P2P网络(Peer-to-Peer network)是近年来网络通信领域研究的热点,并被列为下一代网络体系结构的四项关键技术之一。由于下面几个问题直接影响了P2P网络的可用性和系统效率,因此对其研究既具有理论意义也有实用价值。1.本质上,P2P网络是建立在Internet上的一种分布式覆盖网络,其目标是充分利用Internet环境中各种可能的端系统进行大规模的协作工作和资源共享。P2P覆盖网络的拓扑结构决定了其系统性能,好的拓扑结构能够使得这一目标很好的实现。2.P2P网络是基于节点愿意共享资源这一基本假设而实现的,但由于节点的异构性,理性用户节点更多地表现出自主性,其根本目的是最大化自己利益,而并不考虑网络的整体效用。并且,P2P网络中存在着大量不可靠的服务质量和欺诈行为。引入信任模型与激励机制来保证数据的可信性,激励节点之间有效地合作并合理使用网络资源,是解决问题的方法之一。3.文件共享是目前P2P网络中最广泛的应用,研究P2P文件共享系统的行为特性有助于深入了解P2P文件共享系统的特点并对提高P2P文件共享系统的性能、稳定性、可扩展性以及对P2P网络流量进行合理有效地管理和控制都有积极的意义。本论文围绕上述几个关键问题进行了研究,主要研究内容和创新点包括以下几点:1.由于现有的P2P覆盖网络模型大多数没有考虑P2P网络的聚类性和对称性,本文采用基于Cayley图的代数图论构造方法,给出了一种新颖的P2P覆盖网络模型。该模型结构简单、高度对称,能满足P2P网络的自组织和可扩展性。而且相对于现有的覆盖网络模型,它在容错性、负载均衡和查询效率等方面的性能都有较大的提高,并具有高聚类性。2.针对目前大多数信任模型牺牲了节点的匿名性或存在信息洪泛现象,给出了一种具有匿名性的P2P网络信任模型。它参考了社会网络中信任关系的建立方法,从两个角度来计算节点的综合信任度。并使用多个公/私钥组合和洋葱路由等方法来保证数据的可信性和节点的匿名性。最后在该信任模型的研究基础上,给出了一种新的拓扑结构和资源搜索机制,其中使用信任来刻画节点提供服务的能力,由信任链接关系来动态地构建网络拓扑和资源搜索机制,从而改善网络的搜索性能。3.在借鉴无限重复博弈理论的基础上,并基于P2P网络参与节点是理性且自私的假设条件,得到一种基于重复博弈的P2P网络激励机制,并构建了该模型的有限状态自动机。该模型通过引入对自私节点的惩罚机制,制定相应的行为规则,来激励理性节点为使其自身收益最大化而向整个网络贡献资源,从而提高整个系统的整体效用。4.通过分析P2P文件共享系统的特点,采用传染病动力学传播模型SEIR的构造方法,给出了一种P2P文件共享系统中文件传播模型,该模型充分考虑了P2P文件共享系统中节点的各种状态。最后,在该模型下得到描述文件传播效率的基本再生数计算公式,它显示了不同因素对文件传播效率的影响,从而为提高文件传播速度和系统效率提供了重要的参考依据。