Ｐ２Ｐ網絡模型的比較與分析

陶　南

摘要：介紹了當今流行的P2P網絡搜索模型。對各種模型的代表軟件及其工作原理進行深入的剖析和比較。

關鍵詞：P2P網絡搜索JXTA

1P2P網絡模型的分類與比較

目前，P2P網絡的模式有很多種，主要分類如下：

(1)按系統中是否存在集中式服務器，P2P系統可分為純粹的P2P系統和混雜式P2P系統(Hybrid P2P或Server-mediated P2P)。前者不存在任何功能的集中式服務器；后者的系統中存在特定功能的集中式服務器，但該服務器并不充當整個系統的核心。

(2)按系統中用戶的行為方式，P2P系統可分為多對多、少對少和少對多三類結構。在第一類結構中，系統操作的雙方用戶人數基本相當，基于因特網的開放式文件共享系統多數屬于此類，如GnuteUa、Freenet、Napster等；在第二類結構中，系統是封閉的，即系統的發起者構建一個系統，不允許他人加入，在系統運行期間，所有參與者的地位均等；第三類系統屬于典型的開放式分布計算系統，系統中存在少量的中央服務器，為多數用戶所使用。

(3)按成員標識管理方式，P2P計算系統可分為集中式和局部式。前者是最直接又比較普通的方式，它創建一個全局的名字空間，保證所有實體的名字都是惟一的；后者既不需要集中式授權機制，也無需求助于分層結構，于是也很自然地采用了公共密鑰加密機制。

(4)按實體發現(Discovery)方式的不同，對等計算系統可分為客戶/服務器務器模型、直接模型和中介模型。在第一種模型中，可訪問實體的發現需要求助于特定的集中式服務器；在第二種模型中，系統中每個實體負責自身的標識功能，以保證能被其他實體所發現：第三種模型是最常見的方式，核心實現方法是請求轉發、進行匯合。

2常見模型及其代表軟件的工作原理

2．1集中索引模型

集中索引模型并不是一種嚴格意義上的P2P網絡模型。在集中索引模型中，一臺或多臺有特殊用途的服務器為對等體提供目錄服務。對等體向目錄服務注冊關于自身的信息(其名稱、地址、資源和元數據)，并根據對目錄服務器中信息的查詢來定位其他對等體。一旦發現其他對等體的位置信息，該對等體將直接與其建立聯系。

P2P領域中集中索引模型的最佳示例是Napster。

Napster的工作原理如圖1。目錄服務器本身可是對等體(或對等體組成的網絡)，也可只擔當目錄而不作它用。

目錄服務器位置必須配置到每個對等體中，這可以通過申請一個用戶帳戶來實現。在加入P2P網絡時，對等體就已經將共享資源信息注冊到目錄服務器。結合圖1，目錄服務器中已經存放了每個對等體所擁有的資源信息。當對等體ml希望查找資源E時，它首先向目錄服務器發送請求，然后，目錄服務器根據注冊表向ml返回資源E所在對等體m5的地址，接下來ml直接向m5發送關于E的請求，m5收到請求后發送資源E至ml。

這種模型的優點體現在：(1)易于維護索引，查詢效率高；(2)由于只需接收返回的結果，客戶對等體負載低。

這種模型的缺點有：(1)對目錄服務器過于依賴易導致單點崩潰；(2)對目錄服務器的性能和網絡帶寬要求過高，可擴展性差：(3)缺乏統一完善的授權及認證機制，安全性較低。

2．2分布式P2P模型

此類P2P系統既沒有專門的中心目錄服務器也不對網絡拓撲和資源放置進行控制，因此也稱之為分布式非結構化模型。網絡由若干僅僅遵循某種協議的節點組成，雖然其網絡拓撲也可能具有某些松散特性，但是資源的存放卻并不依賴任何先驗知識或結構模式，Gnutella是這種設計模式的一個典型例子。為了查找特定的資源，節點必須向它的鄰居提出請求，這里使用了“洪泛”算法，通過IP多播技術讓對等點定期發布資源和傳播查詢。所有的對等體在任何時候既是查詢的發出者，又是搜索處理的執行者。

圖2說明了Gnutella的工作原理。假定ml已經通過發送Ping／Pong消息得知鄰居是m2和m3，m3的鄰居是m4和m5。當對等體ml希望查找資源E時，它首先向其鄰居m2和m3發送請求，然后，若m2和m3沒有資源E，則分別向各自的鄰居轉發該請求，如m3向m4和m5轉發關于E的請求，如果m5發現符合此請求的資源E，則根據數據包內的信息將資源E直接發送至ml。

這種模型具有的優點包括：(1)完全的分布性使之具有最大的容錯性，不會出現單點崩潰現象；(2)能潛在地獲得最多的查詢結果。

這種模型的缺點主要有：(1)隨著對等體數量的增加，網絡可能因過多的查詢消息而發生擁塞；(2)無法預知網絡的拓撲結構；(3)查詢的有效期和正確性都不能保證：(4)能力有限的對等體易成為系統瓶頸。

2．3混合P2P模型

在混合P2P模型中，P2P網絡由提供查詢服務的su—per-peer(超級對等體)和其他客戶對等體組成。在資源共享方面，所有對等體的地位相同。這樣就形成了一個個以super-peer為中心的自治系統，每個對等體在加入此類網絡時都需要連接到某個特定的super-peer上。

JXTA網絡就是這種模型的典型代表。它推出了聚集超級節點網絡的概念，動態而自適應地將P2P網絡成員劃分為邊緣節點和匯聚節點。邊緣節點存放實際的資源通告，而通告的索引則存于匯聚節點中，這使得聚集超級節點網絡具有更強的擴展性，也避免了匯聚節點存放過期通告帶來的問題。傳播查詢只發生在更穩定且數量更少的匯聚點中。這大大增強了網絡的伸縮性。并降低了廣播風暴的可能性。此外，JXTA的默認解析策略也是基于匯聚節點的，這是一種基礎的、最小化的發現機制，在發現通告的同時還可以提供hook以使高層發現服務(通常都是基于結構化模型的)如CAN、Chord等來參與發現過程。

JXTA2網絡的查詢過程如圖3所示。每個邊緣節點在發布通告的同時將其索引至匯聚節點，這可以在發布通告時同步發送，也可以使用共享資源分布式索引(Shared-Resource Distributed Index SRDI)服務的后臺進程定期發送。圖3中PeerA和PeerB將各自的通告索引發送至直接相連的匯聚對等體Rdvl和Rdv2。當PeerA查詢位于PeerB的資源通告時，首先將查詢提交給RdvI，Rdvl查看是否有關于此通告的索引，若沒有則將此查詢轉發給與其相連的Rdv2。Rdv2發現了此通告的索引并將查詢傳至索引所指向的PeerB。現在PeerB只須把相應的資源通告發送給PeerA了。需要指出的是不論所處的網絡類型如何，任何節點都可以作為匯聚節點，如圖3中Peer2位于NAT后，仍然可以成為匯聚節點。

這種模型優點主要體現在對網絡擴展性的良好支持上，主要表現為：(1)根據對等體的能力合理分擔負載；(2)與分布式P2P模型相比，大量減少查詢消息傳播的數量；(3)與集中索引模型相比，降低了單點崩潰的可能性。

這種模型不足在于實現時缺乏高效完善的網絡組織模式，包括：(1)super-peer間的組織模式；(2)客戶對等體與super-peer間的組織模式；(3)super-peer間的負載平衡。

3結束語

本文介紹了P2P的定義及網絡搜索模型的分類，并對各種模型的代表軟件及其工作原理進行深入的剖析和比較，對P2P網絡的經營和開發有一定的借鑒作用。