P2P技术及其应用

12021/3/16P2P技术及其应用设计一所佟敏2021/3/162第1章P2P技术概述•1.1什么是P2P•P2P即peer-to-peer的缩写。而peer在英语里是“同等者”、“同事”及“伙伴”的意思。因此，P2P也就可以理解为“伙伴对伙伴”的意思，或称为对等联网。•P2P也可以被看作为一种思想，它具有改变整个因特网基础的潜能的思想。虽然从纯技术角度而言，P2P并未激发出任何重大的创新，而更多的是改变了人们对因特网的理解与认识。正是由于这个原因，IBM早就宣称P2P不是一个技术概念，而是一个社会和经济现象。•P2P技术是目前国际计算机网络技术领域研究的一个热点，被《财富》杂志誉为将改变因特网未来的四大新技术之一，甚至被认为是无线宽带因特网的未来技术。2021/3/163图1-1C/S模式图1-2P2P模式2021/3/164图1-3第一代P2P网络采用中央控制网络体系结构早期的Napster就采用这种结构。它采用快速搜索算法，排队响应时间短，使用简单的协议能够提供高性能和弹性，缺点是容易中断服务。2021/3/165图1-4第二代P2P采用分散分布网络体系结构不再使用中央服务器，消除了中央服务器带来的问题。没有中央控制点，不会因为一点故障导致全部瘫痪，是真正的分布式网络。由于每次搜索都要在全网进行，造成大量网络流量，致使其搜索速度慢、排队响应时间长。用户PC的性能及其与网络连接的方式决定网络弹性和性能。这种模式具有自组织（ad-hoc）行为，降低了拥有者的成本，提供可扩展性。特别适合在自组织（ad-hoc）网上的应用，如即时通信等。2021/3/166•第三代P2P采用混合网络体系结构，如图1-5所示。这种模式综合第一代和第二代的优点，用分布的超级节点取代中央检索服务器。采用分层次的快速搜索改进了搜索性能，缩短了排队响应时间，每次排队产生的流量低于第二代分布网络。超级智能节点的布设提供高性能和弹性。没有中央控制点，不会因为一点故障导致全部瘫痪。•内容被分布存储在分布的存储器和客户终端中。通过快速检索系统可以快速发现内容分布存储的位置。目前常用的P2P软件有BT、edonky和Gnutella等，这些软件采用“快速追踪”技术构成P2P网络，有着许多传统客户机－服务器网络所没有的优点。技术上不但可以大大的减少文件搜寻的时间，更重要的是可以不用昂贵的中央控制硬件设备（服务器等）。这种P2P网络使用终端本身电脑的处理能力，网络处理能力随着终端使用者人数增长而增加。2021/3/167第四代P2P技术•第四代P2P目前正在发展中，主要发展的技术有动态端口选择和双向下载。动态端口选择：目前P2P使用固定的端口，但是一些公司已经开始引入协议可以动态选择传输端口，端口的数目一般在1024~4000之间。有的协议甚至让P2P流可以用原来用于HTTP（SMTP）的端口80（25）来传输以便隐藏。这将使识别跨运营商网络的P2P流、掌握其流量变得更困难。双向下载：eD和BT等公司进一步发展引入双向流下载。可以多路并行下载和上载一个文件或多路并行下载一个文件的一部分，而目前传统的体系结构要求目标在完全下载后才能开始上载。这将大大加快文件分发速度。•以上演化的四代P2P系统都属于“无组织的P2P重叠网”，在因特网中得到快速发展，目前宽带用户流量中一半以上是这种P2P流。2021/3/168P4P技术•，分布式计算产业协会(DCIA)提出了“P4P”网络协议概念，而Verizon最近的试验也证明，这种P2P网络升级版的确可以大幅提高下载速度，并显著减少网络拥堵现象。•P4P全称“ProactivenetworkProviderParticipationforP2P”，意在加强服务供应商(ISP)与客户端程序的通信，降低骨干网络传输压力和运营成本，并提高改良的P2P文件传输的性能。与P2P随机挑选Peer(对等机)不同，P4P协议可以协调网络拓扑数据，能够有效选择Peer，从而提高网络路由效率。2021/3/169•Verizon高级工程师、P4P工作组联合主席DougPasko表示，Verizon使用Pando进行的测试表明，P4P可以带来大约200％的下载性能提升，部分时候甚至高达600％。DougPasko指出，P2P虽然面临很多法律难题，但已经在很多大型商业化内容发布系统中得以合法化，而P4P能让P2P得到更大范围的商业化应用，同时减轻网络负担。•由于P4P协议的效率依赖于网络拓扑信息的可用性，Verizon和P4P工作组计划使其成为一种业界标准，并鼓动其他运营商分享它们的数据，目前已经得到了美国头号有线网络运营商Comcast等不少ISP的支持2021/3/1610•P4P工作组发表的一份白皮书(PDF)指出，虽然不少运营商极力封杀P2P应用，但往往收效甚微，而且要彻底杜绝这种应用是不可能、不现实的；通过使用P4P技术、加强P2P与网络之间的通信，就能让客户端程序更好地使用网络状态信息，进而减轻网络压力、降低运营成本。——简而言之，堵不如疏。2021/3/1611P2P的主要应用之一:文件下载P2P文件下载是P2P应用中最为广泛的方式之一，它通过在不同用户间直接进行文件交换达到文件共享的目的，该种方式较之传统C/S模式下从公共服务器系统下载文件的方式具有速度快、资源丰富等优势。clientclientWEB服务器tracker服务器client1.下载种子文件*.torrent2.请求peer-list返回peer-list3.请求文件上传，下载请求文件4.上传，下载2021/3/1612BT的工作原理:•客户端从Web服务器或者其他传统服务器下载种子文件，种子文件中存储了某文件资源对应的TRACKERIP地址和服务端口号、部分Peer节点IP地址和服务端口号、文件名称、文件分片的长度以及片数、文件创建者信息。客户端解析种子文件后连接TRACKER服务器，请求Peer列表和文件分片信息，获取Peer列表后，客户端顺次与Peer建立连接获取其需要的文件或片段，本地客户端从数十数百个远程客户端获取某一文件的各个分片，在下载完成后将其组装还原为一个完整的文件。在文件下载过程中，客户端始终保持与TRACKER服务器的连接，交互本地客户端已经上传或者下载的字节数、文件分片信息，方便其他客户端连接本地客户端获取该文件资源。2021/3/1613P2P技术的主要应用之二:视频直播本地Client登录服务器列表服务器远端Client远端ClientTCP方式UDP方式Request_channel_listResponse_channel_list1325Request_peer_listResponse_peer_listResponse_peer_listRequest_peer_listRequest_transferResponse_transfer4Request_peer_listResponse_peer_list2021/3/1614•客户端启动后首先会自动登陆到一个初始的登陆服务器，从该服务器上获取更新节目频道列表，然后从列表中选择想看的节目，连接到一个列表服务器，并向列表服务器请求该节目Peer列表，列表服务器返回给客户端Peer列表，本地客户端连接Peer列表中的远程客户端并请求流媒体节目传输。本地客户端可以同时与多个远程客户端连接获取节目的不同片段。在节目下载过程中，Peer之间可以通过TCP或者UDP方式交互其他节目的其他Peer信息。只要本地缓存够一定帧数的节目内容，就可以开始收看节目了。2021/3/1615P2P技术的主要应用之三:VOIP•Skype是P2P技术演进到混合模式后的典型应用。它结合了集中式和分布式的特点，在网络的边缘节点采用集中式的网络结构，而在超级节点之间采用分布式的网络结构，混合模式的P2P网络模型•从网络模型来看，这种混合模式的P2P是经过多年的发展和演进而来的，严格讲，这已经不是纯粹的对等网络结构了，只能称做发展了的P2P。•Skype之所以能够成功与它采用了P2P技术有关。Skype实现了将网络资源分散（即不是利用集中式的服务器资源，而是利用各个节点的网络资源），致使语音呼叫的接通率、语音质量在很大程度上甚至超过传统的电话网络。从搜索方面来讲，Skype所采用的技术可称为第三代P2P网络技术。2021/3/1616•Skype采用了全球搜索目录（GI），GI代表了另一种意义上的可扩展网络技术。全球搜索目录使用多层的网络结构，这种结构利用超节点（Supernodes）来实现网络中的每个节点可以获取所有其他可利用节点的资源，并将这些节点资源动态组合，从而参与流量分配、路径选择、处理等需要较大带宽的任务，并保证最小的时延。Skype对数据传输采用智能路由，从而保证了语音质量。由于可以利用所有的节点资源，Skype可以为每个加密的呼叫智能地搜索最好的传输途径。甚至可以并行的打开多个传输路径，动态的及时选择最佳途径。这对减少延迟和增强语音质量有非常明显的效果。2021/3/1617中移动采用P2P重构移动核心网•2008年11月28日，中国移动牵头的DSN分布式业务网络技术白皮书在京发布，这也是运营商第一次提出利用P2P技术来为今后的通信网络服务。据中国移动研究院院长黄晓庆介绍，DSN力图通过P2P技术和分布式计算技术，结合电信网络可运营、可管理的框架，架构未来融合业务的核心网。在中移动的努力下，国际电联已经将DSN确定为NGN下一步演进的主要研究方向之一，这有可能实现我国在国际通信标准领域的又一次重大突破。2021/3/1618中移动的雄心•中国移动这一次高调推出DSN，可谓“雄心勃勃”。黄晓庆告诉记者，如果说以往是设备厂商在推动通信行业的技术进步，那么，未来运营商将成为新的创新中心，“因为只有用户的需求才是创新之源，而我们是产业链上离用户更近的一环。”黄晓庆介绍，DSN构想就是在这一背景下产生的。尽管目前这一技术架构并没有进入实用阶段，但中国移动想推动其成为未来核心网架构的技术演进方向。中科院声学所侯自强教授告诉记者：“DSN并不是首先研究怎么收钱，怎么分类，而是要通过一个重叠网来提供多样化服务，比如做P2P，像电信网一样，可以控制优化数据流，可以监管内容，实现过去在互联网上做不到的事情。”与传统的电信网络相比，互联网无论从业务提供范围，业务推出周期，还是网络架构的简单、可维护等方面，都显示出巨大的优势。这就要求运营商跟踪先进技术发展，结合应用实际，拿出新的具有知识产权的技术方案，DSN可谓应运而生。2021/3/1619•实际上，从2007年开始，中移动就启动了DSN的研发，提出的WiiSE(无线互联网IP服务环境)计划中，DSN是其中重要一环，聚焦于核心网技术。今年早些时候，国际电信联盟ITU-T的SG13工作组确定DSN为NGN下一步演进的主要研究方向之一。•接受P2P值得注意的是，DSN架构中采用了P2P通信模式，如果发展成功，那么中国移动可能是国内甚至全世界第一个全面接受P2P并建议以之构建未来网络的电信运营商。侯自强对此评论道：“我认为中国移动这几年在看待互联网方面有了大的变化，就是看到用围墙限制已不可行，因此决定走向开放。”2021/3/1620移动核心网选择P2P原因(1)•2008年汶川地震发生后，手机成为公众了解灾区情况的首选方式，仅5月12日当天，四川本地用户拨打次数就达到平日的10倍，北京用户呼叫四川用户的次数竟达到平时的80倍。瞬时激增话务量导致了核心网交换机的拥塞，而采用P2P技术建设分布式核心网，再遇到类似突发情况则可以避免网络拥塞。2021/3/1621移动核心网选择P2P原因(2)•接受P2P模式带来的第一个好处是可能会大幅提升网络使用效率。DSN是分布式的，能够根据各种应用在多个地区、不同的场景综合起来进行内容的分发，峰值不会在同一时间达到，网络效率即被提高。如果说现在使用的一套电信系统能支持1000万用户，未来DSN时代，一套系统将有望支持1亿用户，