Chord:结构化 P2P 网络中的一个 DHT 算法

  • 李士窑

2014 年 12 月 2 日

话题:语言 & 开发架构算法

DHT 即分布式哈希表(Distributed Hash Table), 它通常是为了拥有极大节点数量的系统,而且在系统的节点常常会加入或退出节点而设计的。DHT 具有良好的扩展性、鲁棒性、结点 ID 分配的均匀性和自组织能力。DHT 可以用以建立复杂的服务,例如分散式档案系统、点对点技术档案分享系统、网页快取、缓存系统、任意点传输、网域名称系统以及即时通讯等。Chord由麻省理工学院(MIT)在 2001 年提出,其目的是提供一种能在 P2P 网络快速定位资源的的算法,它并不关心资源是如何存储的,只是从算法层面研究资源的取得,因此,Chord 的 API 就简单到只有一个 set、get。Chord 在一致性哈希的基础上提供了优化的路由算法,优化后的算法具有负载平衡、分布性、可扩展性、可用性、命名的灵活性等优点。它可用于全球文件系统、命名服务、数据库请求处理、互联网级别的数据结构、通信服务、事件通知、文件共享等应用中。

Chord 要实现的其实就是给定一个关键字 Key,并能够将其映射到某个节点。Chord 采用一致性哈希为每个节点和关键字产生一个 m 位的 ID,并按照 ID 的大小构成环形拓扑。另外,为了路由的需要,Chord 还维护了一张最多 m 项的路由表即 Finger 表。如下图所示的就是 m 为 6 的一个 Chord 拓扑环和 Finger 表。

对于节点的查询的处理,Chord 采用了幂次逼近查询法;对于新节点加入的处理,Chord 需要环形拓扑中的任意一个节点来协助完成, 且加入过程包括新节点本身的 Join 操作和被其他节点发现两个阶段;对于节点失效的处理,Chord 需要周期性对节点的前继节点和后继节点进行探测,并按照节点加入时的算法重建 Finger 表;对于节点退出的处理,Chord 采取了将节点的退出当作为失效来处理的方式。有关 Chord 及 Chord 对节点的查询、加入、失效等具体是如何处理的,请读者参考论文《结构化 P2P 网络 chord 算法研究与分析》

另外,请读者们注意,DHT 只是一个概念、一种网络模型,读者还可以阅读freedomlayer 上的一篇介绍以加深对 DHT 的理解。除了 Chord 算法外,基于 DHT 实现的算法还包括加州大学伯克利分校提出的内容寻址网络算法CAN、英国剑桥的微软研究院和莱斯大学提出的Pastry、加州大学伯克利分校提出的一种新型 P2P 网络定位和路由算法Tapestry等。目前,DHT 算法的发展方向非常多,且随着科学技术的发展以及人们的不断探索与研究,将会有新的改进算法不断被提出来。


感谢郭蕾对本文的审校。

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