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摘要：借鉴混合式P2P资源定位模型的优点，针对现有Chord模型的不足，提出了一种基于Chord的分层资源定位模型：双层Chord，分析了该模型的基本原理。
关键词：P2P网络 分层资源定位 Chord
1、引言
二十一世纪是一个信息的世纪，网络的世纪。随着信息技术的快速发展，互联网上的信息每天都在快速增长，如何有效的管理和利用如此庞大的信息成为一个亟待解决的问题。而P2P网络概念的提出和发展，恰恰消除了传统客户服务器模式网络模式中服务器为中心的网络瓶颈。它通过尽可能利用网络边缘空闲的资源，使得整个互联网负载均衡[1][2]。在P2P网络技术中，资源定位是非常关键的问题，本文对此进行研究，以期建立更为有效实用的资源定位模型。
2、P2P网络的Chord资源定位模型分析
2.1Chord资源定位模型的基本原理 Chord是一种基于DHT((Distributed Hash Table，分布式哈希表技术)的路由模型，它采用一维的环形拓扑结构，关键字和节点在同一个标识符空间表示，关键字和节点都用mbits的标识符表示，表示范围为0...2m-1[3][4]。Chord路由模型路由过程为每个节点只需要知道在Chord环中它的后继节点。查询过程是给定的关键字沿Chord环通过后继节点的指针传递，直到遇到一个节点的标识符数值超过这个关键字标识符。这种查询方法不是很高效，如果网络中有n个节点，那么就需要跨越n个节点来找到关键字和节点的映射。为了改进查询的速度，Chord增加了额外的路由表FingerTable来加快查询速度。路由表的内容不一定要保证完全正确，只要后继节点的信息正确就可以正确找到目标节点[5]。每个节点n维护一张最多有m个表项的路由表(Finger Table)，其维护m个关键字，关键字要求符合(n+2i)mod2m(0 2.2Chord资源定位模型查询效率的不足 Chord是一个基于互联网的可扩展对等查询服务系统，它的设计目标就是一个查询原语，设计中追求简单高效，简单的逻辑结构，简单的系统接口，简单的功效，而把其它系统追求的众多特点交给上层应用软件去实现。然而，Chord中存在着影响查询效率的严重不足。
首先，Chord没有考虑IP层网络状况〔地理信息，网络流量等〕。其次，Chord的路由表中存在着严重的信息冗余。另外，Chord用稳定机制考虑多点失效和多点同时加入问题，也就是定期用每次0(logN)的代价更新路由表。笔者认为只需定期更新后继指针，至于路由表应该采取一种更灵活的更新策略。后继节点保证查询的正确性，只要后继节点正确便能保证正确查询；路由表帮助快速查询，当路由表状态不符合网络状态时，便会影响查询效率，但是稳定本身就是一个大量的查询过程，它给网络带宽带来的负担对查询效率的影响那个更大呢?我们是否可以通过一种可行的检测手段，当发现路由表状态严重不符合网络状态时才更新路由表。
3、基于Chord的分层资源定位模型
3.1双层Chord分层资源定位模型的提出 在P2P系统中，资源定位方法可以分为四种，集中式，分布式非结构化，分布式结构化和混合式。集中式的定位模型结构简单，便于管理，资源搜索响应速度快，但中心服务器承担了所有的资源定位工作，负载过重，而且容易出现单点失效和版权问题等。完全分布式的定位模型解决了抗攻击的问题，但是多采用flooding方式传播搜索请求，额外的网络开销大，随着P2P网络规模的扩大，网络开销成指数级增长，因此缺乏扩展性[6][7]。混合式的定位模型是集中是和完全分布式的折中，它结合了集中式和分布式定位模型的优点，在设计和处理能力上都进行了优化。混合式在完全分布式模型的基础上加入了搜索节点的概念，查询速度快而且没有中心服务器[8]。
为此，本文借鉴混合式P2P资源定位模型的优点，有效的利用数据和资源的局部性原理，针对现有Chord模型的不足，提出了一种基于Chord的分层资源定位模型：双层Chord。
该模型分为两层，主干网层和子网层，每一层都使用基于DHT的结构化Chord进行资源定位和发布。主干网层友超级节点和注册节点组成。子网层由超级节点(SuperPeer)，副本节点(BackupPeer)和普通节点组成。注册中心节点用于记录系统超级节点的注册信息并安排节点加入的位置，帮助系统初始化。超级节点负责帮助子网中的节点查询外网资源。同时每个超级节点都有子网节点进行资源定位时查询的缓冲，利用查询的时间局部性加速资源定位。副本节点是超级节点的一个备份，当超级节点失效时，负责代替超级节点的功能。在双层Chord中，对象(用户查找的对象，可能是文件名，或者文件属性等)被哈希成一个64位的Key, Key的高32位用来表示对象索引(存储实际对象的指针)在主干网上的节点位置，低32位表示对象索引所在的子网的节点位置。查询时，子网节点先在本子网内查询，如果查询成功，则立即返回结果。如果失败或者超时，发消息给本子网的超级节点，要求定位外网资源。超级节点通过请求消息中的对象的高32位，把消息路由到负责该高32位键值的超级节点[9]。如果该超级节点在自己的索引列表上找到与查询匹配的索引记录，立即向原查询节点返回结果，否则返回查询失败消息。双层Chord充分考虑了实际网络拓扑，将物理距离较近的节点分在同一个子网中。双层Chord还考虑了数据的局部性，每次子网的节点从外网中拷贝或者下载了文件到本地后，都在本地子网中发布该资源，这样当本地子网内的其他用户，想使用该资源时，就不必通过超级节点，进行外网的资源定位，通过本地子网的查询就可以解决。同时，由于数据已经拷贝到同一个子网中，用户可以直接拷贝子网内已有的数据备份。
3.2节点分类 P2P网络节点的能力(存储能力、运算能力、网络能力和稳定性等)千差万别，有强大的服务器，也有移动计算设备。区分节点的能力有利于充分发挥强大节点的作用，提供P2P网络运行效率，实现管理，甚至提供一定的QoS支持。根据节点能力的不同，双层Chord模型中将节点分为四类：
普通节点(NormalPeer)：能力一般的节点，作为下层P2P子网的构成节点，具有本子网内的资源定位能力，定位外网资源时需要超级节点的帮助。副本节点(BackupPeer)：能力较强，用于备份超级节点的数据，当超级节点失效是，它要代替超级节点的角色。超级节点(SuperPeer)：能力很强的节点，不仅参与本子网的资源定位和共享，并且帮助子网内的其他节点完成外网的资源定位。注册中心节点：能力非常强，用于记录系统超级节点的注册信息并安排节点加入的位置。
4结语
双层Chord系统在各个方面都有着比Chord更好的性能。而且双层Chord的实现并不是十分复杂，因此是一个实用的可扩展的，适应于大规模P2P应用的可靠系统。
参考文献
[1]乐光学,郭勇等.基于Region多层结构P2P计算网络定位服务策略研究[J].微电子学与计算机,2005(3)
[2]唐辉，李祖鹏，张国杰等.结构化覆盖网络模型Chord研究[J].计算机工程与应用,2005(1)
[3]李运娣分布非结构化P2P网络资源定位研究[J].计算机工程与应用,2007(6)
[4]唐辉,张国杰.一种混合P2P网络模型研究与设计[J].计算机应用,2005(3)
关键词：P2P网络 分层资源定位 Chord
1、引言
二十一世纪是一个信息的世纪，网络的世纪。随着信息技术的快速发展，互联网上的信息每天都在快速增长，如何有效的管理和利用如此庞大的信息成为一个亟待解决的问题。而P2P网络概念的提出和发展，恰恰消除了传统客户服务器模式网络模式中服务器为中心的网络瓶颈。它通过尽可能利用网络边缘空闲的资源，使得整个互联网负载均衡[1][2]。在P2P网络技术中，资源定位是非常关键的问题，本文对此进行研究，以期建立更为有效实用的资源定位模型。
2、P2P网络的Chord资源定位模型分析
2.1Chord资源定位模型的基本原理 Chord是一种基于DHT((Distributed Hash Table，分布式哈希表技术)的路由模型，它采用一维的环形拓扑结构，关键字和节点在同一个标识符空间表示，关键字和节点都用mbits的标识符表示，表示范围为0...2m-1[3][4]。Chord路由模型路由过程为每个节点只需要知道在Chord环中它的后继节点。查询过程是给定的关键字沿Chord环通过后继节点的指针传递，直到遇到一个节点的标识符数值超过这个关键字标识符。这种查询方法不是很高效，如果网络中有n个节点，那么就需要跨越n个节点来找到关键字和节点的映射。为了改进查询的速度，Chord增加了额外的路由表FingerTable来加快查询速度。路由表的内容不一定要保证完全正确，只要后继节点的信息正确就可以正确找到目标节点[5]。每个节点n维护一张最多有m个表项的路由表(Finger Table)，其维护m个关键字，关键字要求符合(n+2i)mod2m(0
首先，Chord没有考虑IP层网络状况〔地理信息，网络流量等〕。其次，Chord的路由表中存在着严重的信息冗余。另外，Chord用稳定机制考虑多点失效和多点同时加入问题，也就是定期用每次0(logN)的代价更新路由表。笔者认为只需定期更新后继指针，至于路由表应该采取一种更灵活的更新策略。后继节点保证查询的正确性，只要后继节点正确便能保证正确查询；路由表帮助快速查询，当路由表状态不符合网络状态时，便会影响查询效率，但是稳定本身就是一个大量的查询过程，它给网络带宽带来的负担对查询效率的影响那个更大呢?我们是否可以通过一种可行的检测手段，当发现路由表状态严重不符合网络状态时才更新路由表。
3、基于Chord的分层资源定位模型
3.1双层Chord分层资源定位模型的提出 在P2P系统中，资源定位方法可以分为四种，集中式，分布式非结构化，分布式结构化和混合式。集中式的定位模型结构简单，便于管理，资源搜索响应速度快，但中心服务器承担了所有的资源定位工作，负载过重，而且容易出现单点失效和版权问题等。完全分布式的定位模型解决了抗攻击的问题，但是多采用flooding方式传播搜索请求，额外的网络开销大，随着P2P网络规模的扩大，网络开销成指数级增长，因此缺乏扩展性[6][7]。混合式的定位模型是集中是和完全分布式的折中，它结合了集中式和分布式定位模型的优点，在设计和处理能力上都进行了优化。混合式在完全分布式模型的基础上加入了搜索节点的概念，查询速度快而且没有中心服务器[8]。
为此，本文借鉴混合式P2P资源定位模型的优点，有效的利用数据和资源的局部性原理，针对现有Chord模型的不足，提出了一种基于Chord的分层资源定位模型：双层Chord。
该模型分为两层，主干网层和子网层，每一层都使用基于DHT的结构化Chord进行资源定位和发布。主干网层友超级节点和注册节点组成。子网层由超级节点(SuperPeer)，副本节点(BackupPeer)和普通节点组成。注册中心节点用于记录系统超级节点的注册信息并安排节点加入的位置，帮助系统初始化。超级节点负责帮助子网中的节点查询外网资源。同时每个超级节点都有子网节点进行资源定位时查询的缓冲，利用查询的时间局部性加速资源定位。副本节点是超级节点的一个备份，当超级节点失效时，负责代替超级节点的功能。在双层Chord中，对象(用户查找的对象，可能是文件名，或者文件属性等)被哈希成一个64位的Key, Key的高32位用来表示对象索引(存储实际对象的指针)在主干网上的节点位置，低32位表示对象索引所在的子网的节点位置。查询时，子网节点先在本子网内查询，如果查询成功，则立即返回结果。如果失败或者超时，发消息给本子网的超级节点，要求定位外网资源。超级节点通过请求消息中的对象的高32位，把消息路由到负责该高32位键值的超级节点[9]。如果该超级节点在自己的索引列表上找到与查询匹配的索引记录，立即向原查询节点返回结果，否则返回查询失败消息。双层Chord充分考虑了实际网络拓扑，将物理距离较近的节点分在同一个子网中。双层Chord还考虑了数据的局部性，每次子网的节点从外网中拷贝或者下载了文件到本地后，都在本地子网中发布该资源，这样当本地子网内的其他用户，想使用该资源时，就不必通过超级节点，进行外网的资源定位，通过本地子网的查询就可以解决。同时，由于数据已经拷贝到同一个子网中，用户可以直接拷贝子网内已有的数据备份。
3.2节点分类 P2P网络节点的能力(存储能力、运算能力、网络能力和稳定性等)千差万别，有强大的服务器，也有移动计算设备。区分节点的能力有利于充分发挥强大节点的作用，提供P2P网络运行效率，实现管理，甚至提供一定的QoS支持。根据节点能力的不同，双层Chord模型中将节点分为四类：
普通节点(NormalPeer)：能力一般的节点，作为下层P2P子网的构成节点，具有本子网内的资源定位能力，定位外网资源时需要超级节点的帮助。副本节点(BackupPeer)：能力较强，用于备份超级节点的数据，当超级节点失效是，它要代替超级节点的角色。超级节点(SuperPeer)：能力很强的节点，不仅参与本子网的资源定位和共享，并且帮助子网内的其他节点完成外网的资源定位。注册中心节点：能力非常强，用于记录系统超级节点的注册信息并安排节点加入的位置。
4结语
双层Chord系统在各个方面都有着比Chord更好的性能。而且双层Chord的实现并不是十分复杂，因此是一个实用的可扩展的，适应于大规模P2P应用的可靠系统。
参考文献
[1]乐光学,郭勇等.基于Region多层结构P2P计算网络定位服务策略研究[J].微电子学与计算机,2005(3)
[2]唐辉，李祖鹏，张国杰等.结构化覆盖网络模型Chord研究[J].计算机工程与应用,2005(1)
[3]李运娣分布非结构化P2P网络资源定位研究[J].计算机工程与应用,2007(6)
[4]唐辉,张国杰.一种混合P2P网络模型研究与设计[J].计算机应用,2005(3)