P2P網絡資源發現方式探析

摘 要:P2P是一種依賴網絡中參與者的計算能力和帶寬而不把依賴都聚集在較少的幾臺服務器上的網絡技術。簡單介紹了集中式、混合式、無結構化分布和結構化分布四種體系結構下流行的P2P網絡的資源發現方式，通過實例分析了各體系下的典型應用并總結了各自的優缺點。

關鍵詞:P2P;體系結構;資源發現

中圖分類號:TP 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3198(2010)06-0274-01

P2P被稱為“對等”技術，它依賴網絡中參與者的計算能力和帶寬，而不是把依賴都聚集在較少的幾臺服務器上。P2P網絡的目標是高效定位資源以實現節點信息的有效聚合與共享。其特征:(1)是建立在Internet 上的overlay網絡，是分布式應用系統，節點間沒有集中式的控制或者分層結構。(2)節點間能通過本層路由協議進行對等通信。(3)核心操作是資源的高效、準確發現。

P2P系統的資源發現方式和拓撲結構有密切關系。P2P系統按照其節點組織方式可以劃分為以下四種體系結構。

1 集中式

集中式P2P網絡中存在一或多臺中央索引服務器負責提供目錄索引和資源搜索服務。所有節點的信息都存儲在中央索引服務器上，并靠它提供對資源的索引服務。節點加入P2P網絡時，要先向中央索引服務器注冊，建立索引。請求節點需要搜索資源時，向該服務器發送搜索請求。服務器根據請求查詢索引，再將結果返回給請求節點。請求節點收到索引信息后，與索引指出的目標節點聯系。中央服務器僅提供目錄服務，系統的關鍵功能如文件下載或分布式計算則由分布的單獨的節點完成。因此，這類系統并不是純P2P系統，而是混合P2P系統。Napster就是這種網絡的典型代表。

Napster由兩部分組成，Napster網站和Napster節點。Napster網站是服務器機群，每個服務器保存部分用戶共享文件索引信息，所有服務器整合起來對外面的用戶提供服務。每個用戶連接到機群中的一臺服務器。服務器記錄相連用戶的共享文件信息和用戶位置，并做成索引添加到索引表中。當用戶想要查詢某文件時，將query發送給與其相連的服務器，該服務器收到query后，與其它服務器協作處理，處理完成后將response返回給用戶，response包含所有查到的匹配文件的索引，用戶可以根據相應機制選擇需要的文件，并根據索引中文件所對應的位置跟相應用戶直接建立連接。

2 混合式

混合式P2P網絡中節點被分成了超級節點和普通節點。超級節點由具有良好性能及網絡帶寬的計算機擔任，而普通節點與超級節點相聯接。超級節點之間形成純粹的P2P網絡，而普通節點圍繞在作為主干的超級節點周圍。普通節點加入P2P網絡時，將選擇一個超級節點作為Hub節點，并向超級節點注冊自己的共享資源信息，而普通節點需要查找共享資源時，就向Hub節點提交請求，由Hub節點負責查找。典型代表就是KaZaa網絡。

KaZaa網絡中，選擇性能較高的節點作為超級節點，各超級節點之間形成非結構化拓撲，每個超級節點與一些普通節點形成集中式拓撲，即每個超級節點采用“文件索引”將文件標識符映射其相應的位置，這些文件索引分布在KaZaa超級節點中，每個節點為其所有的子普通節點共享的文件保存本地索引。KaZaa超級節點很像一臺Napster服務器，不同處在于KaZaa超級節點不恒定，非永久。搜索發現算法在超級節點間轉發，超級節點再將查詢信息轉發給適當終端節點。

3 無結構化分布式

無結構化分布式P2P系統采用去中心化的全分布式資源索引管理結構和通信模式，用戶和資源在系統中隨機分布和組織，對共享資源的查找只能通過鄰居轉交的方式進行。各節點都要維護一定數量的鄰節點信息，要查找資源時，給鄰居發送查詢消息，每個收到查詢消息的節點首先自檢共享內容，察看是否匹配，如存在匹配資源則返回結果，如無匹配資源則將查詢消息轉發給鄰居，如此重復，直到找到所需的資源。其中Gnutella是最具代表性的。

Gnutella網絡中所有節點都是對等的，各節點間直接通信，一個新節點首先訪問某特殊站點提供“主機緩存服務”得到活動地址將自己接入到Gnutella網絡，之后該節點通過探測網絡中其它對等機找到鄰節點。查找時，該節點先向所有鄰節點發送查詢消息，其它節點接收到該消息后檢查本地是否有符合查詢請求的內容，如有則按查詢消息發送的路徑返回一個查詢響應，無論本地是否有符合查詢的內容，其它節點都會將查詢包以洪泛的方式在網絡中繼續傳遞，直到TTL的值為0時才停止轉發。

4 結構化分布式

由于非結構化P2P網絡的拓撲圖是隨機圖，資源分布沒有很強的規律性，系統的可擴展性受到嚴重限制，后來提出了結構化P2P網絡。結構化P2P網絡基于確定的拓撲圖，主要采用分布式哈希(DHT)路由技術，它通過分布式哈希函數將輸入的關鍵字唯一映射到某節點上，然后通過某些路由算法同該節點建立連接。基于DHT的P2P網絡稱為結構化P2P網絡。下面以Tapestry為例討論:

在Tapestry網中每個結點都有自己的標識nodeID，每個數據對象也有其標識objectlD，每條消息也有其特定應用的AID(applicationID)，通過AID可以區分應用類型。Tapestry中，由一個稱之為對象的“root”結點來負責數據對象。理想情況下，找到一個nodeID與對象的objectID相等的結點，則有root(objectID)=nodeID，但這種情況很少發生，此時有root(objectID)=最接近objectID的nodeID。為提高對另面視前一篇情況可加可不加

作者簡介:顧晨，襄樊職業技術學院經濟管理學院，助理講師。象的可用性和持久性，Tapestry可通過多個散列值給一個對象制定多個root結點。Tapestry的路由算法為，當前結點選擇下一跳時，nodeID與objectID進行后綴匹配，最匹配的為下一跳，如:XXX3一>XX53一>X253一>7253(X表示任意數字)每個Tapestry結點都要維護一個層次結構的“路由表”以適應后綴匹配路由規則，路由表中每一層的結點都要與自身nodeID匹配一定位數后綴。通過上述路由表，Tapestry的后綴匹配路由策略變得高效、容錯。一般路由的第m跳所到達的結點至少與目的結點ID的m位后綴相匹配。

P2P網絡資源發現的每種方式都有自己的優缺點和應用場合。

集中式的優點是簡單。因為資源發現可以由中央目錄來實現，所以非常靈活、高效。但由于集中式P2P網絡與傳統的C/S結構類似，中心服務器成為整個系統的瓶頸，易造成單點失效、網絡熱點、訴訟、可擴展性差等問題，同時也易導致技術失效或成為惡意攻擊的目標。如果服務器因為某些原因失效，則P2P網絡可能全面崩潰。

混合式是在純P2P網絡基礎上引入了一定程度的集中化處理，由于引入了局部中心的概念，混合式P2P網絡也在一定程度上存在中心點問題，作為局部中心的超級節點易于受到攻擊，容錯性也受到影響，繼而給樹葉節點帶來影響;另外普通節點需要定期更新在Hub節點上的共享資源信息，這些更新的開銷也較大。

無結構化分布式容錯性好能夠較快發現目的節點，支持復雜的查詢，抗“抖動”性強。洪泛方法發布請求、搜尋資源，具有較高的穩定性，但大部分情況下效率較低，定位稀疏資源困難，系統的擴展性差。

結構化分布式的最大優點是能在O(logN)( N為系統中節點的數目)的跳數之內完成文檔的路由和定位，便于資源查找，減小開銷。出于冗余度以及延時的考慮，大部分基于DHT的P2P系統總是在節點的虛擬標識與關鍵字最接近的節點上備份冗余信息，避免了單一節點失效的問題。但結構化的資源組織方式由于要維持嚴密的結構，其維護開銷遠高于無結構化P2P網絡，節點退出網絡或崩潰帶來的危害也遠高于無結構化P2P網絡。為了對抗網絡動態性，增強網絡彈性，結構化P2P網絡都設計了專門的方法來對付節點崩潰，但這些方法導致了更大的開銷。DHT之后，P2P網絡節點間相鄰關系與實際物理網絡并沒有聯系，產生了拓撲失配問題，從而導致資源發現性能降低。結構化P2P網絡僅支持精確關鍵詞匹配查詢，無法支持內容/語義等復雜查詢。

參考文獻

[1]張文，趙子銘.P2P網絡技術原理與C++開發案例[M].北京:人民郵電出版社，2008.