对等网络性能的研究与仿真

摘要? 对等网络存在可扩展性差和查找服务效率较低等闻题。针对这些问题，各界研究人员和开发人员不断推出新的应用和新的协议(或改进已有的协议)。但是当前大多数的P2P网络仿真软件是研究人员为验证自身的协议设计开发的，此类仿真软件设计目的单一，无法仿真其它协议；小部分具有一定通用性的P2P网络仿真软件，能够仿真多个协议，但是不能简便的实现新协议的仿真。具有高度协议可扩展性的P2P网络仿真软件能够仿真多种协议、简便的实现新协议的仿真，适应P2P网络发展的需要。 课题主要是对基于P2P的网络仿真以及基于P2P的网络仿真的协议可扩展性进行研究与实现，完成以下工作： 1． 学习了P2P网络的相关知识；研究了仿真技术和网络仿真技术的相关知识以及主流的网络仿真软件。 2． 分析了P2P网络仿真软件设计的意义与准则。 3． 设计了基于蚁群算法的P2P网络仿真研究算法。 4． 用MATLAB仿真了基于蚁群算法的P2P网络仿真算法，对算法有效性和跳数对算法的影响作了分析。 关键词：对等网络，仿真，蚁群算法 1.1???? 选题背景 对等网络P2P协(Peer-to-Peer，，简称P2P网络)是分布式系统与计算机网络相结合的产物，是采用对等模式工作豹计算机网络。在对等网络中，每个网络节点在行为上是自由的，在功能上是平等的，在连接上是互联的，所有节点分布式地自组织成一个整体网络。因此，它能够极大地提高踺络效率，充分利用带宽，开发每个网络节点的能力。但是P2P网络还存在着可扩展性差和查找服务效率较低等问题，针对这些问题，各国研究人员和开发人员不断推出新的应用和新的协议(或改进已有的协议)。此外，具有大规模、高动态性的实际P2P网络构建起来比较困难，并且需要付出昂贵的代价。所以网络仿真技术是P2P网络现实可行的协议测试、评价、比较和认证机制。 P2P网络经历了三个主要阶段，首先是Napster开始的中心索亏|服务器结构；其次是以anutella和FroeN为代表的纯分布式结构：为了克服Gnutella的缺点，出现了Fasttrack为代表的结合索弓|服务器翻纯分布式模式的超带点模式。目前，对分布式散列表(DHT)结构的研究占主导的地位。研究者们提出了多种DHT结构的P2P协议，著名的有：Tapestry，Chord,CAN等协议基本上都有自己独有的仿真软件用于对各自算法和协议的可行性进行性能评价。但这类仿真软件普遍存在着设计目的单一，通用性较差，难以广泛使用等缺点。其次，现有的经典网络仿真软件NS-2，OPNET等通用的离散事件仿真软件比较适合于底层协议的仿真，却不适合于建立在应用层之上的覆盖网络的仿真，也不适合于巨大规模、高度动态的挖P网络的仿真。而且，它们是非专业的P2P溺终仿真软件，用户需要进行大量三次开发，从而影响研究进度。此外，还存在着一部分具有一定通用性的P2P网络仿真软件。这类网络仿真软件自身已经实现多个协议，但这是远远不够的，用户需要基于该网络仿真软件简便的实现新协议的仿真。由予对等协议各项性能指标缺乏较好的评估，在大规模互联网范日使用时，往往基于性能问题无疾而终。所以设计和实现具有高度协议可扩展性的P2P网络仿真软件，将会为p2P协议的研究带来方便，也将会推动P2P网络的发展。因此，本论文对基于P2P的网络仿真进行了研究，学习和研究了现有的阿络仿真软件，在源有鼹络仿真软件的基础上进行了二次开发，建立了一个面向大规模、具有高度协议可扩展性的P2P离散事件网络仿真软件。 1.2???? 研究内容及意义 1.2.1? 研究内容 本课题主要目的是研究P2P网络的性能及算法的仿真软件。学习并实现了基于P2P的网络仿真以及基于P2p的网络仿真软件的协议可扩展性研究。 研究的主要内容有三个方面： 1． 基于P2P的网络仿真的相关知识的学习与研究 研究专进和非专业P2P网络仿真软件，分析现有的网络仿真软件的优缺点。根据课题的需要，寻找适合本课题研究的网络仿真软件。 2。基于P2P的网络仿真过程的研究与实现 对P2P网络来说，由于其规模巨大，实际构建如此大规模的分布式网络带来的硬件、软件开销通常是难以付出的，因此P2P领域侧重于网络仿真技术。学习和研究P2P网络仿真的过程，实现基于P2P的网络仿真实验。课题第一步就是实现基于P2P的网络仿真实验，在此基础上进一步研究基于P2P的网络仿真的协议可扩展性。 3．基于粒子群算法的P2P网络仿真的研究与实现 ??? 设计与实现基于粒子群算法的P2P网络的路由性能，通过matlab仿真实现该协议，并验证其性能。 1.2.2? 研究意义 因为具有大规模、高动态性的实际P2P网络构建起来相当困难，并且需要付出昂贵的开销，所以网络仿真技术是P2P领域现实可行的系统测试、评价、比较和认证机制。 P2P网络仿真软件的开发为P2P领域的研究者带来了实验上的便利，研究者们只需要将精力集中于那些想要关注的性能，而不必花费大量的时间和精力去编写实验工具。通过网络仿真的方法忽略掉一些不必要的或不关心的细节，在可控的环境中测试、评价一个P2P网络，不仅方便、易于实现，丽且箕仿真结采常常能够更加公平合理。这不仅能显著的缩短测试、评价的时间，加速P2P网络的性能提升，关闭时能推动整个P2P行业的迅猛发展，键进P2P协议的推广和应用。 1.3???? 本文组织结构 本文由5部分组成，各部分的内容如下： 1．绪论。主要说明课题的研究背景，课题的主要研究内容和意义。 2．对等网络综述。介绍P2P网络的基本概念、网络模型、优势、应用模式以及P2P技术的缺陷和问题。 3．对等网络仿真技术及网络仿真技术综述。整个课题的设计与实现是采用网络仿真技术。本章主要介绍仿真技术和网络仿真技术的基本概念、特点、优势、主要应用以及仿真的过程，最后主要介绍了主流的网络仿真软件。 4．基于蚁群算法的对等网络路由算法仿真，本章提出了一种基于粒子群算法的对等网络中的路由算法，并对该算法的流程和性能进行了描述，并通过Matlab进行仿真实验。 5．最后总结全文。