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P2P（Peer-to-Peer）网络是建立在Internet上的一个虚拟网络或者称为重叠网，P2P网络最典型的特点是自组织性与分布式结构。P2P系统可以划分为结构化P2P系统（Structured P2P）以及非结构化P2P系统（Unstructured P2P）。本论文主要针对结构化P2P系统的关键技术进行了一系列研究，结构化P2P采用DHTs（DistributedHash Tables）作为自己的底层支持。DHTs是一系列分布式算法，它们利用哈希函数，例如SHA1来实现名字空间与哈希数值空间之间的转换，并采用一系列算法来实现快速定位和查找的目的。DHTs具有可靠性高，可扩展性好，容错能力强等优点。除了能够为P2P系统提供底层支持以外，DHTs系统近来应用于新一代网络架构设计（LISP：Location-Identifier Separation Protocol）以及内容投递网络（CDN：ContentDelivery Network）中。在LISP中，最典型的应用为LISP-DHT，它以Chord为基础，实现了EID与Locators映射的存储与查询；在CDN中，PSIRP（Publish-SubscribeInternet Routing Paradigm）系统利用DHT的可靠性与可扩展性好的优点来实现名字查询系统的功能。论文对主要针对DHTs系统存在的一些公认的问题进行了分析，包括逻辑与物理拓扑之间的不匹配问题以及优化和公平性问题等。论文的结构如下：1.第一章给出了DHT的背景介绍和相关研究方向以及取得的研究成果。2.第二章分析DHT系统物理空间与逻辑空间不匹配问题产生的原因：逻辑拓扑和物理拓扑的形成相互独立，互不相关。由于不匹配问题会引入大量的冗余流量，从而增加了链路的负担，降低了系统的吞吐量，因此提出采用带权重的二部图模型来模拟DHT系统的匹配模型，并基于已知查询分布的情况下，采用KM（Kuhn-Munkres）算法和遗传算法来实现DHT系统的最优匹配，从而减小系统的开销并提高系统的查询效率。3.第三章研究DHTs在LISP框架下的应用。对于LISP而言，一个可靠性高，可扩展性好的映射储存和查询系统是实现LISP覆盖的关键。基于此，提出了指针Chord结构并以此为基础来实现LISP的映射系统：LISP-PCHORD。LISP-PCHORD不仅具有DHT固有的扩展性好，可靠性高的优点，另外，通过对LISP-PCHORD系统的优化设计：对映射系统的逻辑空间进行重新划分并且与物理空间进行重新匹配，能够解决由于目前IP地址不连续性特征造成查询系统的UH（UnnecessaryHop）问题以及不匹配问题，提出数学规划和遗传算法两种方式来实现系统的优化，从而消除UH问题和解决不匹配问题，使得系统达到最优匹配从而达到最优的性能。4.第四章研究分层DHT系统并且针对于查询本地化问题，提出三层DHT结构，其中顶层为全局DHT系统，其功能为信息的发布和收集；中间层由管理节点构成，每个管理节点管理一组节点，组的粒度可以为一个ISP（Internet ServiceProvider），一个AS（Autonomous System）等；下层由多个“分组”构成，对每个分组来说，其内部节点可以采用不同的连接方式，这里采用集中式、全连通和DHT的三种连接方式。对分层系统的查询量进行理论分析并采用仿真验证了分析的正确性。针对每个分组有多个管理节点的情况，对分组内部节点与外部节点的通信提出了三种出口选择模式：效率优先出口选择模式、本地分组流量最小化出口选择模式以及出口节点的负载平衡和公平性选择模式。5.第五章研究DHT系统的查询效率，提出多Chord环结构，采用多种准则对原Chord环进行拆分以实现查询的并发进行，从而提高系统的查询效率。6.第六章研究Chord系统的可靠性与公平性。分析了衡量系统可靠性最重要的参数-“丢失率”的计算方式，提出了通过改进节点处理能力来提高系统可靠性的模型并给出了提高处理能力与系统性能之间的优化关系；基于指针Chord，对逻辑空间进行均匀划分，在均匀分布和随机分布的查询量分布下，考察了节点转发负载的公平性和处理负载的公平性，从而使得系统达到较好的负载均衡。7.给出了全文总结和工作展望。