計算機網(wǎng)絡P2P

1、1何為何為P2P 無結(jié)構(gòu)無結(jié)構(gòu)P2P體系體系無結(jié)構(gòu)無結(jié)構(gòu)P2P體系應用實例體系應用實例 混合式混合式P2P體系及應用實例體系及應用實例結(jié)構(gòu)化結(jié)構(gòu)化P2P體系體系2ARPAnet“阿帕網(wǎng)”于1969年正式啟用，當時連接了4臺計算機，供科學家們進行計算機聯(lián)網(wǎng)實驗使用。NSFnetInternetNSF在全美國建立了6個超級計算機中心，允許研究人員對Internet進行訪問，以使他們能共享研究成果并查找信息。隨著NSFnet的建設和開放，網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)和用戶數(shù)迅速增長。許多國家紛紛接入到Internet，使網(wǎng)絡上的通信量急劇增大。19691986 19891992 1995年，“聯(lián)合網(wǎng)絡委員會”通過了一

2、項有關決議：將“互聯(lián)網(wǎng)”定義為全球性的信息系統(tǒng)。InternetNSFnet最初，NSF主干采用的是56Kbps的線路，到1988年7月，它便升級到1.5M bps線路。這個主干網(wǎng)絡就是NSFNET。3WebWeb憧憬憧憬WebWeb瓶頸瓶頸Web的突出表現(xiàn)和它在全球范圍內(nèi)的高速擴張，用戶可以通過它實現(xiàn)平等的信息共享、信息交流、信息傳輸，可以用一個拓撲的結(jié)構(gòu)的形式組織全球的資源以實現(xiàn)資源的充分利用和共享。當用戶在網(wǎng)上進行互動活動時，電腦會幫助用戶分析這些活動，使用戶明白自己在做什么，每個人在什么位置，以及如何更好地協(xié)同工作。Web的憧憬與夢想可以說是互聯(lián)網(wǎng)的精神和核心價值。隨著對Web的熟悉，

3、用戶使用Web雖然可以容易地訪問信息，但卻無法很容易地發(fā)布信息。信息發(fā)布者卻必須使用服務器、公共網(wǎng)關接口和一些冗長的縮寫詞和技術術語來實現(xiàn)信息或資源的發(fā)布。雖然人們依然喜歡瀏覽器，并經(jīng)常驚嘆于HTML頁面的炫目圖像，但普通網(wǎng)絡用戶使用最多的還是與他們生活關系最密切的電子郵件和在線聊天。電子郵件和在線聊天所使用的正是正宗的P2P應用程序。4Peer-to-Peer 伙伴對伙伴、對等關系 Web Web使命：平等、共享、協(xié)作使命：平等、共享、協(xié)作5目前，在學術界、工業(yè)界對于P2P都沒有一個統(tǒng)一的完整定義，通常我們所說的P2P網(wǎng)絡有下面兩層意思：P2P網(wǎng)絡是一種用戶之間通過某一相同的網(wǎng)絡應用程序聯(lián)系

4、起來，彼此之間可以相互訪問、共享計算機資源的網(wǎng)絡。是一種網(wǎng)絡概念。P2P網(wǎng)絡是一種不通過中央服務器而將一些獨立的計算機資源組織起來，通過Internet運行于個人計算機上，以實現(xiàn)共享文件和資源的應用。P2P就是一種網(wǎng)絡，一種架構(gòu)在Internet上的網(wǎng)絡技術。其核心思想是沒有了中央服務器的概念，將Internet建立在對等互聯(lián)的基礎上以實現(xiàn)最大程度的資源共享。6資源的發(fā)布與接受兩個角色合二為一，在生產(chǎn)和消費資源的角色上是對等的P2P網(wǎng)絡中無中介、等級、格式、區(qū)域和平臺的限制，相互之間直接交換信息和服務P2P網(wǎng)絡中，節(jié)點之間是最直接最純粹雙向關系，且實現(xiàn)了資源和服務的交換與共享組成P2P網(wǎng)絡的節(jié)

5、點可以動態(tài)地加入或退出，在運行過程中也是動態(tài)的提供資源和服務無服務器參與空間分配，可提供實時的、可升級的信息可充分利用個人計算機的軟硬件設備，信息和服務在節(jié)點間傳輸時交互的對象及接收的目標是確定的、有效的7 USENET的出現(xiàn) Napster的興起 最早的P2P思想雛形在這個原始系統(tǒng)中，并沒有現(xiàn)在網(wǎng)絡中的客戶機、服務器這種模式，每臺主機互聯(lián)，相互之間都被同等地對待一種分布式遠程信息交換和討論的系統(tǒng)，可幫助用戶組織內(nèi)容并提供一種自組織方法不對外提供應用服務，也不存放任何實體資源，只是作為實體資源的目錄或索引而存在89Napster客戶端Napster客戶端Napster客戶端Napster客戶端

6、Napster客戶端中央索引服務器向索引服務器請求MP3文件返回請求的返回請求的MP3文件文件此主機上有所請求的MP3文件需要下載MP3文件的主機l Napster系統(tǒng)中的文件搜索模型圖系統(tǒng)中的文件搜索模型圖10 不同類型P2P網(wǎng)絡幾乎同時出現(xiàn)，無明確界定，大致分類：無結(jié)構(gòu)P2P網(wǎng)絡：分布/松散的結(jié)構(gòu)混合式P2P網(wǎng)絡：C/S、P2P模式的混合結(jié)構(gòu)化P2P網(wǎng)絡：準確、嚴格的結(jié)構(gòu) P2P網(wǎng)絡實質(zhì)上指TCP/IP模型(四層模型)中應用層的工作方式，包括結(jié)點工作模式與計算模式等；下面三層通常采用標準、單一的工作方式，本身并沒有集中式與分布式之分，只是為應用層不同的工作方式提供底層的服務支持。P2P網(wǎng)絡

7、分類網(wǎng)絡分類11 無結(jié)構(gòu)無結(jié)構(gòu)P2P網(wǎng)絡的特點網(wǎng)絡的特點 覆蓋網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu) 無結(jié)構(gòu)，指覆蓋網(wǎng)沒有固定、嚴格的拓撲結(jié)構(gòu)，而是一個隨機生成、松散組織的普通圖，但總是符合某種模型的一種結(jié)構(gòu)。a.小世界模型： 指任一兩個網(wǎng)絡節(jié)點間的距離很短，并且對每個節(jié)點而言，其鄰居節(jié)點相識（互相連接）的頻率很高，所以節(jié)點集群現(xiàn)象明顯。b.冪律模型： 網(wǎng)絡中擁有連接數(shù)L的結(jié)點占網(wǎng)絡結(jié)點總數(shù)的份額正比于L-a ,a是取決于網(wǎng)絡本身的常數(shù)因子，因此網(wǎng)絡中大多數(shù)結(jié)點連接數(shù)很少，少數(shù)結(jié)點連接數(shù)很多。12 無結(jié)構(gòu)無結(jié)構(gòu)P2P網(wǎng)絡的特點網(wǎng)絡的特點 點對點之間互有連結(jié)資訊，彼此形成無規(guī)則網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)。 需要請求某資源點時，以廣播方式

8、尋找，通常會設TTL（生存時間），即使存在也不一定找得到資源。 無結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡沒有全局路由表，不可能預先知道要找的數(shù)據(jù)在哪里，只能隨機路由，通常以洪泛法為基礎，通過TTL限制搜索半徑。洪泛法：路由覆蓋范圍是以TTL為半徑的圓，不保證找到實際存在的文件。13無結(jié)構(gòu)無結(jié)構(gòu)P2P網(wǎng)絡優(yōu)勢和缺陷網(wǎng)絡優(yōu)勢和缺陷 優(yōu)勢網(wǎng)絡拓撲簡單易實現(xiàn)容錯性、自適應性都好于結(jié)構(gòu)化P2P可以具有很強的安全性和匿名性數(shù)據(jù)復制方案很多 缺陷路由效率低可擴展性差數(shù)據(jù)無法準確定位14即為計算機的連接及組織所形成的結(jié)構(gòu)，直觀上看，就是在計算機網(wǎng)絡中傳輸媒體的互連的各種設備的物理布局，特別是計算機分布的位置及電纜如何通過它們網(wǎng)絡拓撲l 常

9、見的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)圖15拓撲結(jié)構(gòu)P2P結(jié)點間拓撲結(jié)構(gòu)是確定系統(tǒng)類型重要依據(jù)面臨挑戰(zhàn)是如何在沒有中心服務器的模式下維護網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)l 集中式拓撲 ：Napster l 全分布式結(jié)構(gòu)化拓撲：l 全分布式非結(jié)構(gòu)化拓撲：eMulel 混合式拓撲：BT問題216全分布式P2P網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)也被稱作廣播式的P2P網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)模型，它包括兩種類型：全分布式結(jié)構(gòu)化P2P網(wǎng)絡全分布式非結(jié)構(gòu)化P2P網(wǎng)絡全分布式P2P網(wǎng)絡分類：17 全分布式無結(jié)構(gòu)化P2P網(wǎng)絡對信息定位沒有嚴格的限制，信息自由存儲。系統(tǒng)構(gòu)建比較簡單隨意，在實際應用中適合于信息發(fā)布、即時通信等主機隨時加入和退出的情況。這種結(jié)構(gòu)的覆蓋網(wǎng)絡一般采用基于完全隨機圖的組

10、織方式，結(jié)點度數(shù)服從Power-law規(guī)律（冪次法則），從而能夠較快發(fā)現(xiàn)目的結(jié)點。182002年05月13日，一個叫Merkur的人，基于eDonkey2000客戶端，開發(fā)出eMule的P2P軟件問題319u從eDonkey說起 eDonkey2000（俗稱“電驢）由原先Napster中幾個技術人員設計。 eDonkey2000的設計者吸取了Napster的教訓，在文件共享的時候不作主機，只作索引。 eDonkey是建立在P2P技術上的文件共享軟件。20ueDonkey原理21ueMule出現(xiàn)不需要服務器來存放共享文件，節(jié)省服務器架設，海量硬盤，網(wǎng)絡帶寬搜尋速度快，可搜尋所有共享文件允許傳輸任

11、何格式的文件提供多路徑獲取文件，同時從多重地址下載同一個文件支持同步下載與上傳，并且具有續(xù)傳功能22下載功能搜索功能免費開源eMule主要特點23eMule網(wǎng)絡由eDonkey2000覆蓋網(wǎng)絡（eD2k網(wǎng)絡）和Kademlia覆蓋網(wǎng)絡（Kad網(wǎng)絡）組成l 覆蓋網(wǎng)絡模型圖 eD2k：分塊下載的雙層無結(jié)構(gòu)P2P網(wǎng)絡 Kad：無服務器網(wǎng)絡24eDonkey2000網(wǎng)絡是一種檔案分享網(wǎng)絡，文件基于點對點原理傳輸，而不是由中樞服務器提供eDonkey客戶端程序連接到eD2k網(wǎng)絡中來共享文件。而eDonkey服務器作為一個通信中心，使用戶在eD2k網(wǎng)絡內(nèi)查找文件。任何人都可以作為服務器加入這個網(wǎng)絡，由于服

12、務器經(jīng)常變化，客戶端經(jīng)常更新它的服務器列表。25eDonkey2000網(wǎng)絡需要專用服務器以保證網(wǎng)絡的運行。依賴于花費大量帶寬、CPU時間的用戶來運行服務器。理論上，更易受到互聯(lián)網(wǎng)攻擊問 題Kad網(wǎng)絡26l Kad無中心服務器的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)圖 Kad是點對點（P2P）重疊網(wǎng)絡，以達成非集中式的P2P網(wǎng)絡。 它規(guī)定了網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)規(guī)范了結(jié)點間的通信和交換信息的方式。 通過獨特的以異或算法為距離度量基礎，建立了一種全新DHT（分布式哈希表）拓撲結(jié)構(gòu)，大大提高了路由查詢速度。Kad網(wǎng)絡27下載速度加快文件源增加搜索文件增加對于LowID和經(jīng)常下載源在國外的文件用戶，效果明顯，不會出現(xiàn)沒有源的情況，差別只是

13、源多少問題使用Kad好處28eMule工作原理對eMule文件資源搜索選擇下載文件，eMule記錄文件大小、文件名、hash值eMule向所有添加服務器發(fā)出請求，要求得到相同hash值文件eMule直接和擁有該文件的用戶溝通，看是否可從其那下載所需文件擁有該文件用戶不止一個，文件可以以片段形式存在客戶端之間進行通信，交互文件內(nèi)容，也可向其他需要此文件客戶端上傳下載時點對點進行直接對話，期間沒有數(shù)據(jù)流通過服務器服務器返回持有該文件的用戶信息29 在結(jié)構(gòu)化的P2P網(wǎng)絡中，隨著聯(lián)網(wǎng)結(jié)點的不斷增多，網(wǎng)絡規(guī)模不斷擴 ，通過這種Flooding方式定位對等點的方法將造成網(wǎng)絡流量急劇增加，從而導致網(wǎng)絡中部分

14、低帶寬結(jié)點因網(wǎng)絡資源過載而失效。 由于沒有確定拓撲結(jié)構(gòu)的支持，分布式的P2P網(wǎng)絡無法保證資源發(fā)現(xiàn)的效率，因此發(fā)現(xiàn)的準確性和可擴展性是非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)絡面臨的兩個重要問題。 通過將分布式P2P去中心化和集中式P2P快速查找的優(yōu)勢綜合起來，形成半分布式P2P結(jié)構(gòu)（混合式）.30在混合式P2P網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)中，將整個網(wǎng)絡中的結(jié)點按能力不同（計算能力、內(nèi)存大小、連接帶寬、網(wǎng)絡滯留時間等）區(qū)分為普通結(jié)點和超級結(jié)點兩類。 超級結(jié)點也叫搜索結(jié)點，與其臨近的若干普通結(jié)點之間構(gòu)成一個小型的、自治的、基于集中式的P2P網(wǎng)絡模式。31優(yōu)勢一有效消除純分布式P2P結(jié)構(gòu)中使用泛洪算法帶來的網(wǎng)絡擁塞、搜索遲緩優(yōu)勢二確保些惡意的攻擊行

15、為在網(wǎng)絡中得到局部控制，一定程度提供網(wǎng)絡負載平衡劣勢一對超級結(jié)點依賴性大，易于受到集中攻擊，容錯性也受到影響32BitTorrentBT俗稱變態(tài)下載，是一個多點下載的源碼公開的點對點軟件，可以讓用戶快速地上傳和下載有龐大數(shù)據(jù)量的各類文件。Bram Cohen BT下載創(chuàng)始人33BitTorrent傳統(tǒng)下載方法與BT下載比較HTTP、FTP下載原理BT下載原理BT下載：作為服務器的Peer把文件傳給其他的Peer后，各個Peer之間也進行交互傳。這樣，單一的下載源就變成了多個源，Peer越多，彼此之間交互的范圍和數(shù)量也就越大，下載速度也就越快。34BitTorrentBT下載的部署要完成一個BT

16、下載過程，至少需要一個靜態(tài)的“元信息”文件（由發(fā)布者建立），一個跟蹤（tracker）服務器和終端下載者。這里，終端下載者指的就是用戶的PC，也就是BT的下載客戶端。35BitTorrentBT工作原理BT的工作是從解析元信息文件（.torrent文件）開始的，從.torrent文件里得到Tracker信息，然后與Tracker交互得到Peer信息，在Peer間進行交互實現(xiàn)下載。 .torrent的作用 開始-續(xù)傳的實現(xiàn)和SHA-1校驗 得到peer主要工作結(jié)點 服務器會做什么36BT的下載實現(xiàn)BitTorrent作為種子的Server，存儲有一個完整的文件，這個文件分為四個塊，即文件的分片，

17、剛開始，每個Client都得到這個文件其中之一分片得到分片后的4個客戶機不再與服務器交互，直接通過ClientClient之間的交互相互之間下載資源37BitTorrent片段選擇通過BT下載的流程可知，在下載過程中將文件分片是個必須的過程，BT將文件切割為固定大小的片段（典型的大小是256K）。Peers只有在檢查了片段的完整性之后，才會通知其他peers擁有這個片段。在BT下載過程中，選擇一個好的順序來下載片段，對提高性能非常重要。一個差的片段選擇算法可能導致所有的片段都處于下載中，或者另一種情況，沒有任何片段被上傳給其他peers。38BitTorrent片段選擇隨機的第一個片段最少優(yōu)先

18、最后階段模式嚴格的優(yōu)先級片段選擇ADBC39BitTorrent阻塞機制概念節(jié)點間建立連接后，進行內(nèi)容分發(fā)的過程中，一個節(jié)點可能會同時收到來自它多個節(jié)點的要求下載文件分片的請求。如果本節(jié)點同時滿足所有這些請求，向所有這些節(jié)點發(fā)送文件，就可能會造成本節(jié)點性能下降以及網(wǎng)絡擁塞。為了避免這種情況，對部分節(jié)點請求進行阻塞。40BitTorrentBT系統(tǒng)阻塞算法（一）TFT阻塞算法節(jié)點以回報的方式，選擇當前向自己上傳文件速度最快的一定數(shù)量的結(jié)點作為自己的服務對象.（二）樂觀阻塞算法從所有向自己發(fā)出申請節(jié)點里面隨機選擇一個為其提供上傳服務，不管對方當前是否為自己服務（三）種子阻塞算法由于種子節(jié)點不再需要

19、下載，決定因素是只為下載速度最快的那些節(jié)點服務，以便最大化上傳帶寬，加快文件的分發(fā)41不需要服務器來存放共享文件，節(jié)省了服務器架設、海量硬盤、網(wǎng)絡帶寬每個用戶端節(jié)點都同時是文件下載者和提供者加入的人越多，下載速度越快，資源越豐富共享方便對硬盤的損害嚴重占用帶寬助長了病毒的傳播可能面臨著版權侵害的風險 GoodBad42結(jié)構(gòu)化結(jié)構(gòu)化P2P網(wǎng)絡網(wǎng)絡 結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化模型的區(qū)別在于每個節(jié)點所維護的鄰居是否能夠按照某種全局方式組織起來以利于查找。通常采用分布式散列表（DHT）技術實現(xiàn)路由。 DHT思想：每條文件索引被表示成一個（key,value）對，key是關鍵字，可以是文件名的散列值，value是

20、實際存儲文件的節(jié)點的IP地址。節(jié)點查詢文件，只要把文件關鍵字散列成key值，再根據(jù)key 查找到對應信息的存儲位置，從而快速定位資源。43結(jié)構(gòu)化結(jié)構(gòu)化P2P網(wǎng)絡：網(wǎng)絡：分布式散列表DHT 分布式散列表DHT是P2P網(wǎng)絡中的核心設施，在結(jié)構(gòu)化網(wǎng)絡中尤其重要。所有的結(jié)構(gòu)化P2P網(wǎng)絡都使用分布式散列表（DHT）來將結(jié)點、數(shù)據(jù)對象映射到覆蓋網(wǎng)中 為使這種映射唯一、均勻、隨機，分布式散列表都使用安全的一致性散列函數(shù)，其中最著名、也被大多數(shù)P2P系統(tǒng)采用的安全散列函數(shù)是SHA-1（安全散列算法），它能產(chǎn)生均勻、隨機、與輸入無關的160位散列值，并且散列值沖突的概率極小 理論上SHA-1等可以破解，但實際很

21、困難，且在P2P網(wǎng)絡中替換散列函數(shù)并不復雜44結(jié)構(gòu)化結(jié)構(gòu)化P2P網(wǎng)絡網(wǎng)絡 Chord與CFS：簡單、精確的環(huán)形P2P網(wǎng)絡 CAN：簡單、容錯的多維空間P2P網(wǎng)絡 Tapestry與OceanStore：廣域的超立方體結(jié)構(gòu)P2P網(wǎng)絡 Pastry：容錯的混合式結(jié)構(gòu)P2P網(wǎng)絡 其他結(jié)構(gòu)化P2P網(wǎng)絡：Kademlia，SkipNet，Viceroy，Koorde，Cyloid。45Chord Chord采用帶弦環(huán)拓撲結(jié)構(gòu)，通過一致性散列函數(shù)將結(jié)點、數(shù)據(jù)對象映射到覆蓋網(wǎng)上，數(shù)據(jù)對象（索引）由其后繼結(jié)點負責，簡單、精確正是Chord最大的特點 每個Chord結(jié)點維護一個很小的路由表，后繼關系是Chord定位的基礎，路由表可以將定位路徑長度縮短為O(logN)跳 Chord需要保持兩個不變的屬性才能正確工作：后繼正確、后繼對對象的索引正確 Chord采用周期