P2P網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)模型探析(一)

1、P2P 網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)模型探析 (一)摘要 :對等網(wǎng)絡流媒體技術(shù)(P2P)可以利用客戶端的計算機能力和帶寬資源 ,使用戶實現(xiàn)下載的同時播放流媒體節(jié)目,并能利用自身的計算機空閑資源為其它用戶提供服務。 本文對 P2P網(wǎng)絡架構(gòu)進行探討和研究。關(guān)鍵詞 :P2P;流媒體技術(shù) ;網(wǎng)絡架構(gòu)一、引言P2P網(wǎng)絡是在 IP 網(wǎng)絡基礎之上 ,通過應用軟件構(gòu)筑起來的一個邏輯覆蓋網(wǎng)(LogicalOverlayNetwork),并不是獨立于現(xiàn)行的 IP網(wǎng)絡之外的什么特殊網(wǎng)絡。在實際物理網(wǎng)絡中安裝有某種 P2P 軟件的節(jié)點可以構(gòu)成一個邏輯覆蓋網(wǎng)絡 ,而沒有安裝這種 P2P軟件的節(jié)點則被排除在外。P2P網(wǎng)絡架構(gòu) ,又稱為 P2

2、P網(wǎng)絡模型 ,是指 P2P網(wǎng)絡中節(jié)點的邏輯組織結(jié)構(gòu),即節(jié)點互聯(lián)的拓撲結(jié)構(gòu)和節(jié)點在與相鄰節(jié)點保持連接時的行為規(guī)范,一般用一個連通的圖來表示。但P2P 網(wǎng)絡的連接圖與物理網(wǎng)絡的拓撲連接圖不同 ,在覆蓋網(wǎng)中相鄰的節(jié)點可能在實際物理網(wǎng)絡中位于不同的子網(wǎng)中 ,中間相隔多個路由器,而在覆蓋網(wǎng)中不相鄰的節(jié)點在實際物理網(wǎng)絡中卻可能是直接相連的。 P2P網(wǎng)絡模型主要分為結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化兩類 ,結(jié)構(gòu)化 P2P系統(tǒng)是指系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)存放的位置和數(shù)據(jù)的Key值有關(guān),而非結(jié)構(gòu)化 P2P系統(tǒng)中 ,數(shù)據(jù)的存放位置與數(shù)據(jù)是無關(guān)的。二、非結(jié)構(gòu)化 P2P網(wǎng)絡模型非結(jié)構(gòu)化 P2P網(wǎng)絡模型按節(jié)點的集中化程度又分 :(1)集中式 P2P

3、網(wǎng)絡模型以 Napster 為代表的集中式 P2P 網(wǎng)絡架構(gòu)是最早出現(xiàn)的 P2P 應用模式 , 由于仍具有中央服務器 ,沒有完全去除服務器的性質(zhì) ,所以又被稱為非純粹的 P2P網(wǎng)絡。在 Napster 系統(tǒng)中 ,資源的檢索過程類似于傳統(tǒng)的 C/S模式 ,即所有節(jié)點向中央服務器查詢資源,但與傳統(tǒng)的 C/S模式不同的是 ,資源并非存儲在服務器上,而是存儲在各個節(jié)點中。從服務器的返回結(jié)果中 ,查詢節(jié)點根據(jù)網(wǎng)絡流量和延遲等信息選擇合適的節(jié)點建立直接連接,進行數(shù)據(jù)傳輸 ,數(shù)據(jù)傳輸不需要經(jīng)過中央服務器。這種網(wǎng)絡架構(gòu)的資源搜索效率較高 ,但其主要缺點是中央服務器是系統(tǒng)的單故障點,如果中央服務器出現(xiàn)故障,則整

4、個系統(tǒng)就會癱瘓,所有節(jié)點都沒法查詢到所需的資源。(2)純 P2P網(wǎng)絡模型純 P2P 網(wǎng)絡架構(gòu)以 Gnutella 為代表 ,Gnutella 系統(tǒng)完全取消了服務器的概念 ,是第一個真正采用無中心結(jié)構(gòu)的P2P文件共享系統(tǒng)。拓撲維護 :Gnutella 中每個節(jié)點維護了一個鄰居節(jié)點列表,記錄了與之相關(guān)聯(lián)的結(jié)點的IP 地址等信息。相鄰節(jié)點之間彼此交換鄰居節(jié)點信息來保持拓撲圖的連通性 ,并替換因節(jié)點離線而失效的連接。節(jié)點定期向鄰居節(jié)點發(fā)送PING 消息 ,收到 PING 消息的節(jié)點則回應一個PONG 消息 ,并附帶了當前所擁有的鄰居信息。收到鄰居列表后節(jié)點按照一定規(guī)則進行鄰居替換 ,保證自身擁有一定數(shù)

5、量的有效鄰居。當新的節(jié)點加入系統(tǒng)時 (它需要知道系統(tǒng)中至少一個節(jié)點的IP 地址 ),它向系統(tǒng)已有的節(jié)點發(fā)送PING 消息來獲得足夠的鄰居節(jié)點, 從而加入系統(tǒng)。信息搜索:Gnutella 使用洪泛式 (flooding) 的資源查詢機制。發(fā)起資源查詢的節(jié)點向所有鄰居節(jié)點發(fā)送 QUERY消息 ,而收到 QUERY消息的節(jié)點除了進行本地查詢 ,即看自己有沒有所查詢資源外,還把查詢進一步轉(zhuǎn)發(fā)給自己的所有鄰居節(jié)點。這些節(jié)點收到這一消息后,重復進行同樣的操作,即進行本地查詢和消息廣播。為避免無窮遞歸,每個搜索消息都有一個TTL(Time-to-Live)域,它隨著轉(zhuǎn)發(fā)的進行而遞減,TTL為 0 時消息不再

6、被轉(zhuǎn)發(fā)。另外節(jié)點對近期接收到的消息進行緩存,以避免重復處理同樣的消息。搜索操作結(jié)束后 ,發(fā)起搜索的節(jié)點會收到一些查詢結(jié)果 ,記錄了滿足條件的文件及其存放的節(jié)點 IP,節(jié)點可從中選擇一些節(jié)點來下載所需文件。 Gnutella 具有較好的擴展性 ,也不存在單故障點 ,但其查詢機制效率較低 ,而且也不能保證搜索到所需的、 確實存在的資源 ,同時每次查詢都要產(chǎn)生大量的轉(zhuǎn)發(fā)消息 ,容易形成消息泛濫 ,增加了網(wǎng)絡的負擔。(3)混合式網(wǎng)絡模型KaZaA是混合式 P2P模型的典型代表入了超級節(jié)點的概念 ,綜合了集中式優(yōu)勢。KaZaA模型將節(jié)點按能力不同,它在純 P2P分布式模型基礎上引P2P快速查找和純 P2P去中心化的(計算能力、內(nèi)存大小、連接帶寬、在線時間等 )區(qū)分為普通節(jié)點和超級節(jié)點兩類。當一個普通節(jié)點啟動KaZaA程序時 ,它首先與某一超級節(jié)點建立TCP連接 ,然后向這個超級節(jié)點發(fā)送它所擁有的文件的元數(shù)據(jù),元數(shù)據(jù)包括 :文件名 ,文件大小 ,文件內(nèi)容的哈希值 (H