对等网络概念原理机制及应用[1]

对等网络概念原理及应用

一、对等网络概述

1.1 对等网络的定义

集中式管理与控制模式网络结点在功能上是不平等的，总有一些少数结点在网络中占居中心主导地位，管理其它从属结点可执行的操作，控制它们间的信息交互。其特点是网络管理复杂度小且易于控制，但不足是网络工作效率低、规模扩展性不好且存在单点故障。

分布式管理与控制模式网络结点在功能上是平等的，网络中没有结点比其它结点拥有更大的特权，网络的管理与控制有各个结点间的相互协作来完成的。其特点是网络工作效率高、规模扩展性强，但网络管理复杂度大且不易于控制。

虽着因特网规模的不断扩大与应用功能的不断扩展，目前因特网主流应用模式---客户服务器模式已不能满足用户的实际需求。迫切需要新的应用模式。

对等计算思想本质：打破传统的网络集中管理与控制的客户服务器模式，使网络成员享有自由、平等、互联的权力。

对等网络（Peer-to-Peer network，P2P）：分布式系统与计算机网络相结合的产物，是采用对等计算模式工作的计算机网络（应用服务）。每个节点在行为上是自由的，在功能上是平等的，在关系上是互联的。所有节点分布式地自组织成一个整体网络，能够极大地提高网络效率，充分地利用网络带宽，发挥每个网络节点的潜能。

对等计算起源于1956年，但由于当时的网络技术条件的限制与网络应用没有充分地发展起来，一直未引起学术、工业与商业界重视，因此，它的发展十分缓慢。

网络应用实践表明：任何一种思想、理论与技术的流行通常需要一个杀手级的应用（killer application）,以一种征服性的力量冲击人们的传统思维。对等网络的杀手锏级的应用则出现在1999年，第一个应用性对等网络Napster，一种音乐下载软件，创造了在半年时间内拥有5000万用户的网络奇迹，向世人展示了对等网络的优异性能和巨大潜力。继Napster之后，又有一系列随着人们耳熟能详的对等网络应用软件，如Gnutella、KaZaA、BitTorrent、eDonkey/eMule、Skype

等，进入了日常网络应用之中，其流量占据Internet总流量的一半以上，已成为改变Internet的新一代网络应用技术

从对等网络的设计思想出发，兼顾已有的网络体系结构和出现的时间两方面因素，对等网络可分为三代：

第一代混合式对等网络它是C/S与P2P两种模式的混合结果；

第二代无结构对等网络它以分布、松散的结构来组织网络；

第三代结构化对等网络它以准确、严格的结构来组织网络，并能有效地定位节点和数据。

对等网络与已有的TCP/IP的关系

对等网络应用与以前讲述的客户/服务器模式、集中式系统与分布式系统等均都是指工作在应用层上的工作方式，而TCP/IP体系的下三层通常采用标准与单一的工作方式，为应用层不同的工作方式提供服务的。

对等网络的核心机制

对等网络是在应用层建立逻辑上的覆盖网络（Overlay Network）,它不考虑下面三层是如何工作的，将注意力集中于覆盖网络的设计与优化上。注意覆盖网络中两个节点间的路径序列与其对应在IP网络中路径序列常常是不一致的。（图陈贵海p.5图1.1.4）

对等网络的核心机制是由围绕在一个确定覆盖网络结构上采用某种方法能准确与快速地路由消息和定位数据对象的一系列处理过程组成。

这些处理过程主要如下：覆盖网拓扑结构、分布式散列表、路由和定位、查询和搜索、动态结点算法以及容错性。

例如在有结构的覆盖网络上依靠分布式散列函数（Distributed Hash Table,DHT）能准确与快速地路由消息和定位数据对象。

这个核心机制的不足是语义模糊查询的困难和对动态网络环境中错误行为的容忍性下降。

1.2 对等网络的发展历程

第一阶段（1999-2000）：混合结构的对等网络

1999年Shawn Fanning 开发了世界第一个应用性P2P网络软件Napster，它是第一代

P2P网络---混合式P2P体系（Hybrid P2P architecture）中最杰出的代表，向世界传达P2P思想精髓，展现其巨大的潜力。

2000年3月第一个无结构的P2P网络Gnutella诞生于NullSoft公司，揭开无结构对等网络应用的序幕。

与前两个系统主要用于交换文件的应用目的不同，一“自由、安全与匿名”著称的无结构网络-----Freenet问世了，其目的是共享Internet上的计算机资源。实际上，它是一个不受限制、不受审查得信息发布与获取平台。

还有kaZaA、eDonkey等系统。

2000年，著名出版人O’Reilly组治疗一次意义重大的P2P峰会。2000年8月Intel公司宣布成立P2P工作组，IBM,HP等公司纷纷加入其中。2002年Intel公司发布了基于.NET基础架构的P2P Accelerator Kit （P2P加速工具包）和P2P安全API软件包，从而使人们能在微软环境下迅速地建立P2P安全Web应用。IBM与HP利用P2P技术共同推出了开放存储系统，使用户可以方便地从用户硬盘向服务器上复制数据。HP公司还基于P2P技术的对等网网络打印机。

第二阶段（2001-2003）：无结构的对等网络

此阶段结构化的P2P体系的对等网络出现，其典型结构有：Chord、CAN、TapeStry,CFS、OceanStore、PAST等。2004年Ray Ozzie创立了Groove公司，开发了Groove Virtual Office(虚拟办公室)，其目标是利用P2P技术营造一个Internet协同办公平台。2002年5月Merkur 继承eDonkey的主要功能，开发了eMule系统，获得了比eDonkey系统更好的性能。2002年10月，新一代混合式P2P网络Bit Torrent(BT)推出，它基于文件的分散式服务器，将共享同一个文件的用户组成一个独立的子网。

2003年，商业上诞生了一颗璀璨的新星---Skype公司，它是全球第一家基于P2P技术的及时通信公司。它采用P2P技术为用户提供免费或廉价的语音通话服务，使用端到端的加密技术保证通信的安全可靠。

微软公司开发了windows XP P2P 软件开发包，使用户能在XP上编写P2P应用程序。

第三阶段（2004-2006）：结构化的对等网络

2004年，在IPDPS会议上基于CCC拓扑的Cycloid常数度P2P模型被提出，它兼有常数度、超立方体、环形等多种属性，可看成是对此前诸多结构化P2P模型的一个总结。从Cycloid的提出可以看出，P2P网络的主要问题、核心机制、整体架构已形成，人们对这些重大问题的看法已达成共识，下一步的工作应该主要放在更具体、更高效、更实用的方面。例如将各种不同P2P系统，像web应用那样整合起来，甚至将P2P与Web整合起来。