對等網(wǎng)絡應用

UnstructuredP2Ptopology非結構化P2P網(wǎng)絡拓撲結構上海大學計算機學院OutlineBriefintroductionofP2PnetworksApplicationConclusionandProspect1.Briefintroductionofp2pnetworksP2P是peer-to-peer的簡稱，即對等網(wǎng)絡。它是相對于客戶機/服務器（C/S）模式而言的一種網(wǎng)絡信息交換方式。P2P網(wǎng)絡是一種具有較高擴展性的分布式系統(tǒng)結構，其對等概念是指網(wǎng)絡中的物理節(jié)點在邏輯上具有相同的地位，而并非處理能力的對等。以Napster軟件為代表的P2P技術其實質在于將互聯(lián)網(wǎng)的集中管理模式引向分散管理模式，將內容從中央單一節(jié)點引向網(wǎng)絡的邊緣，從而充分利用互聯(lián)網(wǎng)中眾多終端節(jié)點所蘊涵的處理能力和潛在資源。P2P與C/S模式相對于傳統(tǒng)的集中式客戶/服務器(C/S)模型，P2P弱化了服務器的概念，系統(tǒng)中的各個節(jié)點不再區(qū)分服務器和客戶端的角色關系，每個節(jié)點既可請求服務，也可提供服務，節(jié)點之間可以直接交換資源和服務而不必通過服務器。

P2P系統(tǒng)最大的特點就是用戶之間直接共享資源，其核心技術就是分布式對象的定位機制，這也是提高網(wǎng)絡可擴展性、解決網(wǎng)絡帶寬被吞噬的關鍵所在。

P2P與C/S模式的對比傳統(tǒng)的因特網(wǎng)應用采用客戶-服務器模式：所有內容與服務在服務器上，客戶向服務器請求內容或服務，客戶自己的資源不共享；這種集中式結構面臨服務器負載過重、拒絕服務攻擊、網(wǎng)絡帶寬限制等難以解決的問題。對等網(wǎng)絡：每個節(jié)點都有一些資源（處理能力、存儲空間、網(wǎng)絡帶寬、內容等）可以提供給其它節(jié)點；節(jié)點之間直接共享資源，不需要服務器的參與；所有節(jié)點地位相等，具備客戶和服務器雙重特性；可緩解集中式結構的問題，充分利用終端的豐富資源。CentralizedandunstructuredSemi-centralizedandunstructuredTotallyunstructuredUnstructuredP2PtopologyP2PtopologyStructuredP2PtopologyDHT，CAN…TreeSmall-WorldComparison結構化與非結構化模型的根本區(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快速查找。非結構化P2P模式多采用洪泛算法。結構化P2P模式是一種采用純分布式的消息傳遞機制和根據(jù)關鍵字進行查找的定位服務，目前的主流方法是采用分布式哈希表(DHT)技術，這也是目前擴展性最好的P2P路由方式之一。DHT各節(jié)點只存儲其臨近的后繼節(jié)點信息，因此較少的路由信息就可以有效地實現(xiàn)到達目標節(jié)點，同時又取消了泛洪算法。該模型有效地減少了節(jié)點信息的發(fā)送數(shù)量，從而增強了P2P網(wǎng)絡的擴展性。CentralizedandunstructuredExamplesofunstructuredP2Ptopology：semi-centralizedandunstructuredP2Ptopologytotally-unstructuredP2Ptopology2.ApplicationsofP2PnetworksP2P技術的第一個應用是Napster文件共享系統(tǒng)（1999-2000），用戶通過該系統(tǒng)交換音樂文件。

Internet最初產生和發(fā)展的一個主動力就是資源共享，也正是文件交換的需求直接導致了P2P技術的興起。而針對這類應用的Napster使得人們在客戶/服務器模式下開始重新認識P2P思想對人們使用網(wǎng)絡習慣的影響。由于能夠極大緩解傳統(tǒng)架構中服務器端的壓力過大、單一失效點等問題，又能充分利用終端的豐富資源，所以P2P技術被廣泛應用于計算機網(wǎng)絡的各個應用領域，如分布式科學計算、文件共享、流媒體直播與點播、語音通信及在線游戲支撐平臺等方面。以下介紹P2P的常見應用。(1)分布式計算計算機的CPU資源并不是時刻保持峰值運轉的，甚至很多時候計算機處于“空閑”狀態(tài)，比如使用者暫時離開等情況。而P2P技術可以使得眾多終端的CPU資源聯(lián)合起來，服務于一個共同的計算。這種計算一般是計算量巨大、數(shù)據(jù)極多、耗時很長的科學計算。在每次計算過程中，任務(包括邏輯與數(shù)據(jù)等)被劃分成多個片，被分配到參與科學計算的P2P節(jié)點機器上。在不影響原有計算機使用的前提下，人們利用分散的CPU資源完成計算任務，并將結果返回給一個或多個服務器，將眾多結果進行整合，以得到最終結果。

(2)文件共享如大家所熟知的“BT”是BitTorrent的簡稱，是一種依賴P2P方式將文件在大量互聯(lián)網(wǎng)用戶之間進行共享與傳輸?shù)膮f(xié)議。由于其實現(xiàn)簡單、使用方便，在中國用戶之間被廣泛使用。BT網(wǎng)絡示意圖及原理：BitTorrentBT網(wǎng)絡主要由torrent服務器，tracker服務器，種子節(jié)點和下載節(jié)點組成。Torrent服務器負責torrent文件的存儲和檢索，tracker服務器負責維護網(wǎng)絡中的節(jié)點，種子節(jié)點負責提供一份文件的完整內容。BT的基本原理是：首先，種子節(jié)點吧一個文件分成N個分片（默認256kB），節(jié)點X隨機下載第L個分片，Y隨機下載第M個分片，然后節(jié)點X和Y可以交換彼此擁有的分片。這樣，既減輕了種子節(jié)點的負擔，又加快了節(jié)點下載的速度和效率。(3)流媒體直播與點播

隨著流媒體業(yè)務的迅速發(fā)展，用戶對于視頻流媒體的質量要求越來越高，傳統(tǒng)的C/S模式系統(tǒng)由于建設成本高，播放質量差等原因，發(fā)展遇到了困難。而P2P模式非常適合于流媒體領域。P2P當前一個非常廣泛的應用就是網(wǎng)上實時電視。由于采用P2P方式，提供節(jié)目的成本比較低，而收視質量也很高。(4)IP層語音通信

IP層語音通信(VoIP)是一種全新的網(wǎng)絡電話通信業(yè)務，它和傳統(tǒng)的PSTN電話業(yè)務相比有著擴展性好、部署方便、價格低廉等明顯的優(yōu)點。在全球范圍內的VoIP應用中，由于通信各方可能處于不同的網(wǎng)絡狀況下，所以采取少數(shù)幾個服務器來進行話音包中轉不僅存在壓力過大的問題，還可能無法為指定通信雙方提供滿意的通話質量保證。所以采取P2P技術動態(tài)自適應地根據(jù)通信雙方網(wǎng)絡進行鏈路控制與消息轉發(fā)是可行的解決方案。

(5)網(wǎng)絡游戲平臺

由于服務器能力有限，大型網(wǎng)絡游戲往往需要限制場景人數(shù)或者不斷增加服務器，而網(wǎng)絡對戰(zhàn)游戲也必須局限在局域網(wǎng)內進行或者依賴獨立的服務器端程序及機器實現(xiàn)Internet上的電子競技。目前，已有研究人員將P2P技術引入網(wǎng)絡游戲和網(wǎng)絡游戲支撐平臺中。

P2P網(wǎng)絡對戰(zhàn)游戲平臺的難點在于將嚴格延時約束的節(jié)點聚集在一起。這由對戰(zhàn)游戲本身要求所決定：延時是影響對戰(zhàn)游戲用戶體驗的關鍵因素。在眾多在線用戶中，如何將新加入用戶調度到周圍都是延時鄰近的環(huán)境中去呢？

(6)其他應用3.ConclusionandProspect

P2P技術在最近幾年獲得了高速的發(fā)展，也出現(xiàn)了較多應用，但截至目前，P2P中仍有很多的關鍵技術問題并沒有得到解決，其中最典型的就是帶寬吞噬、網(wǎng)絡可擴展性差和路由效率低下等問題。這導致P2P至少在目前的技術水平而言只能是一種小范圍不可靠的應用或是滿足特定任務需求的專門應用。并且，作為一種潛在的商業(yè)應用，如何在P2P網(wǎng)絡中有效地保護知識產權以及如何設計盈利模式將會面臨更為嚴格的考驗。

References[1]聶榮,張洪欣,呂英華等.

P2P網(wǎng)絡的研究與進展[J].[2]李陽明,王麗芬.P2P對等網(wǎng)