网络新技术
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容/语义等复杂查询。
四种结构性能比较
比较标准／ 拓扑结构
可扩展性
中心化拓扑 差
半分布式拓扑 全分布式非 全分布式结 结构化拓扑 构化拓扑
中
差
好
可靠性
差
中
好
好
可维护性
最好
中
最好
好
发现算法效 率
复杂查询
最高 支持
中 支持
中 支持
高 不支持
4. P2P应用举例
P2P应用举例 -NAPSTER原理
4.3.2.1
... Publish
I have X! 123.2.21.23
P2P应用举例 - KAZAA原理（续）
search(A) --> 123.2.22.50
123.2.22.50 Query
Where is file A?
Replies
search(A) --> 123.2.0.18
123.2.0.18
华中科技大学—AnySee 基于P2P的在线电视直播--PPLive
视频直播系统，支持部分NAT和防火墙穿越。
…
参见P2P门户网站http://www.ppcn.net/
5. P2P中存在的问题和挑战
接受和使用(最主要的挑战)
每个Peer端依赖另一端提供服务，故必须存在大量可用的Peers提供 服务
就是"点对点"的意思，把文件分文一个个小包传 送出去，通常可以很多人共享这些小包互相传送, 所以人越多传送速度越快。
A
D
B
C
A
D
B
C
4. P2P网络中的拓扑结构
拓扑结构定义
拓扑结构是指分布式系统中各个计算单元之间的 物理或逻辑的互联关系。
P2P拓扑结构分类
➢ 非结构化拓扑
1. 中心化拓扑 2. 半分布式拓扑 3. 全分布式非结构化拓扑
教学内容
网络新技术
P2P网络 IPv6 移动互联网
1
对等计算
1. 什么是P2P 2. P2P的发展阶段 3. P2P工作原理 4. P2P网络中的拓扑结构 5. P2P应用举例 6. P2P中存在的问题和挑战 7. P2P的发展前景
1. 什么是P2P
P2P：Peer-to-Peer(对等联网 )
吞噬网络带宽
由于BT的工作原理是“多点下载”，并且支 持“断点续传”，也就是说参与进来的用户 数量越多，单个用户下载的速度也越快，因 此造成了P2P发烧友长时间下载大“体积”的 目标文件——例如长篇的连续剧。
无疑，这给整个网络带来了巨大负荷
6. P2P的发展前景
随着互联网的普及和宽带技术的发展，以 P2P技术为核心的软件产品正在为越来越多 的网民所接受和喜爱。
射电 SETI 项目对这些数据进行数字化分析。有更强 的计算能力就可以更灵敏地对更宽的频率范围进行 搜寻。因此，射电 SETI 项目对计算能力的需求是永 无止尽的。
原来的 SETI 项目曾经使用望远镜旁专用的超级计算 机来进行大量的数据分析。1995年，David Gedye 提 议射电 SETI 使用由全球联网的大量计算机所组成的 虚拟超级计算机来进行计算，并创建了 SETI@home 项目来实验这个想法。
网络资源的有效利用
C/S模式不能利用网络中的闲散资源P2P应用具有更加低廉的成本
可扩展性
网络中的节点都对P2P应用作出贡献 V.S. 每个Client增加Server的负担
可靠性
没有单点失效问题 多副本 空间分布
易于管理
每一个节点都是自适应的：加入&退出 – Ad-hoc 不需要一个功能强大的服务器 内建的容错、副本、负载均衡能力
P2P是一种Internet应用模式，指网络上的任何设 备(包括大型机、PC机、手机…)可以平等地直接进 行连接并进行协作。
P2P直接将人们联系起来，让人们通过互联网 直接交互。
什么是P2P（续）
Client/Server模式
Peer to Peer 模式
P2P对C/S的优势
匿名
服务请求者和服务提供者都被隐藏起来
内容监控
P2P网络的精髓在于其“乌托邦”式的管理方式， 这种方式给了用户更多的自由，但是这也陷入 了“无政府主义”的困境。可以想象，缺乏管 理的P2P网络将会成为病毒、色情内容以及非法 交易的温床。
由于P2P网络的用户众多，当某个用户进行搜索 时，自然会得到大量的搜索结果。而除了少数 有用的信息以外，其它大多数的信息可能都属 于垃圾信息。
自2000年开始，国内外多家P2P产品纷纷问 世，如以国内Kugoo、BitTorrent、eMule等 为代表的P2P产品在短短几年时间，用户的 注册量不断增长，已成为许多网民不能离 弃的上网伙伴。
P2P的未来
P2P将主要通过三个方面影响未来：
P2P算法：可能有很大的机会；世界变得越来越 非集中化和连接化；需要P2P算法来克服可扩展、 匿名和连接问题
Meanwhile, TCP/IP has evolved to IPv4, where it has been sitting for too lo
Time for IPv6!
~ Bob Metcalfe ~
INTERNET FOR EVERYTHING
No longer just “Internet for Everyone” “Peer to peer” between any pair of
No more NAT (“fog on the Internet”) Eventually, every device will be
connected to the Internet
Every device will need an address
~ Paul Wilson ~
今天的INTERNET
Ethernet has evolved from 2.94Mbps over shared coaxial cable, to 100Mbps over switched twisted pairs, to 100Gbps over fibers, to 11Mbps over radio at 2.4GHz, and beyond.
P2P应用举例 - BITTORRENT原理
Tracker
A
D
B
C
P2P应用举例 - BITTORRENT原理（续）
A
D
B
C
P2P应用举例 - 国内部分
北京大学—Maze
结构类似Napster，搜索类似Gnutella，每个节点可以将自 己的一个或多个目录下的文件共享给系统的其他成员。 支持关键字资源检索，也可以通过好友关系获得
Fetch
search(A) 4.3.2.1
Query Reply
Where is file A?
SETI@HOME
SETI ( Search for Extraterrestrial Intelligence 搜索地外 智慧 )分析通过天体望远镜等设备收集到的电磁波等 信息，探索地外文明。以一种类Napster的方式，有 一个中央节点，用于切割和分配子任务给其余节点， 而所有的计算任务则由这些节点完成。
➢ 结构化拓扑
1. 全分布式结构化拓扑（DHT网络 ）
中心化拓扑
经典案例：Napster
中心化拓扑性能
1. 维护简单；
2. 发现效率高； 3. 可靠性和安全性较低。 4. 中央服务器的存在引wk.baidu.com共享资源在版权问
题上的纠纷，并因此被攻击为非纯粹意义 上的P2P网络模型。
半分布式结构
性能较高的结点作为 超级点，在各个超级 点上存储了系统中其 他部分结点的信息， 发现算法仅在超级点 之间转发，超级点再 将查询请求转发给适 当的叶子结点。
未来的INTERNET
日本IPV6应用实例
IPv6出租车（日本）
提供乘客当地生活资讯 提供乘客驾驶健康状况 依踩剎车频率, 搜集交通拥塞状况 依雨刷频率, 搜集天气资讯
IPV4的问题
IP位址数量不足，影响网络应用的发展
NAT有其限制
造成数位落差 路由表日益增大，影响路由效率 设定及管理不易(Auto-configuration) 缺乏IP层的安全性需求(IPSEC) 缺乏服务质量的支持(QoS)
THE SETI@HOME CLIENT
P2P应用举例 - GNUTELLA原理
I have file A. Reply
I have file A.
Query Where is file A?
Small world
P2P应用举例 - KAZAA原理
insert(X, 123.2.21.23)
全分布结构化拓扑
采用分布式散列表 （DHT），通过加密 散列函数，一个对象 的名字或关键词被映 射 为 128 位 或 160 位 的 散列值。一个采用 DHT的系统内所有结 点 被 映 射 到 一 个 [0,1) 空间.
Pastry的消息路由
全分布结构化拓扑性能
1. 良好的可扩展性； 2. 较好的鲁棒性； 3. 能够较快发现目的结点； 4. 发现的准确性高； 5. DHT的维护机制较为复杂，代价高； 6. 仅支持精确关键词匹配查询，无法支持内
半分布式结构性能
1. 可扩展性较好； 2. 较容易管理； 3. 对超级点依赖性大； 4. 易于受到攻击； 5. 容错性受到影响。
全分布非结构化拓扑
经典案例：Gnutella
全分布非结构化拓扑性能
1. 采用了随机图的组织方式，结点度数服从 “Power-law”规律；
2. 能够较快发现目的结点； 3. 较好的容错能力； 4. 支持复杂查询； 5. 可扩展性不好 ； 6. 发现的准确性较差
无人监管
由于P2P绕过了服务器，因此整个过程中没有 其他因素可以干预，这种技术上的盲点，导 致了在司法上的真空地带：
其一为知识产权 其二为内容监控
知识产权
就像Napster的出现冲击着唱片公司的利 益一样，大多数P2P服务都将不可避免 地和知识产权发生冲突；
尽管美国唱片协会等一些组织在寻找一 种新的方式来保护知识产权，但是每一 个提供文件共享服务的P2P公司都不得 不认真审视P2P网络面临的版权问题。
46
IP地址数量面临不足
TCP/IP 於1973年发明，IPv4 与1981 年成为
Gnutella下载者多，上载者少 用户群分裂
个体一般只加入一个或少数几个P2P系统，因无更多资源同时支持多个系 统
每个新系统引入，必然分裂用户群，并危害所有其它P2P系统，Napster 和即时消息都有这个问题
版权
P2P文件共享的兴起 Napster的陷落
病毒
可以使用peer上的硬盘等资源 Replicas也起了促进作用
2. P2P的发展阶段
第一代： 用中央服务器管理的P2P，这一代的P2P生命力 十分脆弱——只要关闭服务器，网络就死了。
第二代： 分布式P2P没有中央服务器，但是速度太慢 。
第三代： 为混合型，采用分布服务器。目前我国流行的 BT下载和电驴就是属于这类 。
3. P2P工作原理
P2P改变了互联网现有的这种以门户网站为中心 的大型网状结构，它重新给予了“非中心化结构 中网络用户应有的权力，即是说网络应用的核心 从中央服务器向网络边缘的终端设备扩散：服务 器到服务器、服务器到PC机、PC机到PC机，PC机 到WAP手机......所有网络结点上的设备都可以建 立P2P对话。
devices, not just people on computers
Appliances, automobiles, buildings, cameras, medical devices, mobile devices, monitors, output devices, phones, sensors, VPNs
P2P应用：最有可能成功，如Napster P2P平台：可能广泛采用JXTA，从而使不同的P2P
应用可以互相兼容。
浅谈IPV6
Why IPv6?
Ethernet and TCP/IP were both invented in Palo Alto during the summer of 1973,the CSMA/CD LAN Ethernet at Xerox Parc and TCP/IP WAN Internet at Stanford.
四种结构性能比较
比较标准／ 拓扑结构
可扩展性
中心化拓扑 差
半分布式拓扑 全分布式非 全分布式结 结构化拓扑 构化拓扑
中
差
好
可靠性
差
中
好
好
可维护性
最好
中
最好
好
发现算法效 率
复杂查询
最高 支持
中 支持
中 支持
高 不支持
4. P2P应用举例
P2P应用举例 -NAPSTER原理
4.3.2.1
... Publish
I have X! 123.2.21.23
P2P应用举例 - KAZAA原理（续）
search(A) --> 123.2.22.50
123.2.22.50 Query
Where is file A?
Replies
search(A) --> 123.2.0.18
123.2.0.18
华中科技大学—AnySee 基于P2P的在线电视直播--PPLive
视频直播系统，支持部分NAT和防火墙穿越。
…
参见P2P门户网站http://www.ppcn.net/
5. P2P中存在的问题和挑战
接受和使用(最主要的挑战)
每个Peer端依赖另一端提供服务，故必须存在大量可用的Peers提供 服务
就是"点对点"的意思，把文件分文一个个小包传 送出去，通常可以很多人共享这些小包互相传送, 所以人越多传送速度越快。
A
D
B
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A
D
B
C
4. P2P网络中的拓扑结构
拓扑结构定义
拓扑结构是指分布式系统中各个计算单元之间的 物理或逻辑的互联关系。
P2P拓扑结构分类
➢ 非结构化拓扑
1. 中心化拓扑 2. 半分布式拓扑 3. 全分布式非结构化拓扑
教学内容
网络新技术
P2P网络 IPv6 移动互联网
1
对等计算
1. 什么是P2P 2. P2P的发展阶段 3. P2P工作原理 4. P2P网络中的拓扑结构 5. P2P应用举例 6. P2P中存在的问题和挑战 7. P2P的发展前景
1. 什么是P2P
P2P：Peer-to-Peer(对等联网 )
吞噬网络带宽
由于BT的工作原理是“多点下载”，并且支 持“断点续传”，也就是说参与进来的用户 数量越多，单个用户下载的速度也越快，因 此造成了P2P发烧友长时间下载大“体积”的 目标文件——例如长篇的连续剧。
无疑，这给整个网络带来了巨大负荷
6. P2P的发展前景
随着互联网的普及和宽带技术的发展，以 P2P技术为核心的软件产品正在为越来越多 的网民所接受和喜爱。
射电 SETI 项目对这些数据进行数字化分析。有更强 的计算能力就可以更灵敏地对更宽的频率范围进行 搜寻。因此，射电 SETI 项目对计算能力的需求是永 无止尽的。
原来的 SETI 项目曾经使用望远镜旁专用的超级计算 机来进行大量的数据分析。1995年，David Gedye 提 议射电 SETI 使用由全球联网的大量计算机所组成的 虚拟超级计算机来进行计算，并创建了 SETI@home 项目来实验这个想法。
网络资源的有效利用
C/S模式不能利用网络中的闲散资源P2P应用具有更加低廉的成本
可扩展性
网络中的节点都对P2P应用作出贡献 V.S. 每个Client增加Server的负担
可靠性
没有单点失效问题 多副本 空间分布
易于管理
每一个节点都是自适应的：加入&退出 – Ad-hoc 不需要一个功能强大的服务器 内建的容错、副本、负载均衡能力
P2P是一种Internet应用模式，指网络上的任何设 备(包括大型机、PC机、手机…)可以平等地直接进 行连接并进行协作。
P2P直接将人们联系起来，让人们通过互联网 直接交互。
什么是P2P（续）
Client/Server模式
Peer to Peer 模式
P2P对C/S的优势
匿名
服务请求者和服务提供者都被隐藏起来
内容监控
P2P网络的精髓在于其“乌托邦”式的管理方式， 这种方式给了用户更多的自由，但是这也陷入 了“无政府主义”的困境。可以想象，缺乏管 理的P2P网络将会成为病毒、色情内容以及非法 交易的温床。
由于P2P网络的用户众多，当某个用户进行搜索 时，自然会得到大量的搜索结果。而除了少数 有用的信息以外，其它大多数的信息可能都属 于垃圾信息。
自2000年开始，国内外多家P2P产品纷纷问 世，如以国内Kugoo、BitTorrent、eMule等 为代表的P2P产品在短短几年时间，用户的 注册量不断增长，已成为许多网民不能离 弃的上网伙伴。
P2P的未来
P2P将主要通过三个方面影响未来：
P2P算法：可能有很大的机会；世界变得越来越 非集中化和连接化；需要P2P算法来克服可扩展、 匿名和连接问题
Meanwhile, TCP/IP has evolved to IPv4, where it has been sitting for too lo
Time for IPv6!
~ Bob Metcalfe ~
INTERNET FOR EVERYTHING
No longer just “Internet for Everyone” “Peer to peer” between any pair of
No more NAT (“fog on the Internet”) Eventually, every device will be
connected to the Internet
Every device will need an address
~ Paul Wilson ~
今天的INTERNET
Ethernet has evolved from 2.94Mbps over shared coaxial cable, to 100Mbps over switched twisted pairs, to 100Gbps over fibers, to 11Mbps over radio at 2.4GHz, and beyond.
P2P应用举例 - BITTORRENT原理
Tracker
A
D
B
C
P2P应用举例 - BITTORRENT原理（续）
A
D
B
C
P2P应用举例 - 国内部分
北京大学—Maze
结构类似Napster，搜索类似Gnutella，每个节点可以将自 己的一个或多个目录下的文件共享给系统的其他成员。 支持关键字资源检索，也可以通过好友关系获得
Fetch
search(A) 4.3.2.1
Query Reply
Where is file A?
SETI@HOME
SETI ( Search for Extraterrestrial Intelligence 搜索地外 智慧 )分析通过天体望远镜等设备收集到的电磁波等 信息，探索地外文明。以一种类Napster的方式，有 一个中央节点，用于切割和分配子任务给其余节点， 而所有的计算任务则由这些节点完成。
➢ 结构化拓扑
1. 全分布式结构化拓扑（DHT网络 ）
中心化拓扑
经典案例：Napster
中心化拓扑性能
1. 维护简单；
2. 发现效率高； 3. 可靠性和安全性较低。 4. 中央服务器的存在引wk.baidu.com共享资源在版权问
题上的纠纷，并因此被攻击为非纯粹意义 上的P2P网络模型。
半分布式结构
性能较高的结点作为 超级点，在各个超级 点上存储了系统中其 他部分结点的信息， 发现算法仅在超级点 之间转发，超级点再 将查询请求转发给适 当的叶子结点。
未来的INTERNET
日本IPV6应用实例
IPv6出租车（日本）
提供乘客当地生活资讯 提供乘客驾驶健康状况 依踩剎车频率, 搜集交通拥塞状况 依雨刷频率, 搜集天气资讯
IPV4的问题
IP位址数量不足，影响网络应用的发展
NAT有其限制
造成数位落差 路由表日益增大，影响路由效率 设定及管理不易(Auto-configuration) 缺乏IP层的安全性需求(IPSEC) 缺乏服务质量的支持(QoS)
THE SETI@HOME CLIENT
P2P应用举例 - GNUTELLA原理
I have file A. Reply
I have file A.
Query Where is file A?
Small world
P2P应用举例 - KAZAA原理
insert(X, 123.2.21.23)
全分布结构化拓扑
采用分布式散列表 （DHT），通过加密 散列函数，一个对象 的名字或关键词被映 射 为 128 位 或 160 位 的 散列值。一个采用 DHT的系统内所有结 点 被 映 射 到 一 个 [0,1) 空间.
Pastry的消息路由
全分布结构化拓扑性能
1. 良好的可扩展性； 2. 较好的鲁棒性； 3. 能够较快发现目的结点； 4. 发现的准确性高； 5. DHT的维护机制较为复杂，代价高； 6. 仅支持精确关键词匹配查询，无法支持内
半分布式结构性能
1. 可扩展性较好； 2. 较容易管理； 3. 对超级点依赖性大； 4. 易于受到攻击； 5. 容错性受到影响。
全分布非结构化拓扑
经典案例：Gnutella
全分布非结构化拓扑性能
1. 采用了随机图的组织方式，结点度数服从 “Power-law”规律；
2. 能够较快发现目的结点； 3. 较好的容错能力； 4. 支持复杂查询； 5. 可扩展性不好 ； 6. 发现的准确性较差
无人监管
由于P2P绕过了服务器，因此整个过程中没有 其他因素可以干预，这种技术上的盲点，导 致了在司法上的真空地带：
其一为知识产权 其二为内容监控
知识产权
就像Napster的出现冲击着唱片公司的利 益一样，大多数P2P服务都将不可避免 地和知识产权发生冲突；
尽管美国唱片协会等一些组织在寻找一 种新的方式来保护知识产权，但是每一 个提供文件共享服务的P2P公司都不得 不认真审视P2P网络面临的版权问题。
46
IP地址数量面临不足
TCP/IP 於1973年发明，IPv4 与1981 年成为
Gnutella下载者多，上载者少 用户群分裂
个体一般只加入一个或少数几个P2P系统，因无更多资源同时支持多个系 统
每个新系统引入，必然分裂用户群，并危害所有其它P2P系统，Napster 和即时消息都有这个问题
版权
P2P文件共享的兴起 Napster的陷落
病毒
可以使用peer上的硬盘等资源 Replicas也起了促进作用
2. P2P的发展阶段
第一代： 用中央服务器管理的P2P，这一代的P2P生命力 十分脆弱——只要关闭服务器，网络就死了。
第二代： 分布式P2P没有中央服务器，但是速度太慢 。
第三代： 为混合型，采用分布服务器。目前我国流行的 BT下载和电驴就是属于这类 。
3. P2P工作原理
P2P改变了互联网现有的这种以门户网站为中心 的大型网状结构，它重新给予了“非中心化结构 中网络用户应有的权力，即是说网络应用的核心 从中央服务器向网络边缘的终端设备扩散：服务 器到服务器、服务器到PC机、PC机到PC机，PC机 到WAP手机......所有网络结点上的设备都可以建 立P2P对话。
devices, not just people on computers
Appliances, automobiles, buildings, cameras, medical devices, mobile devices, monitors, output devices, phones, sensors, VPNs
P2P应用：最有可能成功，如Napster P2P平台：可能广泛采用JXTA，从而使不同的P2P
应用可以互相兼容。
浅谈IPV6
Why IPv6?
Ethernet and TCP/IP were both invented in Palo Alto during the summer of 1973,the CSMA/CD LAN Ethernet at Xerox Parc and TCP/IP WAN Internet at Stanford.