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1、 硕士学位论文论文题目内容寻址网络性能的优化及内容的有效定位研究生姓名导师姓名 教授专业 通信与信息系统论文完成时间 2005 年 5 月中国科学技术大学硕士学位论文 摘 要i摘 要目前互联网主要技术模式是 Client/Server(C/S)，即客户服务器模式。但是随着网络规模的扩大，尤其是 Web 技术的发展使得许多 Web 服务器成为信息的主要提供源，也就使得整个 Internet 系统依附于这些少量的服务器节点，从而限定了系统的应用模式，也引发了一些问题：服务器的负担太重，难以管理大量的客户机，系统的性能容易变坏；当流量增加时，容易在服务器处产生瓶颈；在服务器端对应用程序的微小修改，都
2、有可能导致所有客户端程序的重新安装；并且只有少数服务器被充分的利用，而其他很多机器上的资源都被浪费了。1999 年，第一种 P2P(Peer to Peer)文件共享服务 Napster 出现了。Napster 允许每个终端用户（称为 Peer）与别的终端用户通过 Internet 共享存储在本地机器里的 MP3 音乐。在短短一年以内，Napster 的用户数就达到了 5000 万。 三年后，尽管 Napster 被关闭，但是文件共享服务仍然在戏剧性的增长。P2P 网络结构的低成本、大众化资源和不依赖于任何中心设施的分布式特点使得它优于现在的 C/S 模式。这些特点使得 P2P 能够支持 C/
3、S 模式不能够实现的快速、低成本的大规模可升级应用。P2P 的两个关键问题是查询内容的定位和实际的文件下载 。P2P 系统中文件的分布式存储使得文件的传输具有可升级性，但困难在于查找所需文件所在的 Peer，本文重点就是解决这个问题。也就是说，给定一个文件标识符，如何获得拥有该文件的 Peer 的 IP 地址？理想情况下，解决办法必须对千百万用户来说是可升级的，能快速查找到文件，而且在有节点频繁加入和离开时能够保持鲁棒性。作为一种解决办法，本文介绍了内容寻址网络（Content Addressable Network:CAN）的概念。CAN 利用 分布式哈希表（Distributed Hash
4、 Table:DHT）实现了文件信息和存放位置的有效映射 ，具有完全自组织和分布式的结构（不需要任何形式的中心控制、协调或配置） ，并且有良好的可扩展性（节点只维护少量的控制状态，与系统中的节点数无关）和容错性（节点失效后仍可通过别的路由路径寻路） 。在本实验室组织的国家自然科学基金项目（预研） 基于 IPv6 和 P2P 技术的大规模信息共享系统关键技术研究中，作者主要负责 CAN 的研究。两年来，作者查阅了大量的P2P 特别是 CAN 的相关资料，设计了仿真平台，对 CAN 的性能进行了大量仿真，并提出了一些有一定价值的改进措施。在本论文的第一章中，首先对现行网络中的 C/S 模式的特点进
5、行了介绍；然后描述了P2P 的出现过程，P2P 模式与 C/S 模式的比较，P2P 的基本结构与分类；最后对 CAN 进行了简介。在第二章中，介绍了几种 DHT 系统的比较，CAN 的网络架构和基本工作原理，特别对 CAN 中的节点加入、信息的插入和获取、节点离开后区间的合并与接管进行了详细的叙述，并对部分性能进行了仿真。第三章是本文的一个重点。描述了 CAN 的几种性能优化措施，多维坐标空间、多reality 结构、多节点共享一个区域等措施都很大程度上提高了 CAN 的性能。本章重点描述了空间均衡划分、文件均匀分布、 “Hotspot”节点负载分担等负载均衡的方法。本章另一个重点是低延时路由
6、，重点描述了节点加入时把逻辑结构与物理网络结合起来、逻辑结构自适应调整、利用 Ipv6 实现逻辑结构与物理网络的匹配等降低路由延时的方法。第四章是本文的另一个重点，提出了 CAN 中内容有效定位的几种方法。最大面积寻路、修改邻居表沿对角线寻路、给 CAN 增加查找邻居表、利用 Ipv6 实现层次化 CAN、基于最小距离和快捷链接的内容定位等措施很大程度上优化了 CAN 的性能，使 CAN 中内容中国科学技术大学硕士学位论文 摘 要ii的定位更快捷有效。仿真结果也证明了这一点。第五章介绍了 P2P 的应用，重点介绍了 CAN 的应用。第六章介绍了作者用 VC+6.0 设计的 P2P 仿真平台。本
7、论文创新点如下：1、用 VC+6.0 设计了 P2P 仿真平台，该平台不仅对本文的完成作出了较大贡献，而且给其它研究 P2P 的人员提供了方便的仿真工具。2、提出了利用 Ipv6 实现逻辑结构和物理网络匹配降低路由延时的方法以及利用 Ipv6实现层次化 CAN。3、提出了最大面积寻路、修改邻居表沿对角线寻路、基于最小距离和快捷链接的内容定位等 CAN 中内容有效定位的措施。关键词：P2P, CAN, 负载均衡, 低延时路由, 最大面积寻路, 对角线寻路, 给 CAN 增加查找邻居表，层次化结构, 基于最小距离和快捷链接的内容定位, 基于 CAN 的组播AbstractiiiAbstractNo
8、wadays, the main technology mode of the internet is Client/Server.Whereas, some problems have appeared with the increase of the network scale.To resolve these problems,P2P has appeared.In 1999,the first “Peer_to_Peer”or P2P file-sharing application-Napster was launched.Napster allowed individual end
9、-users(called peers) to share the MP3 music stored on their local computers directly with one another over the internet.Within one year,Napster had grown to a user population of over 50 million users.After three years,despite the closure of Napster,the phenomenon of file-sharing continued its dramat
10、ic growth.The P2P architecture with its use of low-cost,grass-roots resoures and its decentralized nature that does not rely on any form of centrally managed infrastructure，represents a significant departure from the C/S architecture.These unique characteristics,allow P2P systems to support the rapi
11、d and low-cost deployment of powerful large-scale applications that would not be possible with the current C/S architecture.There are two key pieces to a P2P system:the lookup mechanism used to locate the desired files and the actual files download.The decentralized storage in P2P systems makes the
12、file transfer process scalable,but the trouble is how to find the peer which has the desired files.To resolve this problem is the emphases of this paper.I.e,given a file identifier key ,how can we find the peer holding the desired files?Ideally,a solution to this problem must be scalable,must find f
13、iles quickly,and must be resilient to the frequent arrival and departure of peers.The concept of CAN (Content Addressable Network) is given in this paper.CAN maps “keys ”onto “values”through the DHT(Distributed Hash Table).CAN is completely distributed(requiring no form of centralized control,coordi
14、nation or configuration) ,scalable(nodes maintain only a small amount of control state that is independent of the number of nodes in the system),and fault-tolerant(nodes can route around failures).In the important Natural Science of Foundation of China project “The study of the key technology of lar
15、ge scale knowledge-sharing system based on P2P and IPv6”, the author is responsible for the research of CAN. In these years,the author has refered many datums about P2P,specially CAN,and designed a simulation platform.Author proposes many valuable measures to improve the performance of CAN.In the Ch
16、apter 1 of this paper, the author first illustrates the characteristics of C/S,then describes the evolution of P2P,the comparison between C/S and P2P,the categories of P2P,and the basic architecture of P2P.At the end ,the brief introduction of CAN is given.In Chapter 2, the author introduces some systems based on DHT,explains the basic architecture and the princ
