P2P網絡拓撲模型分析

摘要:隨著網絡技術的日益發展，P2P技術被譽為改變未來因特網的新興技術逐漸走入我們的視野，成為目前網絡技術研究領域的新熱點。該文分別介紹了P2P網絡拓撲模式的三個發展階段并加以比較。

關鍵詞:P2P;網絡拓撲模式;混合式

中圖分類號:TP393文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2009)27-7617-02

Analysis Based on peer-to Peer Network Topology Model

LIU Feng， WU Xiang-ning

(China University of Geosciences， Wuhan 430074， China)

Abstract: With the increasing development of network technology， P2P technology， known as change the future of the Internet and emerging technologies into our field of vision gradually become the current network technology， a new hot area of research. This paper describes the P2P network topology model of the three stages of development and compared.

Key words: peer-to peer; network topology model; hybrid

P2P(Peer-to-Peer)可以理解為“端到端，點到點”，它是一種分布式網絡，又稱對等網[1]。P2P不同于目前因特網所采用的傳統的B/S或C/S模式，在傳統模式下，任何的網絡應用都要通過中心服務器才能完成，因此要求服務器有較高的性能。而P2P是一種分布式網絡，網絡中的任何一個對等體既可作為客戶端又可作為服務器端，P2P中每個對等體的地位都是平等的，它弱化甚至代替了服務器的功能，實現了對等體與對等體之間的直接互聯，因此P2P被廣泛的理解為Pc-to-Pc。

P2P網絡拓撲模式的發展經歷了三個階段:集中式P2P、分布式P2P和混合式P2P，目前主要采用混合式P2P。

1 集中式P2P

集中式P2P結構是最早的P2P應用模式，因其仍具有中心化的特點也被稱為非純粹的P2P結構。集中式P2P模式的拓撲結構類似于B/S，需要一個中心服務器來進行連接，但服務器作用只限于記錄各對等體共享資源的相關信息及響應對等體并生成共享資源的索引信息，與傳統的網絡模式不同的是，真正的共享資源保存在每個對等體上而不是在服務器上。當某個對等體要訪問其他對等體的共享文件時，只需服務器提供對方對等體的相關信息就可以建立一條直接互連的通道，無需服務器的干預(見圖1)，代表性網絡為Napster。

當某節點希望搜索一個不知道位置的資源時，該節點向目錄服務器發送請求，目錄服務器在數據庫中查詢到匹配的資源后將其定位信息返回該節點，然后在兩個節點之間執行交互。

集中式P2P具有維護簡單、檢索效率高的特點。但中心目錄服務器卻成為脆弱的瓶頸，如果該服務器失效，整個系統都會癱瘓。而且，不同等級的用戶連接速度也會使系統性能大大降低，容易出現單點故障。

2 分布式P2P

分布式P2P沒有中心服務器，各對等體隨機接入網絡，通過與其相鄰的對等體直接連接形成整個網絡體系，每個對等體的功能相似、地位平等。采用隨機圖的組織方式，利用TTL(Time-to-Live)，洪泛(Flooding)，隨機漫步或有選擇轉發等方式搜索網絡資源。當節點度數服從冪率(power—law)規律時，該方式能夠較快發現目標結點，而且面對網絡的動態變化體現了較好的容錯能力。代表性網絡是Gnutella。其拓撲如圖2所示。

由于沒有中心服務器記錄共享資源的索引信息等，對等體通過轉發請求共享資源的查詢包遍歷整個網絡獲取共享資源。

分布式P2P無中心化的特點避免了單點失效的問題，一個對等體失效并不影響整個網絡的正常運行，并且不容易受到網絡攻擊。但是由于沒有中央服務器保存對等體共享資源的索引信息，當對等體要獲取網絡資源時，必須使請求包遍歷整個網絡才能得到結果，由此產生許多無效的數據包，因此這種模式占用帶寬較大，而且需要花費很長時間才能有返回結果。

隨著P2P網絡規模的逐漸擴大，網絡開銷成指數級上升。因此準確性和可擴展性是非結構化網絡面臨的兩個重要問題。

3 混合式P2P

混合式P2P網絡結合了集中式結構和分布式拓撲的優點，網絡中存在著中間服務器，文件目錄是分布的。混合式P2P模式引入了超級對等體的概念，按其功能可將超級對等體分成索引對等體和搜索對等體等。混合式P2P將各對等體按性能分成普通對等體和超級對等體兩類，超級對等體保存其他對等體的共享資源的索引信息，若干普通對等體以超級對等體為中心形成一個類似集中式P2P模式的小型網絡，各小型網絡再通過其超級對等體相連形成一個大的混合P2P(見圖3)。

混合式P2P中的超級對等體即充當了集中式P2P的中心服務器，又起到了分布式P2P中普通對等體的作用，任何一個普通對等體搜索共享資源時都要通過超級對等體，其搜索步驟如下:

1)對等體首先將請求查詢發送到所屬小型網絡的超級對等體中，在超級對等體中搜索共享相關信息。

2)若超級節點能在其管轄區域查詢到共享資源的索引信息，則返回查詢信息。

3)超級節點查詢不到共享資源，則將請求查詢包發送給相鄰的超級對等體。

混合式網絡結構綜合了分布式P2P和集中式P2P兩種P2P模式的特點，保留了分布式P2P無中心化和集中式P2P快速查找的優勢。既能在一定程度上有效避免單點化的問題，又能在不占用大量帶寬的基礎上較快速的完成搜索。混合式P2P模式是目前最為流行的P2P模式，其代表軟件如Bit Torrent.

P2P并不是一個新概念，早在1969年ARPANET出現的時候，網絡應用的模式就是P2P。如今，P2P又回到了人們視線。盡管P2P技術現在還不成熟，但為我們提供了前所未有的自由和便利。隨著P2P研究的進一步深入，P2P技術將為信息社會帶來更多的機遇與挑戰。

參考文獻:

[1] 林宇，程時端，李琦.對等網絡[J].中興通訊技術，2006，12(1):57-60.

[2] 任浩.網格研究[EB/OL].http://grid.cs.tsinghua.edu.cn.

[3] 萬焱，鄭振華.P2P技術與應用研究綜述[J].軟件導刊，2006，(1).

[4] 周文莉，吳曉非.P2P技術綜述[J].計算機工程與設計，2006，(1).