BitTorrent系统中文件传输算法与优化

论文摘要

近年来,基于P2P技术的各种网络应用越来越广泛,其中影响最大的应用是文件共享。P2P文件共享以BitComet、Azureus等BitTorrent(BT)类软件为代表,BT流量在整个网络流量中比例非常高,因而本文对BT进行深入的研究和优化,对于如何更为有效的提高BT文件传输的效率,提高网络服务的性能、降低网络的负载都有极为重要的现实意义。首先详细介绍了对等网络的特性再逐步引出了P2P共享软件——BitTorrent系统,然后深入介绍了BitTorrent的工作原理以及关键核心算法,其中对片断选择算法和邻居选择算法进行了详细的分析,发现这些算法还可以作进一步的优化。同时,还对BT的若干协议进行了深入的研究,分析了其中的协议编码格式、对等节点之间的通信协议。其次,分析了BitTorrent产生大量网络流量、增加网络负担的原因:一个节点在选择他的邻居节点时,是在所有节点集中进行随机选择的,并非有约束性地选择。因此选择的邻居可能处于不同的ISP下面,导致交互数据时产生流量。为了解决跨ISP网络通信流量所带来的负面影响,提出了基于邻近原则的邻居节点选择机制,在保证文件共享系统的性能的同时,最大化地将整个系统所产生的流量本地化。在该机制中节点的大部分邻居节点(并非所有)均来自本地ISP网内的节点,在保证BitTorrent具有最佳性能的同时能减少ISP通信流量。最后,分析了片断优先算法的不足之处,它使文件的片段在网络的节点中分布不均,影响了整个系统的效率。提出了基于种子控制的内容分发算法,该算法能有效避免稀有片段的产生,在一定程度上提高了系统中文件片分布的均匀性,进而可以有效地提高节点的文件下载速度,缩短完成下载的时间,提高了系统的健壮性和整体效率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 对等网络的基本理论与特性
• 1.2.1 对等网络的概念及其分类
• 1.2.2 对等网络的特点和优势
• 1.2.3 对等网络应用的领域
• 1.2.4 对等网络面临的挑战
• 1.3 P2P 文件共享系统的发展历程
• 1.3.1 Napster
• 1.3.2 Gnutella
• 1.3.3 Kazaa
• 1.3.4 eDonkey/OverNet
• 1.3.5 BitTorrent
• 1.4 本文内容和框架
• 1.4.1 主要研究工作
• 1.4.2 论文的组织结构
• 第2章 BITTORRENT 系统工作原理与协议分析
• 2.1 国内外研究现状
• 2.2 BITTORRENT 系统的工作原理
• 2.2.1 BitTorrent 下载部署
• 2.2.2 BitTorrent 的工作原理
• 2.3 BITTORRENT 系统的主要算法分析
• 2.3.1 片段选择算法
• 2.3.2 空间分配算法
• 2.3.3 排队算法
• 2.3.4 阻塞算法
• 2.3.5 邻居选择算法
• 2.4 BITTORRENT 系统的协议分析
• 2.4.1 BitTorrent 协议编码格式
• 2.4.2 BitTorrent 协议tracker 查询和响应
• 2.4.3 BitTorrent 协议中的对等协议
• 2.5 小结
• 第3章 BITTORRENT 网络拥塞研究及邻居选择算法优化
• 3.1 引言
• 3.2 相关工作和解决办法
• 3.3 基于邻近原则的邻居选择算法
• 3.4 仿真与性能分析
• 3.4.1 仿真设置
• 3.4.2 性能衡量参数
• 3.4.3 仿真结果
• 3.5 小结
• 第4章 基于 BITTORRENT 种子的内容分发算法
• 4.1 引言
• 4.2 算法描述和分析
• 4.2.1 网络模型和标记
• 4.2.2 基于Seed 的内容分发算法
• 4.3 仿真实验与性能分析
• 4.3.1 仿真平台介绍
• 4.3.2 仿真性能衡量参数
• 4.3.3 仿真结果
• 4.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
• 附录B 攻读学位期间所参与的科研项目