对等网络知识讲解

P2P技术的应用（3）
基于P2P方式的协同处理与服务共享平台：
P2P技术将众多终端空闲的CPU资源联合起来，服 务于一个共同的计算。
计算任务（包括逻辑与数据等）划分成多个片，分 配到参与计算的P2P节点上；计算结果返回给一个 或多个服务器；众多结果整合得到最终结果。
最著名的P2P分布式科学计算系统为搜索外星文明 的SETI@home科学实验。
自1999年以来，P2P研究得到学术界和商业组织的 广泛关注，同时该技术也一直饱受争议。
P2P技术被广泛应用于计算机网络的各个应用领域， 如文件共享、流媒体直播与点播、分布式科学计算、 语音通信、在线游戏支撑平台等。
目前以文件共享为代表的P2P应用已成为因特网上增 长最迅速的应用。
P2P技术的应用（2）
每个节点都有一些资源（处理能力、存储空间、 网络带宽、内容等）可以提供给其它节点。
节点之间直接共享资源，不需要服务器参与。 所有节点地位相等（称对等方），具备客户和
服务器双重特性。 可缓解集中式结构的问题，充分利用终端的丰
富资源。
P2P技术的发展
P2P技术的第一个应用是Napster文件共享系统 （1999-2000），用户通过该系统交换音乐文件。
每个用户随机接入网络，并与自己相邻的一组节点 通过端-端连接构成一个逻辑覆盖网络。
对等节点之间的内容查询和内容共享均直接通过相 邻节点广播接力传递。
每个节点记录搜索轨迹，防止产生搜索环路。 Gnutella是应用最广泛的全分布式非结构化拓扑。
Gnutella早期的拓扑结构
要下载文件的计算机以文件 名或关键字生成一个查询， 发送给与它相连的所有计算 机。
仅支持精确关键词匹配查询，无法支持内容/语 义等复杂查询。
这种结构目前还没有大规模成功应用的实例。
2.4 半分布式结构
P2P技术的应用（4）
即时通信交流：
VoIP是一种全新的网络电话通信业务，Skype 就是一款典型的P2P VoIP软件。
Skype的出现给传统电信业带来强烈的冲击，截 至2011年年底，Skype占有全球长途通话时长 的33%。
Skype仍在迅速向各个国家渗透。
P2P系统的定义
P2P系统是一个由直接相连的节点所构成的 分布式系统，这些节点能够为了共享内容、 CPU时间、存储或者带宽等资源而自组织形 成一定的网络拓扑结构，能够在适应节点数 目的变化和失效的同时维持可以接受的连接 能力和性能，并且不需要一个全局服务器或 者权威的中介支持。
最早出现的P2P网络结构，也称集中目录式 结构，或非纯粹的P2P结构。
优点：
维护简单，资源发现效率高。
缺点：
单点故障；扩放性差；版权问题。
对小型网络而言在管理和控制方面有一定优 势，不适合大型网络应用。
Napster文件共享系统
中央索引服务器保存所有用户 上传的音乐文件索引和存放位 置。
对等网络
Peer-to-Peer Networks （P2P）
1. 概述
传统的因特网应用采用客户-服务器模式：
所有内容与服务在服务器上，客户向服务器请求 内容或服务，客户自己的资源不共享。
这种集中式结构面临服务器负载过重、拒绝服务 攻击、网络带宽限制等难以解决的问题。
对等计算模型
在对等网络中：
每个节点通过散列其IP地址， 得到一个128位的节点标识 符。
所有节点标识符形成一个环 形的node ID空间，其中只 有一部分对应了实节点。
Key的散列值为d46a1c的 内容存放在节点d467c4上。
全分布式结构化拓扑的特点
优点：
采用确定性拓扑结构，DHT可以提供精确发现。
缺点：
维护机制较复杂，尤其是节点频繁加入/退出造 成的网络波动会极大地增加维护DHT的代价。
2. P2P网络的拓扑结构
P2P系统的主要概念之一是分散，包括分布式存储、 处理、信息共享和控制信息。
根据P2P系统的分散程度，可以将P2P架构分成纯分 散式和混合式。
根据结构关系可以将P2P系统细分为四种拓扑形式：
中心化拓扑 全分布式非结构化拓扑 全分布式结构化拓扑 半分布式拓扑
2.1 中心化拓扑
块，并成为这个散列块的管理者。 每个节点按照一定的方式被赋予一个惟一的Node ID。 资源对象的名字或关键词通过一个散列函数映射为128
位或160位的散列值，资源对象存储在Node ID与其散 列值相等或相近的节点上。 需要查找资源时，采用同样的方法定位到存储该资源的 节点。
基于DHT的节点组织
缺点：
查询结果可能不完全，查询速度较慢； 网络规模较大时，消耗网络带宽多，易造成部分低带宽节
点因过载而失效，影响网络的可用性； 容易受到垃圾信息甚至是病毒的恶意攻击。
2.3 全分布式结构化拓扑
采用分布式散列表（DHT）组织网络中的节点：
DHT是由广域范围内大量节点共同维护的巨大散列表。 散列表被分割成不连ຫໍສະໝຸດ Baidu的块，每个节点被分配一个散列
P2P媒体网：
P2P也非常适合流媒体直播与点播，因此P2P研 究热点迅速转移到P2P的流媒体上。
目前P2P非常广泛的一个应用是网上实时电视， 提供节目的成本很低，用户却可以得到较好的收 视质量。
流行的软件包括Coolstreaming、AnySee、 Gridmedia、PPLive和PPStream等。
存在该文件的计算机与查询 机器建立连接；否则继续向 自己的邻居节点洪泛。
重复该过程，直至找到文件 为止。
一般通过TTL值控制查询的 深度。
全分布式非结构化拓扑的特点
将覆盖网络看成完全随机图，节点之间的链路没有遵 循某些预先定义的拓扑来构建。
优点：
解决了网络结构中心化的问题，扩展性和容错性较好； 支持复杂的查询（如多关键词查询、模糊查询等）。
用户需要某个音乐文件时，先 查询中央索引服务器，得到存 有该文件的节点信息。
用户选择合适的节点建立直接 连接。
Napster首先实现了文件查询 与文件传输的分离。
Napster的拓扑结构
2.2 全分布式非结构化拓扑
也称纯P2P结构，取消了中央服务器，每台机器是 真正的对等关系（称为对等机）。