一种对等网络文件共享算法仿真与性能研究比较-simulation and performance comparison of a peer-to-peer network file sharing algorithm.docxVIP

1绪论1.1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，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、协作系统及深度有哪些信誉好的足球投注网站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Napster[7]出现后，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Gnutella[8]、KaZaA[9]、FastTrack[10]、eDonkey[11]和BitTorrent[12]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、SunIntel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，PPLive[17]、迅雷、Granary[18]、Maze[19]、AnySee[20]、UUSee[21]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。首先分析了仿真设计的需求，接着介绍了仿真场景模拟层的设计与实现。最后阐述了仿真算法模拟层的设计与实现。第四章，对本文实现的对等网络文件共享系统进行了一系列的仿真实验。为不同的数据块选择策略和跟踪服务器策略分别开展了多次仿真实验。根据仿真得到的结果，从多个角度对各种策略的性能进行了详细的讨论分析。最后给出了相关的分析结果，为今后的研究及实际应用提供了参考。第五章，对本文的研究成果进行了总结，并对未来的研究方向进行了展望。2相关技术背景介绍本章主要介绍本文中涉及的相关技术背景，包括本文中实现的对等网络文件共享算法的简介，以及本文选用的仿真平台的介绍等。2.1对等网络文件共享算法介绍本节将简单介绍本文中实现的对等网络文件共享算法。让读者对本算法有一个概括性的了解，以便于理解后续章节的详细介绍。自从BitTorrent被开发之后，大量的研究和实际应用都验证了其有效性和可扩展性[23]。本文实现的对等网络文件共享系统沿袭了BitTorrent的思想，属于一种类BitTorrent的文件共享系统。BitTorrent最基本也是最关键的思想是将文件分割成大小相等的数据块，参与文件共享的节点可以向系统中多个节点请求下载不同的数据块，同时也可以为其他节点上传自己已经拥有的该文件的数