利用Ｖｉｓｔａ和ＷＣＦ開發(fā)Ｐ２Ｐ軟件

摘要：利用Windows Vista的增強(qiáng)功能并結(jié)合PNRP(對等名稱解析協(xié)議)、PNM(People Near Me)和WCF(WindowsCommunication Foundation)中引進(jìn)的PeerChannel功能，解決了傳統(tǒng)的P2P應(yīng)用程序開發(fā)中的常見問題。

關(guān)鍵詞：對等名稱解析協(xié)議；PNM；WCF；PeerChannel

0引言

從傳統(tǒng)意義來說，P2P應(yīng)用程序開發(fā)所面臨的難題包括：需要開發(fā)用于消息交換的專用協(xié)議；必須查找并連接隱藏在“網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換”(NAT)或防火墻背后的應(yīng)用程序?qū)嵗?；需要支持在廣域網(wǎng)(WAN)中定位各應(yīng)用程序所需的慣?；A(chǔ)結(jié)構(gòu)。這些問題將隨著Windows Vista和．NET Framework的發(fā)布而得到解決。將Windows Vista的增強(qiáng)功能與PNRP、PNM和WCF中引進(jìn)的PeerChannel功能相結(jié)合，就能順利開發(fā)P2P應(yīng)用程序。

1 P2P基本原理：網(wǎng)格計(jì)算

網(wǎng)格計(jì)算是利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，把分散在不同地理位置的計(jì)算機(jī)組成一臺虛擬超級計(jì)算機(jī)，其中每臺計(jì)算機(jī)是一個“節(jié)點(diǎn)”，所有計(jì)算機(jī)就組成了節(jié)點(diǎn)網(wǎng)——網(wǎng)格。節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)格的方式取決于所使用的網(wǎng)格技術(shù)，通常，該節(jié)點(diǎn)必須用網(wǎng)格名來解析網(wǎng)格中已有的一個或多個節(jié)點(diǎn)的物理地址。在接收到網(wǎng)格中一個或多個節(jié)點(diǎn)的物理地址后，預(yù)期節(jié)點(diǎn)必須立即連接到這些地址中的一個、部分或全部地址，并應(yīng)該準(zhǔn)備好響應(yīng)后續(xù)的其他預(yù)期節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)格名解析請求。網(wǎng)格名解析是一個復(fù)雜的問題。這是因?yàn)椋谠S多情況下，網(wǎng)格名解析要依賴于一個或更多的其他網(wǎng)格。

節(jié)點(diǎn)連接到網(wǎng)格，它就可以通過以下兩種方式之一與其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信：網(wǎng)格擴(kuò)散(也稱多方消息傳送)，或定向消息傳送。網(wǎng)格很少處于靜態(tài)。在多數(shù)P2P應(yīng)用程序中，由于網(wǎng)絡(luò)連接變動，或者是用戶啟動和終止應(yīng)用程序，節(jié)點(diǎn)可能會頻繁地加入和離開網(wǎng)格。多數(shù)網(wǎng)格都具備一些維護(hù)機(jī)制。通常而言，網(wǎng)格維護(hù)的目標(biāo)就是修復(fù)或調(diào)整網(wǎng)格以使其更高效或更穩(wěn)健地運(yùn)行；各種網(wǎng)格技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格維護(hù)的方式都不同。

2 PNRP(對等名稱解析協(xié)議)

PNRP完成網(wǎng)格名向物理地址的轉(zhuǎn)變。PNRP v1可供Windows XP(SPl)以上版本使用?？梢哉f，PNRP本身就是一個采用Windows服務(wù)形式的P2P應(yīng)用程序，并且PNRP節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)格專用于發(fā)現(xiàn)加入到其他網(wǎng)格中的節(jié)點(diǎn)的物理地址。

PNRP和1Pv6 PNRP構(gòu)建于Internet協(xié)議版本IPv6之上。PNRP功能的原型、結(jié)構(gòu)、錯誤代碼均在Windows SDK的p2p．h頭文件中定義。如果某應(yīng)用程序想要向PNRP注冊—個網(wǎng)格名，它必須用非托管代碼通過Windows API實(shí)現(xiàn)，或用托管代碼通過公共語言運(yùn)行庫(cLR)的P／Invoke工具實(shí)現(xiàn)。目前，在Windows API的PNRP部分的．NET Framework中未包含托管包裝。但通過使用netsh命令行實(shí)用程序能訪問PRNP。命令向PNRP注冊—個新的PNRP名可以使用以下命令：

c：\emp＞netsh

netsh＞p2p pnrp peer

netsh p2p pnrp peer＞add 0．baogxm

Ok．

0．baogxm即是P2P名。當(dāng)此命令執(zhí)行時，PNRP會生成--5\"-PNRP ID，將該P(yáng)NRP ID與P2P名相關(guān)聯(lián)，并為該P(yáng)NRP ID分配—個IPv6和IPv4地址。如果訪問另一臺已安裝PNRP并已啟動的計(jì)算機(jī)，則可以用以下netsh命令解析網(wǎng)格名0．baogxm：

netsh p2p pnrp peer＞resolve 0．baogxm

Resolve started．．．

Found：Comment：gonzo／／Comment字段代表注冊了0．baogxm的計(jì)算機(jī)名稱，該字段從netsh自動填充，并且不能用作解析進(jìn)程的一部分

Addresses：[0000：0000：0000：0000：0000：0000：0000：0001]：8350 udp

210．41．35．1 99：8350 tcp

3 PeerChannel

WCF為許多不同類型的分布式應(yīng)用程序提供了一個通用的編程模型。使用這個通用編程模型可以構(gòu)建P2P應(yīng)用程序。實(shí)際上，PeerChannel WCF模塊專用于構(gòu)建P2P應(yīng)用程序。

PeerChannel網(wǎng)格專為消息擴(kuò)散而設(shè)計(jì)。PeerChannel網(wǎng)格的結(jié)構(gòu)由每個節(jié)點(diǎn)所連接的鄰居數(shù)量所控制，PeerChannel網(wǎng)格會主動維護(hù)網(wǎng)格的結(jié)構(gòu)。更具體點(diǎn)說，網(wǎng)格中的節(jié)點(diǎn)會將連接的鄰居數(shù)保持在2～7個之間，以使本地節(jié)點(diǎn)的資源需求與保持網(wǎng)格穩(wěn)健性之間取得平衡。假設(shè)某節(jié)點(diǎn)在進(jìn)入網(wǎng)格時帶有3個鄰居，隨后其中2個鄰居離開了網(wǎng)格，則該節(jié)點(diǎn)將開始一個維護(hù)周期以獲取新的鄰居。當(dāng)一個PeerChannel節(jié)點(diǎn)連有3個鄰居時，則認(rèn)為它處于理想的連接狀態(tài)，但一個節(jié)點(diǎn)可以接受多達(dá)7個鄰居，以便低于鄰居數(shù)最低閾值的節(jié)點(diǎn)能迅速獲得新的鄰居。應(yīng)注意的是，應(yīng)用程序不能更改這些閾值或?qū)W(wǎng)格的維護(hù)實(shí)施任何控制，這些細(xì)節(jié)問題完全由PeerChannel基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)逐個節(jié)點(diǎn)地處理。

PeerChannel提供了PNRP解析程序和自定義解析程序，用于預(yù)期節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)格中已有節(jié)點(diǎn)的地址。這兩種方法都將網(wǎng)格名傳遞給解析程序并接收網(wǎng)格中其他節(jié)點(diǎn)的IP地址列表。一旦解析進(jìn)程生成地址列表，預(yù)期PeerChannel節(jié)點(diǎn)就并發(fā)連接到每個地址。當(dāng)PeerChannel網(wǎng)格中已有的節(jié)點(diǎn)收到其中一個連接請求時，它可以接受或拒絕該連接。如果接受該連接，則節(jié)點(diǎn)會向新連接的節(jié)點(diǎn)發(fā)送一條包含網(wǎng)格中其他節(jié)點(diǎn)地址列表的歡迎消息。如果拒絕該連接，則節(jié)點(diǎn)會向預(yù)期節(jié)點(diǎn)發(fā)送一條包含拒絕理由以及網(wǎng)格中其他節(jié)點(diǎn)地址列表的拒絕消息。

PeerChannel向預(yù)期節(jié)點(diǎn)返回地址列表的方式，不限于網(wǎng)格名解析(通過PNRP解析程序或自定義解析程序執(zhí)行)。與將網(wǎng)格名解析作為預(yù)期節(jié)點(diǎn)獲取地址的惟一方法相比，這可使節(jié)點(diǎn)更快速地進(jìn)入理想的連接狀態(tài)，也可使網(wǎng)格中的節(jié)點(diǎn)可對節(jié)點(diǎn)擁有的鄰居數(shù)(這一因素會進(jìn)而影響網(wǎng)格的穩(wěn)健性)進(jìn)行控制。

PeerChannel網(wǎng)格內(nèi)節(jié)點(diǎn)問傳送消息的重復(fù)率和網(wǎng)絡(luò)帶寬消耗較低。網(wǎng)格中的節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)格內(nèi)發(fā)送消息，實(shí)際上是在向其鄰居發(fā)送消息。收到消息后，每個鄰居都會檢驗(yàn)該消息，然后將其轉(zhuǎn)發(fā)給自己的鄰居。節(jié)點(diǎn)從某鄰居收到消息，不會將此消息轉(zhuǎn)發(fā)回該鄰居。此外，如果節(jié)點(diǎn)多次從某鄰居收到先前已收到并處理過的消息，則與該鄰居的連接會在下一個維護(hù)周期中終止。這些功能是通過節(jié)點(diǎn)上的本地高速緩存來實(shí)現(xiàn)的。PeerChannel網(wǎng)格中的每個節(jié)點(diǎn)都會對WS-Addressing消息ID的值和傳送消息的鄰居的標(biāo)識符進(jìn)行緩存處理，在決定向哪些鄰居傳送該消息時會檢查這個高速緩存。

PeerChannel節(jié)點(diǎn)還可以將消息發(fā)送給網(wǎng)格中節(jié)點(diǎn)的子集。這通過向消息分配一個跳躍計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)。跳躍計(jì)數(shù)是模糊界定接收消息的節(jié)點(diǎn)數(shù)的一種方法。例如，如果一個PeerChannel節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)A)有3個鄰居且在跳躍計(jì)數(shù)為1的情況下向網(wǎng)格發(fā)送一個消息，則該消息將被傳送到3個節(jié)點(diǎn)。同樣，如果節(jié)點(diǎn)A的每個鄰居也都有3個鄰居且節(jié)點(diǎn)A在跳躍計(jì)數(shù)為2的情況下向網(wǎng)格發(fā)送一個消息，則該消息將被傳送到9個節(jié)點(diǎn)。但如果節(jié)點(diǎn)A的任一鄰居有共用的鄰居，則此數(shù)字將相應(yīng)減少。

從物理上說，跳躍計(jì)數(shù)在消息中被表示為標(biāo)頭塊中的一個整數(shù)。當(dāng)某節(jié)點(diǎn)收到帶有跳躍計(jì)數(shù)的消息時，它會檢查跳躍計(jì)數(shù)的值。如果該值大于零，節(jié)點(diǎn)會單調(diào)遞減此跳躍計(jì)數(shù)，然后將帶有遞減后的跳躍計(jì)數(shù)值的消息轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)鄰居。如果節(jié)點(diǎn)所接收消息中包含的跳躍計(jì)數(shù)為0，則不轉(zhuǎn)發(fā)該消息。需要注意的是，跳躍計(jì)數(shù)標(biāo)頭塊被排除在消息簽名之外，因此更改這個值不會影響到應(yīng)用于消息的數(shù)字簽名的完整性，而且會避免產(chǎn)生與重復(fù)生成數(shù)字簽名并將其序列化到消息相應(yīng)部分中的相關(guān)開銷。

4 People Near Me

PNM是集成在Windows Vista之中的一種網(wǎng)格技術(shù)，它允許鄰近的設(shè)備組和人員組相互發(fā)現(xiàn)、連接、邀請并進(jìn)行協(xié)作。PNM是一項(xiàng)完全自選的網(wǎng)格技術(shù)，默認(rèn)情況下處于關(guān)閉狀態(tài)。PNM體系結(jié)構(gòu)包含了一個稱為p2phost．exe的P2P應(yīng)用程序。此程序運(yùn)行時，將通過連接到其他計(jì)算機(jī)上p2phost．exe的實(shí)例來創(chuàng)建網(wǎng)格。PNM用于解析本地節(jié)點(diǎn)并與這些本地節(jié)點(diǎn)的子集進(jìn)行通信。PNM API作為Windows API的一部分，主要用于配置p2phost．exe。

5 PeerChannel實(shí)例

利用PeerChannel構(gòu)建P2P應(yīng)用程序的步驟如下：

(1)定義基本的Windows窗體樣板代碼。

(2)向窗體添加控件。

(3)定義必需的WCF服務(wù)合同。

(4)編寫連接到網(wǎng)格和從網(wǎng)格接收消息的WCF代碼。

(5)編寫向網(wǎng)格中其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送消息的代碼。

對于任何WCF應(yīng)用程序，開發(fā)過程的第一步是定義服務(wù)合同。PeerChannel要使用的服務(wù)合同類似于其他WCF合同，只不過PeerChannel中所有的OperationContractAttribute都將IsOneWay實(shí)例屬性設(shè)置為true。此屬性規(guī)定消息的接收方是否應(yīng)發(fā)送回復(fù)。如果想要接收方發(fā)送回復(fù)，可以將服務(wù)合同定義為雙向合同，但每個OperationContractAttribute仍必須將IsOneWay實(shí)例屬性設(shè)置為true。定義合同代碼如下：

[ServiceContract]

interface IPictureViewer{

[OpemtionContract(IsOneWay=true)]//

void SharePicture(Stream stream)：／／SharePicture接口方法用

OperationContractAttdbute屬性加以說明，并且IsOneWay實(shí)例屬性被設(shè)置為true。此操作將被用于向網(wǎng)格中其他節(jié)點(diǎn)傳送圖片的字節(jié)

}

在定義了服務(wù)合同后，需要添加WCF代碼，該代碼會將我們的應(yīng)用程序連接到PeerChannel網(wǎng)格并且被動等待來自網(wǎng)格的消息。首先，在窗體中實(shí)現(xiàn)新定義的服務(wù)合同；然后，定義類型ServiceHost的字段。所接收的消息將被發(fā)送到frmPictureViewer類型的單個實(shí)例。要顯示此功能，我們必須將正確的ServiceBehavior分配給frmPictureViewer類型。

接下來，必須對ServiceHost進(jìn)行實(shí)例化，添加端點(diǎn)并開始偵聽外來的消息。由于構(gòu)建的是Windows窗體應(yīng)用程序，因此實(shí)現(xiàn)此操作的邏輯位置就是窗體的構(gòu)造函數(shù)。到此，已經(jīng)完成了連接到網(wǎng)格并偵聽消息所需的所有步驟。與標(biāo)準(zhǔn)的WCF代碼相比，只在URI的方案(net．p2p)、所使用的綁定(NetPeerTcpBinding)以及所增添的基于密碼的安全性方面有所不同。

只要調(diào)用了ServiceHost．Open，我們的應(yīng)用程序就會通過PNRP來解析網(wǎng)格名(pictureView)。此時，可以通過運(yùn)行netsh命令以列出注冊的對等名稱來驗(yàn)證我們的PeerChannel應(yīng)用程序是否正在使用PNRP。如果PNRP可以將網(wǎng)格名解析為一個或多個IP地址，則我們的應(yīng)用程序?qū)L試連接到這些節(jié)點(diǎn)。如果不是這樣，則該節(jié)點(diǎn)將成為網(wǎng)格中的第一個節(jié)點(diǎn)。如前所述，現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)將通過發(fā)送歡迎消息或拒絕消息來接受或拒絕連接。這種情況有可能在對ServiceHost．Open的調(diào)用返回后發(fā)生。

加載共享圖片的代碼是Windows窗體基本代碼：首先，對OpenFileDialog進(jìn)行實(shí)例化，獲得一個Stream，將該Stream轉(zhuǎn)換為Image，然后通過PictureBox．Image屬性引用Image。實(shí)際上，要將圖像加載到PictureBox中，只需調(diào)用Sharepicmm方法，將從OperlFileDialog．OpenFile返回的Stream作為參數(shù)傳遞。

要將包含圖片的消息發(fā)送到網(wǎng)格中的其他節(jié)點(diǎn)，需要在類型ChannelFactory和IPictureViewer的窗體中定義一些字段，然后在窗體的構(gòu)造函數(shù)中將這些變量實(shí)例化。

請注意，所使用的網(wǎng)格密碼和證書(用于創(chuàng)建消息的數(shù)字簽名)必須與設(shè)置ServiceHost時所用的相同。此外，其代碼也要與非PeerChannel WCF應(yīng)用程序中的代碼相同。

構(gòu)建了發(fā)送基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)后，就可以使用它向網(wǎng)格中的其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送消息。為此只需為共享按鈕編寫一個如下所示的事件處理程序：

private void btnShare_Click(object sender，EventArgs e)

{using(MemoryStream stream=new Memo～Stream())

{Image image=pbView．Image；

image．Save(stream，ImageFormat．Jpeg)；

／／將圖像存儲到stream中

stream．Position=O；//復(fù)位位置

channel．SharePicture(stream)；／／向網(wǎng)格發(fā)送消息

}

}

6 結(jié)束語

隨著Windows Vista和．NET Framework 3．0的發(fā)布，P2P應(yīng)用程序的開發(fā)門檻將明顯降低。我們相信，技術(shù)的進(jìn)步(如PNRP、IPv6)加上更具生產(chǎn)力的新型平臺的問世(如PeerChannel和PNM)將在P2P應(yīng)用程序開發(fā)領(lǐng)域開創(chuàng)一個新時代。最終，應(yīng)用程序?qū)⒏邊f(xié)作性，并完成我們原來只能想像的一些功能。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文。