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P2P模式下的資源定位技術(shù)探究

2012-01-09 03:07:16李瑞興
關(guān)鍵詞:消息服務(wù)器定位

李瑞興

(福州教育學(xué)院 計(jì)算機(jī)系,福建 福州 350108)

P2P模式下的資源定位技術(shù)探究

李瑞興

(福州教育學(xué)院 計(jì)算機(jī)系,福建 福州 350108)

在P2P模式的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中,如何迅速的對(duì)節(jié)點(diǎn)資源進(jìn)行定位和建立連接,是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究的重點(diǎn)之一.針對(duì)P2P混合型模式的資源定位和搜索算法中存在冗余消息等問(wèn)題,通過(guò)算法分析,提出兩種改進(jìn)思路和方法:一是減少查詢的冗余消息;二是查詢到的信息直接發(fā)送給起始的查詢節(jié)點(diǎn).通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn),表明改進(jìn)后的算法,減少了查詢消息冗余和提高了搜索速度.

P2P;搜索算法;RVP;Peer定位

隨著社會(huì)信息化的深入,網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的迅速擴(kuò)大,在網(wǎng)的主機(jī)數(shù)目越來(lái)越多,這就使得網(wǎng)內(nèi)的總資源更加豐富.C/S架構(gòu)是一種重要的互聯(lián)網(wǎng)模式,在該模式下提供信息的角色主要由網(wǎng)內(nèi)的諸多Web服務(wù)器擔(dān)任,這樣的模式有一個(gè)弊端就是整個(gè)Internet網(wǎng)絡(luò)都主要靠?jī)H有的服務(wù)器節(jié)點(diǎn)來(lái)提供服務(wù),造成了許多個(gè)人主機(jī)中的重要資源不能共享,利用率不高.網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)主機(jī)節(jié)點(diǎn)在P2P模式中,扮演著服務(wù)器和被服務(wù)者的雙重角色,所有的節(jié)點(diǎn)權(quán)利和其所處地位都是一樣的,這樣使得每個(gè)節(jié)點(diǎn)上的信息資源利用率大大提高[1].

P2P這種網(wǎng)絡(luò)模型中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)是對(duì)等的關(guān)系[2],具有一樣的處理數(shù)據(jù)和提供服務(wù)能力的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)會(huì)相互協(xié)同,一起承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)中的任務(wù).在該模式下完成任務(wù)是由分布的主機(jī)提供資源和技術(shù),主要任務(wù)涉及:數(shù)據(jù)信息的共享、分布處理和計(jì)算、平臺(tái)信息服務(wù)、節(jié)點(diǎn)間相互協(xié)作和通信等[3].如何迅速的對(duì)節(jié)點(diǎn)資源進(jìn)行定位,同時(shí)能夠確定快捷合理的路徑以建立連接是實(shí)現(xiàn)P2P網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的關(guān)鍵所在.由于在分布式的網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)間關(guān)系無(wú)論在邏輯上還是能力上都是對(duì)等的,所以就削減甚至取消了服務(wù)器的作用.

1 P2P網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)

當(dāng)前主要有三種P2P網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu):分布式的P2P結(jié)構(gòu)、集中式的P2P結(jié)構(gòu)和混合式的P2P結(jié)構(gòu)[4].

1.1 分布式

該模式下的網(wǎng)絡(luò)中僅僅存在對(duì)等的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),中央服務(wù)器不再被采用,所有網(wǎng)路節(jié)點(diǎn)接入網(wǎng)絡(luò)的方式是自行接入,然后再與相鄰的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接.在這種分布式的P2P模式下,節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行資源共享和信息查詢是采用廣播的方式,這就造成了較大的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量,導(dǎo)致進(jìn)行節(jié)點(diǎn)信息定位和資源搜索的速度很慢,響應(yīng)時(shí)間也大大加長(zhǎng).

1.2 集中式

集中式的結(jié)構(gòu)采用的算法是快速搜索,該算法的主要特性是性能高、彈性高、排隊(duì)響應(yīng)所用的時(shí)間較短;該模式靈活性差,過(guò)于依靠中央控制點(diǎn).如果它出現(xiàn)了故障,服務(wù)便會(huì)被迫中斷.在這種模式中,為網(wǎng)絡(luò)中對(duì)等節(jié)點(diǎn)提供主要目錄服務(wù)的是與節(jié)點(diǎn)互相連接的中央目錄服務(wù)器.該模式的工作流程為,首先在目錄服務(wù)器上對(duì)等節(jié)點(diǎn)進(jìn)行自身信息的注冊(cè),要想對(duì)其他的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位或者進(jìn)行相關(guān)信息的查詢,可以訪問(wèn)目錄服務(wù)器獲得消息.

1.3 混合式

這種結(jié)構(gòu)是以上兩種結(jié)構(gòu)的綜合,兼具了查找快速和中心弱化的特點(diǎn).在進(jìn)行資源定位搜索的時(shí)候是分層次進(jìn)行查找的,這樣使得資源的分布情況和它的存儲(chǔ)位置能夠迅速地被鎖定,任務(wù)進(jìn)行排隊(duì)時(shí)間縮短,搜索性能得到了很大的改進(jìn).響應(yīng)時(shí)間也大大減小,網(wǎng)絡(luò)自身的性能和彈性得到提高,主要是歸功于超級(jí)節(jié)點(diǎn)的存在.

該模式下中央服務(wù)器被分布在網(wǎng)絡(luò)中的超級(jí)節(jié)點(diǎn)代替,根據(jù)連接帶寬大小、計(jì)算處理能力強(qiáng)弱、網(wǎng)絡(luò)等待時(shí)間長(zhǎng)短的差異等[5],將節(jié)點(diǎn)劃分為不同的類型.普通節(jié)點(diǎn)是其中一種類型,它和另一種超級(jí)節(jié)點(diǎn)共同組成一個(gè)自治的簇,簇中的節(jié)點(diǎn)分布結(jié)構(gòu)是普通網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)以超級(jí)節(jié)點(diǎn)為中心進(jìn)行圍繞.超級(jí)節(jié)點(diǎn)間相連接的方式是分布式P2P網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),簇內(nèi)采用集中式進(jìn)行連接.

2 P2P資源定位技術(shù)

P2P技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,包括了信息搜索,文件交換,信息資源共享,分布式數(shù)據(jù)處理和計(jì)算,實(shí)時(shí)通信,協(xié)同工作,網(wǎng)絡(luò)游戲開發(fā)等[6].要想實(shí)現(xiàn)以上功能,就要處理好資源定位問(wèn)題,找到合理的搜索定位算法.

信息資源快速定位的常用方法主要是“地址查詢”.網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)資源的定位主要依賴于標(biāo)識(shí)符,其次還要考慮到包含該資源位置的地址指針,二者共同起到了尋位作用.資源信息標(biāo)識(shí)符如表1所示:

表1 標(biāo)識(shí)符說(shuō)明

系統(tǒng)會(huì)將<OID,P>定位信息保存,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)用戶要對(duì)資源進(jìn)行訪問(wèn)的時(shí)候,根據(jù)保存的位置信息,以O(shè)ID為依據(jù)來(lái)對(duì)P進(jìn)行查詢,進(jìn)而達(dá)到了資源的定位.

2.1 集中目錄定位方式

在該定位方式中,資源位置的索引信息集中進(jìn)行記錄,這些信息會(huì)由一個(gè)與服務(wù)器很相似的節(jié)點(diǎn)提供.

1)個(gè)人主機(jī)中資源要與網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)共享時(shí),要先對(duì)自己的資源進(jìn)行注冊(cè),由索引服務(wù)器記錄好注冊(cè)信息,資源位置信息<OID,P>.許多的定位信息保存在索引服務(wù)器中,包括了資源的地址指針列表和位置標(biāo)識(shí)符.

2)網(wǎng)絡(luò)用戶要對(duì)自己所需的資源進(jìn)行查找時(shí),首先進(jìn)行索引服務(wù)器的查詢,查詢依據(jù)是資源標(biāo)識(shí)符,然后服務(wù)器會(huì)將該資源的地址指針?lè)祷?,用戶通過(guò)返回的信息對(duì)資源定位.

3)資源的所在位置定位后,開始在節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)資源的查詢和下載等,此時(shí)索引服務(wù)器是不參與該通信過(guò)程的.如圖1所示,其中雙向箭頭表示資源的下載,單項(xiàng)箭頭表示資源的定位查找.

該種定位方式自身有優(yōu)點(diǎn),但也存在弊端.較為明顯的缺點(diǎn)是:該方式與C/S模式很相似[7],過(guò)于依賴僅有的一些索引服務(wù)器,單點(diǎn)故障造成的影響很大,可擴(kuò)展性較差.該方式的主要優(yōu)點(diǎn)是:實(shí)現(xiàn)容易,方法簡(jiǎn)單.

2.2 泛洪請(qǐng)求的資源定位方式

該模式中是不存在中央服務(wù)器的,用戶發(fā)出的信息和請(qǐng)求主要是借助相互連接的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳遞,節(jié)點(diǎn)收到請(qǐng)求后有兩種處理方式,如果該節(jié)點(diǎn)滿足查詢條件和要求,就會(huì)響應(yīng)請(qǐng)求,如果不能夠滿足發(fā)來(lái)的請(qǐng)求時(shí),就會(huì)將該請(qǐng)求廣播出去,主要是將信息發(fā)送給與自己互相連接的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),這樣的處理方式一直進(jìn)行,直到發(fā)出的請(qǐng)求得到了某個(gè)節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)為止.當(dāng)然廣播也會(huì)使帶寬遭到浪費(fèi),所以限制廣播的跳數(shù)在7~8內(nèi),請(qǐng)求超過(guò)了廣播循環(huán)的有限次數(shù)之后,節(jié)點(diǎn)未對(duì)其響應(yīng),將會(huì)為起始請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)提供信息[8].圖2為該種方式的結(jié)構(gòu)展示:

圖1 集中式結(jié)構(gòu)圖

圖2 泛洪請(qǐng)求模式結(jié)構(gòu)

泛洪的主要代表就是Gnutella協(xié)議,該協(xié)議為了控制傳遞的請(qǐng)求消息數(shù)量的快速增長(zhǎng)制定了很多控制機(jī)制:

1)路徑標(biāo)識(shí)符

為能夠指引返回的通訊消息按照原來(lái)的路線返回并防止消息在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間循環(huán),設(shè)定了路徑標(biāo)識(shí)符.

2)UID消息標(biāo)識(shí)符

消息有時(shí)會(huì)出現(xiàn)重復(fù)的傳播,指多次到達(dá)同一個(gè)節(jié)點(diǎn).為了避免該情況,設(shè)計(jì)了消息的唯一標(biāo)識(shí).

3)消息生存周期

TTL即為消息的生存周期,消息形成的起初為TTL賦予初值.TTL主要目的是為了控制消息的生命周期,從而實(shí)現(xiàn)了消息在網(wǎng)絡(luò)中傳播的實(shí)際時(shí)間,消息中也包含了UID,標(biāo)識(shí)符在各個(gè)消息中是不同的.

以上控制機(jī)制的主要目的是為了確保消息在網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳播的時(shí)候不會(huì)失去控制,從而保證Gnutella網(wǎng)絡(luò)能夠運(yùn)行正常[9].

泛洪請(qǐng)求式的主要缺點(diǎn)是擴(kuò)展性較差,但是也有很多的優(yōu)點(diǎn):可靠性高,在小范圍內(nèi)執(zhí)行的效率比較高.如果較多的超級(jí)節(jié)點(diǎn)在系統(tǒng)中存在的話,帶寬的浪費(fèi)情況可以大大改善.

3 資源定位搜索算法與改進(jìn)

P2P有多種模式,分布型、集中型和混合型等,下面將分析混合型模式的網(wǎng)絡(luò)信息資源定位和搜索算法,找出存在的弊端,提出改進(jìn)策略.要求改進(jìn)的算法兼?zhèn)湓惴ǖ膬?yōu)點(diǎn),而且自身的適應(yīng)性良好,可擴(kuò)展性好,搜索效率高,冗余信息少.改進(jìn)的算法中超級(jí)節(jié)點(diǎn)在處理查詢消息的時(shí)候,是進(jìn)行單次處理,忽略掉其他冗余消息,查詢結(jié)果和反饋信息最終都會(huì)傳遞給起始的信息查詢節(jié)點(diǎn).

3.1 搜索定位算法

實(shí)現(xiàn)搜索定位算法有兩種策略,分別是節(jié)點(diǎn)部分連接的方式和節(jié)點(diǎn)全連接的方式.

3.1.1 節(jié)點(diǎn)間采用不完全連接的方式

超級(jí)節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)稱為RVP,當(dāng)RVP要進(jìn)行消息的查詢和轉(zhuǎn)發(fā)時(shí),只有與起始RVP相鄰的節(jié)點(diǎn)才會(huì)收到消息,然后在本地進(jìn)行查詢,起始RVP接收查詢結(jié)果,而且結(jié)果沿著原路發(fā)送給它.

如圖3所示,中間的超級(jí)節(jié)點(diǎn)RVP A進(jìn)行查詢轉(zhuǎn)發(fā)的時(shí)候僅僅向它的兩個(gè)相鄰RVP發(fā)送了請(qǐng)求信息,回饋信息被原路反向傳送給起始查詢節(jié)點(diǎn).不完全連接的最大弊端就是信息搜索和查詢的速度較慢,與全連接方式相比較它的搜索范圍也相對(duì)較小.該方式削減了信息查詢次數(shù),總體性好,網(wǎng)絡(luò)連接數(shù)也大大減少.

3.1.2 全連接方式

RVP在該種方式下查詢信息或者轉(zhuǎn)發(fā)信息時(shí),會(huì)請(qǐng)求相鄰的RVP,然后它們做出響應(yīng).如圖4所示,以RVP A為中心,它是信息請(qǐng)求的起始節(jié)點(diǎn),與其相鄰的RVP將轉(zhuǎn)發(fā)它的查詢請(qǐng)求信息.接收最終結(jié)果的對(duì)象是起始節(jié)點(diǎn)RVP A,接收請(qǐng)求的RVP一旦搜索到滿足條件的結(jié)果會(huì)將其發(fā)送給最初發(fā)出請(qǐng)求的節(jié)點(diǎn).

3.2 算法改進(jìn)策略

某個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在同一個(gè)路徑進(jìn)行重復(fù)的轉(zhuǎn)發(fā)或?qū)ν粋€(gè)查詢請(qǐng)求進(jìn)行反復(fù)的處理,那么這些被反復(fù)處理的消息就是冗余消息.這造成了較長(zhǎng)的響應(yīng)時(shí)間,導(dǎo)致信息搜索和定位速度減慢,較大的網(wǎng)絡(luò)流量,起始查詢節(jié)點(diǎn)承擔(dān)的任務(wù)加重等問(wèn)題.解決方法如下:

1)查詢消息到達(dá)了超級(jí)節(jié)點(diǎn)之后,如果是消息首次到達(dá),則節(jié)點(diǎn)進(jìn)行本地信息的搜索查詢或者消息的轉(zhuǎn)發(fā),如果消息并非第一次到達(dá)該節(jié)點(diǎn),則超級(jí)節(jié)點(diǎn)不會(huì)對(duì)查詢請(qǐng)求作出反應(yīng),冗余的查詢消息就被很好地避免了.

2)查詢到的信息結(jié)果將不再沿原來(lái)的路線返回到起始查詢節(jié)點(diǎn),而是直接發(fā)送給起始的查詢節(jié)點(diǎn),使得查詢反饋的速度得到很大的提高.

3.3 算法改進(jìn)描述

改進(jìn)后的算法進(jìn)行查詢時(shí)的信息處理過(guò)程方式如圖5所示,描述如下:

圖3 不完全連接方式消息傳遞方式

圖4 全連接方式消息傳遞方式

圖5 改進(jìn)后的查詢請(qǐng)求與轉(zhuǎn)發(fā)方式

1)為了記錄首先到達(dá)節(jié)點(diǎn)的查詢消息,每個(gè)消息設(shè)置一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)符ID,并設(shè)置了一個(gè)查詢消息的目錄表,網(wǎng)絡(luò)中的超級(jí)節(jié)點(diǎn)配有自己的消息記錄表.消息表如表2所示:

表2 消息表概況

2)當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)接收到查詢消息后,以消息信息表為依據(jù)首先對(duì)到達(dá)的查詢信息進(jìn)行判斷,看該RVP是否是首次到達(dá),只有首次到達(dá)的信息才會(huì)在本地進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)和查詢.

3)在本地得到查詢結(jié)果之后,不是將結(jié)果發(fā)給進(jìn)行查詢的超級(jí)節(jié)點(diǎn),而是直接將結(jié)果反饋給起始進(jìn)行查詢的對(duì)等點(diǎn).

4)在圖5中,邊緣節(jié)點(diǎn)peer發(fā)出了查詢請(qǐng)求消息,本地RVP B接收到了該請(qǐng)求,進(jìn)行本地查詢并作出相應(yīng)的處理.但是也可能超級(jí)節(jié)點(diǎn)B查詢失敗或無(wú)結(jié)果,它就會(huì)將收到的查詢請(qǐng)求進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā),只能轉(zhuǎn)給與它相鄰的對(duì)象,最后接收查詢結(jié)果的是邊緣Peer,若某一節(jié)點(diǎn)根據(jù)要求的條件進(jìn)行查詢得到了結(jié)果,就會(huì)將查詢結(jié)果發(fā)送給邊緣Peer.

5)邊緣Peer得到反饋回來(lái)的查詢結(jié)果后,會(huì)將相關(guān)信息發(fā)送給所有的本地RVP.這樣,一樣的查詢請(qǐng)求就不會(huì)重復(fù)出現(xiàn),查詢速度也有很大的提升.

4 實(shí)驗(yàn)仿真分析

采用NS-2網(wǎng)絡(luò)仿真器對(duì)改進(jìn)算法進(jìn)行驗(yàn)證,對(duì)比改進(jìn)前后綜合性能的變化情況.主要的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析對(duì)象是查詢延時(shí)和消息冗余量,這是混合P2P網(wǎng)絡(luò)模式的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo),對(duì)改進(jìn)后的結(jié)果返回和查詢請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)算法進(jìn)行綜合對(duì)比和分析.NS2是一種可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)模擬的軟件,利用gt-itm和packet-level在NS2上建立拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[10].

實(shí)驗(yàn)過(guò)程:

1)對(duì)NS2進(jìn)行安裝,從而進(jìn)行模擬,利用GT-ITM對(duì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行建立.

2)數(shù)據(jù)參數(shù)的修改配置:為了轉(zhuǎn)換gt-itm的輸出形式,從而變成的NS2形式,對(duì)修改文件sgb2ns進(jìn)行編譯之后,將其轉(zhuǎn)移到gt-itm/bin這個(gè)名稱的子目錄下,從而實(shí)現(xiàn)sgb2ns在目錄gt-itm下的正常運(yùn)行.實(shí)驗(yàn)?zāi)M設(shè)備和數(shù)據(jù)參數(shù)如表3所示:

表3 實(shí)驗(yàn)?zāi)M設(shè)備及數(shù)據(jù)參數(shù)配置

在數(shù)據(jù)源的各個(gè)端節(jié)點(diǎn)上,為了能夠產(chǎn)生固定速率的數(shù)據(jù)流,對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬進(jìn)行了相關(guān)設(shè)置,保證了數(shù)據(jù)包能夠有序并高效率地進(jìn)行傳輸.

實(shí)驗(yàn)?zāi)M結(jié)果如圖6和圖7所示,分別是消息冗余和結(jié)果延遲算法改進(jìn)前后的關(guān)系圖對(duì)比.

圖6 跳數(shù)和冗余量的關(guān)系圖

圖7 返回的查詢結(jié)果延遲與跳數(shù)的關(guān)系圖

表4記錄了在延遲時(shí)間和消息冗余方面,算法改進(jìn)前后兩種方式的在網(wǎng)絡(luò)中的最后一跳時(shí)的數(shù)據(jù)信息.

表4 算法改進(jìn)前后的數(shù)據(jù)對(duì)比

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,改進(jìn)后的查詢定位方式不但兼?zhèn)淞嗽瓉?lái)P2P混合模式的許多優(yōu)點(diǎn),還包括了RVP對(duì)來(lái)自同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)查詢請(qǐng)求,只在首次進(jìn)行處理,減少了一半左右的冗余查詢消息.

6 結(jié)論

P2P網(wǎng)絡(luò)模式應(yīng)用有良好的前景,其資源定位與搜索技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的性能有重要的影響.為了迅速的對(duì)節(jié)點(diǎn)資源進(jìn)行定位和建立連接,改進(jìn)搜索定位算法策略,通過(guò)有效減少查詢的冗余消息和查詢到的信息直接發(fā)送給起始的查詢節(jié)點(diǎn)(而不是原路返回),可以提高查詢信息反饋的速度.研究結(jié)果表明,對(duì)于混合P2P模式中存在的消息冗余等問(wèn)題,有較好的改進(jìn)效果.

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The Research to Resource Positioning Technology of P2P Mode

Li Ruixing
(Department of Computer,F(xiàn)uzhou Institute of Education,F(xiàn)uzhou 350108,China)

In the P2P mode network environment,one of the key points to the study of network technology is how to positioning and connecting the node resources.For the problems of P2P hybrid model's resources location and the redundant messages in the search algorithm,this paper provides two kinds of improved ideas and methods.One is reduce the query redundancy messages,and the other is sent the inquired messages directly to the start of the query node.The simulated experiment proved that the improved algorithm reduced the query message redundancy,and improved the search speed.

P2P;search algorithm;RVP;Peer positioning

張麗萍】

1672-2027(2012)03-0077-05

TP393

A

2012-06-28

李瑞興(1962-),男,福建福州人,福州教育學(xué)院高級(jí)講師,從事計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究.

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