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BitTorrent对等网文件共享系统拓扑一致性优化技术研究
摘要：
BitTorrent是全球最为流行的对等网文件共享系统，它通过分布式的方式，把一个大文件划分为若干个小块，让用户下载某个大文件时，可以不依赖于单个服务器，而是从其他拥有相同文件的用户处获取需要的每个小块。这样的方式使得BitTorrent具有高效稳定的文件传输能力。但由于对等网拓扑的动态性，导致一些节点上的文件块无法被其他用户获取，从而降低文件的拥有度，进而影响下载速度。为优化BitTorrent对等网系统拓扑一致性问题，该论文针对这一问题进行了探讨，并提出一种有效的优化技术。
关键词：BitTorrent；对等网；拓扑一致性；优化技术
正文：
一、介绍
BitTorrent是一个不断进化和发展的对等网文件共享系统，它的高效稳定的文件传输能力已被广泛应用于软件、音乐、电影等大文件的共享传输中。由于BitTorrent采用分布式的方式，将大文件划分为若干个小块并让用户从其他用户处获取所需的每个小块，使得它的文件传输效率明显高于传统的文件下载方式。同时，BitTorrent的可靠性和传输速度也被不断提高和优化。
然而，由于对等网拓扑的动态性，导致一些节点上的文件块无法被其他用户获取，使得文件的拥有度降低。这不仅降低了文件传输效率和速度，也破坏了BitTorrent对等网的拓扑一致性。因此，为了解决这一问题，该论文针对BitTorrent对等网系统拓扑一致性问题进行了研究，提出了一种有效的优化技术。
二、BitTorrent系统结构
在BitTorrent系统中，文件被划分为多个大小相等的块，每个块的大小由用户指定。为了保证文件能够被及时传输，每个节点通常都需要下载尽可能多的文件块。
BitTorrent系统中包括三个关键的组成部分：
1.追踪服务器：在系统初始阶段，用户必须要知道一些拥有该文件的其他节点，因此需要用到追踪服务器。用户每隔一段时间会向追踪服务器发送一个信息，该信息包括自身的IP地址和端口，以及所需要下载的文件的信息。追踪服务器会从收到的信息中提取出目标文件的信息，并返回该文件的种子文件。种子文件是一个包含文件元数据的信息文件，它指示了如何将分割的文件块组合起来并还原原始文件。
2.位图文件：当一位用户下载种子文件并开始下载文件块时，他会创建一份包含所有文件块的位图。位图文件是所有文件块各自信息的布尔向量，如果第i个文件块被该用户所拥有，则对应的位图为1，否则为0。下载过程中，用户向其他用户请求文件块，如果某个用户没有该文件块，则将该块的索引在位图中置为0。另外，如果用户下载了完整的文件，那么它会变成该文件的一个上传者，它的位图也会在网络中广播。
3.数据库：每个节点都会记录一个邻域列表，保存了其它节点的信息。列表中的每个节点都会被执行两种任务：一是接收文件块的请求；二是向其它节点请求需要的文件块。当其他节点之间建立连接时，该信息也会被更新到列表中。
但由于对等网拓扑结构的动态性，包括节点的加入、退出、网络分裂等影响因素，导致一些节点上的文件块无法被其他用户获取，从而降低文件的拥有度，进而影响下载速度。因此就需要进行拓扑一致性的优化。
三、拓扑一致性问题
拓扑一致性是指在BitTorrent对等网中，当节点的状态发生改变时保持全局的稳定性和一致性。拓扑一致性与工程系统中的一致性问题不同，它涉及到节点的加入、退出、节点间的连接、链路的质量等一系列因素，其影响因素比工程系统中的更多、更复杂。
在一个典型的BitTorrent网络中，拓扑一致性由三个方面的问题引起：
1.路由拓扑问题：每个节点在整个网络中既是消费者又是生产者。路由拓扑问题通常指的是，对于每个节点需要上传数据时，它应该向哪几个节点上传数据，怎么样才能最快地将数据上传到这些节点。
2.节点拓扑问题：节点拓扑问题指的是，当一个节点想要下载一个文件时，如何通过稳定的方式找到能够为其提供该文件块的其他节点。
3.连接拓扑问题：连接拓扑问题是指，如何求解最短路径或最快的数据传输路径。
这三个问题的解决，直接影响到用户的下载速度和文件的拥有率，因此利用拓扑一致性优化技术是非常必要和有益的。
四、拓扑一致性优化技术
为了解决BitTorrent对等网系统中拓扑一致性问题，本论文提出了一种基于节点的拓扑一致性优化技术。该技术主要根据网络中每个节点对块的拥有情况来进行节点的调整，从而保证更多块被更多节点拥有，提高文件拥有度，进而提高整个网络的文件传输效率和速度。
该技术的核心思想是：根据网络中每个节点对文件块的拥有情况进行一些调整，使拥有完整文件块的节点能够更好地服务于其他节点。为了实现该技术，可以按照以下步骤进行：
1.按照当前的状态，规划出新的节点拓扑结构。
2.对节点拓扑结构进行优化，使其更好地匹配目标