BitTorrent类型P2P系统的网络行为建模

论文摘要

随着Internet的迅速发展,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。BitTorrent是当今Internet上非常流行的P2P文件共享工具,它能够快速、有效地在Internet的网络节点上分布大的文件。本文针对BitTorrent网络的共享文件特征、tracker的特征、torrent与tracker对应关系的特征、peer与tracker交互的特征、文件块的分布特征、节点的数量变化特征等问题展开了研究。这些问题的研究有助于提高P2P文件共享系统的服务性能和稳定性,也有助于BitTorrent网络模拟器的设计和开发。本文的主要研究内容和贡献如下:(1)通过分析大量的torrent文件,发现BitTorrent网络以视频、音频、图像和压缩文件为主,文件尺寸大;发现http tracker占97%,而udp tracker只占3%;发现tracker服务器承载的压力极不平衡,不到1%的tracker承载了10万个以上的torrent,而近65%的tracker承载了10个以下的torrent。通过分析BT流量捕获数据,发现59%的下载任务在1小时内完成,73%的下载任务在2小时内完成,单任务的平均下载时间约为119.92分钟。(2)通过对50个torrent探测了近一个月的时间,获取了每个torrent对应的BT子系统中的文件块分布数据和节点数量变化数据。通过分析文件块分布数据,发现在瞬时阶段,文件可获得性和系统的服务能力都成指数增长,但文件块的分布极不平衡;在稳定阶段,文件块的分布趋近于平均分布;不热种子的稳定阶段较短,在这个阶段后,文件可获得性和系统的服务能力迅速下降。通过分析节点数量变化数据,发现下载节点的数量变化具有日周期性,且符合人们的自然作息规律;随着时间增长,下载节点的数量会逐渐降低。在分析下载节点的到达规律后,建立了“节点到达过程模型”,该模型与实测数据拟合效果较好。之后,利用该模型改进了简单流体模型,改进后的模型能够更细致的刻画下载节点和种子节点的数量变化规律。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 相关研究工作现状
• 1.2.1 国内研究现状
• 1.2.2 国外研究现状
• 1.3 本文研究内容和章节安排
• 1.3.1 本文主要研究内容
• 1.3.2 章节安排
• 第2章 P2P 文件共享系统网络结构分析
• 2.1 引言
• 2.2 P2P 系统网络拓扑结构分析
• 2.2.1 集中式拓扑
• 2.2.2 全分布式非结构化拓扑
• 2.2.3 全分布式结构化拓扑
• 2.2.4 半分布式拓扑
• 2.2.5 混合式拓扑
• 2.3 本章小结
• 第3章 BitTorrent 系统工作原理分析
• 3.1 BitTorrent 系统术语
• 3.2 BitTorrent 系统工作原理分析
• 3.3 BitTorrent 系统关键算法分析
• 3.3.1 节点选择算法
• 3.3.2 文件块选择算法
• 3.4 BitTorrent 协议分析
• 3.4.1 Torrent 文件格式
• 3.4.2 Tracker 协议
• 3.4.3 Trackerless DHT 协议
• 3.4.4 对等交换协议
• 3.5 本章小结
• 第4章 BitTorrent 网络测量研究
• 4.1 引言
• 4.2 Torrent 数据采集及分析
• 4.2.1 Torrent 文件的采集
• 4.2.2 共享文件类型分布分析
• 4.2.3 共享文件大小分布分析
• 4.2.4 Tracker 类型分布分析
• 4.2.5 Tracker 承载的种子数量分析
• 4.3 BitTorrent 网络流量捕获及分析
• 4.3.1 BitTorrent 网络流量捕获方法
• 4.3.2 共享文件下载时长分布分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 BitTorrent 网络探测及建模研究
• 5.1 引言
• 5.2 BitTorrent 网络节点探测研究
• 5.3 BitTorrent 网络文件分布研究
• 5.3.1 文件可获得性
• 5.3.2 文件块分布规律
• 5.4 BitTorrent 网络节点行为研究
• 5.4.1 节点在线时长分布规律
• 5.4.2 节点数量变化规律
• 5.4.3 节点到达过程模型
• 5.4.4 流体数学模型
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢