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P2P技术在IPv4/IPv6混合网中应用的关键问题研究

吕晓鹏  
【摘要】:随着因特网(Internet)的飞速发展,IPv4地址枯竭问题日益突出,这就使得IPv4向IPv6的过渡更加紧迫。下一代网络协议即IPv6能否在全球成功的部署,直接影响着未来Internet的发展。然而,目前IPv6并没有如它设计者所设想的那样快速地在全球部署。由于IPv4和IPv6无法实现兼容,以及迄今为止,在全球范围内还没有IPv4/IPv6互通机制得到广泛部署和应用,因此,目前若要使用IPv6,就需要在客户端和服务器都部署IPv6。但是,目前传统的服务器对IPv6的支持严重不足;此外,由于IPv6网络规模、用户和内容比例相对较小,从而形成了负面网络效应,这已成为IPv6的部署和发展的障碍。因此,如果上述问题得不到有效地解决,就可能制约未来Internet的进一步发展。 在深入研究对等网络(Peer-to-Peer, P2P)技术的基础上,我们发现P2P技术可能为上述问题提供较好的解决方案。因此,本文对IPv4/IPv6混合网中P2P相关技术的关键问题展开了研究。对于这些问题的研究有助于改善目前IPv6网络使用情况,从而推动IPv6网络的部署和发展,促进IPv4向IPv6的平滑过渡。本文的主要研究内容和结论如下: (1) BitTorrent作为目前Internet上最流行的P2P文件共享系统,已经引起了广泛的关注。早期很多研究证实了BitTorrent系统能够提供非常好的下载性能。然而,由于BitTorrent设计忽视了下层网络的拓扑结构以及ISP链路成本,这就导致它产生大量的骨干网流量和跨ISP流量。针对这一问题,提出基于地标聚类的tracker端偏向邻居选择算法,简称T-biased算法。在基于T-biased的BitTorrent系统中,客户端利用地标聚类(Landmark Clustering)技术,生成一个全局的邻近信息;依照上述邻近信息,tracker以有序的方式维护着所有节点。当收到节点列表请求时,tracker返回给请求节点一个偏向节点子集。仿真结果显示基于T-biased算法的BitTorrent系统有效地减少了跨ISP流量。 (2)通常,关于BitTorrent流量的研究只涉及基于IPv4协议的单一网络。随着IPv4地址枯竭和IPv6网络的快速发展,Internet正在向IPv4/IPv6混合网转换。因此,本文提出一个适用于IPv4/IPv6混合网的BitTorrent系统。它的主要作用是:将目前相对拥挤的IPv4网络中的一部分BitTorrent流量转移到带宽相对充裕的IPv6网络当中。并且,该系统还采用T-biased算法来进一步减少骨干网流量。我们通过一个基于CERNET和CERNET2网络拓扑仿真场景,分析了上述BitTorrent系统性能。仿真结果表明:该系统能够有效地将CERNET中的BitTorrent流量迁移到CERNET2网络中;并且得益于T-biased,两个网络主干线上的BitTorrent流量均有显著下降;此外,该系统对两个网络负载的变化有一定的适应能力。 (3)为减轻P2P应用造成的IPv4网络带宽紧张问题,推动IPv6的部署和发展,本文提出了一种IPv4/IPv6混合网中基于层次化分布式哈希(Distributed Hash Table, DHT)的P2P资源共享机制。它使得IPv6和IPv4节点能够查询和获得彼此DHT覆盖网中的P2P资源,从而实现IPv4和IPv6网络之间的P2P资源共享。仿真结果表明该P2P资源共享机制能够适应IPv4/IPv6混合网的特性,并具备很好的扩展性和负载均衡性。 (4)为促进Internet从IPv4向IPv6平滑过渡,本文提出一种基于DHT的IPv4/IPv6互通机制,它通过使用一个DHT覆盖网存储和维护IPv4和IPv6网络间的路由信息,实现了IPv4和IPv6间的互操作。该互通机制将数据通信中选路和数据包传递两个过程分离。其中,路由路径查询负责查询和选择路径,而数据包传递过程只需沿着已选好的路径传递数据包。仿真结果证实了我们设计的方案是值得尝试的。 (5)在上述研究中,我们发现对所设计系统性能进行验证是一项必要而复杂的工作。仿真方法在P2P研究中被广泛地应用,但是对通用的P2P仿真平台缺乏共识,就给研究的验证工作以及成果重现带来了挑战。因此,在总结前期仿真设计和实现的基础上,我们提出一个基于离散事件驱动的通用P2P网络仿真器。该仿真器提供了一些IPv4/IPv6混合网环境中的P2P仿真实例,仿真器的模块化和层次化设计提高了仿真实验的灵活性。希望该仿真器能够给IPv4/IPv6混合网和P2P的研究贡献一份力量。


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