p2p網(wǎng)絡的發(fā)展-zhangye.doc

P2P網(wǎng)絡的發(fā)展 摘 要: P2P技術是隨著Napster帶來的共享大潮中普及起來的，盡管處在版權保護的壓力下，P2P共享、自由以及更加符合互聯(lián)網(wǎng)平等、分布本質的特性賦予了其強大的生命力和美好的發(fā)展前景，成為其迅速發(fā)展的動力，提高了網(wǎng)絡的利用價值，節(jié)省了用戶的時間。 關鍵詞：P2P技術，P2P共享，發(fā)展動力。Abstract：With the Napster P2P is the shared with the tide of popular, although in copyright protection under the pressure, P2P sharing, freedom and equality more in line with the Internet, the distribution of essential characteristics given its strong vitality and good development Prospects, as its rapid development.，More practice more accurate and increase the value of the network, saving the user time. Key words:p2p technology p2p communion power development目 錄一、P2P 技術的概念和起源二、P2P技術的特性三、P2P 技術的應用 (一)文件共享P2P 技術(二)分布式計算分布式計算(三)協(xié)作系統(tǒng)協(xié)作系統(tǒng)(四)電子商務方面的應用（五）開發(fā)出強大的搜索工具（六）企業(yè)應用四、P2P 技術面臨的問題(一) P2P 的網(wǎng)絡拓撲結構的研究 (二) 數(shù)據(jù)索引、查找、定位、路由機制以及訪問路徑 (三) 匿名性的支持 （四）P2P 網(wǎng)絡的支撐技術 （五） P2P 網(wǎng)絡的安全問題 五、P2P發(fā)展的意義六、P2P 技術的未來引 言：計算機對等網(wǎng)絡技術(P2P) 是目前計算機網(wǎng)絡技術研究領域的熱點，其物理連接圖如下圖1.11,也是計算機網(wǎng)絡技術未來的發(fā)展趨勢. P2P 技術是通過在系統(tǒng)之間的直接交換實現(xiàn)計算機資源和服務的共享, 中間不經(jīng)過中繼設備直接交換數(shù)據(jù)或者服務的技術, 網(wǎng)絡用戶可以直接使用對方的資濟源, 而不需要連接到服務器上。因此, P2P 省掉了中間的環(huán)節(jié), 使得網(wǎng)絡上的溝通變得更加容易, 更加直接。圖1.11 對等網(wǎng)物理研究圖一、P2P 技術的概念和起源 P2P 技術并不是近幾年才誕生的新技術, 它其實是因特網(wǎng)的本質特征之一。P2P即Peer to Peer,稱為對等連接或對等網(wǎng)絡，P2P技術主要指由硬件形成連接后的信息控制技術，其代表形式是軟件。 通過建立網(wǎng)頁以及在網(wǎng)頁中引入鏈接, 我們可以通過點擊相關鏈接來訪問其他的網(wǎng)頁,通過P2P 技術, 用戶之間可以直接共享存儲于本地的文件和數(shù)據(jù), 是指可以共享包括cpu 處理能力在內的計算機資源。P2P 技術有效增進了用戶間的聯(lián)系與交流, P2P技術是一種用于不同PC用戶之間、不經(jīng)過中繼設備直接交換數(shù)據(jù)或服務的技術,它打破了傳統(tǒng)的Client/Server模式，在對等網(wǎng)絡中，每個節(jié)點的地位都是相同的，具備客戶端和服務器雙重特性，可以同時作為服務使用者和服務提供者。由于P2P技術的飛速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)的存儲模式將由目前的“內容位于中心”模式轉變?yōu)椤皟热菸挥谶吘墶蹦Ｊ?，改變Internet現(xiàn)在的以大網(wǎng)站為中心的狀態(tài)，重返“非中心化”，將權力交還給用戶.技術背景 P2P起源于最初的聯(lián)網(wǎng)通信方式，如在建筑物內PC通過局域網(wǎng)互聯(lián)，不同建筑物間通過Modem遠程撥號互聯(lián)。其中建立在TCP/IP協(xié)議之上的通信模式構成了今日互聯(lián)網(wǎng)的基礎，所以從基礎技術角度看，P2P不是新技術，而是新的應用技術模式。 今天，P2P再一次被關注主要是由Napster以及ICQ類軟件的出現(xiàn)，雖然在Napster之前P2P方式的研究也從未停止。 現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)是以S（Server）/ B（Browser）或S/C（Client）結構的應用模式為主的，這樣的應用必須在網(wǎng)絡內設置一個服務器，信息通過服務器才可以傳遞。信息或是先集中上傳到服務器保存,然后再分別下載(如網(wǎng)站),或是信息按服務器上專有規(guī)則（軟件）處理后才可在網(wǎng)絡上傳遞流動(如郵件)。 如今擁有Napster及ICQ類軟件的PC（或操作者）就可以選擇同樣擁有此類軟件的另一PC（或操作者）形成互聯(lián)（直接連接，不通過服務器），雙方共享資源，協(xié)同完成某種行動。而擁有同一P2P軟件的設備和用戶，還可以形成一個為其自己所有的在互聯(lián)網(wǎng)上的P2P專用網(wǎng)，其基本的網(wǎng)絡構成如下圖1.12所示：圖1.12 P2P網(wǎng)絡的基本構成二、P2P技術的特性(1) 既是S又是C，如何表現(xiàn)取決于用戶的要求，網(wǎng)絡應用由使用者自由驅動。 (2) 信息在網(wǎng)絡設備間直接流動，高速及時，降低中轉服務成本。 (3) 構成網(wǎng)絡設備互動的基礎和應用。 (4) 在使網(wǎng)絡信息分散化的同時，相同特性的P2P設備可以構成存在于互聯(lián)網(wǎng)這張大網(wǎng)中的子網(wǎng)，使信息按新方式又一次集中。 三、P2P 技術的應用 目前, P2P 技術的應用主要包括以下方面:(1) 文件共享 P2P 技術使任何兩臺相連的計算機直接共享文檔、多媒體和其它文件成為可能。利用P2P 技術, 計算機之間可以進行直接交互, 而不需要使用任何一臺中央服務器。Napster 和Gnutella就是將P2P 文件共享技術投入使用的最好例子。在P2P 網(wǎng)絡中, 對等機通過不同的查詢機制定位含有所需資源的其它對等機后, 將直接與其建立連接, 并下載所需文件。在Napster 模型中, 一群高性能的中央服務器保存著網(wǎng)絡中所有活動對等機地址信息機器共享資源的目錄信息。當需要查詢某個文件時, 對等機會向一臺中央服務器發(fā)出文件查詢請求。中央服務器進行相應的檢索和查詢后, 會返回符合查詢要求對等機地址信息列表。查詢發(fā)起對等機接收到應答后, 會根據(jù)網(wǎng)絡流量和延遲等信息進行選擇, 與合適的對等機直接建立連接, 并開始文件傳輸。與Napster 模型相比, Gnutella 中取消了以中央服務器為核心的目錄式結構, 主要通過對等機之間與相鄰機之間的連接遍歷整個網(wǎng)絡體系。在該模型中, 為了查找某個文件, 對等機首先向與之相鄰的所有活動對等點以廣播方式發(fā)送一個查詢請求包。其它對等機在接收到該查詢請求包后, 檢查本地是否有符合查詢請求的文件內容, 如果有, 則按查詢請求包的發(fā)送路徑返回一個查詢相應包。無論本地是否存在符合查詢請求的文件內容,其它對等機都將該查詢包通過廣播式繼續(xù)在網(wǎng)絡中傳遞, 直至查詢包中TTL (Time to Live) 屬性遞減為零時停止轉發(fā)。(2) 分布式計算 (D ist ributed Computing) 分布式計算是P2P 技術的另一個重要特征。簡單的說, 分布式計算機就是把原來需要超級計算處理的龐大任務進行分塊, 并通過位于系統(tǒng)控制中心的調度軟件對分塊任務進行調度和管理, 分發(fā)給許多普通計算機來執(zhí)行其具體運算操作, 操作完成后將結果返回給控制中心。自1999 年開始, 美國伯克利加利福尼亞大學的SETIhome 研究計劃就是一直在使用P2P 計算方法來分析星際間的無線電信號, 也正是SETIhome 計劃進一步推動了最近的P2P 技術熱潮。該計劃中使用的軟件可以利用參與這一計劃的計算機的空閑時間進行復雜計算。其系統(tǒng)框架和NetBatch 系統(tǒng)比較相似。不同的是, 分塊的計算任務是在用戶計算機空閑時被執(zhí)行。在工作工程中, 這套軟件提供的屏幕保護程序會在計算機上顯示一些圖形, 表明計算機正對無線電進行分析。如果某個用戶的計算機破譯了一小部分隱藏在無線電波中的謎題, 它就會將結果送回SETIhome 研究計劃設在伯克利的總部。到目前為止總共已經(jīng)有240 萬多人向SETIhome 研究計劃無償貢獻計算機未被使用的處理時間。這些計算機結合在一起完成的運算量每天有所不同, 但通常都會超過世界上運算速度最快的單臺計算機國際商用機公司IBM 生產(chǎn)的價值1. 1 億美元的超級計算機。經(jīng)權威機構評測, SETIhome 研究計劃使用的是一臺相當于15teraflop s (trillion float ingpoint operations) 級別的機器, 而IBM 生產(chǎn)的最快的超級計算機運算級別只有12 teraflops。(3) 協(xié)作系統(tǒng) (collaborat ive System ) 協(xié)作系統(tǒng)構成了完全另外一種類型的P2P 網(wǎng)絡: 一群一起工作的用戶相互間共享著不同的因特網(wǎng)資源, 但他們通過協(xié)同工作完成一項共同的任務。和文件共享形式不同, 協(xié)作系統(tǒng)中的一個用戶可以在同一時刻將一個信息多點傳送到若干個用戶。適用于這種引用的最佳架構目前仍在研究之中。由美國Lotus 公司創(chuàng)辦的Groove Network 就是最為著名的P2P 協(xié)作技術應用研究組織之一。它利用中繼服務器完成P2P多點傳送。利用P2P 技術, 協(xié)作系統(tǒng)通過一組靜態(tài)或動態(tài)的服務器進行路由信息優(yōu)化。其核心思想是, 當一群因特網(wǎng)客戶被劃分為一個工作組后, 他們的中繼服務器可以動態(tài)地創(chuàng)建在小組中某一臺主機上。因此, 雖然因特網(wǎng)客戶可能分布于世界各地, 但中繼服務器可能就處于網(wǎng)絡的中間處。綜上所述, 這種類型的P2P 應用將對等主機和服務器這兩種傳統(tǒng)交流上, Groove 為用戶提供了一系列的應用工具( too l) ,并在此基礎上允許用戶與網(wǎng)絡上的其它用戶一起建立所謂“共享空間”(Shared Space)。運行Groove 的用戶可以使用E- mail或者Instant Messaging (即時消息傳遞) 邀請參與者進入共享空間。當其它用戶接收該邀請的時候, 共享空間會在每個參與者的屏幕上顯示出來。隨后, 這個工作組就可以使用即時消息傳遞、論壇、共享電子公告牌來進行通信。例如, 某個參與者將一個Word 文件拖放到共享桌面空間中, Groove 會將同樣的文件放入到其它用戶的系統(tǒng)中。該軟件對所有的通信都進行加密, 包括達成會晤的最初請求在內, 以確保共享空間的安全。與客戶機服務器模式和基于Web 的解決方案不同, Groove 并不需要中央管理或者服務器資源。Groove 的共享空間是動態(tài)的, 并且一旦用戶確定沒有使用這些空間的必要, 它們會立刻消失。Groove中消息傳遞的內容和格式也是動態(tài)的, 系統(tǒng)使用XML 文檔來顯示信息并傳遞在工作組協(xié)作中發(fā)生變更的那些內容。(4) 電子商務基于P2P 技術的直接性和易擴展性, 該模式很適用于用戶之間的商品買賣, 目前它主要可以被應用于以下方面:金融服務， 由于P2P 的溝通只單純涉及溝通的雙方, 不會有第三者知道雙方溝通的信息, 所以P2P 非常適合發(fā)展在線金融服務。美國的Billpoint 公司已將P2P 技術應用于電子商務的付費機制, 在eBay (在線拍賣網(wǎng)站) 上已經(jīng)向全球很多國家的適用者提供了這種技術, 他們直接用彼此的信用卡進行交易。電子商務集市: Ligh tshare 公司將推出一種服務, 讓電腦使用者直接通過其電腦銷售數(shù)字產(chǎn)品, 而不用經(jīng)由eBay 的客戶機服務器模式, 最后發(fā)展成為今天的P2P 模式。該技術直接通過買賣雙方的電腦進行交換, 任何交換對內容其實都不在Light share 公司的電腦內, 該公司起到的作用只是加速資料的交換過程而已。廣告行銷: 通過P2P 應用程序可了解用戶對信息的偏好, 這是一種很好的客戶信息手機系統(tǒng)。通過P2P 讓廣告商首次挖掘到消費者對音樂、電影、軟件等任何可交換數(shù)字文件的偏好, 其廣告效力高于傳統(tǒng)的標題式或電子郵件。(5) 以P2P 為基礎的深度搜索引擎P2P 技術的另一個優(yōu)勢是開發(fā)出強大的搜索工具。P2P 技術使用戶能夠搜索所有文檔, 而且這種搜索無需通過W eb 服務器, 也可以不受信息文檔格式和宿主設備的限制, 可達到傳統(tǒng)目錄式搜索引擎(只能搜索到20% - 30%的網(wǎng)絡資源) 無可比擬的深度。除了以上介紹幾種應用之外, 還有一些無法預見或無法定論歸類的應用模式。因為作為一項新技術, 人們對P2P 的認識還很不完整, 而完整的認識還需要在實踐中漸漸形成。很大程度上, P2P 的吸引力來源于它零成本、病毒式的傳播方式上。(6) 企業(yè)應用 ： 應用P2P技術的互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品正在迅速開辟出一塊新的互聯(lián)網(wǎng)應用市場，例如ICQ類的即時信息工具不僅創(chuàng)立了一個巨大市場，而且正在多方向地向外擴展，比如在移動通信市場，ICQ產(chǎn)品的多信息格式（文字、語言的支持）和即時性，可以為常規(guī)通信增加信息內容（文字、圖片）和通信對象（網(wǎng)上ICQ用戶）。 另一方面，ICQ的使用也會使部分用戶放棄Email，侵蝕Email市場。Napster類的文件共享型P2P產(chǎn)品開拓出網(wǎng)上文件傳播的新途徑，用戶不僅可以進行搜索和下載這樣的操作，同時也可以方便地將自己的文件提供給其他用戶，做到了基本的雙向交流。 由于P2P技術方案不同于S/C方式的特性，可以在許多方面彌補S/C方式的不足，P2P產(chǎn)品將建立互聯(lián)網(wǎng)上的一種新的應用模式，這時用戶不僅在PC裝有瀏覽器，而且還有數(shù)種P2P軟件來實現(xiàn)新的互聯(lián)網(wǎng)應用。 比如一個計算機配件經(jīng)銷商可以通過Email或瀏覽器（如果對方也通過P2P技術發(fā)布信息，則也可以用P2P軟件）得到其上游廠家最新推出的產(chǎn)品信息及價格，研究了這些信息，并落實訂貨事宜之后，啟動P2P軟件，將新的產(chǎn)品及售價發(fā)布到重要客戶的P2P聯(lián)絡站上，其中一個未上網(wǎng)的用戶通過手機也知道了這消息。不久，經(jīng)銷商將收到客戶的在線詢問，而經(jīng)銷商在線回答問題的同時又將一個驅動程序傳給了這個客戶。這一切的操作均是通過互聯(lián)網(wǎng)，而對象是廠家人員或客戶，這樣就真正利用互聯(lián)網(wǎng)做到了面對面的交流，更加接近現(xiàn)實社會的人際交流習慣。其中以在軟件方面的應用極為突出，不久前，Linux軟件商Lindows（現(xiàn)已更名為Linspire）宣布將其操作系統(tǒng)經(jīng)由P2P網(wǎng)絡免費發(fā)放。Lindows OS的零售價是29.95美元，以往它通過光盤或在網(wǎng)上銷售。一段時間以來，Lindows公司一直在考慮如何利用P2P技術來推動業(yè)務，現(xiàn)在它終于決定，在P2P網(wǎng)絡上公開提供Lindows OS.這樣不僅可以降低Lindows服務器提供下載的費用，而且Lindows公司還可以向文件共享網(wǎng)絡中的百萬用戶推薦Lindows OS.用戶免費得到Lindows OS后，有可能會從L購買Lindows公司的其他產(chǎn)品和服務。Lindows的舉措給P2P產(chǎn)業(yè)帶來了一種新的思考方向。 P2P軟件使用戶的計算機在互聯(lián)網(wǎng)上由單純的Web信息的被動消費者變成積極的資源，而將網(wǎng)絡上通常閑置或擁有巨大空白磁盤空間的眾多強大計算機連接起來。這些技術特性促使P2P應用邁向企業(yè)級。利用企業(yè)PC機的空閑磁盤空間和CPU周期，可確保使其IT投資更靈活并帶來更多的回報。在科學或技術性軟件中，計算機的實際處理能力是必需的。P2P的一種，即為人熟知的網(wǎng)格計算，作為一種虛擬的超級計算機，能以較低成本產(chǎn)生與超級計算機相似的結果。 P2P和Web服務（如微軟的。net和Sun公司的N1策略）有很多相似之處?！癢eb服務”實際上是P2P計算的一個子集，P2P網(wǎng)絡是由在較少的集中控制下能夠彼此自由通信的計算機和應用程序構成的分散結構。這種分散的結構正在被廣泛地認可并將對信息技術的獲取和利用方式產(chǎn)生巨大的影響。 所有這些導致了為在不同領域建立P2P應用而進行一系列探索。同時也吸引了一些IT翹楚的關注，包括IBM、Intel、Sun以及微軟，它們都積極支持P2P在不同領域的應用。 Lotus Notes的開發(fā)者Ray Ozzie創(chuàng)辦了Groove Networks公司，提供基于P2P平臺的軟件和服務，以使企業(yè)中的小部門能協(xié)同工作或與其他企業(yè)合作。微軟就曾于2002年為Groove Networks投資5100萬美元，為網(wǎng)格計算基礎設施供應商Globus投資100萬美元，并且參與了英國政府的GEODISE項目。微軟還對Windows XP進行強化，推出開發(fā)工具，讓用戶更加容易地開發(fā)P2P應用。Intel研發(fā)的P2P應用Netbatch則集結了1萬臺工作站的運算能力，以加速芯片設計。Netbatch每月處理270萬個作業(yè)，極大地加速了芯片確認的過程。自使用Netbatch后的10年里，Intel將集合運算能力從35%提升到80%以上，相應節(jié)約了5億多美元的支出。 幾年前，Sun公司并購了兩家P2P專業(yè)公司Infrasearch和Gridware，并開發(fā)出了自己的P2P軟件JXTA.前不久，Sun表示要將JXTA開發(fā)的軟件并入其商業(yè)軟件產(chǎn)品中。Sun軟件市場總監(jiān)Ingrid Van Den Hoogen表示，未來12年，Sun會將JXTA并入自己的服務器和臺式機產(chǎn)品線Java Desktop System和Java Enterprise System中。Sun的Java服務器產(chǎn)品線會通過采用JXTA的一些P2P計算特性，而提升其門戶服務器或calendar server的管理性和可擴展性。此外，該公司也會將對等計算引入其N1計劃，而以更加統(tǒng)一的方式管理復雜數(shù)據(jù)中心。與此同時，對于JXTA在第三方公司的應用，Sun絲毫也沒有懈怠。據(jù)稱，JXTA計劃目前已有1.6萬多名會員，而JXTA軟件已被下載200多萬次。 P2P結構并非有利于所有商業(yè)應用。對不同的商業(yè)應用的特點及有關問題的分析表明，它對兩個領域尤其產(chǎn)生影響，并能提高其收入。其一，軟件供應商，主要體現(xiàn)在與協(xié)作及信息共享有關的知識管理應用。其二，網(wǎng)格計算，借此標準計算機通過網(wǎng)絡協(xié)同工作，以較小成本實現(xiàn)超級計算機的處理能力。其中，P2P技術在 企業(yè)P2P互聯(lián)網(wǎng)應用的幾個側重 ：(1) 企業(yè)協(xié)同 企業(yè)協(xié)同包括兩大方面，一是企業(yè)內部的員工與員工、部門與部門、員工與部門之間的協(xié)同，無論部門及員工處在何種地理位置，只要擁有網(wǎng)絡，雙方存在信息溝通的要求，就可以利用P2P軟件協(xié)調雙方的行為。信息的種類及行為目的可以是多種多樣的，如日程安排、通知發(fā)布、單據(jù)的審批、文件傳閱和分發(fā)、方案的評比（表決）、計劃協(xié)調等等這些可以通過電子文件表達的信息均可以通過軟件來表達，并以此將使用者聯(lián)系在一起。P2P應用更適用這當中更多需要用戶交互的部分，如計劃協(xié)調、日程安排等。二是企業(yè)與企業(yè)之間的行為協(xié)同，這種協(xié)同的互動的多樣性和復雜性要高于企業(yè)內部的協(xié)同。從簡單的會議日程安排、公文往來，到報價、詢價訂貨系統(tǒng)、訂單跟蹤、電子化交易。 (2) 企業(yè)門戶新型企業(yè)門戶不再簡單地以一個網(wǎng)站來實現(xiàn)，它不但綜合了為企業(yè)內部員工或部門的服務，還可以為企業(yè)伙伴及用戶服務，同時也是企業(yè)管理者了解企業(yè)運行狀態(tài)，調控企業(yè)運行的管理工具。企業(yè)各個部分的運行情況均可以通過它傳遞給允許接觸到相關信息的使用者。管理者可以通過門戶掌握企業(yè)的動態(tài)，調控企業(yè)的運行，直達下級領導建立溝通。而企業(yè)內部的員工與企業(yè)外部的伙伴或客戶均可通過這一平臺找到相關的人（工作人員），建立起這樣那樣的信息交流通道，實現(xiàn)不同的協(xié)作目標。這將綜合S/C技術和P2P技術，P2P部分將實現(xiàn)信息定向推送，實時溝通和數(shù)據(jù)互動。 (3) P2P群集和VPN 構建于互聯(lián)網(wǎng)之上的P2P應用不再簡單地限于兩個點，完全可以擴展到多點的群集，形成互聯(lián)網(wǎng)中的一個虛擬的子網(wǎng)，構成一個精簡的VPN。這樣一來，通過相對簡單的，僅僅是對P2P用戶端軟件的操作，用戶就可以主動地選擇不同的VPN并加入，同時也就使VPN同時存在于互聯(lián)網(wǎng)之中。個性化、專業(yè)化同時又是開放（基于互聯(lián)網(wǎng)）的VPN的出現(xiàn)，使信息的集中和流動更接近現(xiàn)實社會的信息流動方式，更易于為人們所接受。比如喜愛音樂的人們建立了自己的音樂VPN，擅長編程的設計師可以建立自己的程序員VPN，而對于企業(yè)，行業(yè)化、渠道化的組織終于有了一個在互聯(lián)網(wǎng)上安家的便捷途徑?？梢灶A計，行業(yè)化的目錄服務、信息服務將通過此方式迅速涌現(xiàn)，為企業(yè)電子商務打下一個良好基礎。 (4) 人機遠程互動和機機互動 遠程監(jiān)控和調試已經(jīng)運用在許多工業(yè)場合，甚至也出現(xiàn)了一些通過網(wǎng)站方式運行的方案，但網(wǎng)站方式在速度和交互性方面的缺陷使得用戶無法接受。P2P方案為這方面的應用開辟了新的天地，利用它，一個鍋爐廠商可以通過互聯(lián)網(wǎng)幫助其客戶調控其鍋爐的運行狀態(tài)，而我們也可以在回家的路上用手機將家中的空調提前打開。 (5) 寬帶網(wǎng)及無線移動網(wǎng)應用 當帶寬達到數(shù)據(jù)流要求的容量，如實時音頻、實時視頻，人們期待已久的多種網(wǎng)絡應用就會呈現(xiàn)在面前。而特別能滿足交互需要的P2P技術更有一塊施展的天地，電話會議、視頻會議、遠程教育、培訓、安裝調試等等都將為企業(yè)帶來P2P技術的新應用。實際上ICQ作為P2P技術已經(jīng)開始應用在手機短信上。 四、P2P 技術面臨的問題雖然在很短的時間內, 伴隨著微軟、IBM、Motorola、Intel 和HP 等大公司的加盟, P2P 技術得到了快速的發(fā)展。但從目前應用現(xiàn)狀看, P2P 技術本身仍存在著很多亟待克服的困難： 1. P2P 的網(wǎng)絡拓撲結構的研究 拓撲結構是指分布式系統(tǒng)中各個計算單元之間的物理或邏輯的互聯(lián)關系，節(jié)點之間的拓撲結構一直是確定系統(tǒng)類型的重要依據(jù)，目前互連網(wǎng)絡中廣泛使用集中式、層次式等拓撲結構，Internet 本身是世界上最大的非集中式的互聯(lián)網(wǎng)絡，但是九十年代所建立的一些網(wǎng)絡應用系統(tǒng)卻是完全的集中式的系統(tǒng)、很多Web 應用都是運行在集中式的服務器系統(tǒng)上。集中式拓撲結構系統(tǒng)目前面臨著過量存儲負載、Dos 攻擊等一些難以解決的問題。層次式拓撲結構是一種應用比較廣泛的分布式拓撲結構，DNS 系統(tǒng)是其最典型的應用。P2P 系統(tǒng)一般要構造一個非集中式的拓撲結構，在構造過程中需要解決系統(tǒng)中所包含的大量節(jié)點如何命名、組織以及確定節(jié)點的加入、離開方式、出錯恢復等問題。 最新的成果都是基于DHT（Distributed Hash Table）的分布式查找和路由算法，通過分布式哈希函數(shù)，將輸入的關鍵字惟一映射到某個節(jié)點上，然后通過某些路由算法同該節(jié)點建立連接。 典型的這一類P2P網(wǎng)絡拓撲結構模型有CAN、Chord、Pastry、Tapestry、Grid等。P2P(Peer-to-Peer)可以理解為“端到端,點到點”,它是一種分布式網(wǎng)絡,又稱對等網(wǎng)1。P2P不同于目前因特網(wǎng)所采用的傳統(tǒng)的B/S或C/S模式,在傳統(tǒng)模式下,任何的網(wǎng)絡應用都要通過中心服務器才能完成,因此要求服務器有較高的性能。而P2P是一種分布式網(wǎng)絡,網(wǎng)絡中的任何一個對等體既可作為客戶端又可作為服務器端,P2P中每個對等體的地位都是平等的,它弱化甚至代替了服務器的功能,實現(xiàn)了對等體與對等體之間的直接互聯(lián),因此P2P被廣泛的理解為Pc-to-Pc。 P2P網(wǎng)絡拓撲模式的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段:集中式P2P、分布式P2P和混合式P2P,目前主要采用混合式P2P。 （1） 集中式P2P 集中式P2P結構是最早的P2P應用模式,因其仍具有中心化的特點也被稱為非純粹的P2P結構。集中式P2P模式的拓撲結構類似于B/S,需要一個中心服務器來進行連接,但服務器作用只限于記錄各對等體共享資源的相關信息及響應對等體并生成共享資源的索引信息,與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡模式不同的是,真正的共享資源保存在每個對等體上而不是在服務器上。當某個對等體要訪問其他對等體的共享文件時,只需服務器提供對方對等體的相關信息就可以建立一條直接互連的通道,無需服務器的干預,代表性網(wǎng)絡為Napster。 當某節(jié)點希望搜索一個不知道位置的資源時,該節(jié)點向目錄服務器發(fā)送請求,目錄服務器在數(shù)據(jù)庫中查詢到匹配的資源后將其定位信息返回該節(jié)點,然后在兩個節(jié)點之間執(zhí)行交互。集中式P2P具有維護簡單、檢索效率高的特點。但中心目錄服務器卻成為脆弱的瓶頸,如果該服務器失效,整個系統(tǒng)都會癱瘓。而且,不同等級的用戶連接速度也會使系統(tǒng)性能大大降低,容易出現(xiàn)單點故障。 1.3-1 集中式分布仿真（2）分布式P2P 分布式P2P沒有中心服務器,各對等體隨機接入網(wǎng)絡,通過與其相鄰的對等體直接連接形成整個網(wǎng)絡體系,每個對等體的功能相似、地位平等。采用隨機圖的組織方式,利用TTL(Time-to-Live),洪泛(Flooding),隨機漫步或有選擇轉發(fā)等方式搜索網(wǎng)絡資源。當節(jié)點度數(shù)服從冪率(powerlaw)規(guī)律時,該方式能夠較快發(fā)現(xiàn)目標結點,而且面對網(wǎng)絡的動態(tài)變化體現(xiàn)了較好的容錯能力，其分布式仿真如下圖1.31所示。代表性網(wǎng)絡是Gnutella。由于沒有中心服務器記錄共享資源的索引信息等,對等體通過轉發(fā)請求共享資源的查詢包遍歷整個網(wǎng)絡獲取共享資源。分布式P2P無中心化的特點避免了單點失效的問題,一個對等體失效并不影響整個網(wǎng)絡的正常運行,并且不容易受到網(wǎng)絡攻擊。但是由于沒有中央服務器保存對等體共享資源的索引信息,當對等體要獲取網(wǎng)絡資源時,必須使請求包遍歷整個網(wǎng)絡才能得到結果,由此產(chǎn)生許多無效的數(shù)據(jù)包,因此這種模式占用帶寬較大,而且需要花費很長時間才能有返回結果。隨著P2P網(wǎng)絡規(guī)模的逐漸擴大,網(wǎng)絡開銷成指數(shù)級上升。因此準確性和可擴展性是非結構化網(wǎng)絡面臨的兩個重要問題。 （3） 混合式P2P 混合式P2P網(wǎng)絡結合了集中式結構和分布式拓撲的優(yōu)點,網(wǎng)絡中存在著中間服務器,文件目錄是分布的。混合式P2P模式引入了超級對等體的概念,按其功能可將超級對等體分成索引對等體和搜索對等體等。混合式P2P將各對等體按性能分成普通對等體和超級對等體兩類,超級對等體保存其他對等體的共享資源的索引信息,若干普通對等體以超級對等體為中心形成一個類似集中式P2P模式的小型網(wǎng)絡,各小型網(wǎng)絡再通過其超級對等體相連形成一個大的混合P2P。 混合式P2P中的超級對等體即充當了集中式P2P的中心服務器,又起到了分布式P2P中普通對等體的作用,任何一個普通對等體搜索共享資源時都要通過超級對等體,其搜索步驟如下: （1)對等體首先將請求查詢發(fā)送到所屬小型網(wǎng)絡的超級對等體中,在超級對等體中搜索共享相關信息。 （2)若超級節(jié)點能在其管轄區(qū)域查詢到共享資源的索引信息,則返回查詢信息。 （3)超級節(jié)點查詢不到共享資源,則將請求查詢包發(fā)送給相鄰的超級對等體。 混合式網(wǎng)絡結構綜合了分布式P2P和集中式P2P兩種P2P模式的特點,保留了分布式P2P無中心化和集中式P2P快速查找的優(yōu)勢。既能在一定程度上有效避免單點化的問題,又能在不占用大量帶寬的基礎上較快速的完成搜索?；旌鲜絇2P模式是目前最為流行的P2P模式,其代表軟件如Bit Torrent. P2P并不是一個新概念,早在1969年ARPANET出現(xiàn)的時候,網(wǎng)絡應用的模式就是P2P。如今,P2P又回到了人們視線。盡管P2P技術現(xiàn)在還不成熟,但為我們提供了前所未有的自由和便利。隨著P2P研究的進一步深入,P2P技術將為信息社會帶來更多的機遇與挑戰(zhàn)。 2. 數(shù)據(jù)索引、查找、定位、路由機制以及訪問路徑 在典型的P2P 網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)資源分布在各個獨立的節(jié)點上，如何高效地索引、查找、定位以及訪問這些數(shù)據(jù)信息資源是另一個需要關注的重要問題，在分布式系統(tǒng)中這些問題同樣也是正在研究的熱點問題。URL 是目前在Web 上使用最普遍的信息定位策略，DNS 則提供了一套層次式的查找機制，一般來說在P2P 共享應用中所采用的檢索方式是采用關鍵字來查詢自己所需的信息資源，同時人們也期望能夠將數(shù)據(jù)資源的索引信息存放在系統(tǒng)中的每一個節(jié)點上而不是像Napster 那樣存儲在中心服務器上。路由機制（其原理如下圖1.41所示）是指節(jié)點之間通信的消息傳遞路徑，合適的路由機制可以充分的利用網(wǎng)絡帶寬資源并使系統(tǒng)具有很好的容錯性、可擴放性，目前很多系統(tǒng)中的路由機制都是和這些系統(tǒng)的邏輯拓撲結構緊密相關的。在數(shù)據(jù)的訪問過程中則期望能夠采用流水、并行或者選擇傳輸路徑的方式來加快數(shù)據(jù)的訪問速度。P2P 網(wǎng)絡面向的是異構網(wǎng)絡與操作系統(tǒng)，這樣就需要在這些系統(tǒng)之間交換數(shù)據(jù)資源，但是因為這些系統(tǒng)的數(shù)據(jù)表示并不都是完全相同的，這樣就需要一個能夠在多個系統(tǒng)之間確定一個通用的元數(shù)據(jù)表示方案。關于元數(shù)據(jù)的組織包括數(shù)據(jù)資源的表示、消息通信協(xié)議等，很多系統(tǒng)都支持 SOAP 或者XML-RPC 等協(xié)議。 1.4-1 文件路由原理3. 匿名性的支持 對匿名性進行支持是很多P2P 系統(tǒng)所要實現(xiàn)的一個重要功能，所謂的匿名性是指對系統(tǒng)中信息資源的操作者的操作行為的隱私進行保護，具體包括對一個信息的作者、發(fā)布者、閱讀者、信息提供服務器、存儲位置、檢索的用戶行為的隱私性進行支持。在Freenet、Free Haven等系統(tǒng)都對這項功能進行了支持。 4. P2P 網(wǎng)絡的支撐技術 Internet 技術的發(fā)展使得連入互聯(lián)網(wǎng)絡中的設備不再局限于計算機，在P2P 的計算環(huán)境中要求任何設備都可以在任何地點很容易的加入到這個環(huán)境中，所謂的計算設備既包括有線設備也包括無線設備，這樣就需要很多很多網(wǎng)絡傳輸?shù)闹渭夹g來支持各種不同設備連入整個P2P 網(wǎng)絡。Bluetooth、Jini 都是目前所研究和采用的P2P 網(wǎng)絡支撐技術。 5. P2P 網(wǎng)絡的安全問題 安全問題是一直伴隨著互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要問題，安全問題包括很多相關的問題，比如應該防止他人控制整個系統(tǒng)，增加惡意信息等，同時系統(tǒng)應能夠保證系統(tǒng)中信息資源的正確性。在P2P 系統(tǒng)中系統(tǒng)安全同樣面臨著巨大的挑戰(zhàn)。P2P 系統(tǒng)需要在沒有中心節(jié)點的情況下，提供身份的認證、授權以及數(shù)據(jù)信息的安全存儲、數(shù)字簽名、加密、安全傳輸?shù)裙ぞ?，同時P2P 系統(tǒng)要有能力抵抗過量存儲負載、Dos 攻擊等攻擊行為。五、P2P發(fā)展的意義 P2P是一把雙刃劍，用得好，將加速分發(fā)的渠道，并避免服務器瓶頸;用得不好，將成為盜版泛濫的平臺。星球大戰(zhàn)三公演當天，網(wǎng)上下載達16000份。美國好萊塢以侵犯版權將BT軟件商告上法庭，但是BT軟件商認為自己只提供軟件的下載并不提供內容，而且不以盈利為目的，構不成侵權。因此，P2P要成為商業(yè)運營模式，需要探討。有趣的是，BT一直是以種子站為基礎的，但是最近BT開始實現(xiàn)自動檢索，也就是說不需要種子站，依靠系統(tǒng)自動搜索需要的資源。種子站的消失為知識產(chǎn)權保護制造了更多的阻力。 P2P的巨大流量給運營商很大壓力，增加運營成本，尤其是網(wǎng)際互聯(lián)費用。但是封堵P2P會造成客戶流失更是運營商所不愿意看到的。不久前網(wǎng)上流傳鐵通要封BT，鐵通總部緊急出面聲明辟謠。目前一種解決辦法是運營商在其網(wǎng)絡服務器中緩沖P2P流以減少外出流量，減少將那網(wǎng)際互聯(lián)費。制約P2P發(fā)展的另一個問題是網(wǎng)絡流量的不平衡。P2P是混合式結構，有一些超級結點分布在網(wǎng)絡關鍵的地方，可以在這些結點做分布式管理。這個方法目前正在實驗階段。六、P2P 技術的未來 P2P 在技術層面上并非高深莫測, 但正是這個看似簡單技術, 卻隱藏著無窮的創(chuàng)造力。目前不少企業(yè)都把目光投向了P2P, 希望能發(fā)掘出更多的用途。美國的一些公司致力于利用P2P 來實現(xiàn)企業(yè)經(jīng)營方式的變革, 其中之一便是合作。美國世紀投資公司正在利用Worldst reet 公司開發(fā)的P2P 網(wǎng)絡平臺樣機進行有關的金融業(yè)務測試, 他們認為, P2P 技術可以重新煥發(fā)在線交易技術的生命力。目前, 網(wǎng)上交易還不能處理復雜程度較高的商業(yè)交易, 更取代不了商業(yè)交易過程所賴以生存的人際交往,而P2P 的及時互動能力卻能創(chuàng)造性地改變這一狀況。另外, P2P技術在移動通信和智能網(wǎng)領域的應用也非常有意義。P2P技術不斷地改變著互聯(lián)網(wǎng)，用戶無疑是P2P技術的最大受益者。在P2P技術的發(fā)展道路上，仍然有許多尚待解決的問題。版權問題一直是P2P發(fā)展的一個不確定因素，如何在技術層面支持合法文件的分發(fā)是需要解決的重要問題。安全問題也是P2P領域的重要研究課題，如何在P2P網(wǎng)絡中實現(xiàn)數(shù)據(jù)存取安全、路由安全、用戶身份認證和身份管理都需要進一步研究。如果能夠實現(xiàn)P2P應用之間的統(tǒng)一資源定位，統(tǒng)一路由，使得P2P技術有一個統(tǒng)一開發(fā)標準，將能夠融合P2P技術，提升整體性能。 如何有效管理P2P應用所帶來的巨大流量是網(wǎng)絡運營商面對的重大課題，如何通過緩存或者流量工程的方法，減少P2P流量對網(wǎng)絡本身的影響，同時利用P2P技術優(yōu)化網(wǎng)絡性能，比如，將P2P覆蓋網(wǎng)絡路由的優(yōu)點引入到傳統(tǒng)的網(wǎng)絡路由中，可以實現(xiàn)更好的負載均衡，并利用P2P技術提供流媒體等新的增值服務。實際上，P2P技術的發(fā)展為運營商提供了可以在低成本的條件下提供更好服務的可能途徑。致 謝 ：首先感謝褚老師，從選題開始就一直悉心指導，在研究的過程中幫我開拓思路，精心點撥。在本論文完成過程中傾注了很多精力，她對學生耐心負責，治學態(tài)度嚴謹，對本論文進行了多次修改，在她的悉心指導下，最終按要求完成本科畢業(yè)論文。最后感謝信息系所有老師和同學對我的教導和幫助。 參考文獻：(1)方群,吉逸,吳國新，等.基于重復博弈的P2P網(wǎng)絡信用管理機制的研究J.軟件學報,2009(6)：1602-1616.(2)陳貴海,李振華.對等網(wǎng)絡：結構、應用與設計M.北京:清華大學出版社,2007，9(3).韋樂平,侯春雨,王曉丹，等.對等網(wǎng)絡(P2P)M.北京:人民郵電出版社,2007