Phân loại các mô hình P2P

Các vấn đề hiện đại trong Công nghệ Thông tin Peer-to-Peer Networks

Phan Anh & Nguyễn Đình Nghĩa – ĐHCN - ĐHQGHN 1

Bài 3: Phân loại các mô hình P2P.

4.1 Đặc điểm chung của mô hình Client/Server:

Trong mô hình Client/Server:

+ Máy chủ là nơi cung cấp các dịch vụ, thông tin cho hệ thống chẳng hạn như máy chủ Web, máy chủ cơ sở dữ liệu.

+ Máy khách là máy yêu câu nội dung thông tin, yêu cầu dịch vụ từ máy chủ.

+ Địa chỉ IP của máy chủ phải được cung cấp cho các máy khách, nội dung thông tin chưa trên máy chủ có thể là các file âm thanh, hình ảnh, file cơ sở dữ liệu….

+ Máy khách không cung cấp bất kỳ nội dung hoặc dịch vụ nào để chạy hệ thống.

Hình vẽ dưới đây mô tả hệ thống được xây dựng theo mô hình Client/Server.

Mô hình Client/Server

4.2. Phân loại mạng ngang hàng:

- Mạng ngang hàng có thể được phân loại theo mục đích sử dụng, ví dụ:

Chia sẻ file (file sharing) Điện thoại VoIP (telephony)

Đa phương tiện media streaming (audio, video) Diễn đàn thảo luận (Discussion forums)

- Mạng ngang hàng có thể được phân loại theo mức độ tập trung của mạng (đối với P2P overlay networks).



* Mạng ngang hàng không cấu trúc (unstructured):

o Nơi lưu trữ nội dung (files) hoàn toàn không liên quan gì đến overlay topology (cấu trúc hình học của mạng).

o Kĩ thuật tìm kiếm chủ yếu là sử dụng flooding với các giải thuật tìm kiếm ưu tiên theo chiều rộng (breadth – first), hoặc ưu tiên theo chiều sâu (depth-first) cho đến khi nội dung được tìm thấy. Các kĩ thuật khác phức tạp hơn gồm bước nhảy ngẫu nhiên (random walk) và chỉ số routing (routing indices).

P2P

Unstructured P2P Structured P2P

1st Generation 2nd Generation

Centralized Pure Hybrid DHT based



o Các hệ thống không cấu trúc thường phù hợp trong trường hợp các node ra vào mạng thường xuyên, tùy y.

4.2.1. Đặc điểm hệ thống mạng ngang hàng tập trung (Centralized):

Đây là mạng ngang hàng thế hệ thứ nhất, đặc điểm là vẫn còn dựa trên một máy chủ tìm kiếm trung tâm, chính vì vậy nó còn được gọi là mang ngang hàng tập trung (centralized Peer-to-Peer networks). Cấu trúc Overlay của mạng ngang hàng tập trung có thể được mô tả như một mạng hình sao (hình vẽ 2).

Nguyên tắc hoạt động:

o Mỗi client lưu trữ files định chia sẻ với các node khác trong mạng.

o Một bảng lưu trữ thông tin kết nối của người dùng đăng kí (IP address, connection bandwidth ….).

o Một bảng liệt kê danh sách các files mà mỗi người dùng định chia sẻ (tên file, dung lượng, thời gian tạo file …….)

o Mọi máy tính tham gia mạng được kết nối với máy chủ tìm kiếm trung tâm, các yêu cầu tìm kiếm được gửi tới máy chủ trung tâm phân tích, nếu yêu cầu được giải quyết máy chủ sẽ gửi trả lại địa chỉ IP của máy chứa tài nguyên trong mạng và quá trình truyền file được thực hiện theo đúng cơ chế của mạng ngang hàng, giữa các host với nhau mà không cần quan máy chủ trung tâm.

Ưu điểm:

o Dễ xây dựng.

o Tìm kiếm file nhanh và hiệu quả.

Nhược điểm:

o Vấn đề luật pháp, bản quyền.

o Dễ bị tấn công.

o Cần quản trị (central server).

Napster là mạng ngang hàng đặc trưng cho hệ thống mạng ngang hàng của thế hệ thứ nhất, chúng được dùng cho việc chia sẻ các file giữa các người dùng Internet, được sử dụng rộng rãi, tuy nhiên nhanh chóng bị mất thị trường bởi yếu tố về luật pháp. Khái niệm và kiến trúc của Napster vẫn còn được sử dụng trong các ứng dụng khác như: Audiogalaxy, WinMX.



Mạng ngang hàng tập trung thế hệ thứ nhất (Napster)

Với Napster, việc tìm kiếm file bị thất bại khi bảng tìm kiếm trên máy chủ vì lý do nào đó không thực hiện được. Chỉ có các file truy vấn và việc lưu trữ được phân tán, vì vậy máy chủ đóng vai trò là một nút cổ chai. Khả năng tính toán và lưu trữ của máy chủ tìm kiếm phải tương xứng với số nút mạng trong hệ thống, do đó khả năng mở rộng mạng bị hạn chế rất nhiều.

4.2.2. Các mạng ngang hàng thuần túy (Pure)

Mạng ngang hàng thuần túy là một dạng khác của thế hệ thứ nhất trong hệ thống các mạng ngang hàng. Không còn máy chủ tìm kiếm tập trung như trong mạng Napster, nó khắc phục được vấn đề nút cổ chai trong mô hình tập trung. Tuy nhiên vấn đề tìm kiếm trong mạng ngang hàng thuần túy lại sử dụng cơ chế Flooding, yêu cầu tìm kiếm được gửi cho tất cả các node mạng là láng giềng với nó, điều này làm tăng đáng kể lưu lượng trong mạng. Đây là một yếu điểm của các mạng ngang hàng thuần túy. Các phần mềm tiêu biểu cho mạng ngang hàng dạng này là Gnutella 4.0, FreeNet.

Mạng ngang hàng thuần túy (Gnutella 4.0, FreeNet)

Ưu điểm:

o Dễ xây dựng.

File download query



o Đảm bảo tính phân tán hoàn toàn cho các node tham gia mạng, các node tham gia và rời khỏi mạng một cách tùy ý mà không ảnh hưởng đến cấu trúc của mạng.

Nhược điểm:

o Tốn băng thông.

o Phức tạp trong tìm kiếm.

o Các node có khả năng khác nhau (CPU power, bandwidth, storage) đều có thể phải chịu tải (load) như nhau.

4.2.3. Các mạng ngang hàng lai (Hybrid)

Để khắc phục nhược điểm của mạng ngang hàng thuần túy, một mô hình mang ngang hàng mới được phát triển với tên gọi là mạng ngang hàng lai. Đây được gọi là mạng ngang hàng thế hệ 2. Phần mềm tiêu biểu cho mạng ngang hàng kiểu này là Gnutella 0.6 và JXTA (Juxtapose). JXTA được bắt đầu phát triển bởi SUN từ 2001 (Đây là giao thức P2P mã nguồn mở). JXTA được sử dụng cho PCs, mainframes, cell phones, PDAs – để giao tiếp theo cách không tập trung. Skype cũng được xây dựng dựa trên cấu trúc này.

- Trong mô hình mạng ngang hàng lai tồn tại một trật tự phân cấp bằng việc định nghĩa các Super Peers.

- Các SupperPeer tạo thành một mạng không cấu trúc, có sự khác nhau giữa SupperPeers và ClientPeers trong mạng, mỗi SupperPeer có nhiều kết nối đến các ClientPeers.

- Mỗi SupperPeer chứa một danh sách các file được cung cấp bởi các ClientPeer và địa chỉ IP của chúng vì vậy nó có thể trả lời ngay lập tức các yêu cầu truy vấn từ các ClientPeer gửi tới.

Ưu điểm:

o Hạn chế việc Flooding các query, làm giảm lưu lượng trong mạng, nhưng vẫn tránh được hiện tượng nút cổ chai (do có nhiều SuperPeers).



o Khắc phục được nhược điểm về sự khác nhau về CPU power, bandwidth … ở mạng ngang hàng thuần túy, các SuperPeer sẽ chịu tải chính, các node khác chịu tải nhẹ.

4.2.4. Mạng ngang hàng có cấu trúc (Structured)

o Topo mạng được kiểm soát chặt chẽ.

o Files (hoặc con trỏ trỏ tới files) được đặt ở một vị trí xác định.

o Điều quan trọng đối với những hệ thống có cấu trúc là cung cấp sự liên kết (mapping) giữa nội dung (ví dụ: id của file) và vị trí node (ví dụ: địa chỉ node). Việc này thường dựa trên một cấu trúc dữ liệu bảng băm phân tán (Distributed Hash Table).

- Dựa trên cấu trúc bảng băm phân tán đã có nhiều nghiên cứu và đề xuất ra các mô hình mạng ngang hàng có cấu trúc, điển hình là cấu trúc dạng vòng (như trong hình vẽ mô tả): Chord, Pastry…, và cấu trúc không gian đa chiều: CAN, Viceroy.



Ưu điểm:

o Khả năng mở rộng hệ thống mạng trong mô hình không cấu trúc thường bị hạn chế bởi các kỳ thuật trong việc xây dựng mạng chẳng hạn như: Mô hình tập trung dẫn tới việc thắt nút cổ chai khi mở rộng, kỹ thuật Flooding dẫn tới việc tăng lưu lượng mạng khi mở rộng mạng. Trong khi đó khả năng mở rộng với mô hình mạng có cấu trúc được nâng cao rõ rệt.

Nhược điểm:

o Việc quản lí cấu trúc của topo mạng gặp khó khăn, đặc biệt trong trong trường hợp tỷ lệ vào/ra mạng của các nodes cao.

o Vấn đề cân bằng tải trong mạng.

Documents

Phân loại các mô hình P2P