对等(P2P)计算模型是一种相对于客户机/服务器(C/S)模型的新兴分布式计算模型,能够有效利用网络边界资源,具有自组织、大规模、可扩展、高效和低成本等技术优势。基于对等架构,可以构建健壮的、大规模的互联网应用,其中最重要的是大规模对等资源共享,其所产生的流量是互联网流量的主要成分,因此,研究大规模对等资源共享具有重要的理论意义和实用价值。大规模对等资源共享的关键技术包括资源的搜索和内容的分发。由于P2P模式中资源分布在不同的结点,且无全局的状态信息和集中的中央控制结点,这些特点给大规模资源共享带来了挑战。虽然现有的研究成果已经解决了其中部分问题,但是随着实际系统的运行,新的难题不断出现,高效的稀有数据项查询和高效的内容分发就是亟待解决的难题。针对上述问题,本文从资源搜索和内容分发两个方面展开研究,提出新型的复制策略来提高稀有数据项的搜索性能;通过数学建模、体系结构和流量优化等方面来解决对等内容分发中的问题。主要贡献包括:1.提出一种新的数据项复制与搜索策略DRS。首先,根据无结构对等网络中结点度的幂律分布特征,通过数学分析表明幂律随机图中的带偏随机游走能够快速命中网络中的高度结点,并采用模拟的方式验证了这种特征;然后,基于上述特征设计了基于带偏随机游走的复制与搜索策略DRS,将数据项定向复制到网络中小部分高度结点,资源搜索采用相同的方式进行。分析和模拟结果表明,所提出的资源搜索算法能够以低消息开销和低延迟获得高的搜索成功率。DRS特别适用于对稀有数据项的管理与搜索,能够提高对等资源共享系统的性能。2.提出一种基于随机微分方程的通用P2P文件分发模型。根据实际系统分类结点,分别对各类结点进行量化分析,基于随机微分方程建立系统的动态模型。所建模型抽象邻居选择策略和结点到达率,能够支持各种邻居选择算法和不同的结点到达率,并基于该模型分析了现有的邻居选择策略和结点到达率。通过与实际系统的跟踪数据进行对比,所提出的模型能够准确描述现有的P2P协作式文件共享系统,是一种通用、实用的模型,有助于评估现有的方案,设计优化的系统。3.提出了基于Gnutella网络的无Tracker对等协作式文件共享系统GnutellaBT。P2P文件共享是重要的互联网应用之一,其中BitTorrent是最有效的P2P协作式文件分发协议,同时也是此类系统事实上的标准。然而,现有的BitTorrent协议采用网页的形式发布Torrent文件,且需要专用的Tracker结点提供邻居分配服务,这种架构存在多种不足,阻碍了BitTorrent协议的应用。GnutellaBT利用Gnutella网络的搜索功能实现Torrent文件的查询,使得P2P文件共享系统可以脱离WWW而运行;通过在特定Torrent网络上的随机游走来实现邻居分配功能。设计了一种两层架构来实现上述功能,通过模拟实验表明,GnutellaBT能够在脱离WWW和Tracker结点的条件下有效运行。4.提出了互联网服务提供商(ISP)感知的BitTorrent流量优化方案STracker。STracker由不同ISP中的Tracker代理构成,这些Tracker代理之间以P2P方式连接,完成结点维护和ISP感知的邻居分配。分析和模拟结果表明,STracker能够在不增加内容下载时间的条件下,大量降低跨ISP流量。STracker能够有效降低ISP的运营成本,提高互联网的效率。STracker的提出能够有效解决BitTorrent协议中存在的不足。本文的研究成果解决了大规模对等资源共享中资源搜索和内容分发的关键问题,能够有效提高资源搜索的性能,优化对等内容分发的流量,提高互联网的效率。