计算机科学与技术毕业设计-集中目录式P2P网络的设计与仿真(01).doc

1、本科毕业论文（20 届）集 中 目 录 式 P2P 网 络 的 设 计 与 仿 真Design and Simulation of Centralized Directory-Based P2P Networks所在学院 专业班级 计算机科学与技术 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I摘 要网络是目前国际上计算机网络领域的研究热点。随着因特网的迅速发展，使P2用因特网的用户可以实现分布在世界各地的网络终端信息的共享。集中目录式 P2P 模式是当今三大主流 网络之一，以 Napster 为典型代表，改变了传统的客户端/服务P2器(C/S) 模式。该网络的主要特点是弱化了中央目录服

2、务器的作用，充分利用了节点的存储能力，网络中每个节点的地位都是对等的。集中目录式 模式的诞生，引出了P2对等网络的新概念。作为第一代 网络，集中目录式 模式具有广阔的应用空间P2和重要的研究价值。本课题通过阅读 P2P 技术相关文献，分析国内外前沿的 P2P 网络技术，并结合集中目录式 P2P 架构的自身特点及适用范围，提出了一种针对集中目录式 P2P 网络的设计与 。以适合网络仿真的新型工具 OMNeT+为仿真平台，对集中目录式仿 真 方 案P2P 网络进行设计与仿真实验。经过 OMNeT+仿真实验，在仿真平台上实现了集中目录式 P2P过程，这对于进一步研究集中目录式 P2P 模式的性能具有

3、一定的参网 络 模 型 的 工 作 全考价值。关键词：对等网络；集中目录式模式；仿真；OMNeT+哈尔滨工程大学学士学位论文IIIABSTRACTCurrently P2P network is a hot research field of international computer networks. With the rapid development of the Internet, users can share networks terminal information distributed around the world. At present Centralized Di

4、rectory-Based P2P model is one of the three mainstream P2P networks. It uses Napster as a typical representative, which changes the traditional client/server (C/S) mode. The main feature of this network is not only to weaken the role of the central directory server, but also make full use of the sto

5、rage capacity of the node, and the status of each node in the network is equal. The birth of the Centralized Directory-Based P2P model leads to a new concept of peer to peer network. As the first generation of P2P networks, Centralized Directory-Based P2P model possesses broad application space and

6、is of great research value.By reading relevant literature of P2P technology, This project analyzes domestic and international cutting-edge P2P network technology, combined with its own characteristics and scope of Centralized Directory-Based P2P framework, and proposes a design and simulation scheme

7、 for Centralized Directory-Based P2P networks. The new type tool OMNeT+ is taken as a simulation platform suitable to networks simulation, to design and simulate the Centralized Directory-Based P2P network. By experimenting with OMNeT+ simulation, the entire working process of Centralized Directory-

8、Based P2P networks model is achieved on the simulation platform, which has a certain reference value for further research focusing on the performance of directory-based P2P mode.Key words: Peer To Peer networks; Centralized directory model; Simulation; OMNeT+集中目录式 P2P 网络的设计与仿真IV目 录第 1 章 绪论 11.1 选题背景

9、及意义 11.2 国内外研究现状 21.3 课题主要研究内容 41.4 论文内容的组织与安排 5第 2 章 集中目录式 P2P 相关理论 62.1 集中目录式 P2P 工作原理 62.2 集中目录式 P2P 关键技术 72.2.1 线性表的链式表示 72.2.2 集中式 P2P 搜索技术 72.2.3 集中 索引模型 82.3 本章小结 9第 3 章 集中目录式 P2P 网络的设计 113.1 P2P 网络总体设计 113.1.1 网络 拓扑图 113.1.2 网络元器件设计 123.2 网络主要功能 设计 133.3 仿真主要源代码 153.4 本章小 结 18第 4 章 仿真实现与分析 1

10、94.1 实验目的 194.2 OMNET+仿真工具 194.2.1 仿真工具简介 194.2.2 仿真工具原理与 NED 语 言 204.2.3 仿真环 境设 置 234.3 实验方案及 结果分 析 234.4 本章小 结 32结论 33哈尔滨工程大学学士学位论文V参考文 献 34攻读士学位期间发表的论文和取得的科研成果 36致谢 37第 1 章 绪论1第 1 章 绪论1.1 选题背景及意义近年来， 技术成为了因特网 的技术。随着计算机技术的P2行 业 非 常 热 门特网应用的 ，因特网 不断增加，网上信息资源呈现出进 步 与 因 飞 速 发 展 用 户 数 量势。传统的客户端/服务器(C/

11、S)模式已经很难 的需求，对等爆 炸 性 的 增 长 态 适 应 用 户网络(P2P)作为一种 的模式， 了传统的客户端 /服务器(C/S)模式，它具有新 兴 打 破、 、容错能力强等优点，美国 杂志更是将 列为影响因特自 组 织 扩 展 性 好 财 富 P2网未来发展走向的四项科技之一 1。 是 Peer-To-Peer Mode 的英文缩写，P2对 等 模 式技术的本质思想是：人人 的资源，人人享受别人 。从而彻P2分 享 出 自 己 分 享 的 资 源底改变了落后的客户端/服务器(C/S)模式，让所有网络成员享有 、平 等 的 地 位。在 中， 既是网络服务申请者，又是网络互 连 的 功

12、 能 P2网 络 架 构 各 站 点，即 网络上所有计算机无主从之分，任何两个节点之间都可以进行服 务 提 供 者、消息传递。如今， 技术在分布式计算、文件共享、流媒体、语音通信文 件 共 享 P2及在线游戏支撑平台等信息技术领域都发挥了重要作用。从 概念出现至今，已经出现了多种 网络结构。 网络的发展主要P22P2P集中目录式、 和结构化三大发展阶段。集中目录式 网络是 网经 历 了 非 结 构 化 P2络家族中最早诞生的一员，它属于 中心式 网络，虽然仍具有中心化的特点，第 一 代但是与传统的客户端/服务器(C/S)网络模式相比较，集中目录式 网络中央目录服务2器 。二十世纪九十年代，世界

13、上 第一个应用性 网络的 负 担 大 大 减 轻 出 现 了Napster2。作为集中目录式 网络的 ，Napster 在半年时间内即P2典 型 代 表5000 万的注册用户，向 的计算机学界展示了 P2P 和巨大拥 有 超 过 全 世 界 优 异 的 性 能的 。发 展 潜 力在 技术的大力推动下，网络资源的储存模式发生了很大的改变：其一，用户P2不再需要将自己拥有的文件上传到中央服务器，而只需使用 模式将自己想要共享P2的信息或文件发送给其它的用户；其二， 完全 过去一度盛行的 /服务P2改 变 了 客 户 端器(C/S) 模式，填平了客户端和服务器两种概念之间无法逾越的鸿沟。在 /服务器

14、客 户 端(C/S)模式中，各个中央服务器之间难以按照客户端的要求进行 ，这已经成透 明 的 通 信为网络能力扩展的瓶颈 3；而 P2P 模式使得每个对等节点都能够作为网络资源的第 1 章 绪论2，在网络上 。拥 有 者 或 需 求 者 发 送 或 接 收 文 件本课题旨在利用 ，仿真实现集中目录式 网络 。OMNeT+仿 真 平 台 P2模 型 的 功 能集中目录式 网络模型主要 ，以用于文件以 模式在各个对等节P2适 用 于 小 型 网 络点之间进行传输。对于 网络仿真，初步 集中目录式 网络的P建 立 了 一 套，通过网络仿真的基本手段，对集中目录式 P2P 网络模型进行验证，为进一仿

15、真 架 构步研究、 集中目录式 网络 的数据分析。改 进 2提 供 了 直 观1.2 国内外研究现状因特网的起源是美国国防部 阿帕网。网络空间中既存储着高 级 研 究 计 划 局 建 立 的传统文本消息，又充斥了大量的多媒体资料，如音乐、图片、3D 游戏、远程医护、远程教育等 4。在这种形势下客户端/服务器(C/S)工作模式已经难以胜任，它自身存在的弊端逐渐暴露出来，于是 模式随之登上了历史舞台。从万维网问世后，以万维网P2为主的客户端/服务器(C/S)架构的应用迅速发展，并长期占据了统治地位，直到美国Napster 软件的问世，这一现状才得以改变 5。Napster 的诞生，开创了 ，自此之

16、后 的概念迅速 。2模 式 的 先 河 P2流 行 起 来IBM 公司对 定义为：“P2P 是具有至少以下 的计算机 ：P2模 式 的 特 征 之 一 互 联 系 统系统中的每个成员从系统中其它成员受益而不是服务器；系统的成员既是 端又是客 户服务器；系统中的用户 一个 ”。目前，因特网上的 模式应用软件层可 以 构 成 群 体 2出不穷，像 BT、PPLive 等软件已被现在的绝大多数人所了解。 还扩P技 术 的 应 用展到 、政府办公、商业、通讯和军事装备等各个领域 6。工 业 生 产用于共享 歌曲资源的 中，所有的文件资源并非存储于中央目录服务器MP3Napster上，而是存储在各个对等

17、节点中。发起检索文件请求的源节点能够根据中央目录服务器返回的检索结果，选择合适的目标节点建立直接连接，而不必再访问中央目录。这种网络结构虽然并不复杂，但是它显示了 的 7。集中服 务 器 P2模 式 信 息 量 优 势目录式 模式与传统的客户端/服务器(C/S)模式的对比结果如表 1.1 所示：P2表 1.1 集中目录式 P2P 模式和客户端 /服务器模式的对比网络模式 集中目录式 P2P 客户端 /服务器节点间的关系 对等 不对等资源分布 相对分散 集中中心依赖性 中心依赖性较小 中心依赖性很强资源利用率 较高 较低第 1 章 绪论3可扩展性 好 差数据互动性 好 差在集中目录式 网络中，每

18、个对等节点连接到一台服务器，服务器 的P2 保 存 用 户资源索引信息。每个用户将自己愿意与其它用户共享的文件信息 器，服务发 送 给 服 务器会采集这些文件信息以及该用户的地址，并将它们作为一个数据域插入原有的线性链表中。当某用户想要检索一个文件时，首先将“检索”消息 中央发 送 给 与 其 相 连 的目录服务器，该服务器收到请求以后，等处理完成后将“回复”消息返回给该用户，这条消息列有所查到的所匹配的文件索引 8。当该用户收到响应以后，会在 选表 单 中择自己所需的文件资源，根据文件索引中对应的定位信息，与 建立直接连接其 它 用 户并传输文件。主要 以下四类：P2网 络 模 型 划 分

19、为(1)集中目录式 网络模型P2集中目录式 结构是最早出现的 应用模式，因为仍然具有 ，P2中 心 化 的 特 点也称为非纯粹的 结构 9。 是其最典型的代表，其用户注册与Napster于传统的客户端/服务器模式。 是中央集权式的系统，利用文 件 检 索 过 程 类 似 Napster中央 列表管理的服务，是一种典型的 。它的优点在于目 录 服 务 器 提 供 中 心 式 对 等 网 络能够提供较高的 ，便于 ；不足是存在检 索 资 源 性 能 网 络 管 理10。服 务 质 量 很 难 提 高 和 单 点 崩 溃 的 问 题网络也是中心式对等网络的一种 ，属于 。BitTorent 典 型

20、代 表 目 录 式 动 态 配 置 模 型是 文件共享领域中使用最广的软件之一，这种中心式对等网络具有易于P2维护、既简单又高效的查询机制等优势。它主要由种子节点、 服务器、 服WebTracke务器和下载节点组成 11。 网络的特点是采用 服务器来记录内容的索BitTorentTrack引 ，帮助节点之间 ， 都是在 。和 节 点 的 信 息 建 立 连 接 而 文 件 的 上 传 和 下 载 节 点 间 进 行网络中的所有参与者分别通过 TFT 算法、片段选择算法和 文BitTorent 阻 塞 算 法 等 使件快速地分发给所有用户，保证了网络的 12。高 效 性 和 公 平 性(2)纯

21、网络模型P2纯 模式摒弃了中央服务器，每个用户与自己相邻的 点通过端到端一 组 邻 居 节连接 。 的 、共享都是直接构 成 一 个 网 络 对 等 节 点 之 间 查 询。通 过 相 邻 节 点 广 播 接 力 传 递纯 网络模型 。但这类网络更加容易受到 的侵扰，P2扩 展 性 和 容 错 性 较 好 恶 意 信 息甚至是 。计 算 机 病 毒 的 攻 击第 1 章 绪论4(3)混合式网络模型在纯 网络模型基础上引入了超级节点的概念，Kazaa 是一种典混 合 式 网 络 模 型 P2型的 混合模型，该模型按节点 、内存大小的不同，将节点分为P2计 算 能 力类。普 通 节 点 和 搜 索

22、 节 点 两(4)结构化网络模型模式是一种采用纯分布式的 和根据关键字结 构 化 网 络 消 息 传 递 机 制位服务，目前的 是采用分布式 ( 技术)，应用还比进 行 查 找 的 定 主 流 方 法 哈 希 表 DHT较少见 13。在将 网络模型划分为四大类的同时，针对目前正在使用的或处于设计研究阶P2段的各类 网络技术，可将 大致划分为三代：P2网 络 系 统 按 照 时 间 顺 序(1)第一代中心式 P2P 网络：在 C/S 架构的基础上，实现了 C/S 和 P2P 两种网络的，成为了 ；结 合 2网 络 领 域 的 先 驱(2)第二代无结构 P2P 网络：网络中无专门的中央目录服务器，

23、由许多对等节点组成，节点组织 ；随 意 而 分 散(3)第三代结构化 P2P 网络：该网络中的节点组织严格、寻址结果准确，实现了网络搜索空间及节点的组织和映射。目前，在 技术的各个方面，国内外都进行了 ，多项学术成P2 广 泛 和 深 入 的 研 究果和实际产品的诞生，使 技术展现出了巨大的商业潜力和发展空间，这引起了众P多知名企业、大学和 。 技术具有以下 ：科 研 院 所 的 极 大 兴 趣 P2几 个 主 要 特 点(1)非中心化：网络中的资源分布在各个节点上面，服务器的功能被弱化或者根本不需要服务器，避开了实际应用中存在的 ；服 务 器 瓶 颈 问 题(2)可扩展性：在 网络中，随着用

24、户的 ，不仅服务的 了，P2加 入 需 求 增 加的资源和服务能力也在 ，始终 ；系 统 整 体 同 步 地 扩 充 满 足 用 户 的 需 要(3)健壮性： 网络架构天生具有防攻击、高容错的优势，行为即使遭到破坏，对其它部分节点的影响较小 14；(4)高性能：性能优势是 在网络技术领域被广泛关注的一个至关重要的原因，P2采用 网络架构，可以高效地 网络中分布的大量节点，将存储的资源分布到所P2利 用有节点上。1.3 课题主要研究内容本课题所研究的对象是集中目录式 网络，属于最早期的 应用模式，P2P2第 1 章 绪论5的手段为仿真实验，所依靠的软件工具为 网络仿真平台。本课题采所 研 究 O

25、MNeT+用标准 C+语言为开发语言，采用 为仿真 。本课题主要研究并e+分 析 工 具括以下三个方面：拟 解 决 的 问 题 包(1)网络中的 向中央目录 ；对 等 节 点 服 务 器 发 布 分 享 的 文 件 列 表(2)中央目录服务器采集、 拥有的文件资源信息，存 储 网 络 中 对 等 节 点源信息进行 ；对 这 些 文 件 资 分 类 管 理(3)节点向中央目录服务器发起 ，选择合 。文 件 检 索 请 求 适 的 对 等 节 点 建 立 直 接 连 接， 网络主要包括以下 ：在 本 课 题 中 集 中 目 录 式 P2三 个 功 能 模 块(1)对等节点向中央目录 ；服 务 器

26、发 布 文 件 列 表 的 模 块(2)中央目录服务器 ；采 集 网 络 中 对 等 节 点 发 布 资 源 的 模 块(3)源节点选择路径并与目标节点进行文件资源传输的模块。1.4 论文内容的组织与安排本文共 ， ：分 为 四 章 按 如 下 方 式 组 织第二章为本课题的理论研究分析部分，包括了对集中目录式 P2中目录式 、弊端的研究，以及对集中目录式网 络 工 作 原 理 和 集 P2网 络 自 身 优 势网络关键技术的较为详细的研究，其中包含数据结构线性表的链式表示、集中式P2搜索技术分析、集中索引模型分析等三部分内容。第三章为本课题的网络架构设计部分，包括了集中目录式 网络总体设计、网P2络主要功能的设计以及部分编程思想，并给出了网络仿真实验的主要源代码。其中，在集中目录式 网络总体设计小节中，又分为网络拓扑图的设计与网络元器件的设P2计两部分内容。第四章为仿真具体实现与仿真实验结果分析部分，包括了实验目的、OMNeT+仿真工具介绍、实验具体方案及实验结果分析等四部分内容。其中在 OMNeT+仿真工具小节中包括了仿真工具的简要说明、仿真工具的工作原理与 NED 语言以及仿真环境设置三部分内容。最后是本文的 ， 、 。结 论 部 分 对 本 课 题 中 的 工 作 实 验 结 果 进 行 了 全 面 的 总 结 分 析