Mạng ngang hàng có cấu trúc và không có cấu trúc

Một mạng ngang hàng 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 ngang hàng không cấu trúc, yêu cầu tìm kiếm sẽ được truyền trên cả mạng để tìm ra càng nhiều máy chia sẻ càng tốt.

Một mạng ngang hàng không cấu trúc sử dụng một máy tính server.

Napster[5] là mạng ngang hàng không cấu trúc đầu tiên thu hút được đông đảo người sử dụng trên mạng. Đây là sự kết hợp của một mạng ngang hàng peer to peer và một số máy chủ trung tâm để duy trì kết nối hệ thống và danh sách dữ liệu được chia sẻ trong mạng. Ngoài việc là một mạng peer to peer, Napster cũng giống như một mạng với các máy chủ. Chính các máy chủ này làm cho việc tìm kiếm dữ liệu và chia sẻ giữa các máy tính trong mạng tốt hơn, tạo nên mô hình mạng peer to peer đầu tiên được ưu chuộng với các dịch vụ chia sẻ file dữ liệu, file nhạc trên mạng Internet. Napster gồm 2 thành phần, thứ nhất là máy chủ trung tâm và thứ hai là các ứng dụng trên các máy tính kết nối với nhau. Một máy tính tham gia vào mạng sẽ kết nối với máy chủ trung tâm và đưa danh sách file chia sẻ trong máy tính lên máy chủ này. Những máy tính khi tìm kiếm dữ liệu sẽ tìm kiếm thông tin về từ khóa trên máy chủ trung tâm để biết máy tính nào hiện đang giữ file chia sẻ đó. Để tìm kiếm một file, một truy vấn sẽ được gửi đi tới máy chủ trung tâm cùng với từ khóa tìm kiếm. Máy chủ trung tâm sẽ tìm trong danh sách các file chia sẻ được đưa lên bởi các máy tính và trả về địa chỉ IP của máy tính lưu giữ file chia sẻ này. Sau đó sẽ là kết nối trực tiếp giữa máy tính yêu cầu và máy tính giữ file chia sẻ, dữ liệu được truyền giữa hai máy tính giống như trong một mạng ngang hàng.

Mô hình chia sẻ file của Napster

Bên cạnh Napster, một mô hình mạng ngang hàng không cấu trúc khác cũng rất nổi tiếng là Gnutella. Gnutella[6] là một mạng peer to peer thuần và chủ yếu dựa trên mạng peer to peer không có cấu trúc. Một phiên bản thương mại của Gnutella là Limewire[7]. Các máy tính trong Gnutella được mô tả như là những “servent”, những thành viên trong mạng và được chia sẻ file trong mạng. Các máy tính khác có thể lấy được những file chia sẻ này. Việc tìm kiếm file trên mạng mô tả trong hình 4, khi một máy tính A tìm kiếm file X, nó sẽ gửi một truy vấn broadcast tới tất cả các máy tính nó biết, được coi là hàng xóm của nó. Truy vấn sau đó sẽ được chuyển dần qua các bước và tới được máy tính có chứa file X. Gnutella có mã nguồn mở và có giao thức[8] mô tả rõ ràng trên mạng Internet, bất cứ ai quan tâm cũng có thế tìm hiểu và phát triển để tạo ra một mạng ngang hàng của riêng mình với các tính năng muốn có.

Tìm kiếm dữ liệu chia sẻ trong Gnutella.

Hệ thống mạng ngang hàng không cấu trúc thể hiện 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 ngang hàng 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.

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

System P2PDecentralizedCentralizedUnstructureddStructuredHybridCANCHORDGnutellaKaZaA

Mạng ngang hàng có cấu trúc thuộc nhánh các hệ thống phân tán trong các mô hình mạng ngang hàng

Trong mạng ngang hàng có cấu trúc, tài nguyên được phân bố một cách hợp lý để không có một máy tính nào lưu giữ quá nhiều dữ liệu dẫn đến quá tải thông tin định tuyến. Do mạng là có cấu trúc nên các thông điệp chuyển đi giữa các máy tính để duy trì mạng ngang hàng được giảm xuống tối thiểu. Băng thông của mạng được dành nhiều hơn cho việc chia sẻ tài nguyên.

Mạng ngang hàng có cấu trúc Chord dạng vòng tròn.

Việc tìm kiếm thông tin trong mạng ngang hàng có cấu trúc cũng nhanh hơn trong mạng không cấu trúc. Nếu như mạng không có cấu trúc các máy tính gửi thông điệp broadcast để tìm kiếm thông tin thì trong mạng có cấu trúc một máy tính chỉ cần gửi thông điệp tìm kiếm qua một số máy tính. Giao thức tìm kiếm chung trong mạng sẽ đảm bảo thông tin được tìm kiếm chính xác.

Một số mạng ngang hàng có cấu trúc nổi tiếng bao gồm Chord, CAN, Kademlia, Pastry và Tapestry. Trong đó Chord và CAN được mô tả chi tiết, đã được mô phỏng và cho kết quả qua các bài báo [1], [3].