基于P2P技術(shù)的高校校園網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用及管理研究

摘要:計算機對等網(wǎng)(Peer-to-Peer networking，P2P)技術(shù)是目前流行于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究領(lǐng)域的一個熱點。該文從P2P技術(shù)的基本原理入手，圍繞P2P技術(shù)的結(jié)構(gòu)模式及其特點進行了分析，并針對高校校園網(wǎng)絡(luò)的特點，對p2p技術(shù)在高校校園網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用及其管理進行探討與研究。

關(guān)鍵詞:P2P技術(shù)，P2P結(jié)構(gòu)模式，高校校園網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號:TP393文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2009)33-9237-02

Research on University Campus network Application and Management Based on P2P

ZHU Ming-xiang

(Nanjing Xiaozhuang University， Nanjing 211171， China)

Abstract: The Peer-to-Peer (P2P) technology has become one of the most concerns in current network technology. The paper begins with an analysis of basic principle of P2P technology， after which its structures and features， according to the features of the university campus network， the applications and management of the P2P technology in university campus network are discussed.

Key words: P2P technology; structures of p2p; university campus network

隨著教育信息化和網(wǎng)絡(luò)化的普及應(yīng)用，校園網(wǎng)絡(luò)已成了高等學(xué)校的重要交流平臺。作為高校管理工作的平臺，學(xué)校的教務(wù)管理、學(xué)生信息管理、辦公自動化、固定資產(chǎn)管理、人事管理等系統(tǒng)都運行在校園網(wǎng)上。同時，作為服務(wù)平臺，校園網(wǎng)還為廣大師生提供文件共享、視頻點播、信息檢索等服務(wù)。

對于高校動輒成千上萬的用戶規(guī)模而言，基于傳統(tǒng)的C/S模式的校園網(wǎng)絡(luò)已不能適應(yīng)廣大師生的應(yīng)用要求。而P2P(對等網(wǎng)絡(luò))作為一種新興技術(shù)，因能充分利用網(wǎng)絡(luò)資源和網(wǎng)絡(luò)帶寬等諸多優(yōu)點而受到廣泛關(guān)注[1]。P2P被美國《財富》雜志稱為是改變因特網(wǎng)發(fā)展的四大新技術(shù)之一。由于其良好的擴展性、健壯性和高性能以及低成本要求這些優(yōu)勢，自1999年以來，國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和商業(yè)組織十分關(guān)注P2P的研究，并針對不同問題，不斷提出新的解決思想，創(chuàng)建出新的應(yīng)用。P2P技術(shù)是對互聯(lián)網(wǎng)上所有可以共享的資源的應(yīng)用，對研究和建立基于P2P技術(shù)的高校校園網(wǎng)絡(luò)具有重要意義和實用價值。

1 p2p技術(shù)概述

1.1 p2p技術(shù)原理及特點

什么是對等網(wǎng)絡(luò)(P2P)技術(shù)?P2P技術(shù)屬于覆蓋層網(wǎng)絡(luò)(Overlay Network)的范疇，是相對于客戶機/服務(wù)器(C/S)模式來說的一種網(wǎng)絡(luò)信息交換方式[2]。在C/S模式中，數(shù)據(jù)的分發(fā)采用專門的服務(wù)器，多個客戶端都從此服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)。這種模式的優(yōu)點是:數(shù)據(jù)的一致性容易控制，系統(tǒng)也容易管理。但是此種模式的缺點是:因為服務(wù)器的個數(shù)只有一個(即便有多個也非常有限)，系統(tǒng)容易出現(xiàn)單一失效點;單一服務(wù)器面對眾多的客戶端，由于服務(wù)器硬件及網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制，可供同時服務(wù)的客戶端非常有限，可擴展性較差。而P2P技術(shù)正是為了解決這些問題而提出來的一種對等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在P2P網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)中的資源和服務(wù)分散在所有節(jié)點上，信息的傳輸和服務(wù)的實現(xiàn)都直接在節(jié)點之間進行，可以無需中間環(huán)節(jié)和服務(wù)器的介入，客戶端實現(xiàn)了直接通訊。這樣，龐大的終端資源被利用起來，降低了部署成本以及復(fù)雜性，從而一舉解決了C/S模式中的兩個弊端。

1.2 p2p的結(jié)構(gòu)模式

P2P模式的主要結(jié)構(gòu)形式有三種:集中式P2P、分布式P2P和混合式P2P[3]，現(xiàn)簡述如下:

1) 集中式P2P模式有一個中心服務(wù)器來負責記錄共享信息以及回答對這些信息的查詢。每一個對等實體對它將要共享的信息以及進行的通信負責，根據(jù)需要下載它所需要的其它對等實體上的信息。

2) 分布式P2P模式是一種純P2P模式。這種形式不需要有中心服務(wù)器和中心路由器，其中的每一個Peer都作為對等實體，地位是完全平等的。每一個Peer既可以作為客戶機又可以作為服務(wù)器，并且它們與相鄰的Peer有相同的能力。

3) 混合P2P模式結(jié)合了集中式和分布式P2P形式的優(yōu)點，在設(shè)計思想和處理能力上都得到了近一步優(yōu)化。

2 基于p2p的高校校園網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

目前，高校校園網(wǎng)絡(luò)中主要有以下幾種常見的p2p應(yīng)用:

2.1 文件共享

在高校校園網(wǎng)絡(luò)中，應(yīng)用P2P 技術(shù)可以使校內(nèi)的任意兩臺 PC 機直接相互共享文本、音樂、影視或多媒體等文件;網(wǎng)上計算機之間可以直接進行交互，不需要使用任何一臺中央服務(wù)器。在傳統(tǒng)的Web方式中，要實現(xiàn)文件交換需要將文件上傳到特定網(wǎng)站，用戶再到網(wǎng)站上搜索需要的文件，然后進行下載，這對用戶而言非常不方便。在P2P 網(wǎng)絡(luò)中，用戶通過不同的查詢機制定位含有所需資源的其他PC 機后，可以直接與其建立連接并下載所需文件。

2.2 流媒體直播與點播

曾經(jīng)人們以為P2P做文件共享最合適，但現(xiàn)在大家發(fā)現(xiàn)P2P模式是如此適合于流媒體應(yīng)用。在流媒體領(lǐng)域，P2P技術(shù)也由于其對等傳輸?shù)奶匦员粡V為看好。

P2P流媒體技術(shù)主要應(yīng)用于視頻直播和視頻點播兩種數(shù)據(jù)傳輸方式，兩者之間最大區(qū)別在于對等節(jié)點之間的數(shù)據(jù)共享模式，視頻直播用戶在下載流媒體文件的同時進行數(shù)據(jù)的播放，它將下載到的流媒體數(shù)據(jù)直接放入系統(tǒng)內(nèi)存中并不對下載的流媒體數(shù)據(jù)進行保存，這樣客戶端下載的數(shù)據(jù)信息并不是存放在硬盤上而是在內(nèi)存中。而視頻點播正好相反，它首先采用一定的文件調(diào)度策略將所有的流媒體文件下載到系統(tǒng)硬盤上，當文件下載完畢后再進行播放。由于P2P流媒體的保證，網(wǎng)絡(luò)視頻直播、點播以高清晰的畫面，高音質(zhì)音頻和流暢的播放速度給傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)用戶帶來“聲色兼?zhèn)洹钡膹姶鬀_擊。

華中科技大學(xué)集群與網(wǎng)格計算湖北省重點實驗室是中國最早研究P2P流媒體直播的小組之一，它所研發(fā)的AnySee軟件期望能夠使得用戶在網(wǎng)上任何時候任何地點都能觀看多媒體直播節(jié)目。目前成功推出P2P流媒體點播的機構(gòu)還不多，典型的有GridCast系統(tǒng)、PPStream點播系統(tǒng)。GridCast也是一款由華中科技大學(xué)集群與網(wǎng)格計算湖北省重點實驗室于2005年12月份成功研發(fā)并投入使用的對等視頻點播系統(tǒng)，具有支持多人共享點播片段、跟蹤(Tracker)服務(wù)器用戶引導(dǎo)、環(huán)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)容組織等特點。

2.3 分布式科學(xué)計算

Intel將P2P計算定義為“通過系統(tǒng)間的直接交換所達成的計算機資源與信息的共享”，這些資源與服務(wù)包括信息交換、處理器時鐘、緩存和磁盤空間等。

P2P計算允許用戶使用網(wǎng)絡(luò)中集中的處理能力，它可以幫助相關(guān)組織進行以前不可能進行的繁重計算工作，譬如利用P2P技術(shù)的特性，將計算任務(wù)劃分到數(shù)十萬甚至數(shù)百萬臺個人計算機上，用來破解蛋白質(zhì)或是DNA密碼。P2P計算正在得到業(yè)內(nèi)一致的看好，它成功地將許多有趣的分布計算技術(shù)重新拉回到人們視線當中[4]。總之，對于任何一個高校校園網(wǎng)絡(luò)的廣大師生來說，P2P計算的好處是擁有更低的成本和更快的處理速度。

2.4 信息檢索

基于P2P的校園網(wǎng)絡(luò)搜索引擎使信息檢索更具有針對性，搜索更新周期縮短，并且引入了P2P資源共享技術(shù)，充分利用以大規(guī)模分布形式存在的信息，彌補傳統(tǒng)搜索引擎無力深度挖掘信息的弱點。P2P網(wǎng)絡(luò)的分散性使得基于P2P的信息檢索可以挖掘到終端設(shè)備上動態(tài)存儲的海量信息，從而改變了傳統(tǒng)搜索引擎只能檢索網(wǎng)站上靜態(tài)頁面的現(xiàn)狀。

3 基于p2p的高校校園網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用所帶來的問題

盡管P2P在高校校園網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中有眾多技術(shù)優(yōu)勢，但P2P在具體應(yīng)用所帶來的問題也不容忽視，而這些問題恰恰是其技術(shù)優(yōu)勢所帶來的。目前，各種P2P應(yīng)用對校園網(wǎng)的負面影響具體表現(xiàn)在如下幾個方面:

1) 吞噬網(wǎng)絡(luò)帶寬。日趨增多的P2P應(yīng)用，給公用出口帶寬的高校校園網(wǎng)絡(luò)帶來很大壓力，部分P2P軟件無節(jié)制地占用出口資源造成了校園網(wǎng)出口長期處于擁塞狀態(tài)，致使學(xué)校在出口帶寬資金上的投入并沒有真正用到實處，重要的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用沒有得到有效的保證。網(wǎng)絡(luò)流量突然增大也對校園網(wǎng)常用的內(nèi)部系統(tǒng)，如辦公自動化系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)系統(tǒng)、視頻點播系統(tǒng)等造成了一定影響。當人數(shù)越來越多時，這些問題會愈加嚴重，防火墻、認證網(wǎng)關(guān)、出口路由器等硬件設(shè)備的壓力也越來越大。有些設(shè)備雖然是千兆設(shè)備，但Session卻有限，有些設(shè)備則根本承受不了流量過大而導(dǎo)致崩潰[5]。

2) 安全性差。隨著計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的深入發(fā)展，計算機病毒對信息安全的威脅日益增加。P2P環(huán)境下方便的共享和快速的選路機制，為某些網(wǎng)絡(luò)病毒提供了更好的入侵機會，這將極大地威脅P2P網(wǎng)絡(luò)的安全。有人利用現(xiàn)有的P2P系統(tǒng)的漏洞，攻入到校園網(wǎng)用戶個人計算機中，竊取重要的機密信息，甚至進行破壞，給校園網(wǎng)用戶造成難以估量的損失。

3) 侵犯知識產(chǎn)權(quán)。就P2P本質(zhì)而言，它提供給用戶的是一個無限制的空間。在P2P網(wǎng)絡(luò)中的所有行為都屬于用戶的個人行為。用戶可以隨意交換他們認為有價值的文件資源，因而大多數(shù)P2P服務(wù)都將不可避免地和知識產(chǎn)權(quán)發(fā)生沖突。例如:著名網(wǎng)站Napster就因為提供免費mp3文件交換而被美國唱片行業(yè)協(xié)會告上了法庭。

4 基于P2P的高校校園網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用管理對策

P2P技術(shù)給校園網(wǎng)絡(luò)安全和流量控制管理帶來許多迫切解決的問題，目前主要有以下幾種常見的解決方法:

1) 封堵出口的P2P應(yīng)用端口或網(wǎng)站，對于出口，只開放常用端口，如80(http)，21(ftp)，25(smtp)，110(pop3)等。對于校園內(nèi)部的P2P的應(yīng)用，在對網(wǎng)絡(luò)流量進行監(jiān)控的情況下，允許P2P技術(shù)在不影響校內(nèi)內(nèi)部系統(tǒng)正常運作的前提下應(yīng)用。

2) 通過流量控制工具對客戶端進行身份認證，同時使用計費軟件進行流量計時、流量計費，從而限制網(wǎng)速，最終在校園網(wǎng)絡(luò)中推行儲值卡按時長或按流量計費。

3) 通過對客戶端IP或賬號的Session的值可以避免網(wǎng)絡(luò)中的異常流量傳輸，病毒惡意傳播，控制客戶端的Session和數(shù)據(jù)包。[6]

4) 實行實名制訪問紀錄。高校校園網(wǎng)絡(luò)面對的是入學(xué)新生和畢業(yè)生每年的更替，根據(jù)國家相關(guān)政策規(guī)定，寬帶運營商必需保留3個月的用戶訪問紀錄，這會給運營商帶來繁重的用戶資料變更、數(shù)據(jù)獲得和保存的工作，運營商通過和學(xué)校之間的緊密配合，讓學(xué)校來配合完成這些工作，能達到更好的效果。

對于侵犯版權(quán)、非法信息傳遞等問題，目前沒有什么好的解決辦法，只能通過規(guī)章制度、立法等非技術(shù)手段進行控制。要實現(xiàn)比較堅實的P2P安全體系，需要許多安全技術(shù)的配合才能得以實現(xiàn)，不是簡單的一兩種技術(shù)就可以完成的。應(yīng)該看到，安全問題對于P2P技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要，可以說關(guān)系P2P的成敗。在這樣一個日益注重網(wǎng)絡(luò)安全的時代，如何從技術(shù)的角度實現(xiàn)“可信賴計算機”，以及如何從管理運行角度實現(xiàn)安全的、可管理的P2P是擺在所有P2P研究人員面前的一個頭等大事[6]。

5 結(jié)論

高校作為我國教學(xué)科研的重要組成部分，P2P技術(shù)為高校校園網(wǎng)絡(luò)帶來了革命性的改進，如何減少P2P給高校校園網(wǎng)產(chǎn)生的負面影響，充分發(fā)揮P2P在高校校園網(wǎng)絡(luò)中的技術(shù)優(yōu)勢，是一個繼續(xù)值得研究的課題。可以預(yù)見，P2P所帶來的技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用創(chuàng)新在高校校園網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用研究還將繼續(xù)。

參考文獻:

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[3] 王丹， 魏紅. P2P模式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究[J]. 沈陽航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2003， 20(2):35-37.

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