P2P相關(guān)技術(shù)的研究

李秀君，李成

（蘭州交通大學(xué)電子與信息工程學(xué)院 蘭州 730070）

0 引言

P2P起源于20世紀60年代后期APPANET的建立，它的最初目標是共享美國研究機構(gòu)間的計算資源和文檔，在這個系統(tǒng)中，并沒有C/S（客戶端/服務(wù)器）這種模式，主機相互之間都是平等的，這便是P2P（對等網(wǎng)絡(luò)）思想的核心，雖然這個網(wǎng)絡(luò)既不是自組織的，也沒有完整的體系，但是，可以說從APPANET誕生那一刻起，最早的P2P思想的雛形也就隨之出現(xiàn)了[1]。

到目前為止，網(wǎng)絡(luò)的連接模式主要分為集中模式、分布模式和混合模式，其中，集中模式的集中P2P模式、分布模式和混合模式是P2P模式的3個主要發(fā)展階段。

集中模式主要分為C/S模式、CDN（內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)）模式和集中P2P模式，它們網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點的地位都不平等，即服務(wù)器處于主導(dǎo)地位，客戶端處于從屬地位。C/S模式分為基于一臺高性能中心服務(wù)器的C/S模式和基于一組帶有負載均衡機制的同構(gòu)或異構(gòu)的服務(wù)器組的C/S模式，它們要求所有的資源都集中存儲在服務(wù)器上，并且客戶端所執(zhí)行的操作以及客戶端之間的信息交換都要受到服務(wù)器的控制。這一方面限制了系統(tǒng)的擴展性，一方面也浪費了寶貴的骨干網(wǎng)帶寬。CDN模式將部分或全部的服務(wù)器資源傳送到置于網(wǎng)絡(luò)“邊緣”的緩存服務(wù)器中，使用戶能就近獲取資源，在增加了系統(tǒng)容量的同時，也減輕了骨干網(wǎng)帶寬的壓力。集中P2P模式，弱化了中心服務(wù)器的功能，它只負責(zé)記錄共享資源的索引信息，實現(xiàn)了文件查詢和文件下載的分離，極大地減輕了服務(wù)器的負擔(dān)[2]。

分布模式按照對信息定位是否有嚴格的限制，分為結(jié)構(gòu)化P2P模式和非結(jié)構(gòu)化P2P模式，它們完全取消了服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點都處于平等的地位，它們在享受其它節(jié)點提供的資源的同時也為其它節(jié)點提供服務(wù)。非結(jié)構(gòu)化P2P模式，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡單隨意，適用于信息發(fā)布、即時通信等主機隨時加入和退出的情況，并且支持復(fù)雜查詢，但是由于它采用了洪泛式搜索和隨機轉(zhuǎn)發(fā)機制，使發(fā)現(xiàn)的可擴展性和準確性受到了很大的制約。結(jié)構(gòu)化P2P模式，資源并不是隨機存儲在節(jié)點上，而是以一種使得查詢更加高效的方式來存儲的[3]。它通過DHT技術(shù)，形成具有某種結(jié)構(gòu)的邏輯拓撲，并將各個資源的位置信息按照某種規(guī)則保存到確定的節(jié)點上，從而提供準確的發(fā)現(xiàn)。但是，節(jié)點頻繁加入和退出會造成網(wǎng)絡(luò)波動，會極大增加DHT的維護代價，而且DHT不支持復(fù)雜查詢。

混合模式，即混合式P2P系統(tǒng)，它既具有集中模式的易管理性，又繼承了分布模式的可擴展性，在異構(gòu)的P2P網(wǎng)絡(luò)中是一種較好的模式選擇。

1 P2P技術(shù)目前存在的問題及解決方法

1.1 目前存在的問題

P2P可以被簡單的定義為通過直接交換來共享計算機資源和服務(wù)[4]。在傳統(tǒng)的P2P方式下，數(shù)據(jù)節(jié)點的選擇和傳輸都是隨機的，這占用了運營商大部分的網(wǎng)絡(luò)帶寬資源，并且這種占用不僅無法給運營商帶來收入，還影響到運營商的其他應(yīng)用的正常運行，從而屢屢有運營商限制P2P應(yīng)用的情況發(fā)生，但是，從推進互聯(lián)網(wǎng)市場發(fā)展的角度看，這既不利于推進互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈的進一步成熟，也不利于形成網(wǎng)絡(luò)運營商與互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容及應(yīng)用提供商之間合作共盈的局面。而且，無論是ISP，還是P2P軟件廠商，想要單方面解決兩者之間的網(wǎng)絡(luò)資源分配和優(yōu)化問題的可能性都很小，并且純粹基于本地化的鏈接也存在一定的問題。

1.2 解決辦法

為了解決上述問題，耶魯大學(xué)的謝海永博士提出了P4P理論。所謂P4P，是“Proactive network Provider Participation for P2P（電信運營商主動參與P2P網(wǎng)絡(luò)）[5]”的簡稱，被譽為電信級別或者運營商級的P2P文件傳輸系統(tǒng)，它將成為網(wǎng)絡(luò)分享機制與電信運營商之間關(guān)系的歷史轉(zhuǎn)折點[6]。

P4P技術(shù)在原有P2P體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加了iTracker，它含有整個ISP的網(wǎng)絡(luò)信息[7]。系統(tǒng)通過綜合考慮iTracker提供的網(wǎng)絡(luò)信息和P2P軟件廠商的要求，對節(jié)點的選擇和資源的傳輸進行優(yōu)化，以便讓P2P更好的使用網(wǎng)絡(luò)資源。

iTracker將網(wǎng)絡(luò)拓撲抽象為PID(模糊ID)和連接PID的鏈路的集合，并給PID之間的鏈路分配或計算出一個virtual cost，具有相同的PID的結(jié)點具有相似的網(wǎng)絡(luò)成本[8]。P4P既可以在每個ISP的服務(wù)器中獨立部署一個iTracker，又可以是由受信任的第三方來運營一個由多個ISP共享的iTracker。

當有新節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)時，新節(jié)點將獲得由自己的IP地址映射而成的PID和AS號，然后向appTracker注冊并將這些信息交給appTracker。其中，自治系統(tǒng)（Autonomous System ,簡稱AS）是組成因特網(wǎng)的相對獨立的網(wǎng)絡(luò)，在AS內(nèi)有自主的路由策略，在AS之間通過公共網(wǎng)絡(luò)訪問點和邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議交換路由信息。每個自治系統(tǒng)都被分配一個全球唯一的標識號，即自治系統(tǒng)號( Autonomous System Number，ASN )，可以依據(jù)ASN將P2P網(wǎng)絡(luò)分成不同的區(qū)域和層次[9]。

1.3 P4P的工作原理

當請求節(jié)點需要查詢某個資源時，首先通過某種資源定位算法得到存儲該資源的資源節(jié)點的IP地址列表，然后將該列表傳送給 appTracker并向它發(fā)送資源優(yōu)化請求；

appTracker保存了IP地址與PID的映射表，可將得到的IP地址列表轉(zhuǎn)化為PID列表，并向iTracker尋求來自ISP的指導(dǎo)，iTracker通過政策、信息接口向appTracker返回從請求PID到各個資源PID的virtual cost、策略等信息； appTracker還可以向iTracker請求分配一個固定的高性能的服務(wù)器用于輔助內(nèi)容分發(fā)，iTracker將通過能力接口將服務(wù)器的地址返回給appTracker；

appTracker通過權(quán)衡P2P應(yīng)用的需求和iTracker提供的信息，從資源節(jié)點的列表中選擇一組效率較高的節(jié)點，并將所選擇的節(jié)點的PID列表映射為IP地址列表，若有iTracker回復(fù)的服務(wù)器的地址，則把它一起加入到返回節(jié)點列表中；

appTracker將返回節(jié)點列表發(fā)送給請求節(jié)點，然后請求節(jié)點與資源節(jié)點（結(jié)點或服務(wù)器）直接建立連接，進行資源的下載。

2 結(jié)論

隨著寬帶互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和個人計算機性能的不斷發(fā)展，P2P 技術(shù)在互聯(lián)網(wǎng)上的應(yīng)用日益廣泛，與此同時，由于P2P節(jié)點在連接和傳輸時完全不考慮底層實際網(wǎng)絡(luò)的拓撲和鏈路狀況，造成了帶寬吞噬，并且使ISP花費了很多代價得出的優(yōu)化路徑失去了意義。在這種情況下，P4P技術(shù)應(yīng)運而生，它更多的選擇同一路由器或地域性網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點來進行數(shù)據(jù)交換，大大提高了數(shù)據(jù)的傳輸能力。當然，P4P的運行機制，要遠遠超過“同城交換”的概念，它還會根據(jù)用戶的上傳、下載帶寬進行綜合判斷，從而最大化整體交換的效率[10]。例如，當存儲某一資源的各個節(jié)點的上傳、下載帶寬相差不多時，可盡量將用戶的點對點的資源傳輸范圍限制在同一地區(qū)、同一運營商網(wǎng)絡(luò)之內(nèi)的兩個節(jié)點之間，這樣既能有效提高用戶的網(wǎng)絡(luò)上傳、下載速度，又能盡量避免支付跨網(wǎng)的流量費用。但是，若臨近的、同一運營商的節(jié)點的帶寬遠小于其它節(jié)點的帶寬時，P4P便會判斷，是和前者交換效率最優(yōu)，還是和后者交換效率更好。這不是預(yù)先設(shè)定的，而是由網(wǎng)絡(luò)運營商的網(wǎng)絡(luò)策略、使用情況等因素共同決定的。

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