Khóa luận Tối ưu hóa backup dữ liệu trong mạng ngang hàng có cấu trúc

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Trần Văn Chung

TỐI ƯU HÓA BACKUP DỮ LIỆU TRONG MẠNG

NGANG HÀNG CÓ CẤU TRÚC

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY

Ngành: Công nghệ Thông tin

Cán bộ hướng dẫn: ThS. Nguyễn Đình Nghĩa

Đồng hướng dẫn : ThS. Đào Minh Thư

HÀ NỘI - 2010

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trường Đại học Công nghệ -

Đại học Quốc gia Hà Nội đã tận tình giúp đỡ và truyền đạt kiến thức cho em trong suốt

4 năm học qua để em có đủ kiến thức hoàn thành khóa luận này.

Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy Nguyễn Hoài Sơn, Nguyễn Đình

Nghĩa và cô Đào Minh Thư – người đã nhiệt tình giúp đỡ, định hướng cũng như động

viên em trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành khóa luận.

Em xin cảm ơn sự nhiệt tình chia sẻ kinh nghiệm, đóng góp ý kiến của nhóm

nghiên cứu do thầy Nguyễn Hoài Sơn hướng dẫn, của các anh chị cao học.

Mặc dù đã rất cố gắng hoàn thành khóa luận này, xong khóa luận sẽ khó tránh

khỏi những thiếu sót, kính mong quý thầy cô tận tình chỉ bảo giúp em. Một lần nữa em

xin cảm ơn tất cả mọi người.

Hà Nội, tháng 5 năm 2010

Sinh viên

Trần Văn Chung

Tóm tắt

Khóa luận sẽ trình bày một giải pháp tối ưu hóa cơ chế backup dữ liệu trong

mạng ngang hàng có cấu trúc. Giải pháp tập trung giải quyết vấn đề dung lượng bị

tăng lên quá nhiều do việc backup và khả năng phục hồi dữ liệu khi có một nút rời

mạng. Tiêu chí đánh giá sẽ là tỉ lệ giữa dung lượng của dữ liệu sau khi mạng thực thi

nhiều lần backup so với dung lượng ban đầu của mạng và khả năng phục hồi của dữ

liệu trên mạng. Giải pháp này đã được thử nghiệm trên chương trình mô phỏng với

môi trường mạng ảo. Kết quả cho thấy, giải pháp tối ưu đã đem lại hiệu quả với việc tỉ

lệ dung lượng của dữ liệu trên mạng sau khi thực thi backup so với dung lượng của dữ

liệu ban đầu không quá lớn và việc phục hồi của dữ liệu khi có nút rời mạng tốt hơn.

Theo đó, hiệu năng của mạng và ứng dụng cũng được nâng lên.

Mục lục

Mở đầu.............................................................................................................................1

Chương 1. Tổng quan......................................................................................................3

1.1 Tổng quan về việc backup dữ liệu .....................................................................3

1.1.1 Giải thuật phân tán thông tin IDA.................................................................4

1.2 Mạng ngang hàng...............................................................................................6

1.2.1 Định nghĩa.....................................................................................................6

1.2.2 Ưu điểm và nhược điểm của mạng ngang hàng............................................7

1.2.3 Mạng ngang hàng không có cấu trúc............................................................9

1.2.4 Mạng ngang hàng có cấu trúc (Structured)...................................................9

1.2.5 Chord...........................................................................................................11

1.3 Backup dữ liệu trong mạng ngang hàng ..........................................................15

1.3.1 Sự cần thiết của việc backup dữ liệu trong mạng ngang hàng....................15

1.3.2 Một số giải pháp backup dữ liệu trong mạng ngang hàng..........................15

Chương 2 Tối ưu hóa backup dữ liệu trên mạng ngang hàng có cấu trúc....................17

2.1 Vấn đề cần giải quyết.......................................................................................17

2.2 Ý tưởng ............................................................................................................18

2.3 Giải pháp..........................................................................................................18

2.3.1 Backup dữ liệu ............................................................................................19

2.3.2 Khôi phục dữ liệu........................................................................................20

2.4 Đánh giá giải pháp ...........................................................................................23

Chương 3 Mô phỏng và đánh giá ..................................................................................24

3.1 Chương trình mô phỏng...................................................................................24

3.1.1 Dữ liệu.........................................................................................................24

3.1.2 Các đối tượng..............................................................................................25

3.1.3 Thực thi.......................................................................................................27

3.2 Kết quả và đánh giá..........................................................................................30

3.2.1 Khả năng tồn tại của dữ liệu .......................................................................30

3.2.2 Sự ra vào của các nút trong mạng...............................................................31

3.2.3 Bảo mật .......................................................................................................32

Chương 4. Kết luận........................................................................................................33

4.1 Kết luận............................................................................................................33

4.2 Hướng phát triển tiếp theo của đề tài...............................................................33

Tài liệu tham khảo.........................................................................................................35

Phụ lục A .......................................................................................................................36

Danh mục hình ảnh

Hình 1: Giải thuật phân tán thông tin IDA .....................................................................5

Hình 2 : Mô hình mạng ngang hàng ...............................................................................6

Hình 3 : Mô hình máy khách , máy chủ...........................................................................7

Hình 4 : Cơ chế của bảng băm phân tán DHT..............................................................10

Hình 5 :Mạng ngang hàng Chord .................................................................................11

Hình 6 : Mạng Chord có 3 nút ......................................................................................13

Hình 7 : Lưu trữ khóa trên mạng Chord .......................................................................14

Hình 8 : Cơ chế backup dữ liệu – phân chia các mảnh backup ra toàn mạng.............19

Hình 9 : Tỉ lệ dữ liệu có thể phục hồi............................................................................31

Hình 10 : Độ ra vào của các nút churn ảnh hưởng đến tỉ lệ dữ liệu có thể phục hồi...32

Mở đầu

Việc backup dữ liệu là điều cần có trong mỗi một hệ thống , đặc biệt là các hệ

thống lưu trữ,các hệ thống này có hệ thống mạng.Ngày nay khi Internet càng ngày

càng phát triển , sự trao đổi thông tin càng nhiều , việc lưu trữ dữ liệu lại càng trở nên

cần thiết.Do đó khóa luận này hướng tới nghiên cứu sâu hơn về cơ chế backup dữ liệu

trong một hệ thống lưu trữ , một hệ thống mạng.

Trong những năm gần đây, công nghệ ngang hàng (peer-to-peer - P2P) hay mạng

ngang hàng đã trở nên phổ biến trong các nghiên cứu về lĩnh vực Internet. So với các

mô hình mạng khác, mạng ngang hàng có nhiều ưu điểm như khả năng mở rộng,

không tồn tại điểm chết, khả năng của hệ thống tỉ lệ với số lượng máy tham gia,.. Tất

cả những đặc điểm trên đã tạo lên công nghệ P2P và các ứng dụng ngang hàng liên

quan. Nhiều ứng dụng lớn đã và đang được xây dựng trên mạng ngang hàng như

FreeNet, Napster, Gnutella, BitTorrent, eMule...Trong các loại mạng ngang hàng ,

mạng ngang hang có cấu trúc hiện nay được sử dụng một cách phổ biến bởi những ưu

điểm của nó.

Mạng ngang hàng có cấu trúc sử dụng giải thuật DHT (Distributed Hash Table –

bảng băm phân tán) tạo nên một mạng phủ (overlay) trên mạng liên kết vật lý. Giải

thuật này định nghĩa liên kết giữa các nút mạng trong mạng phủ theo một cấu trúc cụ

thể, đồng thời xác định chặt chẽ mỗi nút mạng sẽ chịu trách nhiệm đối với một phần

dữ liệu chia sẻ trong mạng. Mỗi nút đều được kết nối với một tập các nút khác gọi là

tập nút láng giềng. Chord là một giao thức của mạng ngang hàng có cấu trúc với

không gian địa chỉ một chiều dạng vòng. Mạng ngang hàng cấu trúc Chord thể hiện

nhiều ưu điểm như khả năng mở rộng, cân bằng tải, định tuyến,... Giống như những

giao thức trên mạng có cấu trúc khác, mỗi nút trong Chord xây dựng một bảng định

tuyến giúp cho việc tìm kiếm thông tin giảm từ O(N) với N là số lượng tối đa nút trong

mạng, xuống còn O(log₂N).

Trong mạng ngang hàng có cấu trúc nói chung và Chord nói riêng, việc backup

dữ liệu được thực hiện thông qua giải pháp sao lưu dữ liệu đơn giản là sử dụng các bản

sao của dữ liệu cần backup và các bản sao này được lưu tại các nút gần nút chứa dữ

liệu cần backup.Cơ chế này chưa có khả năng khôi phục lại các mảnh backup bị mất đi

do quá trình tham gia và rời đi của các nút trên mạng.

1

Khóa luận này sẽ đề xuất một phương pháp mới để giải quyết hai vấn đề nêu trên

xảy ra với mạng ngang hàng có cấu trúc nói chung và cấu trúc Chord nói riêng. Bằng

việc sử dụng thuật toán mã hóa IDAs(Information Dispersal Algorithms) dữ liệu ban

đầu sẽ được mã hóa và phân chia thằng m mảnh và chỉ cần n mảnh sẽ có khả năng

khôi phục lại dữ liệu ban đầu. Sau đó m mảnh này sẽ được phân chia trên mạng một

cách hợp lí . Với giải pháp này , chúng ta có thêm một cơ chế để khôi phục lại những

mảnh backup của dữ liệu khi các nút chứa chúng rời khỏi mạng, và hơn nữa dữ liệu

ban đầu đã được mã hóa cho nên dữ liệu đã có tính bảo mật.

Để đánh giá hiệu quả của giải pháp đề xuất, khóa luận xây dựng một chương

trình mô phỏng giả lập mạng Internet và đo thời gian trễ truyền thông báo giữa các nút

trong mạng Chord. Các kết quả thử nghiệm chứng minh cho khả năng của giải pháp đề

xuất trong việc giảm sự tăng dung lượng của dữ liệu cần backup trên mạng và sử dụng

tài nguyên mạng hợp lí hơn.

Khóa luận được chia thành bốn chương:

Chương 1: Giới thiệu tổng quan về backup dữ liệu và tổng quan về mạng ngang

hàng.

Chương 2: Đề xuất giải pháp tối ưu hóa việc backup dữ liệu trong mạng ngang

hàng có cấu trúc , ưu nhược điểm của giải pháp

Chương 3: Xây dựng chương trình mô phỏng, các bước thực thi chương trình và

những đánh giá từ kết quả đạt được.

Chương 4: Kết luận, những vấn đề nảy sinh và hướng đi tiếp theo.

2

Chương 1. Tổng quan

Mạng ngang hàng (mạng đồng đẳng, peer-to-peer, P2P) hay công nghệ ngang

hàng đã trở thành thuật ngữ phổ biến trong công nghệ thông tin nói chung và trong

lĩnh vực Internet nói riêng. Các ứng dụng trên mạng ngang hàng xuất hiện ngày càng

nhiều, thu hút đông đảo người dùng máy tính. Rất nhiều công ty, ứng dụng với công

nghệ ngang hàng đã trở lên nổi tiếng, được đông đảo cư dân mạng sử dụng như:

Usenet, Freenet, Napster, Gnutella, BitTorrent… Trong điều kiện Internet ngày càng

phát triển, lượng thông tin truyền tải và chia sẻ ngàng càng lớn, mô hình client server

bộc lộ nhiều hạn chế về băng thông và sức mạnh tính toán , mạng ngang hàng với

nhiều ưu điểm nổi bật có thêm nhiều cơ hội mới để phát triển.

Do trong mạng ngang hàng thì sự tham gia và rời đi của các nút là một đặc điểm

của dẫn đến sự mất mát dữ liệu khi Backup dữ liệu là một việc cần có trong tất cả các

hệ thống lưu trữ thông tin, đặc biệt là trong mạng ngang hàng,.Backup dữ liệu nhằm

lưu lại các dữ liệu tại một thời điểm , khi mà hệ thống xảy ra sự cố gây mất mát dữ liệu

thì những dữ liệu mất mát này sẽ được phục hồi bằng cách sử dụng các dữ liệu do việc

backup trước đó sinh ra. Dữ liệu của hệ thống sẽ được phục hồi về thời điểm trước khi

việc backup được thực hiện.

Chương này, khóa luận sẽ giới thiệu về việc backup dữ liệu và mạng ngang hàng,.

1.1 Tổng quan về việc backup dữ liệu

Định nghĩa

Backup dữ liệu hay quá trình backup dữ liệu là quá trình tạo ra các bản sao của

dữ liệu , những bản sao được bổ sung này có thể được sử dụng để khôi phục lại bản

gốc sau khi dữ liệu bị mất .Những bản sao dữ liệu bổ sung được gọi là những backup.

Các backup này được sử dụng với hai mục đích chính. Đầu tiên là phục hồi lại

sau khi dữ liệu bị hỏng hóc.Thứ hai là phục hồi một số nhỏ các file sau khi chúng bị

xóa hay là bị hỏng. Việc mất mát dữ liệu là rất phổ biến , sáu mươi sáu phần trăm số

người sử dụng Internet bị mất mát dữ liệu.

3

Các backup này sau khi được sinh ra sẽ được gửi tới một nơi nào đó hoặc thiết bị

nào đó để được lưu trữ . Các thiết bị này có thể là ổ cứng của máy tính của chính mình,

đĩa CDROM, DVD hoặc là các thiết bị , hệ thống lưu trữ khác.

Trước khi các backup được gửi đến nơi lưu trữ , các backup này đều được xử

lí.Nhiều kỹ thuật khác nhau đã được phát triển để tối ưu hóa quá trình backup.Các thao

tác xử lí này cung cấp nhiều lợi ích bao gồm cải thiện tốc độ backup , tốc độ phục

hồi,bảo mật dữ liệu …

Một số kỹ thuật :

• Nén (Compression).

• Sao lại(Duplication).

• Mã hóa(Encryption).

• ….

Một trong số cách mã hóa là sử dụng giải thuật IDAs(Information Dispersal

Algorithms).

1.1.1 Giải thuật phân tán thông tin IDA

4

Dữ liệu đầu vào

Quá trình mã

hóa phân chia dữ

liệu

Mã hóa

0

1

2

0

3

2

4

3

5

4

6

7

Quá trình giải

mã phục hồi dữ

liệu

Giải mã

Dữ liệu đầu vào

Hình 1: Giải thuật phân tán thông tin IDA

Giả thuật phân tán thông tin IDA có tác dụng mã hóa dữ liệu đầu vào ,

sao đó chia dữ liệu ra thành m mảnh và chỉ cần n mảnh là có thể phục hồi lại dữ

liệu ban đầu . Như trên hình 1 , dữ liệu được mã hóa chia thành m =8 mảnh , để

phục hồi dữ liệu ban đầu thì chỉ cần n = 4 mảnh bất kì.Dữ liệu ban đầu có độ

lớn là L thì dữ liệu sau khi được mã hóa sẽ có tổng độ lớn là (m/n)*L .

Giải thuật này được sử dụng nhầm nâng cao tính bảo mật của dữ liệu ,

tăng khả năng phục hồi của dữ liệu. Đã được sử dụng trong các hệ thống lưu trữ

phân tán (dsNet).

Dữ liệu được mã hóa rồi chia thành các mảnh dữ liệu không xác định ,

thông qua kết nối Internet phân bố tới các địa điểm lưu trữ trong hệ thống lưu

trữ phân tán . Các địa điểm này có thể là các máy chủ lưu trữ được kết nối với

nhau tạo thành một mạng ngang hàng.

5

Với phương pháp này , dữ liệu có độ bảo mật cao do các bản backup

được lưu trữ trong mạng là những dữ liệu không có định dạng , muốn phục hồi

lại dữ liệu ban đầu thì cần có một số mảnh dữ liệu khác nhau nhất định , sau đó

sử dụng bộ giải mã mới có thể khôi phục lại dữ liệu ban . Nhưng vì cần phải tìm

đủ một số mảnh dữ liệu nhất định và phải trải qua một quá trình giải mã cho

nên thời gian để tìm kiếm lấy dữ liệu và khôi phục dữ liệu sẽ mất nhiều hơn.

1.2 Mạng ngang hàng

1.2.1 Định nghĩa

Hình 2 : Mô hình mạng ngang hàng

Mạng ngang hàng , là một mạng máy tính trong đó hoạt động của mạng chủ yếu

dựa vào khả năng tính toán và băng thông của các máy tham gia chứ không tập trung

vào một số nhỏ các máy chủ trung tâm như các mạng thông thường. Mạng ngang hàng

thường được sử dụng để kết nối các máy thông qua một lượng kết nối dạng ad hoc.

Mạng ngang hàng có nhiều ứng dụng. Ứng dụng thường xuyên gặp nhất là chia sẻ tệp

tin, tất cả các dạng như âm thanh, hình ảnh, dữ liệu,... hoặc để truyền dữ liệu thời gian

thực như điện thoại VoIP.

6

Hình 3 : Mô hình máy khách , máy chủ

Mô hình mạng ngang hàng (Hình 2) đúng nghĩa không có khái niệm máy chủ và

máy khách, nói cách khác, tất cả các máy tham gia đều bình đẳng và được gọi là peer,

là một nút mạng đóng vai trò đồng thời là máy khách và máy chủ đối với các máy

khác trong mạng. Một ví dụ điển hình là dịch vụ truyền dữ liệu. Các nút trong mạng

ngang hàng sẽ liên lạc với nhau, lấy dữ liệu từ nút khác về, đồng thời chia sẻ dữ liệu

đó cho những nút có nhu cầu. Với mô hình khách chủ (Hình 3), máy khách gửi yêu

cầu, thực hiện việc nhận dữ liệu một chiều từ phía máy chủ. Đây chính là điểm khác

biệt cơ bản nhất của mô hình ngang hàng so với các mô hình truyền thống.

Cấu trúc mạng ngang hàng là biểu hiện của một trong những khái niệm quan

trọng nhất của Internet, mô tả trong "RFC 1, Host Software" xuất bản ngày 7 tháng 4

năm 1969. Gần hơn, khái niệm này đã được sự công nhận rộng rãi trong các cấu trúc

chia sẻ nội dung mà không có máy chủ trung tâm.

Khái niệm ngang hàng ngày nay được tiến hóa vào nhiều mục đích sử dụng khác

nhau, không chỉ để trao đổi tệp mà còn khái quát hóa thành trao đổi thông tin giữa

người với người, đặc biệt trong những tình huống hợp tác giữa một nhóm người trong

cộng đồng.

1.2.2 Ưu điểm và nhược điểm của mạng ngang hàng

Ưu điểm

Ưu điểm của mạng ngang hàng thể hiện ở việc áp dụng vào từng ứng dụng

cụ thể mà cấu trúc mạng khách chủ không có được. Nói cách khác, ưu điểm của

mạng ngang hàng chính là khắc phục những nhược điểm của mô hình mạng cũ.

7

Mục đích quan trọng của mạng đồng đằng là trong mạng tất cả các máy

tham gia đều đóng góp tài nguyên, bao gồm băng thông, lưu trữ, và khả năng tính

toán. Do đó khi càng có nhiều máy tham gia mạng thì khả năng tổng thể của hệ

thống mạng càng lớn. Ngược lại, trong cấu trúc máy chủ-máy khách, nếu số lượng

máy chủ là cố định, thì khi số lượng máy khách tăng lên khả năng chuyển dữ liệu

cho mỗi máy khách sẽ giảm xuống , và máy chủ sẽ phải chịu lượng truy cập nhiều

hơn , gây quá tải cho máy chủ.

Tính chất phân tán và bình đẳng của mạng ngang hàng cũng giúp cho mạng

hoạt động tốt khi một số máy gặp sự cố . Đối với cấu trúc tập trung, chỉ cần máy

chủ gặp sự cố thì cả hệ thống sẽ ngưng trệ.

Ngoài ra, do mô hình mạng ngang hàng đơn giản nên dễ cài đặt, tổ chức và

quản trị, chi phí thiết bị thấp. Mô hình khách chủ đòi hỏi một server đủ mạnh với

giá thành cao, thường thì server này ít sự cố, nhưng nếu có sẽ gây thiệt hại lớn về

thông tin và cả chi phí để tái thiết lập lại hệ thống. Hiện nay, máy tính cá nhân đủ

mạnh để có thể làm nhiều hơn công việc của một client, vì thế tham gia vào mạng

ngang hàng với nhiều tiềm năng là khả thi.

Đối với mạng Napster, thuật ngữ ngang hàng nói lên tính chất quan trọng

của giao thức giao tiếp ngang hàng, còn thực ra thành công của Napster phải nhờ

vào sự liên kết chặt chẽ giữa các máy tham gia với máy chủ trung tâm lưu trữ danh

sách nội dung tệp trên các máy tham gia. Nhờ vậy việc tìm kiếm trở nên nhanh và

hiệu quả hơn, tuy nhiên, đây cũng chính là điểm yếu dẫn đến các rắc rối pháp lý

mà kết cục là sự sụp đổ của Napster.

Nhược điểm

Mặc dù có rất nhiều ưu điểm, nhưng mạng ngang hàng cũng bộc lộ khá

nhiều nhược điểm. Các nút tham gia với tính phân tán, trách nhiệm và vai trò là

như nhau trong mạng, ít tuân theo quy luật hay giàng buộc nào. Đáng kể như:

− Các nút đột ngột rời khỏi mạng sẽ làm sai bảng định tuyến trong một thời

gian nhất định, làm cho việc truy vấn thiếu chính xác.

− Dữ liệu mà nút đó phụ trách cũng có thể bị mất theo.

− Sự bảo mật dữ liệu là kém do dữ liệu phân tán.

Các nhược điểm trên đang dần được san lấp bằng nhiều phương pháp.

Đáng chú ý là đặt ra các luật lệ, nội quy ràng buộc các bên tham gia với quyền

8

lợi và trách nhiệm nhất định sẽ giúp cho mạng ổn định và an toàn hơn. Số lượng

thành viên tham gia mạng ngang hàng ngày càng nhiều giúp cho tài nguyên

mạng trở lên phong phú, hiệu suất mạng cũng tăng tỉ lệ với số lượng nút tham gia.

Ngoài ra, các cơ chế nhân bản giúp cho xác suất mất dữ liệu khi các nút rời đi trở

lên vô cùng nhỏ.

1.2.3 Mạng ngang hàng không có cấu trúc

Một mạng đồng đẳng không cấu trúc khi các liên kết giữa các nút mạng

trong mạng phủ được thiết lập ngẫu nhiên (tức là không theo qui luật nào).

Những mạng như thế này dễ dàng được xây dựng vì một máy mới khi muốn

tham gia mạng có thể lấy các liên kết có sẵn của một máy khác đang ở trong

mạng và sau đó dần dần tự bản thân nó sẽ thêm vào các liên kết mới của riêng

mình. Khi một máy muốn tìm một dữ liệu trong mạng đồng đẳng không cấu trúc,

yêu cầu tìm kiếm sẽ được truyền trên cả mạng để tìm ra càng nhiều máy chia sẻ

càng tốt. Hệ thống này thể hiện rõ nhược điểm: không có gì đảm bảo tìm kiếm sẽ

thành công. Đối với tìm kiếm các dữ liệu phổ biến được chia sẻ trên nhiều máy,

tỉ lệ thành công là khá cao, ngược lại, nếu dữ liệu chỉ được chia sẻ trên một vài

máy thì xác suất tìm thấy là khá nhỏ. Tính chất này là hiển nhiên vì trong mạng

đồng đẳng không cấu trúc, không có bất kì mối tương quan nào giữa một máy và

dữ liệu nó quản lý trong mạng, do đó yêu cầu tìm kiếm được chuyển một cách

ngẫu nhiên đến một số máy trong mạng. Số lượng máy trong mạng càng lớn thì

khả năng tìm thấy thông tin càng nhỏ.

Một nhược điểm khác của hệ thống này là do không có định hướng, một

yêu cầu tìm kiếm thường được chuyển cho một số lượng lớn máy trong mạng

làm tiêu tốn một lượng lớn băng thông của mạng, dẫn đến hiệu quả tìm kiếm

chung của mạng thấp.

1.2.4 Mạng ngang hàng có cấu trúc (Structured)

Mạng ngang hàng có cấu trúc khắc phục nhược điểm của mạng không cấu

trúc bằng cách sử dụng hệ thống DHT ^[9](Distributed Hash Table - Bảng băm

phân tán) (Hình 6). Hệ thống này định nghĩa liên kết giữa các nút mạng trong

9

mạng phủ theo một thuật toán cụ thể, đồng thời xác định chặt chẽ mỗi nút mạng

sẽ chịu trách nhiệm đối với một phần dữ liệu chia sẻ trong mạng. Với cấu trúc

này, khi một máy cần tìm một dữ liệu, nó chỉ cần áp dụng một giao thức chung

để xác định nút mạng nào chịu trách nhiệm cho dữ liệu đó và sau đó liên lạc trực

tiếp đến nút mạng đó để lấy kết quả.

Nguyên tắc hoạt động: Sử dụng hệ thống DHT (Bảng Băm Phân Tán,

tiếng anh: Distributed Hash Table). Hệ thống này định nghĩa liên kết giữa các nút

mạng trong mạng phủ theo một thuật toán cụ thể, đồng thời xác định chặt chẽ

mỗi nút mạng sẽ chịu trách nhiệm đối với một phần dữ liệu chia sẻ trong mạng

Hình 4 : Cơ chế của bảng băm phân tán DHT

Dựa trên cấu trúc bảng băm phân tán đã có nhiều nghiên cứu và đề xuất ra

các mô hình mạng ngang hàng có cấu trúc, điển hình là cấu trúc dạng vòng (như

trong hình 4 mô tả): Chord, Pastry…, và cấu trúc không gian đa chiều: CAN,

Viceroy,…

Ưu điểm:

Khả năng mở rộng được nâng cao rõ rệt do không có điểm tập trung

gây ra hiện tượng thắt nút cổ chai tại những điểm này.

Các truy vấn tìm kiếm được phát đi theo một thuật toán cụ thể, hạn

chế tối đa lượng truy vấn hay kỹ thuật flooding, tiết kiệm băng thông

mạng.

10

Nhược điểm:

Việc quản lí cấu trúc của topo mạng gặp khó khăn, đặc biệt trong

trong trường hợp tỷ lệ vào/ra mạng của các nút cao.

Vấn đề cân bằng tải trong mạng.

Sự khác biệt về topology trên mạng overlay và mạng liên kết vật lý

dẫn đến thời gian trễ truy vấn trung bình cao.

1.2.5 Chord

Cấu trúc Chord

Hình 5 :Mạng ngang hàng Chord

Chord^[1][4]là một trong những mạng DHT phổ biến nhất, với những đặc

điểm riêng mang tính ưu thế của mình. Hai trong số những đặc điểm của Chord

không thể không kể tới đó là khả năng tìm kiếm dữ liệu nhanh và cân bằng tải

giữa các nút. Hình 5 thể hiện không gian định danh dạng vòng của Chord.

Cân bằng tải định danh của Chord là sự phân phát khóa tương đối đồng

đều vào các nút trong mạng. Đây chính là hệ quả của việc sử dụng kỹ thuật

consistent hashing để cấp khóa cho các nút. Phương thức hình thành khóa phổ

biến nhất thường được dùng là băm giá trị của dữ liệu để tạo thành khóa. Giá trị

của dữ liệu ở đây có thể là địa chỉ, tên tài liệu, những từ xuất hiện nhiều trong

một văn bản, nội dung văn bản đó,… Mỗi loại giá trị dữ liệu có những đặc điểm

khác nhau, tùy từng trường hợp mà giá trị nào được sử dụng sao cho phù hợp với

11

ứng dụng nhất. Sự phân bổ khóa trong giao thức Chord thường đi kèm với dữ

liệu, thường là một cặp (khóa, dữ liệu). Khóa được coi như phương thức chỉ

đường để có thể tìm thấy dữ liệu mong muốn một cách nhanh nhất.

Có thể nói Chord là đại diện tiêu biểu nhất của hệ thống mạng ngang hàng

có cấu trúc DHT, không những vậy Chord còn là nền tảng cho những nghiên cứu

phát triển ứng dụng sau này. Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng: Chord không chỉ

là một mạng DHT đơn thuần mà còn mang nhiều ưu điểm khác mà một số mạng

DHT không có. Nói tới Chord ta có thể nhắc tới những đặc điểm sau đây:

- Cân bằng tải (Load Balance): Quá trình hình thành và phân bổ khóa của

Chord dựa trên thuật toán Consistent Hashing. Chính những đặc điểm của thuật

toán này đã tạo cho Chord một khả năng cân bằng tải một cách tự nhiên ngay khi

mạng được khởi tạo.

- Sự phân quyền: Trong giao thức Chord, không nút nào quan trọng hơn

nút nào, quyền hạn này được thực hiện rất hiệu quả trong giao thức Chord. Một

số mạng P2P ban đầu cũng có những đặc điểm tương tự nhưng vẫn tồn tại những

yếu điểm mà Chord đã khắc phục được.

- Khả năng mở rộng: Quá trình hình thành mạng, tìm kiếm dữ liệu trong

Chord phụ thuộc nhiều vào sự biến thiên của hàm số logarit. Chính điều này tạo

cho Chord khả năng mở rộng với số lượng rất lớn các nút, cải thiện hiệu suất tìm

kiếm một các tối đa.

- Tính sẵn sàng: Mỗi nút trong Chord tự động điều chỉnh bảng thông tin

định tuyến (Finger Table) của chính nó khi có một nút tham gia hoặc dời mạng.

Nói cách khác trong mạng Chord quá trình duy trì sự tồn tại của mạng diễn ra

hoàn toàn tự động, chính điều này đã giảm thiểu khả năng đổ vỡ xuống mức tối

thiểu khi quá trình tham gia và dời bỏ mạng của các nút diễn ra.

Mô hình mạng Chord

Chord được mô tả dưới dạng một vòng tròn và có không gian định danh cỡ

N, với N là số bit định danh của không gian. Mạng Chord sẽ có thế chứa tối đa 2

mũ N Chord nút. Một Chord nút (hay một nút - một máy tính trong mạng Chord)

có một định danh id, và các id trong mạng Chord sắp xếp thành vòng tròn và tăng

theo chiều kim đồng hồ. Chord sử dụng một hàm băm để sinh định danh cho nút

12

và tài liệu, đầu ra của hàm băm là một giá trị N bit. Để đảm bảo xác suất định

danh trùng nhau là thấp, N phải đủ lớn. Với Chord, N thường là 160 bit. Một nút

trỏ tới nút tiếp theo là nút có id lớn hơn, được gọi là Successor(id), và một nút

nữa có id nhỏ hơn, được gọi là Predecessor(id). Các nút liên kết với nhau dựa vào

Succcessor và Predecessor của nó.

Hình 6 : Mạng Chord có 3 nút

Mỗi nút sẽ lưu một bảng định tuyến gọi là Finger Table (Hình 6). Thay vì

phải tìm kiếm tuyến tính, bảng định tuyến cho phép một nút định tuyến tới các

nút ở xa. Mỗi dòng trong bảng Finger Table sẽ lưu thông tin về 1 nút ở xa, gọi là

1 liên kết (entry). Entry thứ i sẽ lưu nút là successor của khóa có định danh cách

định danh nút đang xét 2ⁱtheo chiều tiến của vòng Chord. Vì vậy, không gian

định danh có bao nhiêu bit thì Finger Table có bấy nhiêu entry.

Ánh xạ khóa vào một nút trong Chord

Chord ánh xạ các khóa vào các nút, thường sẽ là một cặp key và value. Một

value có thể là 1 address, 1 văn bản, hoặc 1 mục dữ liệu. Chord có thể thực hiện

chức năng này bằng cách lưu các cặp key/value ở các nút mà key được ánh xạ

(Hình 7). Một nút sẽ chịu trách nhiệm lưu giữ một khóa k nếu nút đó là nút có

định danh id nhỏ nhất và lớn hơn k. Một nút khi lưu giữ khóa k cũng sẽ được gọi

là Successor(k).

13

Hình 7 : Lưu trữ khóa trên mạng Chord

Tìm kiếm trong mạng Chord

Khi một nút cần tìm kiếm một khóa có định danh id, nút đó sẽ tìm nút chịu

trách nhiệm lưu giữ id đó. Nếu nút ở xa so với vị trí của nút lưu giữ id, nút có thể

nhờ vào thông tin trong bảng Finger Table để định tuyến đến các nút xa hơn, từ

đó dần dần biết được nút chịu trách lưu giữ id.

Một ví dụ được chỉ trong hình 6, giả sử nút 3 muốn tìm successor của ID

(hoặc còn có thể coi là khóa) 1. ID 1 thuộc khoảng [7, 3), tức là

3.finger[3].interval. nút 3 kiểm tra entry thứ 3 trong bảng định tuyến của nó, là 0.

Bởi vì 0 trước 1, nút 3 sẽ hỏi nút 0 để tìm successor của 1. Quay trờ lại, nút 0 sẽ

suy ra từ bảng định tuyển rằng successor của 1 chính là nút 1, và trả về nút 1 cho

nút 3.

Tham gia và ổn định mạng

Trong 1 mạng động , thường xuyên có sự thay đổi với các nút tham gia và

rời khỏi bất kì lúc nào. Để có thể xác định được vị trí của các khóa ở trong mạng,

Chord cần thỏa mãn 2 điểm sau :

• Mỗi successor của 1 nút phải đc duy trì đúng

• Với mỗi khóa k, nút successor(k) có trách nhiệm quản lý k

14

Khi tham gia vào một mạng Chord, một nút n cần chọn cho nó một định

danh id và báo cho các nút bên cạnh biết sự tham gia của nó. Các nút Successor

và Predecessor sẽ cần phải cập nhật thông tin về nút mới tham gia vào mạng. Nút

n cũng cần khởi tạo bảng định tuyến Finger Table bằng cách tìm các nút mà

Successor các id trong từng entry của Finger Table. Để mạng vẫn định tuyến

đúng sau khi có sự tham gia của nút n, các nút cần thường xuyên chạy thuật toán

ổn định mạng để cập nhật thông tin về nút bên cạnh ( hay nút hàng xóm). Một số

nút sẽ có n trong bảng Finger Table, nên cần cập nhật một số entry của Finger

Table. Cuối cùng là nút Successor của n sẽ chuyển một phần khóa mà bây giờ n

là Successor(khóa), cho n lưu giữ. Việc chuyển khóa sẽ do tầng trên của ứng

dụng thực hiện.

Khi một nút chuẩn bị rời khỏi mạng, nó cần thông báo cho các nút bên cạnh

biết để ổn định lại mạng. Nút đó cũng sẽ chuyển các khóa nó lưu giữ cho nút

Successor của nó.

1.3 Backup dữ liệu trong mạng ngang hàng

1.3.1 Sự cần thiết của việc backup dữ liệu trong mạng ngang hàng

Cũng giống như trong các hệ thống lưu trữ thông tin khác , mạng ngang hàng

cũng xảy ra hiện tượng mất mát dữ liệu . Dữ liệu bị mất mát có thể do quá trình truyền

thông hoặc lưu trữ .Ngoài ra cũng do đặc điểm của cấu trúc mạng ngang hàng gây nên.

Mạng ngang hàng nói chung và mạng ngang hàng có cấu trúc nói riêng đều có

đặc điểm là có sự rời đi và gia nhập của nút trong mạng . Đặc biệt khi một nút rời đi

tức là dữ liệu được lưu trữ tại nút đó bị biến mất trên mạng . Khi mà sự rời đi của các

nút tăng lên dẫn đến sự mất mát dữ liệu càng lớn , dẫn đến cần thiết phải có một cơ

chế để khôi phục , lưu giữ lại những dữ liệu mà các nút rời đi lưu trữ . Đó chính là cơ

chế backup dữ liệu.

1.3.2 Một số giải pháp backup dữ liệu trong mạng ngang hàng

15

Tùy vào mục đích của mạng ngang hàng mà có rất nhiều giải pháp cơ chế backup

dữ liệu trong mạng ngang hàng . Các mục đích này phục vụ cho hiệu quả lưu trữ thông

tin hoặc là hiệu quả của mạng bao gồm :

- Tăng độ bảo mật của dữ liệu .

- Cân bằng tải của giữa các nút trong mạng .

-

Cải thiện tốc độ backup .

- Tăng tốc độ backup dữ liệu .

- Tăng khả năng phục hồi lại dữ liệu khi xảy ra mất mát dữ liệu hoặc dữ liệu bị

lỗi.

- …

Sau đây là một số giải pháp backup dữ liệu trong mạng ngang hàng

Bản sao (Replication)

Với giải pháp này , dữ liệu cần backup sẽ được tạo ra các bản sao của chúng ,

các bản sao này có giống y như dữ liệu ban đầu, các bản sao này được phân bố tới một

số nút bất kì ở trên mạng , đối với mạng chord sử dụng Dhash ++ thì các nút này nằm

gần với nút chứa dữ liệu ban đầu .

Vì tạo ra các bản sao , dữ liệu backup giống với dữ liệu ban đầu nên khi hồi

phục dữ liệu , ta chỉ cần tìm thấy một bản sao là đã có thể phục hồi dữ liệu .Tuy nhiên

việc tạo ra các bản sao thì gây ra sự lãng phí tài nguyên của mạng , vì tổng dung lượng

của các backup sẽ bằng dung lượng của dữ liệu ban đầu nhân với số lượng bản sao ,

cho nên khi các bản sao càng nhiều thì tài nguyên mạng tốn cho việc lưu trữ càng tăng ,

dẫn đến việc sử dụng tài nguyên lưu trữ của mạng là không hiệu quả.

Với lại dữ liệu cũng không thông qua mã hóa đâm ra , các bản backup lưu trữ

trên mạng của dữ liệu không có tính bảo mật.

16

Chương 2 Tối ưu hóa backup dữ liệu trên mạng ngang hàng

có cấu trúc

Trong chương một , chúng ta tìm hiểu một cách tổng quan về backup dữ liệu

trong các hệ thống lưu trữ và tổng quan về mạng ngang , cùng một số giải pháp

backup dữ liệu trong mạng ngang hàng .Tuy nhiên các giải pháp các giải pháp hiện tại

tồn tại một số vấn đề làm cho hiệu quả của việc backup dữ liệu không đạt được hiệu

quả , ví dụ : khi sử dụng giải thuật phân tán thông tin IDAs chưa quan tâm đến vị trí

lưu trữ các mảnh của dữ liệu sau khi mã hóa , chưa tận dụng được không gian mạng .

Vì vậy trong chương hai này , chúng ta đi vào nghiên cứu các giải pháp nhằm

tối ưu hóa việc backup dữ liệu trên mạng ngang hàng có cấu trúc, mạng Chord nhằm

giúp việc backup dữ liệu đạt hiệu quả tốt hơn.

2.1

Vấn đề cần giải quyết

Cơ chế backup dữ liệu nhằm đem lại cho mạng ngang hàng có cấu trúc khả

năng phục hồi dữ liệu đã mất mát một cách hiệu quả nhất nhằm tăng cường khả năng

lưu trữ dữ liệu trên mạng ngang hàng có cấu trúc.

Kết quả của cơ chế backup dữ liệu là tạo ra các backup và các backup này được

lưu trữ ở một số nút trên mạng , các backup này làm cho mạng tốn một phần để lưu trữ

chúng , cho nên cần phải quan tâm đến việc các backup cần phải sử dụng bao nhiêu tài

nguyên mạng để lưu trữ từ đó mới chọn lựa cơ chế tạo ra các backup hợp lí phù hợp

với tài nguyên của mạng.

Mặc khác , để tăng tốc độ của cơ chế phục hồi dữ liệu đã mất mát , chúng ta

cũng cần quan tâm xem vị trí lưu trữ của các backup . Khi phục hồi dữ liệu mất mát ,

việc đầu tiên chúng ta phải thực hiện là tìm kiếm ra các backup , sao đó tùy theo cơ

chế tạo ra mà phục hồi lại dữ liệu đã mất mát.Ngoài ra cơ chế tạo ra các backup cũng

ảnh hưởng đến tốc độ của cơ chế phục hồi dữ liệu.

Trên mạng ngang hàng có cấu trúc lưu trữ rất nhiều loại dữ liệu , trong đó có

loại dữ liệu thì cần bảo mật như các thông tin về tài khoản cá nhân , … , có loại dữ

liệu thì có thể không cần bảo mật. Do đó , tùy theo loại dữ liệu mà mạng lưu trữ có thể

lựa chọn cơ chế tạo ra các backup phù hợp.

Từ các nhận xét trên , chúng ta thấy vấn đề cần giải quyết là tìm kiếm một giải

pháp cơ chế backup có thể đáp ứng những vấn đề sau :

17

- Bảo mật dữ liệu .

- Phân bố các backup .

- Phục hồi dữ liệu .

2.2 Ý tưởng

Để giải quyết các vấn đề trên cần có một cơ chế backup dữ liệu phù .Để đảm

bảo về vấn đề bảo mật thì dữ liệu cần backup phải được mã hóa ,có thể sử dụng giải

thuật phân tán thông tin IDA để mã hóa và phục hồi dữ liệu . Đầu tiên dữ liệu cần

backup được giải thuật phân tán thông tin IDA mã hóa chia thành m mảnh backup và

cần n mảnh backup là có thể phục hồi dữ liệu ban đầu. Sau đó chúng ta phân bố các

backup vào các nút ở trên mạng , các nút này có định danh được tính toán dựa vào

định danh của dữ liệu cần backup và số mảnh backup m

Ngoài ra khi có các nút trong mạng rời đi thì sẽ có cơ chế phục hồi lại dữ liệu

chứa trong các nút đó . Cơ chế phục hồi này cần phụ thuộc vào sự phân bố các backup

để có thế tìm kiếm chính xác , nhanh chóng các backup.

2.3 Giải pháp

Dựa vào ý tưởng tối ưu hóa việc backup dữ liệu trên mạng ngang hàng có cấu

trúc , tiêu biểu là mạng Chord, ở trên chúng ta cụ thể hóa ý tưởng trên thành giải pháp

sau :

Việc backup dữ liệu gồm có 2 việc :

- Backup dữ liệu : tạo ra các backup sau đó phân chia các backup ra toàn mạng ,

chỉ thực hiện khi có nút mới mà nút này có chứa tập tin dữ liệu mới tham gia mạng.

- Khôi phục lại dữ liệu :chính là phục hồi lại các mảnh backup của các dữ liệu

tại một nút khi nút đó rời khỏi , các mảnh backup ở nút đó được chuyển sang nút khác

có định danh cùng nằm trong khoảng của nút đó , khoảng định danh này được tính

toán dựa vào định danh của dữ liệu.Việc khôi phục này cứ sau một khoảng thời gian

bất kì sẽ được khôi phục lại.

Sau đây chúng ta đi tìm hiểu rõ hơn các bước của việc backup dữ liệu trên

mạng ngang hàng có cấu trúc . Việc backup dữ liệu này được trình bày sẽ dựa trên

mạng Chord cơ sở.

18

2.3.1

Backup dữ liệu

Giả sử ta có một tập tin dữ liệu , dữ liệu này có định danh là id (định

danh này có thể được băm từ tên của tập tin dữ liệu, định danh này sẽ có độ dài

bằng với độ dài của vòng định danh Chord ).Tập tin dữ liệu này sẽ được chuyển

vào tới nút có định danh id₀trong vòng Chord , id₀=id.

Đầu tiên , dữ liệu được mã hóa bởi giải thuật phân tán thông tin IDAs .

Sau khi dữ liệu được mã hóa chia thành m mảnh backup và chỉ cần n mảnh

backup là có thể phục hồi dữ liệu . Dữ liệu ban đầu có dung lượng là L thì sau

khi mã hóa sẽ có dung lượng là (m/n)*L.

Sau đó , m mảnh backup này được phân bố vào m nút trong toàn mạng

với quy tắc , mỗi mảnh được chuyển sang một nút trong mạng có định danh

(định danh trên vòng Chord )được tính toán theo theo cách dưới đây(Hình 8)

Hình 8 : Cơ chế backup dữ liệu – phân chia các mảnh backup ra toàn mạng

- Bước 1 : tính định danh (định danh trên vòng Chord )của nút cần

chuyển các mảnh backup tới .

19

id_i= (id₀+ ((2^ADDR_SPACE)/m )* (i-1)) % (2^ADDR_SPACE).

id_i: định danh tương đối của nút cần chuyển các mảnh backup tới.

id₀: định danh của dữ liệu cần backup ,có thể được tạo thành từ việc

băm tên của dữ liệu đó.

ADDR_SPACE : số bit của vòng Chord.

m : số mảnh backup / số nút chứa các mảnh backup.

i = 1..m.

Thông thường không phải bất kì định danh nào trên vòng Chord cũng

tồn tại một nút trong mạng , do đó khi tính toán các định danh id_iở trên thì chỉ

là các định danh tương đối .

- Bước 2 : dựa vào định danh tương đối tìm kiếm các nút chính xác trên

mạng để chuyển các mảnh backup vào các nút đó .Tìm kiếm các nút trên ,

chúng ta dùng hàm Successor(id₀).

- Bước 3 : Sau khi tìm kiếm được chính xác các nút cần chuyển , chúng

ta tiến hành chuyển các mảnh backup này sang các nút đó. Việc chuyển các

mảnh backup chính là thêm từng mảnh backup vào từng nút đó rồi xóa các

mảnh này ở nút chứa dữ liệu ban đầu.

Sau tất cả các bước trên , dữ liệu đã được mã hóa thành các mảnh

backup , các mảnh backup này đã được phân bố ra các nút trên mạng.Việc này

sẽ được lặp lại nếu có dữ liệu mới ở trên mạng do có nút tham gia vào mạng

chứa dữ liệu đó.

2.3.2

Khôi phục dữ liệu

Công việc tiếp theo không kém phần quan trọng hơn là phục hồi dữ liệu

của một nút hay chính là phục hồi mảnh backup chứa trong nút đó khi nút đó

rời mạng.

Bình thường khi một nút rời mạng thì tất cả dữ liệu ở nút đó đều bị mất

đi, do vậy chúng ta không thể biết được nút đó trước khi rời khỏi mạng có chứa

20

dữ liệu nào. Do không biết được nút rời mạng đã chứa dữ liệu gì , cho nên

chúng ta chỉ có thể dựa vào các mảnh backup khác của dữ liệu đó còn tồn tại

trên mạng để khôi phục mảnh backup của dữ liệu được chứa tại nút đã rời khỏi

mạng.Việc phục hồi này sẽ dựa vào định danh của dữ liệu.

Dữ liệu đã được mã hóa chia thành m mảnh backup và chỉ cần n mảnh

backup là có thể khôi phục lại dữ liệu. Các mảnh backup này được phân bố theo

các bước ở mục 2.3.1 .Vì dữ liệu ban đầu có định danh là id và các mảnh

backup được phân bố theo các bước ở trên mục 2.3.1 , do đó chúng ta sẽ thấy

các mảnh backup i của một dữ liệu có định danh là id₀sẽ được lưu trữ trên các

nút định danh trong khoảng [min_i, max_i) với :

min_i= (id₀+ ((2^ADDR_SPACE)/m)*i)%(2^ADDR_SPACE)

max_{i =}(id₀+ ((2^ADDR_SPACE)/m)*(i+1))%(2^ADDR_SPACE)

id₀: định danh của dữ liệu.

ADDR_SPACE : số bit của vòng Chord.

m : số mảnh backup / số nút chứa các mảnh backup.

i = 0..m.

Để khôi phục được được mảnh backup chứa trên nút vừa rời mạng đi ,

chúng ta có thể làm theo các bước như sau :

- Tìm mảnh backup đã mất của dữ liệu.

- Khôi phục lại mảnh backup dữ liệu đó.

Tìm mảnh backup đã mất của dữ liệu

Các mảnh backup của dữ liệu điều được lưu trữ tại các nút có

định danh nằm trong khoảng định danh nhất định , do đó để tìm kiếm

xem một dữ liệu đã bị mất mảnh backup nào thì chúng ta sẽ tiến hành

kiểm tra trong các nút có định danh nằm khoảng nhất định [min_i,max_i)

(khoảng này được tính toán theo công thức ở phía trên) có lưu trữ dữ liệu

nào có định danh là id hay không. Nếu có lưu dữ liệu đó thì không phải

làm gì cả , còn nếu mà không có nút nào lưu trữ dữ liệu đó thì chắc chắn

là nút chứa mảnh backup của dữ liệu này đã rời khỏi mạng. Dựa vào

21

khoảng định danh này chúng ta có thể tính được là mảnh backup này là

mảnh back up nào.

Khôi phục lại mảnh backup

Việc khôi phục mảnh backup trên sẽ được tiến hành theo các bước như

sau :

- Tìm và lấy về n mảnh backup khác trên mạng (với n mảnh

backup có thể phục hồi dữ liệu đã mã hóa bằng giải thuật phân tán thông

tin IDA ở trên). Các mảnh backup này được lưu tại các nút nằm trong

các khoảng định nhanh [min_{i ,}max_i) ở trên . Chúng ta chỉ cần tìm được n

mảnh backup bất kì khác nhau là được.

- Sau khi tìm được n mảnh backup , chúng ta dùng giải thuật

phân tán thông tin IDA để khôi phục lại dữ liệu ban đầu . Sau khi hồi

phục lại dữ liệu ban đầu , chúng ta lại tiếp tục dung giải thuật IDA để

phân chia dữ liệu ban đầu , sau đó chọn lấy mảnh backup i lưu trữ vào

một nút nằm trong khoảng định danh [min_{i ,}max_i).

- Nút được chọn sẽ có định danh tương đối là id_i, được tính theo

công thức :

id_i= {id +( (2^ADDR_SPACE)/m)*i} %(2^ADDR_SPACE)

id : định danh của dữ liệu.

ADDR_SPACE : số bit của vòng Chord.

m : số mảnh backup / số nút chứa các mảnh backup.

i : mảnh backup đã mất

i : 0..m

- Dựa vào id_i, ta tìm ra nút đó rồi lưu mảnh backup thứ i vào nút

này.

Sau những các bước trên chúng ta đã phục hồi lại mảnh backup đã mất

do các nút rời đi.

22

2.4 Đánh giá giải pháp

Giải pháp trên chú trọng vào vấn đề bảo mật của dữ liệu , cách phân bố dữ liệu ,

mã hóa dữ liệu nhằm tận dụng được tài nguyên mạng. Giải pháp trên hiệu quả ở nhiều

mặt song vẫn có nhiều hạn chế .

Ưu điểm

- Dữ liệu đã mã hóa nên có khả năng bảo mật cao.

- Khi sử dụng giải thuật phân tán thông tin IDA , các mảnh backup chỉ có dung

lượng bằng dung lượng của tập tin dữ liệu ban đầu chia cho n (số mảnh

backup bất kì cần thiết để khôi phục lại dữ liệu ban đầu).Cho nên lượng tài

nguyên cần thiết để lưu trữ trên một nút nhỏ hơn so với các phương tạo bản

sao.

Nhược điểm

- So với phương pháp tạo bản sao trực tiếp thì việc khôi phục lại mảnh backup

sẽ tốn thời gian hơn. Phương pháp tạo bản sao thì chỉ cần lấy được bản sao là

có thể phục hồi , còn phương pháp trên sẽ phải tìm kiếm đủ n mảnh sau đó

phục hồi lại dữ liệu ban đầu , rồi lại mã hóa phân chia dữ liệu đó , lấy mảnh

backup dữ liệu đã mất để lưu trữ lại.

23

Chương 3 Mô phỏng và đánh giá

Để thấy được hiệu quả của giải pháp mới và xem xét giải pháp đó tốt đến mức

nào, chúng ta cần có những con số thống kê, thể hiện sự tồn tại của dữ liệu trên mạng

sau các quá trình ra vào của các nút. Về cơ bản, những thử nghiệm và kết quả trên một

mạng thực sự luôn là những đánh giá tốt nhất, chính xác nhất. Nhưng vì điều kiện để

có một mô hình mạng thực sự dành cho việc đánh giá là rất khó nên mô phỏng là cách

lựa chọn đúng đắn. Chương 3 sẽ trình bày về chương trình mô phỏng, các bước để

thực hiện chương trình mô phỏng, chạy thử, thống kê kết quả và đánh giá. Vì mô

phỏng khác rất xa so với thực tế nên mục đích của chương này là đưa ra được những

đánh giá sơ bộ, tổng quát nhất.

3.1

Chương trình mô phỏng

Chương trình mô phỏng gồm gồm hai phần chính là dữ liệu và thực thi. Phần dữ

liệu bao gồm các loại dữ liệu và phần mã nguồn chương trình tạo ra chúng. Thực thi

chính là phần mô tả hoạt động của mạng ngang hàng Chord và thực hiện công việc

backup dữ liệu. Chương trình này được tham khảo từ chương trình mô phỏng của khóa

luận tốt nghiệp của sinh viên Đặng Ngọc Bền – khoa Cộng nghệ thông tin – đại học

Công nghệ với đề tài“Tối ưu hóa topology cho mạng ngang hàng có cấu trúc Chord”.

3.1.1 Dữ liệu

Chương trình mô phỏng sử dụng khá nhiều loại dữ liệu. Có dữ liệu chỉ được

sử dụng trong quá trình khởi tạo, có dữ liệu được đọc lần lượt và sử dùng từ khi

bắt đầu chương trình đến khi kết thúc. Phần này chỉ nói đến ý nghĩa của các tệp

dữ liệu, cấu trúc tệp được chi hóa tại phụ lục A, việc tạo ra các tệp dữ liệu này sẽ

được trình bày chi tiết hơn trong phần thực thi.

Thông tin miền

Thông tin về miền bao gồm số lượng miền, thời gian trễ liên miền. Giá trị

thời gian trễ liên miền sẽ nằm trong khoảng cố định nào đó được đưa ra khi sinh

dữ liệu. Cần định khoảng để khi lấy ngẫu nhiên, kết quả thu được phải tương đối

phù hợp.

24