分散ハッシュテーブル

分散ハッシュテーブル (DHT) の解説

分散[ハッシュテーブル]] (Distributed Hash Table, DHT) は、複数のピア]間で[[ハッシュテーブルを分散管理する技術です。大規模なデータ検索を効率的に行うための基盤技術として、近年注目を集めています。2001年には、CAN、Chord、Pastry、Tapestryといった革新的なアルゴリズムが提案され、その後の発展に大きく貢献しました。

DHT の概要と特徴

DHTは、アドホック性とスケーラビリティの両立を目指した探索手法です。コンピュータネットワーク上に構築されるため、オーバレイネットワークの一種として分類されます。

主な特徴

スケーラビリティ: 参加ノード数が増加しても、検索効率が維持されます。代表的なアルゴリズムでは、検索にかかる通信回数はノード数の対数オーダー(O(log N))に比例します。これは、ハッシュテーブルを論理空間で分割し、各ノードがその一部を管理することで実現されています。
分散性: 特定のノードに負荷が集中せず、システム全体の信頼性と可用性を高めます。各ノードは自律的に動作し、ノードの追加や削除にも柔軟に対応できます。
* 柔軟性: ハッシュ関数の選択、論理空間の定義、ノード間のルーティング方法など、様々な要素を調整することで、システムの特性を最適化できます。

DHTは、キー(ビット列)をハッシュ関数で論理空間上の1点に射影し、その点に値を関連付けることで動作します。この論理空間は、複数のノードで分割管理されます。あるキーに対する値の検索は、キーのハッシュ値に基づいて適切なノードにルーティングされます。

DHT と従来のP2Pシステムとの違い

DHTは、従来のGnutellaのようなPure P2Pシステムとは大きく異なります。Pure P2Pシステムは、メッセージフラッディングによる資源探索を行うため、スケーラビリティに限界があります。一方、DHTは、効率的なルーティングアルゴリズムにより、大規模なネットワークでも高速な検索を実現します。

DHTの研究には、大きく分けて2つのルーツがあります。

1. 分散オブジェクト管理: Tapestryに代表されるDOLR(Decentralized Object Location and Routing)方式は、オブジェクト間のメッセージルーティングを効率化することで、分散オブジェクト管理を実現します。
2. 分散ファイルシステム: Chordは、分散ファイルシステムにおける多ノード間でのスケーラブルなデータ管理を目的として開発されました。

いずれも、キーに基づいてデータを特定し、アクセスするための分散アルゴリズムを基礎としています。

オーバーレイネットワークとして分類すると、Pure P2Pは「非構造オーバーレイネットワーク」、DHTは「構造化オーバーレイネットワーク」に分類されます。

DHT アルゴリズムの分類

DHTアルゴリズムは、大きく分けて以下の2つの要素で分類されます。

1. 論理[空間]]: キーを写像する論理空間の形状によって、アルゴリズムの特性が異なります。例として、[[Chord]、CAN(N次元トーラス)、Kademlia/P-Grid(2分木)、Pastry/Tapestryなどが挙げられます。
2. 経路表の管理: ノードの参加/脱退に伴う経路表の更新方法も重要です。Chord、Pastry、Tapestryはピアが能動的に経路表を保守するのに対し、Kademliaは通常の通信を通して保守します。

DHT を利用したファイル共有ソフト

多くのファイル共有ソフトが、DHTを利用して効率的なファイル検索を実現しています。例えば、Azureus、BitComet、BitTorrent、eMule、LimeWire、Morpheus、Perfect Darkなどが挙げられます。これらのソフトは、Kademliaアルゴリズムをベースに独自の拡張機能を実装している場合が多いです。

まとめ

DHTは、大規模分散システムにおけるデータ管理と検索を効率的に行うための強力な技術です。スケーラビリティ、分散性、柔軟性といった特徴を備え、様々なアプリケーションに適用されています。今後も、より高度なDHTアルゴリズムやその応用技術の開発が期待されます。

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