摘　要：

摘　要：針對結(jié)構(gòu)化對等網(wǎng)絡中負載不均衡問題的存在，本文分析了網(wǎng)絡負載失衡的主要因素，并介紹了目前針對網(wǎng)絡負載訪問熱點問題的三種主流處理技術�！�

關鍵詞：

關鍵詞：對等網(wǎng)絡　負載均衡　熱點

　負載均衡是所有基于分布式哈希表(Distributed Hash Table，DHT)的對等網(wǎng)絡((Peer-to-Peer network))都希望具有的屬性，因為它能使得整個網(wǎng)絡更高效地工作，更充分地利用每個網(wǎng)絡成員的資源[1]。

　　負載不均衡主要是由于網(wǎng)絡中各個計算機之間處理能力、存儲能力等的不同，而由于查詢請求的不均衡性，有的計算機存儲的資源在某一時間段之內(nèi)會成為網(wǎng)絡中大家競相訪問的熱點，從而有可能會超過該計算機的處理能力，導致計算機不響應甚至崩潰，這就會造成負載的不均衡。負載均衡的主要目的是為了有效利用網(wǎng)絡中各計算機的資源，保證整個系統(tǒng)的可靠性。改善網(wǎng)絡系統(tǒng)的負載平衡性，對于提升網(wǎng)絡性能，保證穩(wěn)定的服務質(zhì)量具有重要的意義。

　　1　導致DHT網(wǎng)絡負載失衡的因素

　　基于DHT的結(jié)構(gòu)化對等網(wǎng)絡具有自組織、擴展性好等優(yōu)勢，進而得到了廣泛的應用。但在P2P環(huán)境下、節(jié)點的處理能力以及用戶資源使用及查詢的不均衡性，使P2P環(huán)境中的負載均衡成為一個突出、急需解決的問題。導致結(jié)構(gòu)化對等網(wǎng)絡負載失衡的因素包括以下幾個方面。

　　1.1　散列的隨機性

　　結(jié)構(gòu)化對等網(wǎng)絡的一大特點是應用分布式哈希表�；贒HT的結(jié)構(gòu)化對等網(wǎng)絡存在著節(jié)點空間劃分不均和文件在節(jié)點間分布不均的問題。節(jié)點利用哈希函數(shù)產(chǎn)生標識符插入邏輯拓撲網(wǎng)絡的相應位置，并且通過這種方式劃分地址空間，承擔網(wǎng)絡負載。資源對象的存儲位置也是通過對文件的關鍵字進行哈希運算，然后根據(jù)對象資源標識符決定的[2]。

　　1.2　邏輯空間與物理網(wǎng)絡拓撲架構(gòu)不一致性

　　結(jié)構(gòu)化對等網(wǎng)絡的邏輯拓撲結(jié)構(gòu)與真實的物理拓撲結(jié)構(gòu)不同。由于在邏輯空間中鄰近的節(jié)點在物理上可能距離很遠，導致邏輯空間中的最優(yōu)路由路徑，并不一定是物理空間中的最優(yōu)。

　　1.3　網(wǎng)絡中每個節(jié)點的處理能力、存儲能力等之間存在著差異

　　由于網(wǎng)絡的異構(gòu)性，使得節(jié)點的處理能力亦不相同。在節(jié)點承載的地址空間相同的情況下，處理能力強的節(jié)點能較快地處理查詢請求，而處理能力弱的節(jié)點可能無法及時處理查詢請求而導致丟包現(xiàn)象[3]。

　　1.4　節(jié)點分配到的資源標識符空間的不均勻

　　在實際應用中，每個節(jié)點存儲的資源的受歡迎程度并不相同，因此，查詢請求具有不平衡性。用戶需求高的對象資源訪問率高，用戶需求低的對象資源訪問率低。

　　2　網(wǎng)絡負載訪問熱點問題的解決策略

　　目前，針對訪問熱點問題的處理技術研究很多，本文摘取了以三種主流方法進行說明對比。

　　2.1　虛擬節(jié)點法

　　基于虛擬節(jié)點的方法的基本思想是當網(wǎng)絡運行過程中某個節(jié)點因為訪問頻繁成為熱點時，該超載節(jié)點就將自己一部分的負載通過與自己相連的虛擬節(jié)點向外轉(zhuǎn)移到附近負載較輕的節(jié)點上，以此來達到負載均衡的目的。由于虛擬節(jié)點的引入，虛擬節(jié)點的維護需要花費一部分網(wǎng)絡帶寬，這給本來就不充裕的網(wǎng)絡帶寬增加了額外的壓力。虛擬節(jié)點的引入對負載均衡的效果是在節(jié)點超載后進行的調(diào)節(jié)，對熱點問題的效果就沒對存儲能力這類問題那樣有效。

　　2.2　運用復制技術解決訪問熱點問題的策略

　　當網(wǎng)絡中出現(xiàn)訪問熱點的時候，復制策略會對熱點資源進行復制，并將復制的資源傳給其他負載較輕的節(jié)點上，通過減小熱點節(jié)點的訪問量，最終達到負載均衡。由于副本復制策略的不同，基于文件復制技術的策略又可以分為以下三種類別。

　　2.2.1　在超載節(jié)點的鄰居節(jié)點上創(chuàng)建副本

　　這是很多研究者所采用的方法，，當網(wǎng)絡中某節(jié)點因為訪問頻繁導致超出該節(jié)點處理能力造成超載的時候，節(jié)點會采用復制策略對熱點資源文件進行復制，然后選取鄰居節(jié)點中負載較輕的節(jié)點，將副本放在該節(jié)點上，同時將該鄰居節(jié)點的信息通知給請求節(jié)點，使接下來發(fā)出的請求指向該鄰居節(jié)點，從而使超載節(jié)點的負載得到降低。當該節(jié)點與鄰居節(jié)點同時成為訪問熱點時，按照上面的方法再去尋找鄰居節(jié)點進行副本的創(chuàng)建和存儲。

　　2.2.2　在超載節(jié)點的請求節(jié)點上創(chuàng)建副本

　　該副本創(chuàng)建策略會按照節(jié)點的負載程度設立一個閾值，當每次查詢請求被轉(zhuǎn)發(fā)到另外一個節(jié)點上的時候，該節(jié)點就對自身的負載情況進行判斷。如果該節(jié)點的負載超過了設定的閾值，而發(fā)起請求的節(jié)點的負載較低的情況下，就將該節(jié)點上的熱點文件在請求節(jié)點上創(chuàng)建副本。在創(chuàng)建副本的同時，系統(tǒng)還要把新創(chuàng)建的副本文件的位置通知給請求節(jié)點在查找過程中經(jīng)過的各個節(jié)點。這樣，在接下來的查找過程中，該副本位置就會在一次次的請求中被通知到網(wǎng)絡中的各個節(jié)點，從而使得以后進行針對該文件的查詢能夠指向副本，從而降低熱點節(jié)點的訪問量，達到負載均衡的目的。

　　2.2.3　在超載節(jié)點查詢請求的路徑節(jié)點上創(chuàng)建副本

　　這種算法是在節(jié)點超載的時候，復制副本存到查詢請求在到達目標節(jié)點時所經(jīng)過的每一個節(jié)點上，這說明副本的復制是多個的，這樣下次查詢的時候不需要到達熱點節(jié)點就可以找到該資源，既減少了跳數(shù)，又節(jié)省了訪問時間。但是副本復制的數(shù)目過多會在整個網(wǎng)絡中形成冗余，導致網(wǎng)絡的存儲空間的浪費。

　　由于副本復制實現(xiàn)起來比較簡單而且容易操作，大家理解也容易，因此這種方法得到了大量應用，但是副本復制算法也有自身存在的問題，如副本維護的開銷以及副本數(shù)量多少合適等問題仍是接下來研究的重點。

　　2.3　基于流言傳播的方法

　　基于流言傳播的方法主要是利用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)絡維護中所進行的整個網(wǎng)絡中的節(jié)點的周期性通信，在每一次通信的過程中附帶超載節(jié)點上的熱點資源的信息。這樣也可以使訪問在沒有到達存儲該資源的節(jié)點的時候就可以對熱點資源進行訪問。當網(wǎng)絡中的某一節(jié)點在超載時，該節(jié)點就可以在周期性維護的時候主動將熱點資源添加到通信信息中傳遞給其他節(jié)點，讓其他節(jié)點替自己分擔一部分負載，接到附帶著熱點資源信息的通信內(nèi)容的節(jié)點，通過同樣的方式將熱點資源的信息發(fā)送出去。這樣通過網(wǎng)絡周期性的維護，整個網(wǎng)絡中的節(jié)點會很快收到該熱點資源信息，從而訪問可以在其它節(jié)點上找到該資源，降低了存儲熱點資源節(jié)點的負載情況。另外，網(wǎng)絡維護中傳播熱點資源的過程涉及到網(wǎng)絡開銷問題，因此不能讓其無限制地往下傳播，這就需要設置一個控制傳播規(guī)模的步數(shù)，明確傳播多少步之后就停止。該方法的好處就是利用了結(jié)構(gòu)化p2p網(wǎng)絡中各個節(jié)點必須進行的間隔性拓撲維護通信，流言在網(wǎng)絡中的傳播并沒有引入額外的通信開銷[4]。缺點是由于網(wǎng)絡規(guī)模越大，流言的初始傳播節(jié)點的負載減輕的效果越好。但是，不加控制的流言傳播將增大節(jié)點的處理開銷，所以對流言進行管理在實際中是一個重要的問題，將直接影響系統(tǒng)性能。

　　從三種方法的介紹中可以看出，復制技術是最容易實現(xiàn)，并且在復制的過程中整個網(wǎng)絡比較穩(wěn)定，不會產(chǎn)生劇烈的動蕩。

　　參考文獻：

　　[1]孫志強.DHT對等網(wǎng)絡中負載均衡技術的研究[D].哈爾濱:哈爾濱工程大學,2009.

　　[2]肖文婷.結(jié)構(gòu)化 P2P 網(wǎng)絡負載均衡策略的研究[D].重慶:重慶大學,2014.

　　[3]羅慧君,徐潔,賴坤鋒.結(jié)構(gòu)化P2P自適應混合負載均衡策略[J].微計算機信息, 2008(36):6-7.

　　[4]陳晨.結(jié)構(gòu)化對等網(wǎng)絡中訪問熱點引起的負載均衡技術研究[D].北京:北京交通大學,2008.

　　[作者簡介]　王楊(1981-)，男，講師。研究方向：計算機網(wǎng)絡，計算機應用技術。石翠(1981-)，女，副教授。研究方向：計算機應用技術。

　　(收稿日期：2014-11-18)