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1、华中科技大学 硕士学位论文 一种对等网络文件共享算法仿真与性能分析比较 姓名：刘剑锋 申请学位级别：硕士 专业：通信与信息系统 指导教师：黄佳庆 2011-01-10 I 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 摘摘 要要 本文在基于PDNS扩展开发的对等网络仿真平台上实现了一种对等网络文件共 享系统，在此基础上为系统的某些关键算法模块设计实现了几种不同的策略，并分 别进行了仿真及性能对比分析。目的是为了对比在系统其他局部算法模块一致时， 改变其中某个模块的策略对整个系统性能的影响。本文中主要对比了两大算法模 块：一是数据块选择算法，二是跟踪服务器算法。 数据块选择方面，本文主要实现了
2、三种不同的策略，分别是：稀有优先、随机 优先和分区域优先。跟踪服务器方面，本文在实现传统的随机选择节点列表发给节 点的“随机跟踪服务器”策略的同时还设计实现了一种“智能跟踪服务器”策略。 该策略能够通过带宽匹配帮助系统中的节点找到更多与自己带宽相似的节点，并与 之成为伙伴节点进行数据交换，使得数据交换双方都能获得更好的共享速度。这在 一定程度上改善了系统的公平性。 本文使用了较多的仿真度量指标，主要包括：节点平均下载时间、节点下载时 间分布、原始种子归一化负载、原始种子带宽利用率、节点感兴趣连接数及最后若 干数据块到达时间间隔等。这有利于多角度的比较分析不同策略间的性能差异，丰 富的结果统计图
3、表等能帮助研究人员更快、更直观的找出引起这些差异的原因。 本文通过仿真分析，讨论了对等网络文件共享系统采用不同局部算法模块时的 性能特性、存在的部分不足以及一些简单的改进方式。文中使用的研究方法与研究 成果，为今后的对等网络文件共享算法仿真研究及实际应用提供了重要的参考价 值。 关键词：关键词：对等网络文件共享算法, 仿真分析, 并行分布式网络模拟器 II 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 Abstract This thesis mainly discusses the implementation and the simulation of a P2P network fil
4、e sharing system, which is based on a P2P network simulation platform on PDNS. On this foundation, this thesis designs and implements a few strategies for some key algorithm module, processes parallel simulation to compare and analysis performance of these strategies. The purpose is to learn about h
5、ow the performance of this system is influenced when some factors are changed. We mainly focus on two key algorithm modules of the system. The first one is piece selection policy and the second one is Tracker mechanism. This thesis implements three strategies for piece selection. They are Rarest Fir
6、st policy, Random First policy and Region First policy respectively. Except the traditional random peerlist selection policy, this thesis also implements a new strategy for Tracker mechanism, which is called “Smart Tracker” mechanism. The feature of this mechanism is to help peer find more peers who
7、se bandwidth is the same as it and exchange data to each other. It improves the speed of download and the justice of system in a certain extent. In the process of testing the performance of each strategy, many metrics and parameters have been used to analyse result of simulation: average download ti
8、me, distribution of download time, normalization of seed, utilization of seed, Number of interesting connections, piece inter-arrival time, etc. These parameters help greatly to analyse the differences between different strategies. Meanwhile, large number of charts help researchers more intuitive to
9、 find out the reason of casuing these differences. This thesis implements a P2P network file sharing system and analyses the performance of the system roundly when simulating in different strategies. Given the statistic result of the simulation, partial improvements in the algorithm are made. The me
10、thods and the results presented in this thesis provide important reference to the P2P network file sharing research and application. Key words: P2P network file sharing algorithm, Simulation and Analyzing, Parallel Distributed Network Simulator (PDNS) 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我
11、所知，除文中已标明引用的内容外，本论 文不包含任何其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果。 对本文的研 究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识 到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、 使用学位论文的规定， 即： 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允 许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存和汇编本学位论文。 保 密，在_年解密后适用本授权数。 本论文属
12、于 不保密 （请在以上方框内打“”） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 1 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 绪绪 论论 1.1 课题研究的背景和意义课题研究的背景和意义 对等网络（P2P）是目前互联网技术领域研究的热点之一。美国财富杂志 称其为改变 Internet 发展的四大新技术之一1。顾名思义，对等网络系统中的节点 在逻辑上处于对等的地位，彼此之间可以直接通信，相互交换资源或服务，从而达 到资源共享的目的。在大的热点文件的分发方面，对等网络更能显现出其独特的优 势2。系统中的节点不仅可以从原始种子节点（或服务器）那里下载到文件
13、，同时 又可以互相交换自己下载到的数据块；在帮助自己和对等节点迅速完成下载的同 时，也减轻了对原始种子节点（或服务器）的负载压力3。在传统的集中式客户端/ 服务器系统中，当节点增多的时候，服务器的带宽将会成为瓶颈，因此系统的规模 受到了限制4。而对等网络中的节点能够进行互助服务，当系统规模增大时，系统 中的这种服务能力也随之增大，这使得对等网络系统能够拥有良好的可扩展性5。 目前，对等网络技术已经得到了广泛的应用。在文件共享、流媒体播放、分布 式储存、电子商务、协作系统及深度搜索引擎等各个方面都有相关的应用6。其中， 最初始也是最广泛的应用就是文件共享。从 1999 年 Napster7出现后
14、，越来越多的 对等网络文件共享系统被开发了，其中最为著名的有 Gnutella8、KaZaA9、 FastTrack10、eDonkey11和 BitTorrent12等。现今，相当多的网络用户使用对等网络 技术及相关产品获取和交换资源。中国电信原总工程师韦乐平在“2010 全球宽带通 信及物联网高层论坛”上介绍到：据统计 P2P 和网络视频成为现有互联网流量的主 要增长点， 其中P2P流量占据了高达70%的流量13。 下载的前三位分别是BitTorrent、 迅雷14和电驴15。 1.2 课题来源及研究目的课题来源及研究目的 鉴于对等网络技术已经成为当今网络的热点应用，越来越多的研究机构和公
15、司 对此展开了研究。国外成立了全球网格论坛，专门负责网格计算和 P2P 计算方面的 标准化工作。不少高校也有专门的研究小组在开展各项研究16。而 Microsoft、Sun Intel 和 IBM 公司也纷纷对 P2P 技术进行了研究和开发，并且推出了相关的产品。 国内的学术机构和公司也在 P2P 研发方面有所建树，研发了不少产品。著名的有， 2 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 PPLive17、迅雷、Granary18、Maze19、AnySee20、UUSee21等。 对等网络文件共享作为 P2P 技术最广泛的应用，更是吸引了相当多的机构及公 司对其投入精力。本课题便是华中
16、科技大学与香港某研究院及其下属公司合作开发 的一个横向项目。本课题的目标是实现一种对等网络文件共享系统，在此基础上为 关键的局部算法模块设计实现不同的策略来仿真对比其对对等网络文件共享系统 性能的影响。这一系列的研究结果将为以后的科研项目及对等网络文件共享算法的 实际应用提供重要的参考价值。 1.3 本文内容及组织结构本文内容及组织结构 本文实现了一种类 BitTorrent 的对等网络文件共享系统， 并为其中关键模块 “数 据块选择算法”和“跟踪服务器算法”设计了不同的策略，以检验不同的策略下系 统的性能。文中通过大量的仿真实验分析讨论了不同策略的有效性；同时，通过上 万节点的大规模仿真，验证了系统的健壮性22。 本文接下来的内容共分为四章，其内容安排如下： 第二章，介绍了本文涉及的相关技术背景。包括相关专业术语的简介，本文中 实现的对等网络文件共享算法思想的阐述，以及对仿真平台的介绍。 第三章，阐述了本文中对等网络文件共享算法的设计与实现。首
