P2P網(wǎng)絡(luò)模型的分析與探討

1、P2P網(wǎng)絡(luò)模型的分析與探討摘要P2P模型是一種基于互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的新的應(yīng)用型技術(shù)，可以充分利用大量自治的參與者的資源，主要為軟件技術(shù)。該文首先對(duì)比了傳統(tǒng)的客戶/服務(wù)器模型與P2P網(wǎng)絡(luò)模型的基本特性，然后闡述了典型的四種P2P模型的技術(shù)特點(diǎn)，接著探討了P2P模型的關(guān)鍵技術(shù)，最后分析了P2P模型存在的問(wèn)題，展望了P2P的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞P2P；客戶/服務(wù)器；網(wǎng)絡(luò)模型1引言今日的Internet正面臨著一場(chǎng)革命。這場(chǎng)革命試圖改變當(dāng)前以客戶/服務(wù)器為基本特性之一的互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，結(jié)束以服務(wù)器為主導(dǎo)的Internet，這就是P2P。P2P,即PeertPeer，稱為對(duì)等連接或?qū)Φ染W(wǎng)絡(luò)，主要指由硬件形成連接后的信

2、息控制技術(shù)。P2P讓人們通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)直接交互，使得網(wǎng)絡(luò)上的溝通變得容易、更直接共享和交互，真正地消除中間商。2從客戶/服務(wù)器模型到P2PP2P是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的模型，它的基本概念就是任何的節(jié)點(diǎn)都可以作為服務(wù)器或者客戶端。傳統(tǒng)的客戶/服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)，都有預(yù)定義的客戶和服務(wù)器節(jié)點(diǎn)，而P2P則不同，P2P可提供一些額外的特性，而這些特性使用傳統(tǒng)的客戶/服務(wù)器模型是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。基于P2P的模型與客戶/服務(wù)器（/S）模型相比，其優(yōu)勢(shì)在于降低了對(duì)服務(wù)器的依賴和它的分散控制能力（相對(duì)于服務(wù)器的集中控制）。一些P2P模型甚至不需要服務(wù)器，用戶可以不經(jīng)過(guò)服務(wù)器和其他用戶進(jìn)行連接。在傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)下必須使用傳統(tǒng)的規(guī)則，用戶在P2

3、P模型下比傳統(tǒng)的客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)有更多的命令。P2P系統(tǒng)和/S系統(tǒng)不同，它沒有單一的失敗點(diǎn)。在一些模型中，P2P把服務(wù)器放到合適的位置，服務(wù)器的作用被限制到最校為了共享文件，用戶不需要服務(wù)器的幫助，他們之間可以直接進(jìn)行。P2P的另一個(gè)重要特點(diǎn)是改變互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)在的以大網(wǎng)站為中心的狀態(tài)、重返“非中心化”，并把權(quán)力交還給用戶。從網(wǎng)絡(luò)看，P2P并不是新概念，P2P是互聯(lián)網(wǎng)整體架構(gòu)的基?；ヂ?lián)網(wǎng)最基本的協(xié)議TP/IP并沒有客戶機(jī)和服務(wù)器的概念，所有的設(shè)備都是通訊的平等的一端。在十年之前，所有的互聯(lián)網(wǎng)上的系統(tǒng)都同時(shí)具有服務(wù)器和客戶機(jī)的功能。當(dāng)然，后來(lái)發(fā)展的那些架構(gòu)在TP/IP之上的軟件的確采用了客戶機(jī)/服務(wù)器

4、的結(jié)構(gòu)。在20世紀(jì)90年代，客戶/服務(wù)器計(jì)算體系極為流行，它之所以流行時(shí)因?yàn)樗蚱屏耸澜缟弦恍?shù)據(jù)提供者的壟斷。同時(shí)，它也鼓勵(lì)資源共享并為它的用戶提供不同的防火墻。但是1999年Napster對(duì)/S體系提出了挑戰(zhàn)，它是基于P2P的應(yīng)用，延伸了共享的意義，超出了/S創(chuàng)建者的想象。通過(guò)P3文件的共享系統(tǒng)，Napster使得網(wǎng)絡(luò)在深度和廣度上又向前邁進(jìn)了一步，并獲得更大的可伸縮性而進(jìn)行優(yōu)化。P2P和/S模型各有千秋。例如，在/S模型中，當(dāng)許多的用戶登陸來(lái)下載信息時(shí)，服務(wù)器就成了瓶頸；P2P模型與之相反，在網(wǎng)絡(luò)用戶之間傳送太多的請(qǐng)求會(huì)使網(wǎng)絡(luò)管理員繁忙，并使網(wǎng)絡(luò)本身的負(fù)載增加。除此之外，在商業(yè)的管理和控

5、制方面，P2P模型明顯優(yōu)于/S模型。關(guān)于P2P的流行和使用，許多商業(yè)機(jī)構(gòu)正在各自的領(lǐng)域內(nèi)尋求合作。P2P的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是公司可以建立集體的計(jì)算能力，因此不必考慮服務(wù)器和昂貴的存儲(chǔ)設(shè)備。P2P已經(jīng)在共享資源和服務(wù)器的開銷方面對(duì)網(wǎng)絡(luò)界產(chǎn)生了巨大反響。與/S模型相比，P2P是更好的選擇，它正在變得更靈活，更通用。3P2P網(wǎng)絡(luò)模型分析P2P網(wǎng)絡(luò)模型可以分為以下幾種類型：(1)純P2P模型；(2)帶有簡(jiǎn)單的發(fā)現(xiàn)服務(wù)器的P2P模型；(3)帶有發(fā)現(xiàn)和查找服務(wù)器的P2P模型；(4)帶有發(fā)現(xiàn)，查找和內(nèi)容服務(wù)器的P2P模型。3.1純P2P模型純P2P模型完全依賴于計(jì)算機(jī)（/S模型中的客戶）。這似乎是矛盾的，因?yàn)槊?/p>

6、個(gè)網(wǎng)絡(luò)模型都像傳統(tǒng)的/S模型一樣涉及到客戶和服務(wù)器。但是純的P2P模型不依賴任何中心服務(wù)器而工作。一旦P2P應(yīng)用程序下載到計(jì)算機(jī)的內(nèi)存中，網(wǎng)絡(luò)中的端就會(huì)動(dòng)態(tài)地發(fā)現(xiàn)其他連接的端，相連端之間的通信完全不需要來(lái)自服務(wù)器的任何幫助（見圖1）。圖1純P2P模型純P2P模型打破了/S模型傳統(tǒng)的通信方式，在以前的/S模型下，客戶和服務(wù)器之間的通信是基于服務(wù)器設(shè)定的規(guī)則。純P2P模型允許用戶設(shè)定他們自己的規(guī)則和建立自己的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，這種模型避免了用戶成為利用Internet服務(wù)器或ISP的一部分，完全消除了他們的麻煩。為了與Internet合作，P2P模型提供了近似的即插即用的特性，即你只要連上Internet

7、，就能使用P2P的特性。純P2P模型的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是它不僅能夠在Internet下有效地工作，而且對(duì)于LAN和Intranet也非常有用。純P2P模型存在的唯一問(wèn)題就是網(wǎng)絡(luò)上的端發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，因?yàn)闆]有一個(gè)中心管理者注冊(cè)登陸到網(wǎng)絡(luò)上的端，所以用戶自己必須定位其他的端。3.2帶有一個(gè)簡(jiǎn)單的發(fā)現(xiàn)服務(wù)器的P2P模型這樣的P2P模型實(shí)際上不包括一個(gè)服務(wù)器。因?yàn)檫@種模型中的服務(wù)器的作用已經(jīng)下降，只是為了實(shí)現(xiàn)一些管理。正在加入的端通知服務(wù)器它已經(jīng)登陸了，服務(wù)器的作用只限于為正在加入的端提供連接的另一個(gè)端的名字。一定要注意服務(wù)器僅僅是提供相連端的清單來(lái)輔助端，建立連接和通信仍然是端之間的事情（見圖2）。這樣的P2

8、P模型通過(guò)提供給端一系列已經(jīng)相連端的清單而超出純P2P模型，這樣增加了發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上大量端的機(jī)會(huì)。為了下載資源，端必須單獨(dú)與每個(gè)相連端接觸并發(fā)出請(qǐng)求，這樣會(huì)消耗大量的處理時(shí)間。客戶/服務(wù)器的模型與此相反，任何端查找資源不需要圍繞其他相連的端，因?yàn)榉?wù)器本身維護(hù)了所有必須的內(nèi)容。3.3帶有發(fā)現(xiàn)和查找服務(wù)器的P2P模型這種模型中，服務(wù)器提供相連端的清單和它們的可用資源（見圖2）。因此，這種模型為增強(qiáng)服務(wù)器的功能而繼承了純P2P和帶有簡(jiǎn)單發(fā)現(xiàn)服務(wù)器的P2P兩者的特性。這種模型減輕了端的負(fù)擔(dān)，因?yàn)椴辉傩枰ㄟ^(guò)訪問(wèn)每個(gè)端來(lái)查找必要的信息。這種模型中的服務(wù)器初始化兩個(gè)端的通信，然后，這兩個(gè)相連的端建立通信，保

9、持連接并執(zhí)行各種活動(dòng)，例如登陸進(jìn)入相連的信息數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)入它們共享的資源目錄等等。圖2帶有一個(gè)簡(jiǎn)單的發(fā)現(xiàn)服務(wù)器的P2P3.4帶有發(fā)現(xiàn)，查找和內(nèi)容服務(wù)器的P2P模型這種模型中，服務(wù)器占有支配地位，正如在傳統(tǒng)的客戶/服務(wù)器體系中一樣。所有滿足端請(qǐng)求的部分都從端的范圍內(nèi)移出而進(jìn)入服務(wù)器的范圍（見圖3）。同樣，端之間不允許直接互相連接，因?yàn)樗械馁Y源都存儲(chǔ)在中心服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)中。如果一個(gè)端需要信息，它直接訪問(wèn)服務(wù)器而不是和另外的端通信，服務(wù)器處理這些請(qǐng)求并顯示信息來(lái)源。這種模型主要的缺點(diǎn)在于如果同時(shí)有太多的請(qǐng)求，服務(wù)器的速度會(huì)減慢；這種模型的另一個(gè)缺點(diǎn)就是成本很高，因?yàn)榉?wù)器必須自己管理、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并處理

10、所有的請(qǐng)求。因?yàn)檫@樣的模型完全依賴于中心服務(wù)器，所以單點(diǎn)失敗影響整個(gè)系統(tǒng)的機(jī)會(huì)就增加了。這和前面幾個(gè)P2P模型的情況不同。圖3帶有發(fā)現(xiàn)、查找和內(nèi)容服務(wù)器的P2P4P2P網(wǎng)絡(luò)模型的關(guān)鍵技術(shù)4.1P2P網(wǎng)絡(luò)模型的運(yùn)行特性P2P是一種基于互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的新的應(yīng)用型技術(shù)，主要為軟件技術(shù)。（1）對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)上眾多計(jì)算機(jī)，P2P應(yīng)用比其他應(yīng)用要更多考慮那些低端P的互聯(lián)，它們不具備服務(wù)器那樣強(qiáng)的聯(lián)網(wǎng)能力，同時(shí)對(duì)于以往的P2P應(yīng)用技術(shù)，現(xiàn)在的硬件環(huán)境已經(jīng)更為復(fù)雜，這樣在通信基礎(chǔ)方面，P2P必須提供在現(xiàn)有硬件邏輯和底層通信協(xié)議上的端到端定位（尋址）和握手技術(shù)，建立穩(wěn)定的連接。涉及的技術(shù)有IP地址解析、NAT路由及防火

11、墻。（2）在應(yīng)用層面上，如果兩個(gè)Peer分別代表兩家不同的公司，而且它們已經(jīng)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)建立連接，那么一方的信息就必須為另一方所識(shí)別，所以當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)上關(guān)于數(shù)據(jù)描述和交換的協(xié)議，如XL、SAP、UDDI等都是一個(gè)完善的P2P軟件所要考慮的。（3）有通信就要有安全保障，加密技術(shù)是必須要考慮的。（4）其他需考慮的有如何設(shè)置中心服務(wù)器，如何控制網(wǎng)絡(luò)規(guī)模等。傳統(tǒng)客戶/服務(wù)器的應(yīng)用程序能夠以前面所講過(guò)的任何模型為基礎(chǔ)，但是一個(gè)應(yīng)用程序要成為理想的P2P應(yīng)用程序必須具有一些條件。每種P2P模型的應(yīng)用程序都有一些關(guān)鍵特性：（1）發(fā)現(xiàn)其他端：發(fā)現(xiàn)與服務(wù)器相連的其他端；（2）為所需內(nèi)容查詢端：從其他端得到共享資源的

12、清單；（3）和其他端共享內(nèi)容/資源：能明白內(nèi)容是怎樣在對(duì)等網(wǎng)絡(luò)之間共享的。4.2P2P網(wǎng)絡(luò)模型中的端發(fā)現(xiàn)技術(shù)發(fā)現(xiàn)其他端是P2P應(yīng)用的一個(gè)基本特征，這個(gè)特征根據(jù)P2P模型的不同而不同。（1）在純P2P模型中發(fā)現(xiàn)其他端因?yàn)檫@個(gè)模型沒有服務(wù)器，端動(dòng)態(tài)發(fā)現(xiàn)其他端并在它們之間直接通信。因此，這種通信不受傳統(tǒng)模型中的條款和規(guī)則限制。雖然本地配置方案和網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)是可用的。但是登陸到模型上的用戶不可能一直擁有可以發(fā)送請(qǐng)求的真實(shí)端數(shù)目；另外，端之間的直接通信會(huì)影響系統(tǒng)的安全性。（2）在帶有一個(gè)簡(jiǎn)單發(fā)現(xiàn)服務(wù)器的P2P模型中發(fā)現(xiàn)端這種模型帶有一個(gè)中心服務(wù)器，這個(gè)服務(wù)器在數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)了所有注冊(cè)用戶的位置。任何搜索一

13、個(gè)端的請(qǐng)求都由服務(wù)器來(lái)處理，它會(huì)返回一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中端的清單。這種模型的主要好處是增強(qiáng)了安全性并對(duì)于請(qǐng)求端來(lái)說(shuō)由大量的端可以用，但是如果服務(wù)器速度減慢或者崩潰，定位端就會(huì)很困難，其他的端也會(huì)受到影響。（3）在帶有發(fā)現(xiàn)和查找服務(wù)器的P2P模型中發(fā)現(xiàn)端在這種模型中，服務(wù)器提供了服務(wù)的清單和端的清單，所有的用戶在登陸時(shí)都要通知服務(wù)器。這種服務(wù)器不僅發(fā)現(xiàn)其他端而且返回所有登陸的重要信息。以此，這種模型相比其他的模型減少了時(shí)間耗費(fèi)。（4）在帶有發(fā)現(xiàn)，查找和內(nèi)容服務(wù)器的P2P模型中發(fā)現(xiàn)端這種模型為響應(yīng)請(qǐng)求而發(fā)現(xiàn)端，在這種情況下中心服務(wù)器保留所有重要信息和請(qǐng)求端具有的內(nèi)容。每個(gè)端都在服務(wù)器時(shí)注冊(cè)，服務(wù)器通過(guò)它自

14、己和服務(wù)器響應(yīng)來(lái)處理所有請(qǐng)求，因此這種模型對(duì)服務(wù)器的要求比較高。4.3P2P網(wǎng)絡(luò)模型中的搜索技術(shù)在P2P模型中，內(nèi)容搜索根據(jù)模型的應(yīng)用保持變化。一些P2P結(jié)構(gòu)的模型遵循客戶端的搜索，有些遵循服務(wù)器端的搜索，有些遵循以上兩種情況。搜索工具一直在速度快與可靠性的優(yōu)點(diǎn)和不相關(guān)與不可靠信息的缺點(diǎn)之間尋求平衡。有利的條件是速度、直接通信和可靠性，不利的條件是不可靠和費(fèi)應(yīng)用信息。下面是不同P2P模型中的搜索技術(shù)：(1)在純P2P模型中搜索內(nèi)容因?yàn)檫@種模型沒有服務(wù)器協(xié)助通訊，它使用客戶端的搜索模型。如果請(qǐng)求端有關(guān)于另外端定位的信息，處理會(huì)非常的快速。但是由于沒有服務(wù)器可能會(huì)導(dǎo)致缺少可以連接的端，導(dǎo)致搜索的端

15、的范圍較校(2)在帶有一個(gè)簡(jiǎn)單發(fā)現(xiàn)服務(wù)器的P2P模型中搜索內(nèi)容這種模型有一個(gè)服務(wù)器，但是它同樣使用客戶端的搜索技術(shù)。服務(wù)器提出請(qǐng)求端連接用戶的一個(gè)清單，請(qǐng)求端查找擁有所需內(nèi)容的端，連接它并獲取內(nèi)容。這種模型的好處在于它提供了可以連接獲取所需內(nèi)容的大量端。(3)在帶有發(fā)現(xiàn)服務(wù)器和查找服務(wù)器的P2P模型中搜索內(nèi)容這種模型遵循客戶端的搜索和服務(wù)器端的搜索。在所有的P2P模型中，這種模型是最有效和最靈活的。一個(gè)端無(wú)論何時(shí)要搜索一些特殊的內(nèi)容，它都可以直接在服務(wù)器是對(duì)已經(jīng)相連的端進(jìn)行搜索，或者簡(jiǎn)單的請(qǐng)求服務(wù)器對(duì)所需信息的結(jié)果進(jìn)行回答。這種模型除了網(wǎng)絡(luò)上相連的端外，還有可服務(wù)于請(qǐng)求端，服務(wù)器上搜索工具可用

16、是因?yàn)闊o(wú)論何時(shí)一個(gè)注冊(cè)端登陸后，除了驗(yàn)證外，還將發(fā)送它的名字和共享的資源清單。(4)在帶有發(fā)現(xiàn)、查找和內(nèi)容服務(wù)器的P2P模型中查找內(nèi)容這種模型不能使用客戶端的搜索技術(shù)，因?yàn)槲挥谥行牡姆?wù)器管理整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)器處理所有的操作。這種模型完全基于服務(wù)器的搜索技術(shù)，一個(gè)端無(wú)論何時(shí)需要信息，它只需連接服務(wù)器，因?yàn)榉?wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中有完整的信息：從注冊(cè)用戶到所有可能的內(nèi)容。但是如果太多的端訪問(wèn)服務(wù)器，服務(wù)器的處理速度就會(huì)下降，也會(huì)影響到其他相關(guān)服務(wù)器。4.4P2P網(wǎng)絡(luò)模型存在的問(wèn)題P2P最大的優(yōu)點(diǎn)在于能夠提供可靠的信息查詢，但從社會(huì)和法律意義來(lái)說(shuō)，絕大多數(shù)的P2P服務(wù)都將不可避免地遇到知識(shí)產(chǎn)權(quán)沖突，也可能成為

17、一些非法內(nèi)容傳播的平臺(tái)。同時(shí)由于缺乏中心監(jiān)管以及自由平等的動(dòng)態(tài)特性，自組織的P2P網(wǎng)絡(luò)在技術(shù)層面也有許多難以解決的問(wèn)題。從某種意義上來(lái)說(shuō)，P2P網(wǎng)絡(luò)和人際網(wǎng)絡(luò)具有一定的相似性。一般來(lái)說(shuō)，每個(gè)P2P網(wǎng)絡(luò)都是眾多參與者按照共同興趣組建起來(lái)的一個(gè)虛擬組織，節(jié)點(diǎn)之間存在著一種假定的相互信任關(guān)系，但隨著P2P網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，這些P2P節(jié)點(diǎn)本質(zhì)所特有的平等自由的動(dòng)態(tài)特性往往與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)所需要的信任協(xié)作模型之間產(chǎn)生矛盾。激勵(lì)作用的缺失使節(jié)點(diǎn)間更多表現(xiàn)出“貪婪”、“抱怨”和“欺詐”的自私行為，因此P2P中預(yù)先假設(shè)的信任機(jī)制實(shí)際上非常脆弱，同時(shí)這種信任也難以在節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行推理，導(dǎo)致了全局性信任的缺乏，這直接影響了

18、整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性與可用性。此外，相對(duì)于傳統(tǒng)客戶/服務(wù)器模式的服務(wù)器可以做主動(dòng)和被動(dòng)的防御，由于P2P節(jié)點(diǎn)安全防護(hù)手段的匱乏以及P2P協(xié)議缺乏必要的認(rèn)證機(jī)制和計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的安全漏洞，安全問(wèn)題在P2P網(wǎng)絡(luò)中更為嚴(yán)重，這將直接影響P2P的大規(guī)模商用。另外，P2P網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)本身往往是計(jì)算能力相差較大的異構(gòu)節(jié)點(diǎn)，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都被賦予了相同的職責(zé)而沒有考慮其計(jì)算能力和網(wǎng)絡(luò)帶寬，局部性能較差的點(diǎn)將會(huì)導(dǎo)致整體網(wǎng)絡(luò)性能的惡化，在這種異構(gòu)節(jié)點(diǎn)的環(huán)境中難以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的資源管理和負(fù)載平衡。同時(shí)，由于用戶加入離開P2P網(wǎng)絡(luò)的隨意性使得用戶獲得目標(biāo)文件具有不確定性，導(dǎo)致許多并非必要的文件下載，而造成大量帶寬資源的濫用。特別是大多數(shù)P2P用戶更喜歡傳送音頻、視頻這些較大的媒體文件，這將使得帶寬浪費(fèi)問(wèn)題更為突出，尤其在中國(guó)大量的用戶還是撥號(hào)用戶，較窄的帶寬也成為P2P應(yīng)用難以逾越的障礙。5結(jié)論與展望P2P技術(shù)在最近幾年獲得了高速的發(fā)展，也出現(xiàn)了較多應(yīng)用，但截至目前，P2P中仍有很多的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題并沒有得到解決，其中最典型的就是帶寬吞噬、網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性差和路由效率低下等問(wèn)題。這導(dǎo)致P2P至少在目前的技術(shù)水平而言只能是一種小范圍不可靠的應(yīng)用或是滿足特定任務(wù)需求的專門應(yīng)用。并且，作為一種潛在的商業(yè)應(yīng)用，如何在P2P網(wǎng)絡(luò)中有效地保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)以及如何設(shè)計(jì)盈利模式將會(huì)面臨更為嚴(yán)格的考