结构化P2P网络中拓扑匹配问题研究
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摘要：本文以Tapestry系统为例讨论了结构化p2p网络中覆盖层与物理网络不匹配问题，提出善于区域划分和IP地址的标识符分配方案，以及选取符合后缀匹配要求的最近节点作为邻居节点的策略来改善覆盖层与物理网络的匹配性，提高了路由效率。
关键词：结构化P2P网络 Tapestry系统 覆盖层 物理网络 匹配
中图分类号：TP393.01 文献标识码：A 文章编号：1002-2422(2010)02-0026-02
1，1结构化P2P网络特点
资源定位是P2P网络的首要问题，结构化P2P网络中，资源和节点都通过Hash函数随机获得一个标识符，资源信息映射到标识符相匹配的节点上。由于结构化P2P网络可以在有限跳数内定位到资源而成为当前的研究热点。
1，2 Tapestry系统
以Tapestry系统为例对结构化P2P网络的资源定位机制进行说明。系统中的节点和资源随机获取一个160位的全局唯一标识符nodeID和obiectID。资源的定位信息存储在根节点，即与资源标识具有最长后缀匹配的节点。每个节点都维护邻居节点映射表、资源定位指针、热点监控器、向后指针列表和资源存储这五部分信息，如图1所示。节点M的邻居节点映射表起到路由表的作用，在转发资源定位消息时使用，该表有logbN行，每行包含b项(N为网络中节点的数量，b为节点标识符的基数)，第j行第i项是以“i”+suffix(M，i-1)结尾的节点。资源定位指针列表存储与节点M具有最长后缀匹配的资源信息。资源存储是M向网络中其他节点提供的可共享资源。
Tapestry系统采用基于后缀匹配的资源定位机制。路由过程中到达的第n个节点和目的节点的标识符后缀匹配长度至少为n，这样，每经过一个节点的转发，距离目的节点就更近一步。例如消息从***8到**98到*598到目的节点4598(*表示通配符)。Tapestry系统最多经过logbN个节点转发即可实现资源定位。
1，3覆盖层与物理网络拓扑的不匹配
结构化P2P系统利用分布式哈希表构建覆盖层网络，没有过多考虑底层物理拓扑结构。资源定位是在覆盖层进行的，覆盖层上的相邻节点在网络层可能相距很远，这样在资源定位过程中会出现许多不必要的路由，甚至超时导致搜索失败，大大降低资源定位的效率。例如资源定位信息从节点1传送到节点4的过程，在物理网络中从北京传送到伦敦又到纽约，最后再回到上海(如图2中实线所示)。显然，理想的路由过程是直接从北京传送到上海(如图2中虚线所示)。
2 拓扑匹配问题的改进
为了改进结构化P2P网络中覆盖层与网络层拓扑不匹配问题，提高资源定位效率，在分配节点标识符和构建路由表时应考虑物理的网络拓扑结构。
2，1基于区域划分和IP地址的节点标识符
目前结构化P2P网络中节点标识都是随机获取的，这样标识接近的节点物理位置可能相距很远。为了改善这一情况，应尽可能根据节点的实际位置分配标识符。
将结构化P2P网络划分若干个区域，依据物理位置邻近的区域其编号也接近原则为每个区域进行编号，各区域均有一个L1位的编号Ni。每个区域中选择经常在线、性能较为强大的节点作为区域界点，其中一个为主界点，其他为候选界点，当主界点离开系统时新加入网络的节点测试到达各个区域主界点的往返时延(测试k次取平均值)，该节点属于具有最小时延的界点A所属区域Ni。
由于主机的IP地址是由网络号和主机号两部分构成，同一个网络中节点的IP地址具有相同的网络号，因此物理位置邻近的节点IP地址具有相同的前缀。
Tapestry系统是基于后缀匹配的，相邻的节点标识符具有共同的后缀。在为节点分配标识符时，最后的t1位是其所在区域编号的逆序排列，左边32位是节点IP地址的逆序，剩下的160-(32+t1)位则随机分配。这样，属于同一个区域、在同一个网络中的节点具有相同的后缀，而标识符又包含随机获取的部分。节点的标识既在标识符空间平均分布而不会破坏其负载平衡的特性，又充分考虑了节点的实际位置，保证物理邻近节点的覆盖层标识也邻近。
2，2基于物理临近的路由表构建
Tapestry系统需要借助邻居节点的转发来实现资源定位，随机选取满足后缀匹配要求的节点作为邻居节点的策略并未考虑邻居节点的物理邻近性。使得资源定位时容易出现在物理网络进行不必要路由的情况。在为新加入系统的节点构建邻居节点映射表时进行优化处理，测量其到各个满足后缀匹配要求节点的往返时延(测试k次取平均值)，时延最小的那个节点和该节点物理位置最为接近，将它选作该节点的邻居节点。这样，在资源定位时，总是把消息转发到物理位置尽可能邻近的节点，提高路由效率。
3 结束语
在分析结构化P2P网络特点的基础上，以Tapestry系统为例讨论了覆盖层与物理网络拓扑不匹配的问题。提出采用区域划分和节点IP地址的标识符分配方法，以及构建路由表时选取符合后缀匹配要求且在物理上最为邻近的节点作为邻居节点的策略，构造覆盖层网络时充分考虑其物理位置信息，使结构化P2P网络的资源定位效率得到提高。