網路世界發展日新月異,不斷地改變著使用者的使用習慣,從早期的終端機時代進 階至主從式服務模式、再發展到點對點的同儕式架構,以及最近的雲端計算,整個網路 形態已從先前的一對多轉為多對多的服務模式,大量的傳輸封包在不同的電腦、伺服器 間快速地流竄,建構出資訊隨處及得的環境。在現行的網路架構中,點對點(Peer-to-peer) 系統的應用已經相當廣泛,從檔案分享、網路電話、即時通訊軟體、甚至是目前最熱門 的雲端計算,都有使用點對點系統的概念。網路裡節點與節點間可以直接互相交換資 訊,是整個點對點系統的重要精神。以點對點檔案分享系統來說,每位使用者需要透過 詢問的功能來得知其他使用者是否持有自己所想要的資源,再進行直接或間接的交換;
其他如雲端服務方面,系統也會依照使用者所在的位置及連線狀況,回應使用者連線至 當地的伺服器或目前連線速度最有效率的伺服器,以提供最順暢的網路服務品質;另外 在隨建即連的無線網路中,節點之間更需倚賴廣播訊息來得知目前網路中其他鄰居的狀 況,以維持穩定的網路連線。本篇論文將透過降低點對點系統架構中的廣播冗贅情形,
讓網路保持通暢,以提升整體網路效能。
1.1
點對點網路
點對點架構和以往主從式(Client-server)架構最大的區別是每個用戶端可以自由地 連接到其他用戶端,並與其他的使用者直接交流,不需透過一個網站或是伺服器來做集 中管理的動作。Gnutella[11]即是使用純P2P結構來實作全部的任務,利用泛流式廣播來 進行檔案搜尋或訊息交換。純正的點對點網路優點是較自由,但相對地就較不易管理,
與其他節點間資訊取得也較為困難,因此許多點對點系統中為了取得全域的節點資訊仍 有參雜主從式架構的概念,如Napster[17]、OpenNAP[19]等的搜尋功能,搜尋到所要連 結的節點後再另外以點對點的方式進行資料交換或傳送。
點對點系統大致分為兩類,第一類為結構化網路,這類的節點會互相形成有規則的 拓撲結構,因此在傳遞資訊時僅需按照已知路徑規則傳遞方可送至欲傳達的節點,如 Chord[15]和CAN[22]。第二類則為非結構化網路,此類網路中的節點並沒有按照規則排 列,取得網路的全域資訊也是較為困難,因此詢問資源或位置時常常是透過廣播來做進 行,如Gnutella。在[20]中對於Gnutella之請求封包在各種網路下做詳細分析。
非結構化網路中,節點間互相傳遞訊息的方式可分為以下三種:廣播、多點傳播、
單一傳播。廣播(Broadcast)是指節點對於自己連接的鄰居節點進行傳送訊息動作,透過 這樣的傳送方式可將欲傳送之訊息發送至網路中的任何一個節點;在網路中的某一節點 可 自 由 選 擇 傳 送 訊 息 給 在 同 一 網 路 下 的 其 他 多 個 節 點 的 傳 播 方 式 稱 為 多 點 傳 播 (Multicast),由於非結構化網路下節點無法取得全域資訊,因此傳送路徑則不能像結構 化網路般計算,通常需要依靠廣播的方式來取得有效的路徑資訊或是利用廣播的方式發 送給網路中所有節點,節點再自行判斷是否為接收端來達成多點傳播的工作;單一傳播 (Unicast)是指單一節點對於單一節點進行資料的傳遞,如常見的即時通訊軟體之訊息交 換、或是節點與節點之間的檔案傳輸等。單一傳播有著與多點傳播相同的問題,就是由 於無法取得全域資訊,所以也是得要靠廣播來蒐集資訊或是透過廣播來達成。
1.2
挑戰
若在一個網路中廣播訊息的數量太多,必會影響正常訊息發送的效能,輕則延遲傳 送、重則癱瘓網路。如將 P2P 檔案分享軟體打開後,便可明顯感覺到網路的品質很容 易就受到影響,如網頁開啟變得很緩慢、與朋友之間正在傳輸的資料停頓下來等,這都 是過多的詢問封包造成網路的癱瘓。
在以往的文獻中,非結構化網路部份學者多以時間概念來思考設計改進訊息傳輸的 冗贅問題,這讓我們不禁思考,是否還有其他層面能夠有效降低訊息重複收到的問題?
如果真的有這樣的辦法,會不會造成其他的成本跟著提高?
論文中所改良的戳記法主要就是解決非結構化網路廣播訊息量過多的問題。我們將 已經收過訊息的節點戳記放在廣播的訊息中加以轉送,之後接收到的節點發現將要廣播 的節點戳記若已經記錄在訊息裡,就將其過濾掉。利用這樣的方法,可以使得網路中廣 播訊息的數量大幅下降,進而省下傳送和網路頻寬的成本。
1.3
貢獻成果
為了上一節所提到的疑問,我們從日常生活的文件傳遞方式上找到了研究的方向,
利用戳記的概念來試圖解決網路中訊息冗贅的問題。透過這樣空間資訊紀錄的概念,我 們設計了三種不同的戳記法來減低訊息量,且網路中各節點不需要再另外紀錄多餘的訊 息相關資訊,覆蓋率方面仍能保持完全的網路覆蓋面積,不影響其廣播能力,最後在傳 輸時間方面大多也都可以與原本的泛流式廣播並駕齊驅。
1.4
後續論文內容
在後續的論文中,將完整詳細地說明提出的概念以及分析。第二章節部份回顧有線 網路及無線網路中相關的訊息廣播做法,第三章則細部說明整個戳記法的概念和演算 法,第四章將對於二維網狀模型、小世界網路、Waxman 和 BA 模型做戳記法廣播的模 擬分析,以驗證戳記法在於非結構化網路下是相當有效的。但由於戳記法記錄的資訊可 能過多導致封包大小受影響,因此於第五章部分提出解決辦法,最後在第六章整合本篇 論文的結論以及未來工作。