對等網絡（３）

網絡資源的變遷，促使網絡計算模式發生變化。相應地一種采用對等策略計算模式的網絡——對等網絡(P2P)得到了廣泛關注。P2P是一種分布式網絡，網絡的參與者共享他們所擁有的硬件資源，這些共享資源能被其他對等結點直接訪問而無需經過中間實體。網絡中的參與者既是資源提供者，又是資源獲取者。為了使讀者對P2P有所了解，本講座分3期對P2P進行介紹：前兩期介紹了P2P的拓撲結構、組織模式、核心查找算法、研究現狀、應用情況以及下一步演進與拓展方向；本期討論P2P給Internet帶來的機遇和挑戰，并探討P2P對電信運營商和設備制造商的影響。

6 P2P帶來的挑戰

6.1 管理機制缺乏問題

傳統的客戶機/服務器(C/S)模式為服務器提供了更多的特權，整個網絡上傳播的信息通過服務器進行集中控制，客戶機只是簡單地從服務器提取所需的資源。在這種架構下，系統維護者對客戶和整個系統的管理相對容易，并且有最高的權限。對等網絡(P2P)最大的特點就在于它為用戶提供了極大的自由，各個用戶都以對等的身份存在于P2P網絡中。在P2P網絡中，由于不在受固定的IP地址的限制，用戶可以在不同地點和不同時間隨時進入和退出網絡，整個網絡沒有設置全局集中的監視節點，因此用戶的行為和活動難以控制(以下棋應用為例，在全分布的架構下，下棋者之間走了哪些棋，服務器可能完全不知情，也無從進行管理，對于作弊等問題的防范變得困難)。缺乏管理的P2P網絡將成為病毒、色情內容以及非法交易的溫床。

許多P2P公司打算通過P2P網絡開展電子商務，但是付費、流量統計、商品價值驗證都存在一時很難以克服的技術問題，因此開展業務困難重重。到目前為止，還沒有一種完全可以解決P2P網絡管理問題的方法。由于缺乏中心監管以及具有自由平等的動態特性，自組織的P2P網絡在技術層面也有許多難以解決的問題。

6.2 數字版權問題

在P2P共享網絡中普遍存在著知識產權保護問題。盡管目前Gnutella、Kazaa等P2P共享軟件宣傳其骨干服務器上并沒有存儲任何涉及產權保護的內容，而僅僅保存各個內容在互聯網上的存儲索引。但無疑的是，P2P共享軟件的繁榮加速了盜版信息的傳播，提高了知識產權保護的難度。美國唱片工業協會(RIAA)與這些共享軟件公司展開了漫長的官司拉鋸戰，著名的軟件Napster便是這場官司的第一個犧牲者。另一個涉及面很廣的戰場則在RIAA和使用P2P來交換正版音樂的平民之間進行。從2004年1月至今RIAA已提交了1 000份有關方面的訴訟。盡管如此，現在每個月仍然有超過1.5億的歌曲在網絡上被自由下載。后Napster時代的P2P共享軟件較Napster更具有分散性，也更難加以控制。即使提供P2P共享軟件的運營公司被判違法而關閉，但整個網絡仍然存活，至少會正常工作一段時間。

另一方面，Napster以后的P2P共享軟件也在尋找和媒體發布廠商共生互利之道。如何更加合法合理地應用這些共享軟件，是一個新課題。畢竟P2P不是為共享盜版軟件而存在，它可以共享相當多的有益信息。如果能夠通過P2P網絡來實現內容產品在更廣泛的群體中傳遞，并實現收費，使得單個內容產品的價格降低，這也是一種有益的良性循環。也就是說，好的產品，可以為更多的人分享，每個人的單價更低，這對個體是有益的；而產品的生產者所獲得的產品總收益，也超過P2P網絡之前的收益(以前可能只能賣100份，每份10元，總收益1 000元，現在可以賣10 000份，每份只賣0.2元，總收益為2 000元)，這對產品的生產者也是有益的。而且，由于P2P在傳播機制上所具備的“強者越強”特性，好的產品會很快流行，而差的產品很快就會被人們遺忘，也有利于人們分辨產品的品質。

網絡社會與自然社會一樣，自身具有一種自發地在無序和有序之間尋找平衡的趨勢。P2P技術為網絡信息共享帶來了革命性的改進，而這種改進如果想要持續長期地為廣大用戶帶來好處，必須以不損害內容提供商的基本利益為前提。這就要求在不影響現有P2P共享軟件性能的前提下，一定程度上實現知識產權保護機制，目前已經有些P2P廠商和一些利益相關公司一起合作展開這方面的研究。這是下一代P2P共享軟件面臨的挑戰性技術問題之一。

6.3 網絡病毒傳播問題

隨著計算機網絡應用的深入發展，計算機病毒對信息安全的威脅日益增加。特別是在P2P環境下，方便的共享和快速的選路機制，為某些網絡病毒提供了更好的入侵機會。

由于P2P網絡中邏輯相鄰的結點地理位置可能相隔很遠，而參與P2P網絡的結點數量又非常大，因此通過P2P系統傳播的病毒，波及范圍大，覆蓋面廣，從而造成的損失會很大。

在P2P網絡中，每個結點防御病毒的能力是不同的。只要有一個結點感染病毒，就可以通過內部共享和通信機制將病毒擴散到附近的鄰居結點。在短時間內可以造成網絡擁塞甚至癱瘓、共享信息丟失、機密信息失竊，甚至通過網絡病毒可以完全控制整個網絡。

一個突出的例子就是2003年通過即時通訊(Instant Message)軟件傳播病毒的案例顯著增多。Symantec公司和McAfee公司的高層技術主管都預測：即時通訊軟件將會成為網絡病毒傳播和黑客攻擊的主要載體之一。

隨著P2P技術的發展，將來會出現各種專門針對P2P系統的網絡病毒。這些病毒利用系統漏洞，達到迅速破壞、瓦解、控制系統的目的。因此，網絡病毒的潛在危機對P2P系統安全性和健壯性提出了更高的要求，迫切需要建立一套完整、高效、安全的防毒體系。

6.4 安全問題

隨著P2P網絡的發展，除了病毒之外的安全問題，尤其是分布式哈希表的安全問題越來越引起研究人員的重視。最近的P2P研究熱點主要集中在如何提供有效的哈希查找系統并基于它構建更復雜的系統。這些系統當它們正確執行時，的確具有很好的性能，但是它們都沒有考慮如何對付行為不正確的結點，比如，對分布式哈希表系統的一種攻擊方式是使系統向應用程序返回不正確的數據?，F在已經有人對基于分布式哈希表查找的大規模P2P系統的固有安全問題進行研究。上述攻擊可以通過數據加密技術解決，比如使用自驗證路徑名技術。這種技術可以使系統檢測出沒有經過驗證的數據并將這些數據丟棄。

另一種類型的攻擊通過阻止系統的參與結點找到數據來危害系統的正常運行。一般來說，查找協議都必須要維護一個常量以確保系統中的數據可以被檢索到。比如在Chord系統中，結點號位于一維的標識符空間中，那么Chord需要的常量就是每個結點都必須知道結點號空間中緊跟在它后面的那個結點。如果攻擊者能夠破壞這個常量，Chord就肯定不能正常工作。這種類型的攻擊主要包括：路由攻擊、存取攻擊、行為不一致攻擊、目標結點過載攻擊等。

在P2P的安全方面，網絡安全工作者需要做更多的工作。

6.5 競爭問題

在可以實現P2P的寬帶環境下，一切皆IP，這對實現IP語音(VoIP)有很大促進作用。但是，VoIP業務與現在擁有電話運營權的傳統電信企業的業務產生了激烈競爭。一旦電話被VoIP取代，傳統電信公司怎么辦？數字鴻溝(類似貧富差距，信息的發布和獲得也會有差距)怎么辦？現在即使沒有商業電力供應，電話也可以獨立接通，但到VoIP時代能否離開商業電力供應？

移動通信市場存在著諸多的困難：移動電話在帶寬、長時接續上都存在限制；移動因特網系統的網絡構造、網關設計等方面都存在“瓶頸”問題；針對移動因特網的垃圾郵件占用本來就狹窄的帶寬，至今沒有有效的對策解決這一問題；伴隨未來的寬帶移動通信的普及，移動通信的收費問題也將成為棘手問題，收費太低會導致企業經營惡化，收費太高會抑制移動通信的發展；另外，在城市里移動通信還面臨著無線網絡的競爭?，F在已經有一些學者在研究移動P2P的應用系統，如果在移動終端上實現這類P2P應用，用戶將進一步獲得更多的服務和更大的自由空間，但是移動通信市場的競爭將變得越發激烈。

6.6 信用問題

從某種意義上來說，P2P網絡和人際網絡具有一定的相似性。一般來說，每個P2P網絡都是眾多參與者按照共同興趣組建起來的一個虛擬組織，結點之間存在著一種假定的相互信任關系，但隨著P2P網絡規模的擴大，這些P2P結點本質所特有的平等自由的動態特性，往往與網絡服務所需要的信任協作模型之間產生矛盾。激勵作用的缺失使結點間將更多地表現出“貪婪”、“抱怨”和“欺詐”的自私行為，因此P2P中預先假設的信任機制實際上非常脆弱，同時信任也難以在結點之間傳遞，導致了全局性信任的缺乏，這將直接影響整個網絡的穩定性與可用性。

隨著P2P系統的演化，P2P領域的信用問題，將逐步演化得越來越類似人類社會人與人、組織與組織之間的復雜信用問題。構建P2P信用模式，實現對惡意組織和惡意個體的攻擊的檢測，也是P2P需要面對的重大課題。

6.7 帶寬與流量流向問題

由于P2P網絡規模的不斷擴大和用戶下載文件數量的增多，吞噬網絡帶寬問題成為P2P應用進一步拓展的障礙。以Gnutella系統為例，該網絡通過廣播式的定位方法發現網絡中存在的活動對等點，隨著網絡規模的不斷擴大，廣播式定位方法產生的廣播消息將充斥整個網絡，勢必造成網絡通信流量急劇增加，很容易造成網絡擁塞。

另外，許多P2P軟件都提供“人人為我，我為人人”的傳送方式，因此，它的傳送模式和互聯網的樹型結構并不相稱。

從流量流向上看，以往的互聯網應用主要是基于C/S、瀏覽器/服務器(B/S)架構，流量大都是從客戶終端到數據中心(IDC)的下行數據流?，F在的互聯網的拓撲和帶寬資源主要是考慮這種流量模式而設計的(如圖7所示)，即IDC到骨干網絡的接口帶寬速率很高，從骨干網、城域網到達接入網時，帶寬資源逐漸變小。對于不對稱數字用戶線(ADSL)等接入方式，通?？蛻舻纳闲袔挄∮谙滦袔?，這種拓撲資源設計主要針對基于C/S、B/S架構的應用，很適合傳統的以下載為主要需求的業務。但是，基于P2P的應用系統的流量大都分布在客戶終端之間，即主要分布在城域網的各個匯聚接入點之間(這一點世界各國的運營商都有相關數據證實)。這導致互聯網在接入網和城域網部分出現嚴重的擁塞問題，嚴重影響了基于C/S、B/S架構的應用(比如各類電子商務、電子政務、娛樂、教育等服務)。

另外，從流數目上看，目前提供文件共享的P2P終端軟件主要基于多傳輸控制協議(TCP)的連接方式進行工作，即通過多個TCP同時從多個結點下載，并同時通過多個TCP連接為多個其他結點提供上傳服務。這將導致兩個嚴重后果：一是當P2P應用和傳統基于單TCP應用(大部分基于C/S、B/S架構的應用)競爭時，P2P應用將占據絕對優勢。因為在互聯網的“盡力而為”機制下，各個流獲得的吞吐量近似于與發送速率成正比，因此一個應用建立的TCP連接愈多，這個應用占用的網絡資源也愈多。這樣，基于單TCP應用的性能將嚴重惡化。二是我們是否將傳統的單TCP應用也簡單地改成多TCP方式就可以解決問題？簡單地看，似乎是只要增加傳統應用的TCP連接數就可以解決。但是，這種方法存在如下問題：首先要對現有應用進行大規模修改，實際上很難做到；其次如果所有應用都從單TCP轉為K個TCP連接，那么從網絡整體上看，網絡中的TCP流(連接)總數目將從原來的N個(假定原先是N個)變為近似K×N個。如果整個網絡的流數目劇增，將使得路由器中的高速流表無法滿足需求，導致路由器的吞吐能力大大下降。結果是造成整個網絡的能力和效率大大下降。

如果要考慮P2P流和IPTV等視頻或者VoIP等話音流混合傳送，問題就更為復雜。如何使P2P應用與傳統的基于單TCP或者UDP的應用友好相容，也是P2P傳送控制技術必須解決的問題。

7 P2P應用帶來的影響

P2P應用將導致電信行業內部(電信用戶、運營商、設備制造商)以及行業之間(電信和廣電等)的多方博弈，形勢將變得更為錯綜復雜。本文以電信運營商和設備制造商作為對象進行分析。從業務層面和網絡層面來考察P2P應用的正、負面影響。

7.1 業務層

(1)即時通訊類業務

一方面，QQ、Skype等即時通訊類業務分流了國際長途業務和部分國內長途和市話業務；另一方面，QQ等增進了人們的交流，使得人們的通信總需求增加，這對電信業務是正面的促進。

(2)網絡電視

一方面，網絡電視豐富了電信業務，更好地滿足了人們的需求；另一方面，網絡電視對IP承載的服務質量(QoS)支撐能力提出了前所未有的高要求，IP網“盡力而為”的服務方式可能將逐步推出歷史的舞臺。

(3)娛樂類業務

一方面，娛樂類業務的內容客觀上豐富了人們的生活；另一方面，娛樂類業務的知識產權和數字版權問題嚴重。行業之間的博弈在所難免，國家政策對此影響甚大。

(4)信息私密性問題

一方面，個人通信私密性需要提升；另一方面，信息監控更加困難，網絡成為病毒、非法交易的溫床。

(5)業務和技術競爭問題

P2P應用一方面加劇了電信行業內不同技術潮流的競爭，這對保護行業內部投資不利；另一方面，提升了電信運營商行業之間的競爭能力(比如網絡電視)，特別是相對于廣電的競爭力。

要從根本上解決這些問題，通過簡單地增加帶寬是不行的，需要實現從面向接入服務(上網時間)的計費模式向提供差異化服務(不同等級的網絡服務)或者更高層次的面向業務計費的模式轉變，需要對現有網絡進行一次變革，變革將集中體現在基礎網絡層面和業務支撐系統層面。

7.2 網絡層

(1)網絡帶寬

一方面，P2P應用將推動運營商擴容的步伐，有利于設備商，而且增加了電信用戶個人平均可消費的帶寬量；另一方面，P2P應用大量吞噬網絡帶寬，如果人人都用P2P，將會造成網絡擁擠。

(2)網絡拓撲

一方面，P2P應用使得對流量流向分析的需求增加，網絡規劃和優化的任務加重；另一方面，可能導致網絡拓撲改進和演化。

(3)接入控制能力

一方面，P2P應用對傳統全開放式的Internet的接入控制方式提出了挑戰；另一方面，P2P應用將促成IP電信網實現從全開放到半開放(以前已開放的業務繼續開放，之后的新業務保留收費的權力)的轉變。

8 結束語

從中國網絡建設進程看，P2P和Internet的融合大概可分3個階段。

第一階段：網絡寬帶化(指大量應用ADSL，“寬”是ADSL相對撥號的寬帶而言)之初，豐富的P2P應用成為運營商吸引客戶從窄帶過渡到寬帶的重要動力，此時，P2P的正面影響是主要的。

第二階段：中國網絡寬帶化基本完成后，假定大部分業務轉化為P2P模式，網絡用戶整體(個數為n)對網絡資源的需求可能從O(n)增長到O(n2)(注：這僅僅是可能，有待進一步證明)。此時，用戶對資源需求的增長速度O(n2)將大大超過用戶發展的速度O(n)。P2P應用對網絡帶寬的吞噬、版權問題等負面影響逐步浮出水面。對流量進行等級區分、對業務接入進行更加嚴格的控制等問題將被提上議事日程，將涉及對現有網絡的大規模改造。

第三階段：當網絡接入控制智能化實現后，電信業務能力和客戶需求達到一個新的平衡點，P2P導致的浪潮基本告一段落。

挑戰就是機遇，任何事物總是在矛盾中不斷發展。P2P是一次新的浪潮，這個浪潮將給電信用戶、運營商、設備商、其他相關行業領域都帶來機遇和挑戰。

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(續完)

收稿日期：2005-11-22

作者簡介

林宇，北京郵電大學網絡與交換國家重點實驗室副教授，博士。主要研究方向包括QoS控制、測量和管理、P2P技術、移動應用等。曾作為主持研究人和項目負責人參與國家“973”、國家自然科學基金、國家“863”項目10余項。已出版專著3部，發表論文60余篇，論文被SCI收錄8篇，被EI收錄近30篇。

程時端，北京郵電大學網絡與交換國家重點實驗室教授、博士生導師，北京郵電大學學術委員會副主任。目前研究方向包括ISDN、ATM、TCP/IP、ATM和IP網的話音通信技術、協議工程、流量工程、寬帶網絡性能和服務質量等。

李琦，北京大學教授、博士生導師，中國圖形圖像學會技術委員會主任，全國地理信息標準化技術委員會委員，國家電子標簽標準工作組成員，國家海洋局信息中心特聘教授，國務院信息化工作辦公室顧問，北京市政府專家顧問，中國數字地球發展戰略研究專家。