基于IOCP结构的P2P节点选择与分割混合模型的研究

发布时间：2017-07-20 05:04

  本文关键词：基于IOCP结构的P2P节点选择与分割混合模型的研究

  更多相关文章： 完成端口 I/O模型 对等网络 自组织 拓扑构造 负载均衡 超级节点

【摘要】：P2P网络是目前研究最热门的技术之一,对于推动互联网的发展起了重要作用。相比于C/S架构其扩展性、容错性、系统性能都有显着提高。每个节点既作为服务器也作为客户端,作为服务器向其它节点提供资源服务,作为客户端向其它节点索取资源,更加方便了资源在网络上进行共享。目前,P2P技术在资源共享、数据通信、分布式计算、云计算等领域得到了广泛的应用,其应用价值被不断的挖掘出来。因此,P2P技术蕴藏广泛的应用场景,对社会的发展具有重要作用。P2P网络主要存在着两类节点,一类节点是不但在线时间长而且能力强,一类节点是在线时间短而且能力还比较弱。在对等网络中,选取性能好的节点(超级节点)构成超级节点层,性能差的节点(普通节点)构成普通节点层,普通节点由超级节点来管理与维护;而普通节点的查询操作也交给超级节点来完成,鉴于此,系统大大的减少了参加查询操作的节点,减轻了网络负担,提高了系统性能。因此,超级节点数量和稳定性是整个网络结构性能的关键因素之一。超级节点网络的优势在于降低了路由节点数,从而提升系统性能,但随着网络规模的增大,目前两层超级节点网络结构不仅无法减少路由节点数,而且还存在拓扑构造与维护等问题。面对上述问题,该论文做了以下三点研究:(1)考虑到P2P节点作为服务器时,节点可能随时面临大量的连接请求,且对其服务程序的各方面能力提出了较高的要求。本文对Windows平台所提供的完成端口模型做了深入研究,对并发IO IRP请求的跟踪、函数的逆向分析,分析并找到IOCP高性能的3个关键原因。研究获得IOCP在传统IO请求的基础上增加处理线程池栈式结构处理,降低线程切换概率;资源处理上利用“预分配”方法;IO数据缓存区大量采用内核内存映射方法。实验表明,运用好这3项技术,能够大大提高网络通信效率。(2)提出了自组织多级超级节点拓扑构造方法。其特点是随着网络规模的增大,系统自动对超级节点层次进行调整与负载转移。同时,我们给出一种新的超级节点选择算法,对节点进行全方面综合的评价与选择,降低恶意节点成为超级节点的可能性,提升拓扑结构的安全与稳定。根据节点加入与退出算法,降低网络构建与修复时间。实验结果表明:与现有超级节点结构模型对比,能够明显的降低系统负载,拓扑构造与修复成本。(3)以IOCP网络模型为底层通信基础,设计了一个高效的底层通信框架,在框架中运用线程池、缓冲区等系统性能优化技术,为上层应用屏蔽底层通信细节,开发者只需继承和实现相关的接口或者方法就可以进行应用开发,从而来降低开发周期。在底层通信框架的基础上,对自组织P2P网络系统进行分析与设计,然后在分别对各个模块功能作用进行详细的介绍,最后对整个系统的功能编码实现。
【关键词】：完成端口 I/O模型 对等网络 自组织 拓扑构造 负载均衡 超级节点
【学位授予单位】：四川师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP393.02
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-17
• 1.1 研究背景与意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.3 论文研究目的14
• 1.4 论文研究的主要工作14-15
• 1.5 论文组织结构15-17
• 2 相关知识研究17-28
• 2.1 TCP/IP协议17-18
• 2.2 Windows Socket18
• 2.3 Winsock I/O18-22
• 2.4 多线程技术22
• 2.5 P2P网络拓扑结构分类22-26
• 2.5.1 集中目录式P2P网络模型22-24
• 2.5.2 完全分布式P2P网络模型24-25
• 2.5.3 分层式P2P网络模型25-26
• 2.6 小结26-28
• 3 基于逆向技术的IOCP底层结构研究28-35
• 3.1 IOCP原理介绍28
• 3.2 IOCP内核实现机制28-31
• 3.2.1 CreateIoCompletionPort函数内核机制28-30
• 3.2.2 GetQueuedCompletionStatus函数内核机制30-31
• 3.2.3 PostQueuedCompletionStatus函数内核机制31
• 3.3 IOCP高性能原因分析与总结31-32
• 3.4 IOCP在网络I/O模型中的性能比较与总结32-34
• 3.4.1 测试说明和测试环境32
• 3.4.2 测试结果32-33
• 3.4.3 实验结果分析与总结33-34
• 3.5 小结34-35
• 4 自组织多级超级节点拓扑构造方法研究35-45
• 4.1 相关研究35
• 4.2 系统模型定义35-37
• 4.3 网络自组织37-41
• 4.3.1 节点加入37-38
• 4.3.2 超级节点选择算法38-39
• 4.3.3 分割算法39-41
• 4.3.4 节点退出41
• 4.4 实验分析41-44
• 4.4.1 实验环境与说明41-42
• 4.4.2 实验结果分析42-44
• 4.5 小结44-45
• 5 基于IOCP的底层通信架构设计45-52
• 5.1 系统分析45-46
• 5.2 IOCP底层通信框架总体设计46-47
• 5.3 IOCP底层通信模块划分与介绍47-50
• 5.4 小结50-52
• 6 自组织P2P网络系统设计52-59
• 6.1 自组织P2P网络系统总体描述52-54
• 6.1.1 注册服务器功能简述53
• 6.1.2 P2P客户端功能简述53-54
• 6.2 数据通信54-55
• 6.3 路由表节点信息55-56
• 6.4 心跳检测56-57
• 6.5 资源管理57-58
• 6.5.1 资源共享57
• 6.5.2 资源下载57
• 6.5.3 资源搜索57-58
• 6.6 节点管理58
• 6.7 小结58-59
• 7 总结与展望59-61
• 7.1 总结59-60
• 7.2 下一步工作60-61
• 参考文献61-65
• 致谢65-66
• 在校期间的科研成果66

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本文编号：566326