【计算机网络】2.6 P2P应用

第二章第六节 P2P应用

在本节内容开始前，咱们要先来对P2P架构有一个宏观的认知：

　　P2P:(Peer to Peer 对等结构)   以对等方式进行通讯，并不区分客户端和服务端，而是平等关系进行通讯。在对等方式下，能够把每一个相连的主机当成既是主机又是客户，能够互相下载对方的共享文件。好比迅雷下载就是典型的P2P通讯方式。 

　　本章描绘的前三个应用都采用了CS（客户-服务器）体系结构，极大的依赖于老是打开的基础设施服务器。而在本节中，咱们将介绍两种适用于P2P的应用：一个是文件分发，在其中咱们将介绍流行的BitTorrent协议；另外一个是分布在大型对等方社区中的数据库，在其中咱们将探讨分布式散列表(Distrubuted Hash Table，DHT)的概念。

Outline

• 文件分发
  • P2P系统结构的扩展性
  • BitTorrent
• P2P应用：索引技术
  • P2P中搜索信息
  • 集中式索引
  • 查询洪泛
  • 层次覆盖
• 分布式散列表

Note

• 纯P2P架构具备以下特色：
  • 没有服务器，任意端系统之间直接通讯
  • 节点阶段性接入Internet
  • 节点可能更换IP地址
  • 资源共享
  • 资源分布

## 文件分发

【P2P体系结构的扩展性】

 

• 为了方便讨论，咱们假设如上图的简单定量模型，其中u_s为服务器上传带宽；ui为节点i上传带宽，di为节点i下载带宽。
• 对于客户机/服务器架构：
  • 服务器串行地发送 N 个副本，时间为： NF/u_s
  • 客户机i 须要 F/d_i 的时间下载
  • 咱们所须要的最短期为：
• 对于P2P架构：
  • 服务器必须发送一个副本，时间： F/u_s
  • 客户机i 须要 F/d_i 的时间下载
  • 总共须要下载NF比特
  • 最快的可能上传速率： u_s + ∑u_i
  •  所须要的最短期为：
• 结论：对足够大的N（对等方的数量）：
  • 客户机/服务器体系结构的分发时间随着对等方的数量N线性增长而且没有界。
  • P2P体系结构，其最小分发时间曲线与log₂N曲线相似，所以最小分发时间远小于客户机/服务器体系结构的分发时间。其自扩展性很强。

 

【BitTorrent】

• BitTorrent是一种用于文件分发的流行P2P协议，每一个下载者在下载的同时不断向其余下载者上传已下载的数据。
• BT协议与FTP协议不一样，特色是下载的人越多，下载速度越快，缘由在于每一个下载者将已下载的数据提供给其余下载者下载，充分利用了用户的上载带宽。经过必定的策略保证上传速度越快，下载速度也越快。
• 基本概念：
  • Torrent：参与一个特定文件分发的全部对等方的集合被称为一个洪流。
  • chunk：在一个洪流中的对等方彼此下载等长度的文件块（一个文件被分红若干个块），典型的块长度为256KB。
  • Tracker：每一个洪流都有一个基础设施结点，成为追踪器

• 当一个新节点（Alice）加入torrent:
  
  • 没有chunk，但会随着时间不断积累
  • 结点向tracker注册得到节点信息表，并与某些结点创建联系（成为“邻居”），一个结点的临近对等点会随着时间而波动。
• 结点下载的同时，也为其余对等方上传了多个块。结点可能随时加入或离开。
• chunk的获取
  • 给定任一时刻，不一样的节点持有文件的不一样chunk集合
  • 节点(Alice)按期查询每一个邻居所持有的chunk列表
  • 节点发送请求，请求获取缺失的chunk 
    
    • 稀缺优先：针对她没有的块在他的邻居中决定最稀缺（副本数量最少）的块，并优先请求稀缺块
    • 稀缺优先的目的：大体的均衡每一个块在洪流中的副本数量
• chunk的发送：决定Alice响应哪一个请求（对换算法）
  • Alice根据当前可以以最高速率向他提供数据的邻居，给出其优先权
  • 每10秒，从新评定一下Top4，这四个对等方被称为疏通（unchocked）
  • 每30秒，Alice随机选择一个其余结点，向其发送chunk。
  • 除了随机选择的伴侣做为试探对等方和以前的Top4，其余的对等方都称为阻塞()

 

## P2P应用：索引技术

【P2P中搜索信息】

• P2P系统的索引：信息到节点位置(IP地址+端口号)的映射。
• 文件共享(电驴)
  • 利用索引动态跟踪节点所共享的文件的位置
  • 节点须要告诉索引它拥有哪些文件
  • 节点搜索索引，从而获知可以获得哪些文件 
• 即时消息(QQ)
  • 索引负责将用户名映射到位置
  • 当用户开启IM应用时，须要通知索引它的位置
  • 节点检索索引，肯定用户的IP地址

【集中式索引】

• 如上图所示，集中式索引更像是P2P和CS的混合体
• 当Alice须要下载信息时，通过如下步骤：

1. 1. 初始时，全部的对等方要将自身的IP和可共享的文件名称通知集中式索引服务器，该索引服务器从每一个活动的对等方那里收集这些信息，从而创建起一个动态索引，将每一个文件拷贝映射到一个IP地址集合。
   2. 当Alice须要下载一些文件时会将查询内容发送给索引服务器，服务器将查询结果返回给Alice（Bob的IP地址）。
   3. Alice根据收到的信息，从Bob处下载资源。

• 集中式索引的问题：内容和文件传输是分布式的，可是内容定位是高度集中式的。会出现以下问题：单点失效问题、性能瓶颈、版权问题。

【查询洪泛】（创建在“Gnutella”协议基础上）

• 查询洪泛采用彻底分布式方法。在查询洪泛中，索引全面地分布在对等方的区域中。每一个对等方索引可供共享的文件而不索引其余文件。
• 其扩展性差，尤为是为了防止某个对等方发起查询，该查询就会传播到整个覆盖网络的每一个其余对等方，从而产生大量流量。为解决这个问题，设计者使用了受限查询洪泛，即限制其传播的最大跳数。

【层次覆盖】（由FastTrack独创，Kazza和Morpheus也实现了这种文件共享协议）

　　该方法结合了上述两种方法的优秀特征，与洪泛查询相似，层次覆盖设计不使用专用的服务器（或服务器场）来跟踪和索引文件。然而，与洪泛查询不一样的是，在层次覆盖的设计中并不是全部对等方都是平等的。

　　以下图所示，若是某对等方不是超级对等方，则它就是一个普通对等方，并被指派为一个超级对等方的子对等方。

　　超级对等方维持着一个索引，该索引包括子对等方正在共享的全部文件的标识符、有关文件的元数据和相应子对等方的IP地址，但与前面的集中式索引不一样，这里的超级对等方并非一台专用服务器，而是普通对等方。超级对等方之间能够相互创建TCP链接，从而造成一个覆盖网络。

## 分布式散列表

 在课程中未涉猎，具体请移步https://blog.csdn.net/zy_zhengyang/article/details/76838523