对等网络性能测量与改善

摘要

目前，作为互联网中最重要的网络应用，Peer-to-Peer(简称P2P)网络承载着超过60％的传输流量，P2P网络性能对于改善Internet网络服务质量具有十分重要的意义。随着P2P网络用户数量及新业务的不断增多，P2P网络运营商必须尽力为用户提供最好的服务，以适应激烈的市场竞争环境。在这样的背景下，P2P网络性能越来越成为人们关注的焦点。如何为分布式对等网络提供信息监控服务也成为P2P网络研究领域的重点问题。对等网络性能测量是收集对等网网络运行参数、分析网络运行性能的重要手段，也是高性能对等网络协议设计、网络规划与建设、高性能应用开发等的重要基础，而且为互联网的科学管理、有效控制、健康发展、合理利用与深入研究等提供科学依据。此外，得益于P2P网络技术的迅速发展，基于应用层组播的P2P流媒体业务正在成为未来网络最重要的宽带业务之一。如何利用底层网络拓扑信息测量技术，构建一个经济、高效的媒体组播通信网络对于因特网流媒体技术发展和完善具有积极意义。 本文致力于P2P网络性能监测、性能评估、性能改善方面的研究，并着重探讨P2P网络性能监测子网的构建以及基于测量的P2P组播网络性能改善。论文的主要研究内容如下： P2P网络性能测度与评估：P2P网络定位于应用层重叠网络，基本功能包括重叠网络拓扑维护、资源搜索、应用层路由以及应用层传输。网络层次定位及功能的不同使得传统IP网络的性能测度无法满足P2P网络性能测量与评估的需求。论文分析了P2P网络特性及性能影响因素，在总结IP网络传输性能测度的基础上，通过考察P2P网络基础服务的性能，制定出一组反映P2P网络特性的测度集，用于指导P2P网络性能的测量与改善。在此基础上，论文就P2P网络性能测度在网络性能评估及业务性能评估中的应用进行了讨论。 P2P网络监测系统模型研究：网络监控功能的缺乏已经成为P2P网络持续发展的瓶颈问题。论文在P2P网络监测系统需求分析的基础上，设计了一个以监测代理为核心的P2P网内监测系统模型。该模型合理利用边缘对等点及超级对等点的计算能力实现分布式测度采集以及统计运算，因而中央监测服务器的监测成本不随对等点数增长而成倍增长。之后，基于该模型并结合P2P网络环境特点，论文就P2P性能监测子网拓扑模型进行分析，并设计出一种监测汇聚代理节点自组织策略。该策略利用对等点度量机制选择性能良好的汇聚代理节点，使用父节点备份机制增强监测子网的拓扑稳定性，通过负载均衡机制协调汇聚代理节点的连接负载。仿真结果表明，该策略可以克服P2P网络节点的动态性加入与退出引发的拓扑断裂，为大规模异构P2P网络提供稳定的监测服务。 基于JXTA平台的监测系统设计：为了验证网内监测系统的可行性，论文选择Sun微系统公司的JXTA平台作为承载网络，开发了一个网络监测系统——JNMS(JXTANetworkMonitoringSystem)系统。论文首先简单介绍了JXTA平台的基本概念及协议，之后利用上一章提出的P2P网络监测系统的功能模型及拓扑模型设计出JNMS监测系统的功能结构、部署环境、工作流程。最后结合JXTA协议特点重点研究了JNMS监测系统实现过程中的三个关键技术：JXTA网络测度采集、监测数据传输、监测策略配置。JNMS系统完全兼容JXTA网络协议，致力于构筑网内信息监测平台，实现JXTA网络监测数据的采集、传输、存储、整合及可视化操作。在嵌入了监测系统的JXTA平台上开发的P2P应用程序，可以自动加入JXTA监测子网，测量并上报系统参数。JNMS系统的设计与实现验证了基于通用P2P网络平台构建网内监测系统这一基本思路的可行性。 基于测量的P2P流媒体组播研究：论文首先介绍应用层组播研究概况，之后针对对等网络环境下创建应用层组播树的主要问题进行了探讨。通过研究已有应用层组播协议，分析组播树拓扑创建、维护以及测量支持机制，论文设计了一种改进型应用层组播协议DE-ALM(DistanceEstimationApplicationLayerMulticast)。DE-ALM从域间流量隔离和控制开销减少两个方面入手改善P2P网络环境下流媒体组播树的性能。该协议采用分层结构的树状拓扑优先算法，利用通过主备份父节点间的心跳机制保障组播树的拓扑安全性，保障系统稳定性地同时最大限度地降低控制开销。通过引入路标服务器的网络测量技术，对于域间组播链路加以限制，并利用Hotz距离近似估算新加入节点到达各层节点的RTT时延，不再需要反复进行节点间RTT测量。性能分析及仿真表明，基于距离向量测量的DE-ALM协议在提高组播树的流量及时延性能的同时较好地降低了节点加入时延以及整体控制开销。

目录

文摘

英文文摘

独创性（或创新性）声明及关于论文使用授权的说明

第一章绪 论

第二章对等网络技术进展

第三章P2P网络性能测度及质量评估

第四章P2P网络性能监测系统模型研究

第五章基于JXTA平台的监测系统设计

第六章基于测量的P2P流媒体组播研究

结束语·总结与展望

参考文献

攻读博士学位期间发表论文列表

常用术语与缩略语解释

致 谢