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基于Gnutella协议的Peer-to-Peer网络研究及其协议验证

作　者: 庄雷
导　师: 黄建华
学　校: 中国人民解放军信息工程大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: Gnutella协议消息反馈机制连接管理短路效应可达性时间自动机 UPPAAL 协议验证
分类号: TP393.02
类　型: 博士论文
年　份: 2004年
下　载: 398次
引　用: 4次
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内容摘要

由于P2P系统在资源共享方面有着巨大的应用前景,对他的研究已成为学术界的重点问题之一。在P2P系统中,每个节点即是客户机,又是服务器,所有的数据交换都是在节点间完成。P2P引导网络计算模式从集中式向分布式偏移,也就是说网络应用的核心从中央服务器向网络边缘的终端设备扩散。 Gnutella是一种完全的分布式、无等级结构的P2P网络模型,能够适应P2P网络中节点频繁加入和离开的自然特性,它具有健壮性、实时性、可靠性、负载平衡等优势。基于Gnutella协议开发的软件越来越多,有大量的用户使用这类软件在Internet上搜索查询信息、下载文件和共享数据。然而,在Gnutella网络中还存在以下问题: 1.冗余消息多,吞噬带宽。Onutella网络协议采用泛洪式(flooding)消息传播机制,这种消息传播机制产生了呈指数级增长的冗余消息。据统计,P2P软件白天占Internet上运行带宽的40%—70%,晚上有时能达到80%。 2.搜索效率低,可扩展性差。Gnutella网络的搜索协议将所有资源与节点统一对待,没有考虑节点的性能差异,也没有利用查询成功的历史经验,使得搜索效率低下。同样由于节点性能的差异,网络中个别节点可能没有足够的CPU时间片、内存和带宽来完成消息的转发,导致了网络的分裂。 3.可达性问题。为了控制消息在网络中不会被无限制的扩散,减少冗余,Gnutella网络协议引进了消息控制机制,而网络异构延迟和这些消息控制机制共同作用形成了短路效应。短路效应会严重影响消息的到达率,造成网络的查询效率降低。 4.网络协议的正确性。协议是网络的血液和生命。协议中任何一点错误和缺陷都将给分布系统的稳定性、可靠性、坚固性、安全性、容错性以及异种系统之间互通性带来巨大的危害。然而,P2P网络协议是否正确,其协议是否具有安全性等性质,以及P2P网络协议是否是按协议工程的要求研制的,均未见相关报道。围绕上述问题,本文进行了深入地研究工作,其主要贡献如下: 1.GFB:一个具有消息反馈机制、可扩展的P2P系统 GFB是作者通过对Gia系统的改进得到的。Gia系统在保留了Gnutella的简洁性同时,改善了网络的扩展性能。在任何一段时间内,网上资源的需求都不是均一的,笔者按照Gnutella网络的小世界和幂规律等特性,将成功查询结果内容的索引复制到多个性能高的节点上,因为这些内容往往是近期在网上流行的资源。另外,我们用mdfRM搜索协议替代Gia中的搜索协议,使GFB系统具有更好的可适性和搜索效率。 2.Gnutella网络的连接管理针对洪泛消息广播机制,产生大量冗余消息和严重吞噬带宽这一关键问题。本文在解

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摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第1章引言  11-24
  1.1 研究背景及问题提出  11-16
  1.2 本文的研究内容及意义  16-19
  1.3 本文的组织  19-20
  参考文献  20-24
第2章 GNUTELLA网络概述  24-35
  2.1 GNUTELLA网络协议  24-29
  2.2 GNUTELLA网络的基本特性  29-32
  2.3 小结  32-34
  参考文献  34-35
第3章 GFB:具有消息反馈机制、可扩展的 P2P系统  35-44
  3.1 GIA网络系统分析  35-36
  3.2 GFB网络系统  36-42
  3.3 小结  42-43
  参考文献  43-44
第4章 GNUTELLA网络的连接管理  44-62
  4.1 GNUTELLA网络消息广播机制解析  44-45
  4.2 GNUTELLA网络丢弃连接的必要性与可行性  45-47
  4.3 GNUTELLA网络消息优先级的划分  47-48
  4.4 GNUTELLA网络连接管理的评估方法及实例  48-52
  4.5 丢弃连接管理算法(DCMA)  52-54
  4.6 DCMA算法的深入探讨  54-60
  4.7 小结  60-61
  参考文献  61-62
第5章可达性分析及短路效应解决方案  62-81
  5.1 异构延迟造成的短路效应  62-65
  5.2 短路效应解决方案  65-73
  5.3 试验方案的设计和结果  73-79
  5.4 小结  79-80
  参考文献  80-81
第6章协议的形式化描述及验证理论  81-93
  6.1 协议验证的必要性  81-82
  6.2 基于有限状态自动机模型的协议验证与分析  82-83
  6.3 时间自动机模型的概念与区域自动机的构造算法  83-87
  6.4 改进的区域自动机构造算法  87-90
  6.5 算法分析  90-91
  6.6 小结  91-92
  参考文献  92-93
第7章协议的形式化描述及验证  93-109
  7.1 协议验证工具— UPPAAL  93-95
  7.2 GNUTELLA网络协议的形式化描述与验证  95-101
  7.3 构造无 R-TTL环的 GNUTELLA网络协议的形式化描述与验证  101-106
  7.4 小结  106-107
  参考文献  107-109
第8章结语  109-112
  8.1 全文总结  109-111
  8.2 对进一步工作的展望  111-112
附录1  112-115
附录2  115-117
致谢  117-118
攻读博士学位期间发表的论文  118-119

基于Gnutella协议的Peer-to-Peer网络研究及其协议验证

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