Chuyên đề Định tuyến trong mạng ngang hàng P2P

nút mạng ngang hàng phải hoạt động bên ngoài hệ thống DNS và có quyền tự trị đáng kể hoặc hoàn toàn độc lập với các máy chủ trung tâm”. Theo định nghĩa này, mạng ngang hàng là một hệ thống phân tán đặc biệt trong tầng ứng dụng, ở đó mỗi cặp điểm nút có thể giao tiếp với nhau thông qua giao thức định tuyến trọng các tầng mạng ngang hàng. Mỗi điểm nút giữ 1 đối tượng dữ liệu nào đó có thể là nhạc, ảnh, tài liệu,..vv... Mỗi điểm nút có thể truy vấn tới đối tượng nó cần từ các điểm nút khác thông qua kết nối logic trong tầng mạng ngang hàng. Và sau đây là mô hình kết nối trong mạng ngang hàng peer to peer Hình 1.1. Mô hình mạng ngang hàng 1.2 Phân loại mạng ngang hàng Hai tiêu chí cơ bản để phân loại mạng ngang hàng: Theo mục đích sử dụng Chia sẻ file (file sharing) Điện thoại VoIP (telephony) Đa phương tiện media streaming (audio, video) Diễn đàn thảo luận (Discussion forums) Tiêu chí này thường được các nhà phát triển ứng dụng quan tâm. Theo đó các ứng dụng với đặc điểm riêng sẽ được phân loại và áp dụng theo những mô hình sẵn có, chuyên biệt. Theo topo của mạng ở tầng vật lý và mạng phủ. Đây là tiêu chí được phát triển qua từng thời kỳ và được xem xét nghiên cứu để tìm ra những giải pháp tốt nhất, xây dựng nền tảng vững chắc cho các ứng dụng sau này. 1.2.1 Hệ thống ngang hàng lai (Hybrid Peer to Peer System) Đây là mạng ngang hàng thế hệ thứ nhất, đặc điểm là vẫn còn dựa trên một máy chủ tìm kiếm trung tâm - đặc điểm của mô hình khách chủ, chính vì vậy nó còn được gọi là mạng ngang hàng lai hay mạng tập trung (centralized Peer-to-Peer networks). Cấu trúc Overlay của mạng ngang hàng lai có thể được mô tả như một mạng hình sao. Nguyên tắc hoạt động: Mỗi client lưu trữ files định chia sẻ với các nút khác trong mạng. Một bảng lưu trữ thông tin kết nối của người dùng đăng kí (IP address, connection bandwidth…). Một bảng liệt kê danh sách các files mà mỗi người dùng định chia sẻ (tên file, dung lượng, thời gian tạo file…). 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. Hình 1.2. Mạng ngang hàng lai thế hệ thứ nhất (Napster) Ưu điểm: Dễ xây dựng. Tìm kiếm file nhanh và hiệu quả. Nhược điểm: Vấn đề luật pháp, bản quyền. Dễ bị tấn công. 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. 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. 1.2.2 Mạng ngang hàng thuần túy (Pure Peer-to-peer System) 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 nút 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 0.4, FreeNet. Hình1. 3. Mạng ngang hàng thuần túy (Gnutella 0.4, FreeNet) Ưu điểm: Dễ xây dựng. Đảm bảo tính phân tán hoàn toàn cho các nút tham gia mạng, các nút tham gia và rời khỏi mạng một cách tùy ý mà không ảnh hưởng đến cấu trúc của mạng. Nhược điểm: Tốn băng thông. Phức tạp trong tìm kiếm. Các nút có khả năng khác nhau (CPU power, bandwidth, storage) đều có thể phải chịu tải (load) như nhau. 1.2.3 Kiến trúc siêu ngang hàng (Super-peer Architecture) 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 siêu ngang hàng. 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. Hình 1.4. Kiến trúc siêu ngang hàng(Gnutella 0.6, JXTA) Nguyên tắc hoạt động: Trong mô hình mạng siêu ngang hàng tồn tại một trật tự phân cấp bằng việc định nghĩa các Super-peers. Các Super-peer tạo thành một mạng không cấu trúc, có sự khác nhau giữa Super-peers và Client-peers trong mạng, mỗi Super-peer có nhiều kết nối đến các Client-peers. Mỗi Supper-peer chứa một danh sách các file được cung cấp bởi các Client-peer và địa chỉ IP của chúng vì vậy nó có thể trả lời ngay lập tức các yêu cầu truy vấn từ các Client-peer gửi tới. Ưu điểm: Hạn chế việc Flooding các query, làm giảm lưu lượng trong mạng, nhưng vẫn tránh được hiện tượng nút cổ chai (do có nhiều Super-peers). Khắc phục được nhược điểm về sự khác nhau về CPU power, bandwidth… ở mạng ngang hàng thuần túy, các Super-peer sẽ chịu tải chính, các nút khác chịu tải nhẹ. Nhược điểm: Mỗi điểm Super-peer trở thành điểm gây lỗi cho nhóm siêu ngang hàng tương ứng trong trường hợp số lượng Client trong nhóm là rất lớn (tuy nhiên, nhược điểm này đã được giải quyết bằng việc cải tiến mạng siêu ngang hàng thông thường, đưa ra khái niệm siêu ngang hàng dư cấp k). 1.2.4 Mạng ngang hàng có cấu trúc (Structured) Hệ thống mạng ngang hàng không cấu trúc thể hiện nhược điểm: không có gì đảm bảo tìm kiếm sẽ thành công. Đối với tìm kiếm các dữ liệu phổ biến được chia sẻ trên nhiều máy, tỉ lệ thành công là khá cao, ngược lại, nếu dữ liệu chỉ được chia sẻ trên một vài máy thì xác suất tìm thấy là khá nhỏ. Tính chất này là hiển nhiên vì trong mạng ngang hàng không cấu trúc, không có bất kì mối tương quan nào giữa một máy và dữ liệu nó quản lý trong mạng, do đó yêu cầu tìm kiếm được chuyển một cách ngẫu nhiên đến một số máy trong mạng. Số lượng máy trong mạng càng lớn thì khả năng tìm thấy thông tin càng nhỏ. Một nhược điểm khác của hệ thống này là do không có định hướng, một yêu cầu tìm kiếm thường được chuyển cho một số lượng lớn máy trong mạng làm tiêu tốn một lượng lớn băng thông của mạng, dẫn đến hiệu quả tìm kiếm chung của mạng thấp. Mạng ngang hàng có cấu trúc khắc phục nhược điểm của mạng không cấu trúc bằng cách sử dụng hệ thống DHT (Distributed Hash Table - Bảng Băm Phân Tán). Hệ thống này định nghĩa liên kết giữa các nút mạng trong mạng phủ theo một thuật toán cụ thể, đồng thời xác định chặt chẽ mỗi nút mạng sẽ chịu trách nhiệm đối với một phần dữ liệu chia sẻ trong mạng. Với cấu trúc này, khi một máy cần tìm một dữ liệu, nó chỉ cần áp dụng một giao thức chung để xác định nút mạng nào chịu trách nhiệm cho dữ liệu đó và sau đó liên lạc trực tiếp đến nút mạng đó để lấy kết quả. Nguyên tắc hoạt động: Topo mạng được kiểm soát chặt chẽ. Files (hoặc con trỏ trỏ tới files) được đặt ở một vị trí xác định. 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 nút (ví dụ: địa chỉ nút). Việc này thường dựa trên một cấu trúc dữ liệu bảng băm phân tán (Distributed Hash Table). Hình 1. 5. Cơ chế của bảng băm phân tán (DHT) 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: Khả năng mở rộng được nâng cao rõ rệt do không có điểm tập trung gây ra hiện tượng thắt nút cổ chai tại những điểm này. Các truy vấn tìm kiếm được phát đi theo một thuật toán cụ thể, hạn chế tối đa lượng truy vấn hay kỹ thuật flooding, tiết kiệm băng thông mạng. Nhược điểm: Việc quản lí cấu trúc của topo mạng gặp khó khăn, đặc biệt trong trong trường hợp tỷ lệ vào/ra mạng của các nút cao. Vấn đề cân bằng tải trong mạng. Sự khác biệt về topology trên mạng overlay và mạng liên kết vật lý dẫn đến thời gian trễ truy vấn trung bình cao. 1.3 Khái quát về định tuyến 1.3.1. Khái niêm: - Định tuyến là 1 quá trình chọn lựa các đường đi trên một mạng máy tính để gửi dữ liệu qua đó. - Định tuyến chỉ ra hướng và đường đi tốt nhất từ nguồn đến đích của các gói tin (packer) thông qua các node trung gian là router. 1.3.2. Nguyên tắc định tuyến: - Trong hoạt động định tuyến , người ta chia làm hai loại là định tuyến trực tiếp và định tuyến gián tiếp. Định tuyến trực tiếp là định tuyến giữa hai máy tính nối với nhau vào một mạng vật lý. Định tuyến gián tiếp là định tuyến giữa hai máy tính ở xa các mạng vật lý khác nhau nên chúng phải thực hiện thông qua cac Gateway. - Để kiểm tra xem máy đích có năm trên cùng một mạng vật lý với máy nguồn hay không thì người gửi phải tách lấy địa chỉ mạng của máy đích trong phần tiêu đề của gói dữ liệu và so sánh với phần địa chỉ mạng trong phần địa chỉ IP của nó. Nêu trùng thì gói tin sẽ được truyền trực tiếp nếu không cần phải xác định Gateway để truyền các gói này thông qua nó để ra mạng ngoài thích hợp. 1.4. Bảng định tuyến: - Bảng định tuyến hay còn gọi là bảng chọn đường( Routing table). Các host và các router trên mạng internet đều chứa 1 bảng định tuyến để tính toán các chặng tiếp theo cho gói tin . Bảng định tuyến này gán tương ứng mỗi địa chỉ đích với một địa chỉ Router cần đến ở chặng tiếp theo . Địa chỉ đích trong bảng định tuyến có thể bao gồm cả địa chỉ mang , mạng con và hệ thống độc lâp .Trong bảng định tuyến có thể bao gồm một tuyến mặc định được biểu diễn bằng địa chỉ 0.0.0.0. -Bảng định tuyến có thể tạo ra bởi người quản trị mạng hoặc từ sự thay đổi thông tin định tuyến giữa các router bằng các giao thức định tuyến động. Bảng định tuyến có rất nhiều dạng nhưng đơn giản và phổ biến nhất có thể diễn đạt được bằng mô hình mạng bao gồm các thông tin sau. + Địa chỉ đích của mạng, mạng con và hệ thống độc lập. + Địa chỉ IP của giao diện router kế tiếp phải đến + Giao tiếp vật lý trên router phải sử dụng để đến chặng kế tiếp + Mặt nạ mạng của địa chỉ đích + Khoảng cách quản trị + Thời gian(tính theo giây) từ khi router cập nhật. 1.5.. Định tuyến tĩnh và định tuyến động - Định tuyến là quá trình mà router thực hiện để chuyển gói dữ liệu tới mạng đích. Tất cả các router dọc theo đường đi đều dựa vào địa chỉ IP đích của gói dữ liệu để chuyển gói theo đúng hướng đến đích cuối cùng .Để thực hiện được điều này, router phải học thông tin về đường đi tới các mạng khác .Nếu router chạy định tuyến động thì router tự động học những thông tin này từ các router khác .Còn nếu router chạy định tuyến tĩnh thì người quản trị mạng phải cấu hình các thông tin đến các mạng khác cho router . - Đối với định tuyến tĩnh ,các thông tin về đường đi phải do người quản trị mạng nhập cho router . Khi cấu trúc mạng có bất kỳ thay đổi nào thì chính người quản trị mạng phải xoá hoặc thêm các thông tin về đường đi cho router . Những loại đường đi như vậy gọi là đường đi cố địn. Đối với hệ thống mạng lớn thì công việc bảo trì mạng định tuyến cho router như trên tốn rất nhiều thời gian .Còn đối với hệ thống mạng nhỏ ,ít có thay đổi thì công việc này đỡ mất công hơn . Chính vì định tuyến tĩnh đòi hỏi người quản trị mạng phải cấu hình mọi thông tin về đường đi cho router nên nó không có được tính linh hoạt như định tuyến động .Trong những hệ thống mạng lớn , định tuyến tĩnh thường được sử dụng kết hợp với giao thức định tuyến động cho một mục đích đặc biệt. 1.5.1.Định tuyến tĩnh: 1.5.1.1. Hoạt động định tuyến tĩnh: Hoạt động của định tuyến tĩnh có thể chia ra làm 3 bước như sau: - Đầu tiên ,người quản trị mạng cấu hình các đường cố định cho router. - Router cài đặt các đường đi này vào bảng định tuyến . - Gói dữ liệu được định tuyến theo các đường cố định này . Người quản trị mạng cấu hình đường cố định cho router bằng lệnh iprouter. 1.5.1.2. Cấu hình đường cố định: Sau đây là các bước để cấu hình đường cố định : - Xác định tất cả các mạng đích cần cấu hình ,subnet mask tương ứng và gateway tương ứng .Gateway có thể là cổng giao tiếp trên router hoặc là địa chỉ của trạm kế tiếp để đến được mạng đích . - Bạn vào chế độ cấu hình toàn cục của router . - Nhập lệnh ip router với địa chỉ mạng đích, subnet mask tương ứng và gateway tương ứng mà bạn đã xác định ở bước 1. Nếu cần thì bạn thêm thông số về chỉ số tin cậy . - Lặp lại bước 3 cho những mạng đích khác - Thoát khỏi chế độ cấu hình toàn cục - Lưu tập tin cấu hình đang hoạt động thành tập tin cấu hình khởi động bằng lệnh copy running -config statup-config . 1.5.1.3 Kiểm tra cấu hình đường cố định: Sau khi cấu hình đường cố định ,chúng ta phải kiểm tra xem bảng định tuyến đã có đường ,cố định mà chúng ta đã cấu hình hay chưa ,hoạt động định tuyến có đúng hay không .Bạn dùng lệnh show running -config để kiểm tra nội dung tập tin cấu hình đang chạy trên RAM xem câu lệnh cấu hình đường cố định đã được nhập vào đúng chưa .Sau đó bạn dùng lệnh show ip route để xem có đường cố định trong bảng định tuyến hay không . Sau đây là các bước kiểm tra cấu hình đường cố định : - Ở chế độ đặc quyền ,bạn nhập lệnh show running-config để xem tập tin cấu hình đang hoạt động . - Kiểm tra xem câu lệnh cấu hình đường cố định có đúng không .Nếu không đúng thì bạn phải vào lại chế độ cấu hình toàn cục ,xoá câu lệnh sai đi và nhập lại câu lệnh mới . - Nhập lệnh show ip router. - Kiểm tra xem đường cố định mà bạn đã cấu hình có trong bảng định tuyến hay không. 1.5.2. Định tuyến động: Giao thức định tuyến khác với giao thức được định tuyến cả về chức năng và nhiệm vụ. Giao thức định tuyến được sử dụng để giao tiếp giữa các router với nhau.Giao thức định tuyến cho phép router này chia sẻ các thông tin định tuyến mà nó biết cho các router khác. Từ đó ,các router có thể xây dựng và bảo trì bảng định tuyến của nó. 1.6. Kết luận chương 1 Từ những khái quát cơ bản và tổng quan về mạng ngang hàng P2P là cơ sở cho ta sự lựa chọn phù hợp với từng ứng dụng của các mạng ngang hàng khác nhau. Đồng thời cũng là cơ sở xây dựng những kiến trúc định tuyến khác nhau trong từng mạng ngang hàng. Từ đó đưa ra các thuật toán xây dựng cho các mạng ngang hàng. Và các thuật toán đó được thể hiện rõ nhất ở chương II. CHƯƠNG II: ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG NGANG HÀNG P2P 2.1. Các thuật toán định tuyến trong mạng ngang hàng P2P Các hệ thống chia sẻ dữ liệu peer-to-peer (P2P) hiện là một trong những ứng dụng Internet phổ biến nhất và đang trở thành nguồn lưu lượng Internet chính. Do vậy, việc mở rộng quy mô cho các hệ thống này là cực kỳ quan trọng. Tuy nhiên, các thiết kế ban đầu cho các hệ thống P2P không phù hợp với các mạng có quy mô lớn, ví dụ như Napster và Gnutella. Nhằm đáp ứng các vấn đề mở rộng quy mô, thế hệ mới các hệ thống P2P hỗ trợ tính năng bảng hàm băm phân tán (DHT), trong số đó là Tapestry, Pastry, Chord và CAN (Content-Addressable Networks). Trong các hệ thống này (còn gọi là các hệ thống DHT), các file được ràng buộc với các khoá (key). Tính năng DHT này được chứng minh là một cơ sở hữu ích cho các hệ thống phân phối lớn; một số các dịch vụ ứng dụng DHT như: các hệ thống file phân tán, truyền thông đa hướng (multicast) mức ứng dụng, các dịch vụ khai báo sự kiện, và các dịch vụ trò chuyện (chat). Với rất nhiều các ứng dụng đang được phát triển trong thời gian qua, chúng ta mong đợi tính năng DHT sẽ trở thành một phần tích hợp trong P2P tương lai. Mạng ngang hàng bao gồm tất cả các nút mạng đại diện cho các máy tham gia và các liên kết giữa các nút mạng này. Một liên kết tồn tại giưã hai nút mạng khi một nút mạng biết vị trí nút mạng kia. Dựa vào cấu trúc liên kết giữa các nút mạng trong mạng ngang hàng ta có thể phân loại thành 2 loại: Mạng ngang hàng không cấu trúc Mạng đồng đẳng có cấu trúc Mạng ngang hàng không cấu trúc Mạng ngang hàng không cấu trúc: khi các liên kết giữa các nút mạng trong mạng ngang hàng đươc thiết lập ngẫu nhiên(tức là không theo quy luật nào ). Những mạng như thế này dễ dàng được xây dựng vì một máy mới khi muốn tham gia mạng có thể lấy các liên kết có sẵn của một máy khác đang ở trong mạng và sau đó dần dần tự bản than nó sẽ thêm vào các liên kết mới của riêng mình.Khi một máy muốn tìm môt dữ liệu trong mang ngang hàng không cấu trúc, yêu cầu tìm kiếm sẽ đươc truyền trên cả mạng để tìm ra càng nhiều máy chia sẻ càng tốt. Các thuật toán định tuyến không cấu trúc: Napster Gnutella Fasttrack eDonkey2000 Mạng đồng đẳng có cấu trúc Mạng đồng đẳng có cấu trúc khắc phục nhươc điểm của mạng không cấu trúc bằng cách sử dụng bảng băm phân tán DHT(Distributed Hash Table). Bảng băm phân tán này định nghĩa liên kết giữa các liên kết trong mạng ngang hang theo một thuật toán cụ thể, đồng thời xác định chặt chẽ mỗi nút mạng sẽ chịu trách nhiệm đối với một phần tử dữ liệu chia sẻ trong mạng. Với cấu trúc này, khi một máy cần tìm một dữ liệu, nó chỉ cần áp dụng một giao thức chung để xác định nút mạng nào chịu trách nhiệm cho dữ liệu đó và sau đó liên lạc trực tiếp đến nút mạng đó để lấy kết quả.Các thuật toán định tuyến trong mạng có cấu trúc: Prefix routing Paxon et on Chord Can Pastry Tapestry 2.2. Định tuyến dựa vào tiền tố (Prefix routing) Định tuyến dựa vào tiền tố (Prefix routing) - PRR: đây là thuật toán đầu tiên cho việc tìm kiếm và định tuyến của mạng ngang hàng. Bằng cách ánh xạ nhận dạng đối tượng thành không gian địa chỉ của các peers, PRR định tuyến dựa trên key và có thể trợ giúp các thao tác: đọc, chèn và xóa đối tượng lưu trữ trong mạng chồng phủ. Nguyên lý của thuật toán này là nền tảng cho các thiết kế DHT sau này. PRR là định tuyến dựa trên hậu tố, là trường hợp đối xứng của định tuyến tiền tố. Định tuyến hậu tố và tiền tố đều dựa trên sự giống nhau để tăng vị trí của địa chỉ đích tại mỗi hop dọc theo đường cho đến khi đích đạt tới. Thiết kế PPR dựa trên tập các node tĩnh; không quan tâm tới thành viên là các node động, không có kỹ thuật cập nhật bảng định tuyến khi node ra nhập hoặc rời mạng. Phiên bản đơn giản của PRR được gọi là SPRR được đưa ra bởi Li and Paxton. Một số các thuật toán Tapestry, Pastry, P-Grid, Cycloid, and Z-Grid. Plaxton, Rajaraman đều dựa trên PRR. 2.3. Thuật toán Plaxon et al Plaxon et al: Plaxon et al là một phiên bản của PRR, đây là thuật toán đầu tiên được sử dụng trên quy mô lớn bởi các DHT, nhưng không cung cấp việc định tuyến tìm kiếm hiệu quả. Thuật toán của Plaxton ban đầu được tạo ra để định tuyến các truy vấn Web tới các cache lân cận, và nó ảnh hưởng đến thiết kế của Pastry, Tapestry và Chord. Phương pháp Plaxton có độ phức tạp tham gia/rời bỏ theo hàm loga. Plaxton đảm bảo các truy vấn không bao giờ đi xa hơn trong khoảng cách mạng so với peer mà lưu giữ key. Tuy nhiên, Plaxton cũng có một số nhược điểm: yêu cầu hiểu biết toàn bộ để xây dựng mạng chồng; peer gốc của đối tượng là điểm lỗi đơn; không có sự chèn thêm hoặc xoá bỏ peer; không có sự tránh các điểm tắc nghẽn nóng. Đối với một hệ thống n node, mỗi node có O(log n) lân cận, độ dài đường định tuyến O(log n) bước nhảy 2.4. Thuật toán Tapetry Tapestry sử dụng một biến thể của thuật toán Palaxon et al và thêm vào tính năng động cho các pees trong mạng chồng. Sử dụng định tuyến dựa vào tiền tố, Tapestry sử dụng thuật toán SHA-1 để băm các địa chỉ node thành các ID biểu diễn theo hệ số 2. Để hiểu rõ hơn về vấn đề ta sẽ tìm hiểu về thuật toán SHA-1 : Khởi gán các biến: H0:=0x67452301 H1:=0xEFCDAB89 H2:=0x98BADCFE H3:=0x10325476 H4:=0xC3D2E1F0 Tiền xử lý: Thêm 1 bít vào thông điệp. Thêm vào k bit 0 sao cho độ dài thông diệp đồng du 448 (mod 512). Thêm 64 bít biểu diễn độ dài của thông điệp gốc ( giá trị lưu dạng big –endian) Hình 2.1. Độ dài thông điệp gốc của khối 512 bít Từ hình vẽ 2.1 ta chia thông điệp ( pha đinh) thành các khối 512 bít. Mỗi khối 512 bít: Chia thành 16 word (32 bít, big-endian) w[0..15] w[i]=(w[i-3]Å w[i-8] Å w[i-14] Å w[i-16]) <<< 1 với 16 £ i < 80 A= h0, B= h1, C= h2, D= h3, E= h4 80 chu kỳ xử lý h0+=A, h1+=B, h2+=C, h3+=D, h4+=E Kết quả:= h0 | h1 | h2 | h3 | h4 Å:phép Xor Chu kỳ xử lý: t là số thứ tự của chu kỳ A, B, C, D, E là 5 word (32 bit) của trạng thái F là hàm phi tuyến (thay đổi tùy theo chu kỳ) <<< n là phép quay trái n vị trí ⊞ phép cộng modulo 232. Kt là hằng số . XY phép toán AND trên bít giữa X và Y XY phép toán OR trên bít giữa X và Y XY phép toán XOR trên bít giữa X và Y X phép toán NOT trên bít X Hình 2.2. Bảng Định Tuyến Chứa các Node có ID Mỗi node lưu giữ một bảng định tuyến gồm log 2(N) hàng và 2cột. Hàng thứ nhất trong bảng định tuyến chứa các node có ID khác với ID của node đó ở chỉ số thứ nhất. Hàng thứ hai trong bảng định tuyến chứa các node có ID giống với ID của node đó ở chữ số thứ nhất nhưng khác ở chữ số thứ hai. Các hàng còn lại của bảng định tuyến cũng được tổ chức tương tự. Quá trình tìm kiếm được thực hiện bằng cách so sánh lần lượt các chữ số tiền tố của ID. Ví dụ 4*** 42**422*4227, quá trình này gọi là “ánh xạ lân cận”. Bảng định tuyến của một node X được chia thành nhiều mức (log2(N)), mỗi mức i bao gồm các liên kết (2-1) đến các node có tiền tố giống đến chữ số thứ i-1 với ID của X. khi một node định tuyến đến node đích nó sẽ đi theo đường đến node có ID gần giống với ID đích nhất (dựa theo bảng định tuyến). Sau mỗi chặng node tiếp theo sẽ có mức cao hơn ít nhất là 1, vì vậy sau nhiều nhất là log 2(N) chặng quá trình tìm kiếm kết thúc. 2.5. Thuật toán Pastry Trong Pastry việc định tuyến bao gồm việc chuyển truy vấn tới node lân cận có tiền tố được chia sẻ dài nhất với key (và, trong trường hợp chặt chẽ, thì tới node có bộ nhận dạng gần nhất về số đối với key). Pastry có O(log n) lân cận và định tuyến trong vòng O (log n) bước nhảy . 2.6. Thuật toán Chord Hệ thống và các ứng dụng peer-to-peer là các hệ thông phân tán không cần bộ xử lý trung tâm, các phần mềm được chạy trên các node và thực hiện các chức năng của nó. Các đặc điểm của ứng dụng peer-2-peer như : lưu trữ bản dự phòng, lâu dài, lựa chọn điểm gần, tìm kiếm, xác thực, phân cấp tên.Thực tế với nhiều đặc điểm tốt, lõi (core)của hầu hết các hệ thống peer-2-peer đều dựa trên xác định vị trí dữ liệu. 2.6.1. Giao thức Chord Giao thức Chord được thiết kế giống như giao thức định tuyến DHT nhằm mục đích phát triển một cách phân tán dữ liệu tốt nhất, các node được phân phối IDs và Keys với nhiều đặc trưng như Scalability(đánh giá), Complete Decentralization(phân quyền), Efficient Load Blancing(cân bằng tải), và Simplicity( đơn giản). Chord coi các khóa Key là các điểm trên một đường tròn. Không gian khóa đường tròn được chia thành các cung liên tiếp mà điểm cuối của cung này là các định danh ID của các node. Mỗi node lưu trữ thông tin định tuyến tới các node khác trong một bảng định tuyến được gọi là Finger Table. Hình 2.3. Bảng Finger table và cấp key cho từng node 0,1,3 và keys 1,2,6 Giao thức Chord hỗ trợ duy nhất một hoạt động : đưa ra 1 key, nó sẽ ánh xạ key đó vào 1 node.Tùy thuộc vào ứng dụng sử dụng Chord ( văn bản, hình ảnh, media..), node đó sẽ lưu trữ một giá trị kết hợp với key. Chord sử dụng kí thuật consistent hashing để cấp key cho các node.Consistent hashing dùng để cần bằng tải, mỗi node sẽ nhận được số lượng key gần ngang nhau, vào làm cả việc chuyển số lượng key khi có node tham gia hay rời khỏi hệ thống. Kĩ thuật consistent hashing đầu tiên sẽ nhận biết các node trong hệ thống, tạo ra sự cân chỉnh về số lượng các node. Mỗi node trong Chord cần được "routing" để biết thông tin về một vài node khác. Vì bảng định tuyến là phân tán, 1 node sẽ sử dụng hàm băm để giao tiếp với các node khác. Khi mạng được thiết lập, 1 hệ thống gồm N-node, trong đó mỗi node chứa thống tin về O(log N) node xung quanh nó, và tìm kiếm các node khác thông qua O(log N) thông điệp tới các node đó. Chord duy trì thông tin định tuyến khi các node tham gia/rời khỏi hệ thống. Với một hệ thống có tần suất cao, một node cũng chỉ cần gửi không quá O(log2 N) thông điệp để định tuyến. 2.6.2. Ánh xạ khóa vào một nút trong Chord Chord ánh xạ các khóa vào các nút, thường sẽ là một cặp key và value. Một value có thể là 1 address, 1 văn bản, hoặc 1 mục dữ liệu. Chord có thể thực hiện chức