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Peer-to-Peer(简称P2P)文件共享已成为占据Internet网络流量最多的新型网络应用。BitTorrent是最为流行、使用最广的P2P文件共享系统之一,其用户数目已经超过了1.6亿。它能够快速、有效地在Internet的网络节点之间分发大文件,而不会给数据源服务器带来过多负载,极大地改变了传统的文件分发方式。
在BitTorrent系统中,文件被分为固定大小的分片,下载同一文件的节点组成一个逻辑上的覆盖网络,每个节点同若干个随机选择的其他节点形成逻辑邻居关系,并相互之间共享已获得的文件分片。一个文件越流行,拥有分片的邻居节点就越多,越有利于文件的快速分发。这种特点极大地改善了用户下载的体验,同时也产生了大量的网络流量。尤其是由于邻居选择的随机性,同一文件分片会多次进出同一ISP网络,从而产生了大量跨ISP的冗余流量。这增大了ISP的运营成本,消耗了ISP主干网的带宽,由此带来的网络拥塞、性能下降等问题已影响到WWW、Email等其他网络应用的QoS。
为了减少BitTorrent系统产生的跨ISP流量,提高文件共享系统的性能,本文提出了一种有效的自适应邻居选择机制ACNS(Adaptive Complementary Neighbor Selection)。ACNS根据节点之间对文件分片的相互需求程度,周期性计算和其他若干个节点之间的分片互补指数,自适应地确定不在同一ISP域内的节点之间的邻居关系。ACNS仅需要对现有协议进行少量的修改,可方便地集成到BitTorrent协议之中。仿真实验结果表明,与现有邻居选择方法相比,ACNS可以减少31%以上的跨ISP流量,并加快15%的下载速度。
BiTorrent系统借助“Tit-For-Tat”(TFT)机制来激励节点贡献资源。该机制依赖于邻居节点历史传输信息的记录。在ACNS中,节点周期性自适应更换邻居关系使得邻居节点之间的历史传输信息丢失,削弱了TFT的作用。本文在ACNS工作的基础上,提出了一种基于节点贡献的邻居疏通策略CNU(Contribution-based Neighbor Unchoking scheme)。要求节点记录它给其他节点上传的分片的数目,以此作为它对系统的累计贡献。在CNU策略中,节点根据邻居的历史贡献值来确定它能享受的服务,保证了文件分片的快速分发,有效地遏制了Free Rider只下载不上传的行为。仿真实验结果表明,与仅使用TFT机制的ACNS方法相比,CNU策略把Free Rider的下载速率降低了49%,并同时把其他节点速率提高了17%。