同济大学计算机前沿技术概论 第2章_网络新技术.ppt

1、1,计算机前沿技术概论,同济大学 计算机科学与技术,2,教学内容,第1章 导言 第2章 网络新技术 第3章 信息检索和语义Web 第4章 人工智能的最新进展 第5章 服务计算与服务科学的发展 第6章 移动计算及其应用 第7章 普适计算与泛在智能 第8章 云计算与智慧地球 第9章 计算机认知 第10章 量子计算与生物计算,3,教学内容,第2章 网络新技术 P2P网络 IPv6 移动互联网,4,1. 什么是P2P 2. P2P的发展阶段 3. P2P工作原理 4. P2P网络中的拓扑结构 5. P2P应用举例 6. P2P中存在的问题和挑战 7. P2P的发展前景,对等计算,1. 什么是P2P,P

2、2P：Peer-to-Peer(对等联网 ) P2P是一种Internet应用模式，指网络上的任何设备(包括大型机、PC机、手机)可以平等地直接进行连接并进行协作。,P2P直接将人们联系起来，让人们通过互联网直接交互。,什么是P2P（续）,Client/Server模式,Peer to Peer 模式,P2P对C/S的优势,匿名 服务请求者和服务提供者都被隐藏起来 网络资源的有效利用 C/S模式不能利用网络中的闲散资源P2P应用具有更加低廉的成本 可扩展性 网络中的节点都对P2P应用作出贡献 V.S. 每个Client增加Server的负担 可靠性 没有单点失效问题 多副本 空间分布 易于管理

3、 每一个节点都是自适应的：加入&退出 Ad-hoc 不需要一个功能强大的服务器 内建的容错、副本、负载均衡能力,2. P2P的发展阶段,第一代： 用中央服务器管理的P2P，这一代的P2P生命力十分脆弱只要关闭服务器，网络就死了。 第二代： 分布式P2P没有中央服务器，但是速度太慢 。 第三代： 为混合型，采用分布服务器。目前我国流行的BT下载和电驴就是属于这类 。,3. P2P工作原理,P2P改变了互联网现有的这种以门户网站为中心的大型网状结构，它重新给予了“非中心化结构中网络用户应有的权力，即是说网络应用的核心从中央服务器向网络边缘的终端设备扩散：服务器到服务器、服务器到PC机、PC机到PC

4、机，PC机到WAP手机.所有网络结点上的设备都可以建立P2P对话。 就是点对点的意思，把文件分文一个个小包传送出去，通常可以很多人共享这些小包互相传送,所以人越多传送速度越快。,A,D,C,B,A,C,B,D,4. P2P网络中的拓扑结构,拓扑结构定义 拓扑结构是指分布式系统中各个计算单元之间的物理或逻辑的互联关系。 P2P拓扑结构分类 非结构化拓扑 中心化拓扑 半分布式拓扑 全分布式非结构化拓扑 结构化拓扑 全分布式结构化拓扑（DHT网络 ）,中心化拓扑,经典案例：Napster,中心化拓扑性能 维护简单； 发现效率高； 可靠性和安全性较低。 中央服务器的存在引起共享资源在版权问题上的纠纷，

5、并因此被攻击为非纯粹意义上的P2P网络模型。,半分布式结构 性能较高的结点作为超级点，在各个超级点上存储了系统中其他部分结点的信息，发现算法仅在超级点之间转发，超级点再将查询请求转发给适当的叶子结点。,半分布式结构性能 可扩展性较好； 较容易管理； 对超级点依赖性大； 易于受到攻击； 容错性受到影响。,全分布非结构化拓扑,经典案例：Gnutella,全分布非结构化拓扑性能 采用了随机图的组织方式，结点度数服从 “Power-law”规律； 能够较快发现目的结点； 较好的容错能力； 支持复杂查询； 可扩展性不好 ； 发现的准确性较差,全分布结构化拓扑,采用分布式散列表（DHT），通过加密散列函数

6、，一个对象的名字或关键词被映射为128位或160位的散列值。一个采用DHT的系统内所有结点被映射到一个0,1)空间.,Pastry的消息路由,全分布结构化拓扑性能 良好的可扩展性； 较好的鲁棒性； 能够较快发现目的结点； 发现的准确性高； DHT的维护机制较为复杂，代价高； 仅支持精确关键词匹配查询，无法支持内容/语义等复杂查询。,四种结构性能比较,4. P2P应用举例,P2P应用举例 -Napster原理,Where is file A?,search(A) 4.3.2.1,4.3.2.1,SETIhome,SETI ( Search for Extraterrestrial Intelli

7、gence 搜索地外智慧 )分析通过天体望远镜等设备收集到的电磁波等信息，探索地外文明。以一种类Napster的方式，有一个中央节点，用于切割和分配子任务给其余节点，而所有的计算任务则由这些节点完成。 射电 SETI 项目对这些数据进行数字化分析。有更强的计算能力就可以更灵敏地对更宽的频率范围进行搜寻。因此，射电 SETI 项目对计算能力的需求是永无止尽的。 原来的 SETI 项目曾经使用望远镜旁专用的超级计算机来进行大量的数据分析。1995年，David Gedye 提议射电 SETI 使用由全球联网的大量计算机所组成的虚拟超级计算机来进行计算，并创建了 SETIhome 项目来实验这个想法

8、。,The SETIhome Client,P2P应用举例 - Gnutella原理,Where is file A?,Small world,Small World,最先由Milgram提出来，他本来的试验目的是通过熟人之间的相识关系找到原本不认识的两个人之间的链式关系，使得这两个人互相认识。这个试验的结果表明，平均需要通过6个熟人可以达到目的； 后续的研究也表明具有相似兴趣爱好的节点所需要的链数更少； 这项成果使得非结构化分布式模型通过洪泛、TTL和一定的存储技术可以获得整个网络的完整信息。,P2P应用举例 - KaZaA原理,I have X!,insert(X, 123.2.21.23

9、) .,123.2.21.23,P2P应用举例 - KaZaA原理（续）,Where is file A?,P2P应用举例 - BitTorrent原理,Tracker,A,D,C,B,P2P应用举例 - BitTorrent原理（续）,A,C,B,D,P2P应用举例 - 国内部分,北京大学Maze 结构类似Napster，搜索类似Gnutella，每个节点可以将自己的一个或多个目录下的文件共享给系统的其他成员。支持关键字资源检索，也可以通过好友关系获得 华中科技大学AnySee 基于P2P的在线电视直播-PPLive 视频直播系统，支持部分NAT和防火墙穿越。 参见P2P门户网站,5. P2

10、P中存在的问题和挑战,接受和使用(最主要的挑战) 每个Peer端依赖另一端提供服务，故必须存在大量可用的Peers提供服务 Gnutella下载者多，上载者少 用户群分裂 个体一般只加入一个或少数几个P2P系统，因无更多资源同时支持多个系统 每个新系统引入，必然分裂用户群，并危害所有其它P2P系统，Napster和即时消息都有这个问题 版权 P2P文件共享的兴起 Napster的陷落 病毒 可以使用peer上的硬盘等资源 Replicas也起了促进作用,无人监管,由于P2P绕过了服务器，因此整个过程中没有其他因素可以干预，这种技术上的盲点，导致了在司法上的真空地带： 其一为知识产权 其二为内容

11、监控,知识产权,就像Napster的出现冲击着唱片公司的利益一样，大多数P2P服务都将不可避免地和知识产权发生冲突； 尽管美国唱片协会等一些组织在寻找一种新的方式来保护知识产权，但是每一个提供文件共享服务的P2P公司都不得不认真审视P2P网络面临的版权问题。,内容监控,P2P网络的精髓在于其“乌托邦”式的管理方式，这种方式给了用户更多的自由，但是这也陷入了“无政府主义”的困境。可以想象，缺乏管理的P2P网络将会成为病毒、色情内容以及非法交易的温床。 由于P2P网络的用户众多，当某个用户进行搜索时，自然会得到大量的搜索结果。而除了少数有用的信息以外，其它大多数的信息可能都属于垃圾信息。,吞噬网络

12、带宽,由于BT的工作原理是“多点下载”，并且支持“断点续传”，也就是说参与进来的用户数量越多，单个用户下载的速度也越快，因此造成了P2P发烧友长时间下载大“体积”的目标文件例如长篇的连续剧。 无疑，这给整个网络带来了巨大负荷,6. P2P的发展前景,随着互联网的普及和宽带技术的发展，以P2P技术为核心的软件产品正在为越来越多的网民所接受和喜爱。 自2000年开始，国内外多家P2P产品纷纷问世，如以国内Kugoo、BitTorrent、eMule等为代表的P2P产品在短短几年时间，用户的注册量不断增长，已成为许多网民不能离弃的上网伙伴。,P2P的未来,P2P将主要通过三个方面影响未来： P2P算

13、法：可能有很大的机会；世界变得越来越非集中化和连接化；需要P2P算法来克服可扩展、匿名和连接问题 P2P应用：最有可能成功，如Napster P2P平台：可能广泛采用JXTA，从而使不同的P2P应用可以互相兼容。,浅谈IPv6,Why IPv6? Ethernet and TCP/IP were both invented in Palo Alto during the summer of 1973,the CSMA/CD LAN Ethernet at Xerox Parc and TCP/IP WAN Internet at Stanford. Ethernet has evolved f

14、rom 2.94Mbps over shared coaxial cable, to 100Mbps over switched twisted pairs, to 100Gbps over fibers, to 11Mbps over radio at 2.4GHz, and beyond. Meanwhile, TCP/IP has evolved to IPv4, where it has been sitting for too lo Time for IPv6! Bob Metcalfe ,Internet for Everything,No longer just “Interne

15、t for Everyone” “Peer to peer” between any pair of devices, not just people on computers Appliances, automobiles, buildings, cameras, medical devices, mobile devices, monitors, output devices, phones, sensors, VPNs No more NAT (“fog on the Internet”) Eventually, every device will be connected to the

16、 Internet Every device will need an address, Paul Wilson ,今天的Internet,未来的Internet,日本IPv6应用实例,IPv6出租车（日本） 提供乘客当地生活资讯 提供乘客驾驶健康状况 依踩剎车频率, 搜集交通拥塞状况 依雨刷频率, 搜集天气资讯,IPv4的问题,IP位址数量不足，影响网络应用的发展 NAT有其限制 造成数位落差 路由表日益增大，影响路由效率 设定及管理不易(Auto-configuration) 缺乏IP层的安全性需求(IPSEC) 缺乏服务质量的支持(QoS),49,IP地址数量面临不足,TCP/IP 於1

17、973发明，IPv4 与1981 成为RFC(791)标准 1985, 使用1/16 1990, 使用1/8 1995, 使用1/3 2000, 使用1/2 2003, 使用2/3 IPv4地址数量 理论值: 232=4,294,967,296 (42亿) 实际值: 2.5亿(RFC3194, 2001),2008,亚太地区各国IP地址成长量,IPv6的优点,增大的地址空间 128 位 (2128 = 340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456) 足以分配给地球上每一粒沙 层次性地址架构 增进地址聚集，减低路由表的大小 高效能的标题(

18、header)架构 提高封包传送效能 自动设定(auto-configuration) 机制 內建安全性支持 较佳的QoS支持,IPv4与IPv6的比较,中国IPv6产业现状,运营商（Operators） 中国电信、中国网通、中国联通、中国移动、中国铁通 国外：NTT、KDDI、France Telecom 网络设备厂商（Networking vendors） Cisco, Juniper, Hitachi, NEC, Fujitsu, Huawei, Zhongxing, 6WIND, Northern Jiaotong University(北方交大) NMS and APP provid

19、ers 网络管及应用系统提供商 Microsoft, HP, Panasonic, Hitachi, Yokogawa, Sharp, BII, etc. Total solution provider: BII Group 整体解决方案提供商BII Network design, transition policy, network infrastructure, NMS, application, technical support, training, business and operation policy, cooperation, etc.,移动通信终端对于IPV6的需求,第三代移动通信,第三代移动通信：144K，384K，2M 第三代移动通信：使提供语音、数据、视频融合的高品质、个性化通信服务成为可能 IPV4逐渐不能够满足这种需求,3G和IPV6的关系,WCDMA在R5阶段引入了IP多媒体子系统（简称IMS），R5是一种端到端的IP多