Tóm tắt

Đề tài nghiên cứu của khóa luận tập trung vào vấn đề “nghiên cứu ảnh hưởng của hiện tượng “tham gia mà không đóng góp”(tiếng Anh: free-riding) đối với hệ thống chia sẻ file ngang hàng BitTorrent”. Trước hết, khóa luận sẽ cung cấp một cái nhìn tổng quan về hệ thống mạng ngang hàng hiện nay. Tiếp đó, chúng ta sẽ đi sâu vào nghiên cứu hệ thống chia sẻ file ngang hàng BitTorrent (khái niệm, cơ chế và hoạt động). và để làm rõ nội dung của đề tài nghiên cứu, Hệ thống BitTorrent sẽ được mô hình hóa bởi các tham số, các nút tham gia trong mạng được chia làm 3 loại đó là seed (nút chỉ upload mà không download), free-rider (nút tham gia vào hệ thống chỉ download mà không đóng góp) và non free-rider (các nút bình thường, vừa tham gia download vừa tham gia upload), từ đó xem xét khả năng tự bảo vệ chống lại free-riding trong cơ chế của BitTorrent, và đề xuất phương án cải thiện. Trong phần sau của khóa luận, tôi đã sử dụng chương trình mô phỏng OctoSim (một chương trình mô phỏng hệ thống BitTorrent của Microsoft Research) để thực hiện các thử nghiệm chứng minh tính đúng đắn của những nghiên cứu.

Mục lục

Giới thiệu chung 1

Chương 1. Tổng quan về mạng ngang hàng 3

1.1. Khái niệm về mạng ngang hàng 3

1.2. Phân loại mạng ngang hàng 3

1.2.1. Mạng ngang hàng thuần túy và mạng ngang hàng lai ghép 3

1.2.2. Mạng ngang hàng không có cấu trúc và mạng ngang hàng có cấu trúc 4

1.3. Ưu thế và các vấn đề cần xem xét trong mạng ngang hàng 5

1.3.1. Các ưu thế của mạng ngang hàng 5

1.3.2. Các vấn đề cần xem xét trong mạng ngang hàng 5

1.3.3. Tiềm năng phát triển của mạng ngang hàng 6

Chương 2. Mạng chia sẻ file ngang hàng BitTorrent 7

2.1. BitTorrent là gì? 7

2.2. Cơ chế và hoạt động của BitTorrent 8

2.2.1. Quá trình chia sẻ file 8

2.2.2. Sự lựa chọn các phần đơn vị (Piece Selection) 9

2.2.3. Thuật toán Choking 10

2.3. Optimistic Unchoking và Free-Rider 10

2.4. So sánh BitTorrent và một số hệ thống chia sẻ file ngang hàng khác 11

Chương 3. Mô hình hóa và xem xét ảnh hưởng của free-riding lên hệ thống chia sẻ file BitTorrent 13

3.1. Một số nghiên cứu liên quan 13

3.2. Mô hình và các tham số 13

3.3. Nghiên cứu hệ thống ở trạng thái ổn định (steady-state) 16

Chương 4. Chương trình mô phỏng OctoSim 23

4.1. Cài đặt và sử dụng chương trình 23

4.1.1. Giới thiệu, cách thức cài đặt và thiết lập môi trường để chạy chương trình OctoSim 23

4.1.2. Đầu vào và đầu ra của chương trình mô phỏng 24

4.2. Cấu trúc và chức năng của chương trình mô phỏng 25

4.2.1. File Main.cs: 25

4.2.2. File WorkloadProcessor.cs: 26

4.2.3. File Sim.cs: 27

4.2.4. File ProtocolMain.cs: 28

4.2.5. File Node.cs: 29

4.2.6. File SimParameters.cs 30

4.2.7. Các file khác 30

Chương 5. Các thí nghiệm mô phỏng và đánh giá 31

5.1. Kết luận sau khi xem xét mô hình và đề xuất phương án cải thiện 31

5.1.1. Kết luận thu được từ quá trình phân tích và tính toán 31

5.1.2. Đề xuất phương án cải thiện 31

5.2. Tiến hành các thử nghiệm 32

5.2.1. Thử nghiệm thứ nhất 32

5.2.2. Thử nghiệm thứ hai 34

5.2.3. Thử nghiệm thứ ba 36

Chương 6. Kết luận và phương hướng tiếp theo 37

Tài liệu tham khảo 39

Giới thiệu chung

Hiện nay, máy tính đã trở thành công cụ không thể thiếu trong cuộc sống của mỗi con người. Máy tính đã hỗ trợ rất đắc lực cho chúng ta trong công việc, học tập cũng như giải trí hầu như mọi nơi, mọi lúc. Và một trong những lý do lớn khiến cho máy tính có thể len lỏi vào từng ngõ ngách của cuộc sống như vậy chính là do có sự xuất hiện của mạng Internet. Internet giúp chúng ta thu hẹp mọi khoảng cách, mở cánh cửa bước vào kho tài nguyên tri thức vô tận của nhân loại.

Trong quá trình phát triển của Internet, bên cạnh những ứng dụng theo mô hình Client / Server truyền thống như WWW, email, FTP, trong thời gian gần đây, đã xuất hiện các ứng dụng theo mô hình ngang hàng (Peer to Peer – P2P). Với các ưu điểm như tốn ít chi phí xây dựng cơ sở hạ tầng, tận dụng được tài nguyên của các máy tham gia vào mạng, giải quyết được vấn đề điểm chết trung tâm của mô hình Client / Server truyền thống, các ứng dụng trên mạng ngang hàng ngày càng được quan tâm phát triển nhiều hơn.

Từ sự xuất hiện của Napster vào năm 1999, có nhiều ứng dụng chia sẻ file ngang hàng được phát triển, ví dụng như Gnutella, KaZaA và BitTorren. Nhưng trong đó BitTorrent có số lượng người dùng lớn nhất và đã trở thành giải pháp chính cho việc chia sẻ file ngang hàng. Trong một nghiên cứu đã cho thấy rằng, các tài khoản sử dụng BitTorrent chiếm tới 35% lưu lượng trung chuyển trên mạng Internet, đó là 1 con số lớn, hơn tất cả các hệ thống chia sẻ file khác gộp lại.

Sự phát triển mạnh mẽ của BitTorrent trong thời gian vừa qua cho thấy sự hiệu quả và ổn định trong cơ chế và giao thức của nó. Tuy nhiên, cũng như hầu hết các hệ thống hoạt động trên mô hình mạng ngang hàng, hoạt động của BitTorrent cũng dựa trên sự tự nguyện đóng góp của các thành phần tham gia trong mạng. Do đó, BitTorrent cũng phải đối mặt với vấn đề free-riding (có những người dùng tham gia vào mạng chỉ để lấy tài nguyên về mà không chịu đóng góp cho hệ thống).

Trong khuôn khổ của khóa luận, chúng ta sẽ từng bước tìm hiểu qua 6 chương:

Chương 1: Tổng quan về mạng ngang hàng, Trình bày các kiến thức cơ bản về mạng ngang hàng (P2P Network),ưu nhược điểm của mạng ngang hàng và các vấn đề cần chú ý khi nghiên cứu mạng ngang hàng.

Chương 2: Hệ thống chia sẻ file ngang hàng BitTorrent, giới thiệu về BitTorrent, cơ bản về giao thức, cách thức chia sẻ file, cơ chế thúc đẩy các nút tham gia đóng góp cho hệ thống. So sánh BitTorrent với một vài hệ thống chia sẻ file ngang hàng khác. Trong chương này cũng trình bày nguyên nhân dẫn đến khả năng tồn tại của các nút free-rider.

Chương 3: Mô hình hóa và xem xét ảnh hưởng của hiện tượng free-riding lên hệ thống chia sẻ file BitTorrent, trong chương này tôi nghiên cứu mô hình BitTorrent được đề xuất trong bài báo “Free-Riding on BitTorrent-like File Sharing System: Modeling, Analysis and Improvement” của các tác giả Jiadia Yu, Minglu Li, Jie Wu. Qua đó thấy được mức độ ảnh hưởng của hiện tượng free-riding lên hệ thống cũng như khả năng tự bảo vệ của hệ thống BitTorrent. Từ đó, đề xuất cơ chế khắc hạn chế hiện tượng free-riding.

Chương 4: Chương trình mô phỏng OctoSim, chương này giới thiệu và mô tả cấu trúc chức năng của chương trình mô phỏng OctoSim ( một chương trình mô phỏng hệ thống BitTorrent của Microsoft Research được viết bằng ngôn ngữ C#)

Chương 5: Các thí nghiệm mô phỏng và đánh giá, trong chương này tôi rút ra một số kết luận từ quá trình nghiên cứu và đề xuất phương án nhằm hạn chế hiện tượng free-riding, sau đó sử dụng chương trình mô phỏng OctoSim để thực hiện các thí nghiệm nhằm kiểm chứng các kết quả nghiên cứu và hiệu quả của đề xuất, và có những nhận xét cũng như giải thích về những kết quả đã đạt được.

Chương 6: Kết quả thu được trong quá trình làm khóa luận và phương hướng nghiên cứu trong tương lai