计算机网络原理课程设计(P2p技术的分析).

计算机网络原理课程设计（P2p技术的分析）前言对等网络（P2P）技术是目前国际计算机网络技术领域研究的一个热点，被《财富》杂志誉为将改变互联网未来的四大新技术之一，目前微软、Sun、IBM等很多著名的企业和公司都投入到对P2P技术的研究之中。

P2P计算并非一种全新的技术，在20世纪70年代就已出现，其典型代表是USENET和FidoNet两个分散、分布的信息交换系统，真正的P2P技术的大规模应用起源于文件交换软件Napster。

虽然“客户/服务器”模型是目前互联网上占统治地位的计算模型，但从某种意义来说，P2P计算可以说是一种向传统互联网技术的回归，体现了互联网的本质，因为互联网最初的设计目标就是让网络上的计算机互相之间可以直接通信而不需要中介。

近年来，互联网上P2P业务发展迅速，已经成为宽带互联网业务的主流。

P2P技术将各个用户互相结合成一个网络，共享其中的带宽，共同处理其中的信息。

与传统的客户机——服务器模式不同，P2P工作方式中，每一个客户终端既是客户机又是服务器。

以共享下载文件为例，下载同一个文件的众多用户中的每一个用户终端只需要下载文件的一个片段，然后互相交换，最终每个用户都能得到完整的文件一、P2P技术概述对等网络（P2P，Peer to Peer）是一种资源（计算、存储、通信与信息等）分布利用与共享的网络体系架构，与目前网络中占据主导地位的客户机服务器（Client/Server，C/S）体系架构相对应。

P2P可以用来进行流媒体通信（如话音、视频或即时消息），也可以传送如控制信令、管理信息和其它数据文件，具体的应用如Napster MP3音乐文件搜索与共享、BitTorrent多点文件下载和Skype VoIP话音通信等。

开始的互联网基本的协议TCP/IP，它解决的是异机种计算机互联，所有设备的通信（Email、Ftp、bbs）都是对等的，它们是上下左右各向同性的。

基于Web应用，使C/S结构获得巨大成功，人们通过Client 上的浏览器来操作或访问远处的网站上的Server，用户所处理的数据与应用处理软件都存放在Server上。

随着互联网应用的进一步普及，集中计算与存储及其C/S网络架构在功能上的缺陷正逐渐暴露出来。

集中计算与存储的架构使每一个中央Server支持的网站成为一个个的数字孤岛。

Client上的浏览器很容易从一个孤岛轻易跳到另一个孤岛，但是很难在客户端对它们之间的数据进行整合。

网络的能力和资源（存储资源、计算资源、通信资源、信息资源和专家资源）全部集中在中央Server。

在这种体系架构下，各个中央Server之间也难以按照用户的要求进行透明的通信和能力的集成，它们成为网络开放和能力扩展的瓶颈。

与C/S网络架构相反，P2P的网络架构在进行媒体通信时不存在中心节点，节点之间（Peer）是对等的，即每一个节点可以进行对等的通信，各节点同时具有媒体内容(Content)的接收、存储、发送和集成及其对媒体元数据（Metadata）的搜索和被搜索功能等。

这种网络架构所带来的优点是P2P网络各节点的能力和资源可以共享，理论上来说网络的能力和资源是P2P各节的总和。

内容不再集中在网络的中央Server，而是分布在靠近用户的网络边缘的各P2P节点上。

P2P技术的应用使得业务系统从集中向分布的演化，特别是服务器的发布化，克服了业务节点集中造成的瓶颈，大大降低系统的建设和使用成本、提高网络及系统设备的利用率。

二、主要的P2P模式结构分析P2P模式的变化经历了集中式、分布式和混合式3个阶段。

P2P技术起源于文件交换技术，在P2P的发展过程中，文件交换技术的演变最具代表性，下面我们就以典型的P2P文件交换软件为例来研究P2P 模式的几种主要形式。

2.1 集中式对等网络Napster提供的MP3下载服务就是最早的P2P实践。

它并不提供MP3音乐资源，只是提供动态刷新的MP3目录服务。

音乐资源散布在全球互联网上的用户手中，借助Napster几乎可以找到任何一首歌曲，这是一种集中式对等网络模式。

集中式P2P模式由一个中心服务器来负责记录共享信息以及反馈对这些信息的查询；每一个对等实体要对它所需共享的信息以及进行的通信负责，根据需要下载它所需要的其他对等实体上的信息。

这种形式具有中心化的特点，但是它不同于传统意义上的Client/Server模式。

因为传统意义上的Client/Server 模式采用的是一种垄断的手段，所有资料都存放在服务器上，客户机只能被动地从服务器上读取信息，并且客户机之间不具有交互能力；而集中式P2P模式则是所有网上提供的资料都存放在提供该资料的客户机上，服务器上只保留索引信息，此外服务器与对等实体以及对等实体之间都具有交互能力。

集中目录式P2P模型还存在很多问题，主要表现为：中央服务器的瘫痪容易导致整个网络的崩溃，可靠性和安全性较低；随着网络规模的扩大，中央目录服务器维护和更新的费用将急剧增加，所需成本过高；中央服务器的存在引起共享资源在版权问题上的纠纷，这也是直接导致Napster破产的原因；缺乏有效的强制共享机制，资源可用性差。

集中式P2P可提供中心服务器目录检索、管理服务和标准的点到点通信，具有高效的检索和低效的交换服务的特点。

集中式P2P对小型网络而言在管理和控制方面占有一定的优势，但对大型网络并不适合。

2.2 分布式对等网络Napster因为中央服务器的存在引起的版权纠纷导致了它的破产，以Gnutella和eDonkey或eMule 为代表的后来者们吸取了Napster失败的教训，将Napster的理念推进一步。

当用户PC安装这些软件后，就会立即变成一台能够提供完整目录和文件服务的服务器，并会自动搜寻其他同类服务器，从而联成一台由无数PC组成的网络超级服务器。

与Napster网络不同，它不存在中枢目录服务器，或者说把所有机器都变成了服务器，这就是第二代P2P――分布式P2P。

在分布式P2P中，对等机通过与相邻对等机之间的连接遍历整个网络体系。

每个对等机在功能上都是相似的，并没有专门的服务器，而对等机必须依靠它们所在的分布网络来查找文件和定位其他对等机。

以Gnutella网络为例，一台新对等机首先通过访问某特殊站点提供的“主机缓存服务”（Host Cache Services）机制来得到一台活动对等机地址，通过与它建立一个连接将自己接入Gnutella网络；接着，该新对等机主动探查网络中的其它对等机，找到与之相邻的对等机节点，在进行文件查找时，该对等机首先向与之相邻的所有活动对等点发送一个查询描述符Query，在其他对等机接收到该查询描述符后，检查本地是否有符合查询请求的文件内容，如果有，则按查询描述符的发送路径返回一个查询响应描述符QueryHit，无论本地是否存在符合查询请求的文件内容，其他对等机都会将该查询包通过扩散方式继续在网络中传递，直至查询包中TTL（Time of Life）属性值递减为0时才停止继续转发；一旦定位了响应查询文件的对等机之后，就与响应对等机建立TCP连接，通过HTTP协议从响应对等机中下载自己查询的文件。

文件的传输不再经过Gnutella网络进行。

分布式对等网络模型也存在很多弊端，主要表现在以下方面：搜索请求要经过整个网络或者至少是一个很大的范围才能得到结果，因此，这种模式占用很多带宽，而且需要花费很长时间才能有返回结果。

随着网络规模的扩大，通过扩散方式定位对等点及查询信息的方法将会造成网络流量急剧增加，从而导致网络拥塞，最终使Gnutella网络被分片，使得查询访问只能在网络很小的范围内进行，因此，网络的可扩展性不好，不适合大型网络。

纯分布式的P2P模式很难被企业所利用，因为它缺少对网络上的用户节点数以及对他们提供的资源的一个总体把握。

安全性不高，易遭受恶意攻击，如攻击者发送垃圾查询信息，造成网络拥塞等。

这种无中心、纯分布式系统的特点是：它不再是简单的点到点通信，而是更高效、更复杂的网络通信；eDonkey和eMule等软件引入了强制共享机制，在一定程度上避免了第一代P2P纯个人服务器管理带来的随意性和低效率。

2.3 混合P2P网络集中式P2P有利于网络资源的快速检索，并且只要服务器能力足够强大就可以无限扩展，但是其中心化的模式容易遭到直接的攻击；分布式P2P解决了抗攻击问题，但是又缺乏快速搜索和可扩展性。

混合式P2P结合了集中式和分布式P2P的优点，在设计思想和处理能力上都得到了进一步的优化。

它在分布式模式的基础上，将用户节点按能力进行分类，使某些节点担任特殊的任务。

这些节点共分为3种：用户节点：普通节点，它不具有任何特殊的功能。

搜索节点：处理搜索请求，从它们的“孩子”节点中搜索文件列表，这些节点必须有128 kbit/s RAM 的网络连接速度，建议使用高性能的处理器。

索引节点：连接速度快、内存充足的节点可以作为索引节点。

索引节点用于保存可以利用的搜索节点信息，并搜集状态信息，维护网络结构信息。

一个节点可以既是搜索节点又是索引节点。

用户节点可以选择3个搜索节点作为它的“父”节点，如果“父”节点接受该用户节点作为它的“孩子”的话，那么该用户节点就可以提交其所要共享的列表给它的“父”节点。

在缺省的情况下，搜索节点可以最多维护500个“孩子”节点。

在第三代P2P的软件体系结构中，采用了混合式P2P。

这种模式的关键之一是引入了索引节点，索引节点不会直接连接到有版权的资料上，它就像搜索引擎一样，只是搜索和所需资料相关的地址，至于用户到底连接下载了什么内容则和它无关。

这种模式的关键之二是引入搜索节点，搜索节点管理着所属用户的文件列表。

用户节点通过索引节点获得搜索节点信息，之后用户节点就与获得的搜索节点相连，每一次查询都通过该搜索节点进行。

当用户发出搜索请求后，如果和用户节点直接相连的搜索节点查询结果达到100个（这里的100个搜索结果，可以由用户自己来设定）就停止；如果不足100个，就向相邻的搜索节点发出请求，如果查询结果还不够，就继续向外快速发散，直到所有的搜索节点都被搜索到为止。

若所有的搜索节点都被访问过，就意味着整个网络上的节点都被搜索到了，其速度要比纯P2P模式快得多。

BT就是第三代混合式P2P网络的典型代表，开创了新一代P2P的潮流，它批判地继承了前辈产品的优点，将中心目录服务器的稳定性同优化的分布式文件管理结合起来，从而在效率上远远超出了eDonkey这类产品。

它要求提供一个或多个统一的Web发布服务器，以供发布和搜寻资料。

在客户端，它通过一个IE 插件提供下载、上传管理。

BT把一份大文件切割成碎片，为每一个碎片标上特殊标识，用户无需到一个固定地点。

三.P2P应用目前应用主要有三大类，3.1 P2P内容共享包括共享文件下载BT，edonkey Gnutella、搜索和检索Bearshare、内容分发、网络存储和对等广播Peercasting等。