兩種Ｐ２Ｐ模型比較與研究

摘要：本文介紹了P2P的工作原理及幾個典型，著重分析比較了基于超級節點的和基于區域劃分結構的兩種P2P模型的特性，最后提出自己的觀點。

關鍵詞：P2P網絡模型；發現機制；區域劃分；身份認證

中圖分類號：TP393文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)15-2pppp-0c

Comparison and Research of two P2P Network Models

YANG Jing，JIANG Zhan-sheng

(Nanyang Institute of Technology，Nanyang 473004，China)

Abstract:This paper introduces the work principle of P2P and several typical examples，mostly compares their characteristic of the superpeer-based and the districted structure P2P model with each other.At last， we propose our viewpoint.

Key words:peer-to-peer network mode;discovery mechanism; district partition; identity certification

1 引言

互聯網的發展，使上網人數劇增，導致使提供資源下載的站點壓力越來越大，用戶通過HTTP或FTP下載常會遇到網絡堵塞。P2P以強大的資源共享和平衡網絡負載能力，為互聯網的發展帶來了深遠的影響。

2 P2P原理及應用

相對于傳統的網絡，P2P(對等網)代表了一個全新的網絡理念，網絡中不存在中心服務器，服務工作由所有的用戶共同承擔，每個用戶既是客戶端又是服務器，下載的同時也在上傳，每個用戶的權利和義務都是對等的。P2P允許用戶之間通過建立鏈接的方式直接進行文件共享，參與者之間關系對等，以物易物[1]。

兩個早期的P2P典型就是Napster和Gnutella。Napster靠目錄服務器完成搜索和查詢定位，下載則是點對點。Gnutella是完全分散結構，采用廣播查詢機制發現成員。隨后的SFLAN通過小無線電導航臺，將小范圍內對等設備連接組成小型組，通過共享資源實現信息交換。Roku是一種人機對話P2P，對話一方是用戶，另一方是軟件代理，用戶通過瀏覽器、PDA、移動電話等方式來連接Roku，訪問遠程資源。Groove是Lotous公司開發P2P產品，Group之間通過虛擬空間進行項目協作、即時通信、共享文檔等[2]。

3 兩種P2P模型的特點分析

目前涌現出了多種的層次型的P2P模型。這些模型的基本特點就是將對等點通過層次結構分級管理。下面給出兩種層次型P2P網絡模型。

3.1 基于Super-node的P2P網絡[3]

依據規則在組內選取性能最優節點作Super-node。Super-node在組內相當服務器（但不是），對組內成員進行管理。但在多個Super-node之間，Super-node是以純分散式P2P結構進行連接。

Super-node和其管理的node構成自治單元-簇（圖1）。因為Super-node在組中是可靠和值得信賴的節點，較純分散式P2P有更好的管理性。在基于Super-node的P2P設計中，要考慮簇的大小的設計。另外Super-node作為高層節點要管理組內結點，所以Super-node要設置冗余節點。

Super-node根據在線時間、頻率接入方式和處理速度從普通node中選擇，Super-node保存普通node的信息和一張提供服務映射表來記錄服務的種類、內容、服務對應節點的地址和ID等。node既提供服務又扮演客戶端角色發送查詢請求。

當node節點初次加入時，通過IP組播方式發送請求尋找該區域Super-node加入簇。IP組播將消息傳給組中的所有成員，發送方封裝發送消息，不保存接受者名單，對消息感興趣的接受方會接受消息。node節點初次加入有兩種情況。一是系統規定時間內未收到Super-node確認，則把自己標記為Super-node。二是受到Super-node確認，則將自己的注冊信息發給Super-node并加入。當node節點發出查詢請求時，先在Super-node的服務中進行搜索，若有則node節點和Super-node節點直接傳遞，若無則Super-node將查詢對周圍的Super-node轉發搜索。由于Super-node之間是純分散式連接，所以Super-node之間查詢要定義TTL(Time To Live)，搜索經過一個Super-node，TTL減1，直到TTL為0返回搜索失敗。

Super-node管理的簇中存在單點失效問題，為了增強系統可靠性，定期備份Super-node信息，從普通node節點中選候補Super-node做備份節點。P2P有很大的動態性難以管理，因此Super-node要定期巡視動態更新信息列表，以保持列表的可用性。

3.2 基于區域劃分結構P2P網絡[4]

基于超級節點的P2P中Super-node之間的連接是非結構化的，普通節點可以隨機挑選Super-node盲目加入該簇，沒有考慮該Super-node是否失效，加入是否對導致該Super-node提供的服務質量極端下降等問題。因為節點的動態性及提供相同服務節點的地位平等，可能舍棄臨近的、通信效率高的節點而選擇遙遠的、通信效率差的節點[4]。所以簡單產生Super-node對龐大無序P2P仍不是很好的解決方法。

在[4]中，提出了三層區域劃分架構（圖2），在Super-node上層又增加一層--注冊點，形成了三層架構。普通node節點申請加入時，中心點計算可接受度，以此來判斷該節點在哪個注冊點注冊。這是劃分區域的標準。注冊點和Super-node節點不是對等關系，但注冊點和注冊點之間對等。Super-node在注冊點注冊，注冊點保存隸屬其的Super-node信息和所有其他Super-node信息，供node節點進行查詢。

4 兩種P2P模型架構性能分析

搜索效率：基于Super-node P2P當多數的Super-node都失敗或TTL為0搜索失敗。搜索具有廣度和深度，和純分散式比較，大大降低了消息洪泛式傳播，有較高效率。三層區域劃分結構，因注冊點及劃分注冊區域，普通node查詢時，先在本注冊區域查詢，失敗再到臨近注冊區域，本注冊區域節點效率高，且搜索大都可在本注冊區域得到回應，所以搜索效率比基于Super-node的搜索有進一步的提高。

帶寬利用：基于Super-node的P2P查詢廣播范圍比純分散式小，減少網絡阻塞，對服務提供代理有效利用帶寬。三層區域劃分架構，利用較小帶寬的查詢實現了大帶寬的文件共享及傳送。

可擴展性和負載平衡：基于Super-node和三層區域劃分架構的P2P與原來的傳統模式相比擴展性更好，節點加入和離開更加自由。前者中通過增加備份節點來輔助Super-node進行管理，后者利用注冊點為大多P2P的不兼容提供平臺。在注冊搜索方面兩者都實現了負載平衡。

安全機制：大量分散連接的普通node，要確保安全。P2P安全包括信息加密、用戶身份認證、服務授權、惡意站點識別和應對等。基于Super-node和三層區域劃分架構的P2P都能提供身份認證，確保節點可靠。但認證過程的額外消耗是不可避免的。

5 結論

基于Super-node的P2P網絡和基于區域劃分結構的P2P網絡比起以前的P2P純分散網絡在性能上有了很大改善，且通過性能分析對比發現基于區域劃分結構的P2P比基于Super-node的P2P優勢更明顯一些。由于各個節點的分散性，P2P網絡模型中發現機制和搜索機制仍然需要進一步的探索。

參考文獻：

[1]Dana Moor，John Hebeler.peer to peer.清華大學出版社.

[2]陳姝，方濱興，周勇林.p2p技術的研究與應用.計算機工程與應用，2002.

[3]蔡晟，王澤兵，馮雁，陳海燕.基于Super2peer的對等網絡研究.計算機應用研究，2004.

[4]李威，董健全，武雪麗.p2p環境中區域劃分結構及其算法描述.計算機工程與應用，2004.

[5]楊峰，戰守義，沈福祥.p2p超級點網絡可靠性及動態自恢復機制的研究.計算機應用，2004.

[6]X.Li and J.Wu，\"Searching techniques in peer-to-peer networks，\"Handbook of Theoretical and Algorithmic Aspects of Sensor，Ad Hoc Wireless，and Peer-to-Peer Networks，Edited by J.Wu.Auerbach Publications，2006.

[7]R.Zhou and K.Hwang，\"PowerTrust:A Robust and Scalable Reputation System for Trusted P2P Computing\"，IEEE Trans. on Parallel and Distributed Systems，accepted to appear，2007.

收稿日期：2008-02-29

作者簡介：楊晶（1978-），女，南陽理工學院軟件學院講師，碩士研究生，研究方向：計算機網絡，數據庫；蔣占生（1978-），男，河南省經濟管理學校助教。