【計算機網絡】2.6 P2P應用

第二章第六節 P2P應用

在本節內容開始前，咱們要先來對P2P架構有一個宏觀的認知：

　　P2P:(Peer to Peer 對等結構)   以對等方式進行通訊，並不區分客戶端和服務端，而是平等關係進行通訊。在對等方式下，能夠把每一個相連的主機當成既是主機又是客戶，能夠互相下載對方的共享文件。好比迅雷下載就是典型的P2P通訊方式。 

　　本章描繪的前三個應用都採用了CS（客戶-服務器）體系結構，極大的依賴於老是打開的基礎設施服務器。而在本節中，咱們將介紹兩種適用於P2P的應用：一個是文件分發，在其中咱們將介紹流行的BitTorrent協議；另外一個是分佈在大型對等方社區中的數據庫，在其中咱們將探討分佈式散列表(Distrubuted Hash Table，DHT)的概念。

Outline

• 文件分發
  • P2P系統結構的擴展性
  • BitTorrent
• P2P應用：索引技術
  • P2P中搜索信息
  • 集中式索引
  • 查詢洪泛
  • 層次覆蓋
• 分佈式散列表

Note

• 純P2P架構具備以下特色：
  • 沒有服務器，任意端系統之間直接通訊
  • 節點階段性接入Internet
  • 節點可能更換IP地址
  • 資源共享
  • 資源分佈

## 文件分發

【P2P體系結構的擴展性】

 

• 爲了方便討論，咱們假設如上圖的簡單定量模型，其中u_s爲服務器上傳帶寬；ui爲節點i上傳帶寬，di爲節點i下載帶寬。
• 對於客戶機/服務器架構：
  • 服務器串行地發送 N 個副本，時間爲： NF/u_s
  • 客戶機i 須要 F/d_i 的時間下載
  • 咱們所須要的最短期爲：
• 對於P2P架構：
  • 服務器必須發送一個副本，時間： F/u_s
  • 客戶機i 須要 F/d_i 的時間下載
  • 總共須要下載NF比特
  • 最快的可能上傳速率： u_s + ∑u_i
  •  所須要的最短期爲：
• 結論：對足夠大的N（對等方的數量）：
  • 客戶機/服務器體系結構的分發時間隨着對等方的數量N線性增長而且沒有界。
  • P2P體系結構，其最小分發時間曲線與log₂N曲線相似，所以最小分發時間遠小於客戶機/服務器體系結構的分發時間。其自擴展性很強。

 

【BitTorrent】

• BitTorrent是一種用於文件分發的流行P2P協議，每一個下載者在下載的同時不斷向其餘下載者上傳已下載的數據。
• BT協議與FTP協議不一樣，特色是下載的人越多，下載速度越快，緣由在於每一個下載者將已下載的數據提供給其餘下載者下載，充分利用了用戶的上載帶寬。經過必定的策略保證上傳速度越快，下載速度也越快。
• 基本概念：
  • Torrent：參與一個特定文件分發的全部對等方的集合被稱爲一個洪流。
  • chunk：在一個洪流中的對等方彼此下載等長度的文件塊（一個文件被分紅若干個塊），典型的塊長度爲256KB。
  • Tracker：每一個洪流都有一個基礎設施結點，成爲追蹤器

• 當一個新節點（Alice）加入torrent:
  
  • 沒有chunk，但會隨着時間不斷積累
  • 結點向tracker註冊得到節點信息表，並與某些結點創建聯繫（成爲「鄰居」），一個結點的臨近對等點會隨着時間而波動。
• 結點下載的同時，也爲其餘對等方上傳了多個塊。結點可能隨時加入或離開。
• chunk的獲取
  • 給定任一時刻，不一樣的節點持有文件的不一樣chunk集合
  • 節點(Alice)按期查詢每一個鄰居所持有的chunk列表
  • 節點發送請求，請求獲取缺失的chunk 
    
    • 稀缺優先：針對她沒有的塊在他的鄰居中決定最稀缺（副本數量最少）的塊，並優先請求稀缺塊
    • 稀缺優先的目的：大體的均衡每一個塊在洪流中的副本數量
• chunk的發送：決定Alice響應哪一個請求（對換算法）
  • Alice根據當前可以以最高速率向他提供數據的鄰居，給出其優先權
  • 每10秒，從新評定一下Top4，這四個對等方被稱爲疏通（unchocked）
  • 每30秒，Alice隨機選擇一個其餘結點，向其發送chunk。
  • 除了隨機選擇的伴侶做爲試探對等方和以前的Top4，其餘的對等方都稱爲阻塞()

 

## P2P應用：索引技術

【P2P中搜索信息】

• P2P系統的索引：信息到節點位置(IP地址+端口號)的映射。
• 文件共享(電驢)
  • 利用索引動態跟蹤節點所共享的文件的位置
  • 節點須要告訴索引它擁有哪些文件
  • 節點搜索索引，從而獲知可以獲得哪些文件 
• 即時消息(QQ)
  • 索引負責將用戶名映射到位置
  • 當用戶開啓IM應用時，須要通知索引它的位置
  • 節點檢索索引，肯定用戶的IP地址

【集中式索引】

• 如上圖所示，集中式索引更像是P2P和CS的混合體
• 當Alice須要下載信息時，通過如下步驟：

1. 1. 初始時，全部的對等方要將自身的IP和可共享的文件名稱通知集中式索引服務器，該索引服務器從每一個活動的對等方那裏收集這些信息，從而創建起一個動態索引，將每一個文件拷貝映射到一個IP地址集合。
   2. 當Alice須要下載一些文件時會將查詢內容發送給索引服務器，服務器將查詢結果返回給Alice（Bob的IP地址）。
   3. Alice根據收到的信息，從Bob處下載資源。

• 集中式索引的問題：內容和文件傳輸是分佈式的，可是內容定位是高度集中式的。會出現以下問題：單點失效問題、性能瓶頸、版權問題。

【查詢洪泛】（創建在「Gnutella」協議基礎上）

• 查詢洪泛採用徹底分佈式方法。在查詢洪泛中，索引全面地分佈在對等方的區域中。每一個對等方索引可供共享的文件而不索引其餘文件。
• 其擴展性差，尤爲是爲了防止某個對等方發起查詢，該查詢就會傳播到整個覆蓋網絡的每一個其餘對等方，從而產生大量流量。爲解決這個問題，設計者使用了受限查詢洪泛，即限制其傳播的最大跳數。

【層次覆蓋】（由FastTrack獨創，Kazza和Morpheus也實現了這種文件共享協議）

　　該方法結合了上述兩種方法的優秀特徵，與洪泛查詢相似，層次覆蓋設計不使用專用的服務器（或服務器場）來跟蹤和索引文件。然而，與洪泛查詢不一樣的是，在層次覆蓋的設計中並不是全部對等方都是平等的。

　　以下圖所示，若是某對等方不是超級對等方，則它就是一個普通對等方，並被指派爲一個超級對等方的子對等方。

　　超級對等方維持着一個索引，該索引包括子對等方正在共享的全部文件的標識符、有關文件的元數據和相應子對等方的IP地址，但與前面的集中式索引不一樣，這裏的超級對等方並非一臺專用服務器，而是普通對等方。超級對等方之間能夠相互創建TCP鏈接，從而造成一個覆蓋網絡。

## 分佈式散列表

 在課程中未涉獵，具體請移步https://blog.csdn.net/zy_zhengyang/article/details/76838523