tăng độ tin cậy.
Chứa đựng rất nhiều thông tin: Trong mạng P2P có rất nhiều các máy tính tham ra vào, bản thân mỗi máy tính đã chứa nhiều thông tin, trong khi đó các công cụ tìm kiếm chỉ có thể nắm bắt được khoảng 20% nội dung của các Website. Trang -4- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Xây dựng ứng dụng dựa trên mạng ngang hàng 1. Những khó khăn trong thiết kế mạng ngang hàng Z Cân đối băng thông: Trong phần lớn các ứng dụng chạy trên mạng ngang hàng, do mỗi điểm nút đều đóng cả hai vai trò: client và server nên tỉ lệ sử dụng băng thông đầu ra (outbound bandwidth) và băng thông đầu vào (inbound bandwidth) tại từng điểm nút là tương đối cân bằng. Tuy nhiên các nhà cung cấp dịch vụ mạng (ISPs) lại thường triển khai các mạng không đối xứng trong đó dành sự ưu tiên cho phần băng thông đầu vào.
Ví dụ một số ISP của các mạng DSL hỗ trợ 1.5Mbps băng thông đầu vào nhưng chỉ có 128Kbps cho băng thông đầu ra. Cho dù băng thông tổng cộng của kết nối vật lý có được mở rộng thì hạ tầng kỹ thuật của các ISP vẫn sẽ chủ yếu hỗ trợ cơ chế bất đối xứng. Giải pháp triệt để cho vấn đề này có thể đến từ sự cộng tác giữa các ISP và khách hàng bằng việc triển khai những thiết bị mạng chuyên dụng. Z Tổ chức không gian tên: Việc đặt tên cho các website được thực hiện thông qua hệ thống phân cấp của dịch vụ phân giải tên miền (DNS).
Tuy nhiên trong các mạng ngang hàng không tồn tại một cơ chế tương tự. Không như các máy chủ dịch vụ web, các điểm nút trong mạng ngang hàng không tồn tại ở trạng thái tĩnh. Thời điểm và khoảng thời gian tham gia vào mạng của mỗi điểm nút cũng ko thể xác định được. Công việc tạo ra một tên (định danh) duy nhất cho các đối tượng, thành phần của mạng phải được thực hiện bởi chính người phát triển ứng dụng và do đó nó phụ thuộc vào đặc thù của từng ứng dụng.
Z Chứng thực và kiểm tra quyền truy cập của người dùng: Nếu tất cả các file đều được đặt trên server thì sẽ dễ dàng hơn trong việc chứng thực người dùng cũng như kiểm tra quyền hạn truy cập của họ đối với dữ liệu. Tuy nhiên do tính chất phân tán của mạng ngang hàng, công việc này phải được thực hiện bởi từng điểm nút. Người phát triển khi muốn xây dựng một ứng dụng ngang hàng hoàn chỉnh cần quan tâm nhiều đến vấn đề bảo mật, chống các hành động xâm nhập trái phép làm ảnh hưởng tới dữ liệu. Z Kiểm soát hành vi của người dùng: Do không thể lưu trữ tập trung thông tin về hành động của các điểm nút nên rất khó kiểm soát được những hành động đó.
Lấy ví dụ trong một mạng chia sẻ file ngang hàng, người dùng có thể thực hiện một trong những hành vi không thực sự phù hợp như sau: e Không chia sẻ bất kỳ file nào trên máy mình. Trang -5- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Xây dựng ứng dụng dựa trên mạng ngang hàng e Chia sẻ các file bị lỗi. e Chia sẻ các file chứa mã nguy hiểm, virus. e Chia sẻ các file mà nội dung của nó chắc chắn không được bất kỳ ai quan tâm.
e Không cho phép các điểm nút khác tải về những file được chia sẻ trên máy mình. Nếu tất cả các điểm nút tham gia đều thực hiện những hành vi tiêu cực như trên thì hoạt động của mạng ngang hàng thực sự không hiệu quả và kém an toàn. Tùy thuộc vào từng ứng dụng cụ thể, người thiết kế và phát triển phải thiết lập những cơ chế kiểm soát hành vi của các điểm nút để bảo đảm rằng chúng thực sự có những đóng góp tích cực cho cộng đồng sử dụng mạng. Phân loại các ứng dụng mạng ngang hàng Các ứng dụng mạng ngang hàng có thể được phân chia thành một số nhóm như sau: Z Chia sẻ file: Gnutella, FastTrack, Napster.
Z Chia sẻ tài nguyên phân tán: SETI@Home, Avaki, Entropia và các dự án tính toán lưới. Z Phân phối nội dung: OpenCola, Blue Falcon Networks, Konitiki. Z Truyền thông P2P: AOL Instant Messenger, Yahoo! Messenger, ICQ, Jabber. Z Các ứng dụng cộng tác: Hive, Groove, myJXTA.
Mô hình mạng P2P 1. Mô hình tập trung Mô tả: Mạng tập trung bao gồm Server trung tâm và xung quanh Server là các máy Clients. Có 2 mô hình mạng tập trung: Single Centralized: Trong mô hình này các máy Client sẽ kết nối trực tiếp với 1 Server duy nhất. Trong mô hình này tất cả các Client là bình đẳng như nhau, các Client giao tiếp với nhau thông qua Server trung tâm.
Trang -6- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Xây dựng ứng dụng dựa trên mạng ngang hàng Hình 1: Mô hình mạng tập trung. Cơ chế hoạt động của mô hình mạng Single Centralized: Mỗi khi một Client trong mạng yêu cầu một file nào đó thì yêu cầu sẽ được gửi đến Server, Server nhận yêu cầu và xử lý yêu cầu, nếu trong database của Server có thông tin về file đó, nó sẽ thông báo cho Client, sau đó bên có và bên xin để bắt đầu quá trình download. Ưu điểm của mô hình Single Centralized: Khả năng xử lý thông tin nhanh chóng, đáng tin cậy, thời gian tìm kiếm thông tin nhanh chóng và chính xác. Nhược điểm: Có thể khi có quá nhiều các yêu cầu của Client đồng loạt được gửi đến Server sẽ gây nên tình trạng quá tải của Server, khiến cho tốc độ hoạt động trung bình của hệ thống bị giảm sút.
Hơn nữa khi Server trung tâm bị hỏng thì toàn bộ hệ thống sẽ ngừng hoạt động. Multiple Mini Centralized: Bao gồm nhiều Server kết nối với nhau, mỗi Server kết nối với nhiều Client. Một Client thì kết nối duy nhất với một Server, một Server sẽ kết nối với nhiều Client. Các Server có thể trao đổi thông điệp với nhau.
Trang -7- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Xây dựng ứng dụng dựa trên mạng ngang hàng Hình 2: Mô hình mạng Multiple Mini – Centralized. Cơ chế hoạt động của mô hình mạng Multiple Mini – Centralized: Khi một Client yêu cầu file, nó sẽ gửi yêu cầu đến Server mà nó kết nối trực tiếp.