純Ｐ２Ｐ在私網(wǎng)中的應(yīng)用

摘要：隨著網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，P2P技術(shù)逐漸顯現(xiàn)它的優(yōu)勢(shì)。網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的膨脹，產(chǎn)生了很多規(guī)模龐大的私網(wǎng)，私網(wǎng)內(nèi)部需要很方便的信息交換的方法。文章提出在私網(wǎng)中應(yīng)用純P2P技術(shù)來(lái)交換信息和傳送文件，并針對(duì)以往純P2P無(wú)法實(shí)現(xiàn)管理的問(wèn)題提出了具體的解決方案。該方案可自動(dòng)搜索在線用戶(hù)，具有很快的收斂速度，用戶(hù)不需要知道對(duì)方的IP地址即可與對(duì)方交流。

關(guān)鍵詞：P2P；純P2P網(wǎng)絡(luò)；廣播；收斂算法

引言

P2P是peer-to-peer的縮寫(xiě)，peer在英語(yǔ)里有“(地位、能力等)同等者”、“同事”和“伙伴”等意義。因此，P2P可以理解為“伙伴對(duì)伙伴”的意思，或稱(chēng)為對(duì)等聯(lián)網(wǎng)。目前人們認(rèn)為它在加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)上人的交流、文件交換、分布計(jì)算等方面大有前途。

簡(jiǎn)單地說(shuō)，P2P直接將人們聯(lián)系起來(lái)，讓人們通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)直接交互。P2P使得人們可以直接連接到其他用戶(hù)的計(jì)算機(jī)上，互相交換文件，而不必像過(guò)去那樣需要連接到服務(wù)器。P2P另一個(gè)重要特點(diǎn)是改變目前互聯(lián)網(wǎng)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(hù)。但是正如B2C、B2B是將現(xiàn)實(shí)世界中很平常的東西移植到互聯(lián)網(wǎng)上一樣，P2P并不是什么新東西，在現(xiàn)實(shí)生活中我們每天都按照P2P模式面對(duì)面地或者通過(guò)電話交流和溝通。

1、P2P技術(shù)體系結(jié)構(gòu)與分類(lèi)

P2P技術(shù)有三種結(jié)構(gòu)模式的體系結(jié)構(gòu)，即以Napster為代表的集中目錄式結(jié)構(gòu)、以Gnutella為代表的純P2P網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和混合式P2P網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。從P2P技術(shù)的分代來(lái)說(shuō)，到目前為止P2P技術(shù)可分為四代：第一代P2P為中央控制網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，第二代P2P為分散分布網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，第三代P2P為混合網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，第四代P2P為目前發(fā)展中P2P技術(shù)。

集中目錄式結(jié)構(gòu)由中央服務(wù)器管理P2P各節(jié)點(diǎn)，P2P節(jié)點(diǎn)向中央目錄服務(wù)器注冊(cè)關(guān)于自身的信息(名稱(chēng)、地址、資源和元數(shù)據(jù))，但所有內(nèi)容存貯在各個(gè)節(jié)點(diǎn)中而并非服務(wù)器上，查詢(xún)節(jié)點(diǎn)根據(jù)目錄服務(wù)器中信息的查詢(xún)以及網(wǎng)絡(luò)流量和延遲等信息來(lái)選擇與定位其它對(duì)等點(diǎn)并直接建立連接，而不必經(jīng)過(guò)中央目錄服務(wù)器。集中目錄式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是提高了網(wǎng)絡(luò)的可管理性，使得對(duì)共享資源的查找和更新非常方便；缺點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性不理想，服務(wù)器失效則該服務(wù)器下的對(duì)等節(jié)點(diǎn)全部失效。

純P2P網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也被稱(chēng)作廣播式的P2P模型：它沒(méi)有集中的中央目錄服務(wù)器，每個(gè)用戶(hù)隨機(jī)接入網(wǎng)絡(luò)，并與自己相鄰的一組鄰居節(jié)點(diǎn)通過(guò)端到端連接構(gòu)成一個(gè)邏輯覆蓋的網(wǎng)絡(luò)。對(duì)等節(jié)點(diǎn)之間的內(nèi)容查詢(xún)和內(nèi)容共享都是直接通過(guò)相鄰節(jié)點(diǎn)廣播接力傳遞，同時(shí)每個(gè)節(jié)點(diǎn)還會(huì)記錄搜索軌跡，以防止搜索環(huán)路的產(chǎn)生。純P2P網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)解決了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中心化的問(wèn)題，擴(kuò)展性和容錯(cuò)性較好。由于沒(méi)有一個(gè)對(duì)等節(jié)點(diǎn)知道整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)中的搜索算法以泛洪的方式進(jìn)行，控制信息的泛濫消耗了大量帶寬并很快造成網(wǎng)絡(luò)擁塞甚至網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的可用性較差；另外這類(lèi)系統(tǒng)更容易受到垃圾信息，甚至是病毒的惡意攻擊。

混合式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)綜合了純P2P去中心化和集中式P2P快速查找的優(yōu)勢(shì)。節(jié)點(diǎn)按能力不同(計(jì)算能力、內(nèi)存大小、連接帶寬、網(wǎng)絡(luò)滯留時(shí)間等)區(qū)分為普通節(jié)點(diǎn)和搜索節(jié)點(diǎn)兩類(lèi)。搜索節(jié)點(diǎn)與其臨近的若干普通節(jié)點(diǎn)之間構(gòu)成一個(gè)自治簇，簇內(nèi)采用基于集中目錄式的P2P模式，而整個(gè)P2P網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)不同的簇之間再通過(guò)純P2P的模式與搜索節(jié)點(diǎn)相連。在各個(gè)搜索節(jié)點(diǎn)之間可以再次選取性能最優(yōu)的節(jié)點(diǎn)，或者另外引入一新的性能最優(yōu)的節(jié)點(diǎn)作為索引節(jié)點(diǎn)來(lái)保存整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中可以利用的搜索節(jié)點(diǎn)信息，并且負(fù)責(zé)維護(hù)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。由于普通節(jié)點(diǎn)的文件搜索先在本地所屬的簇內(nèi)進(jìn)行，只有查詢(xún)結(jié)果不充分的時(shí)候，再通過(guò)搜索節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行有限的泛洪，這樣就極為有效地消除了純P2P結(jié)構(gòu)中使用泛洪算法帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)擁塞、搜索遲緩等問(wèn)題。同時(shí)，由于每個(gè)簇中的搜索節(jié)點(diǎn)監(jiān)控著所有普通節(jié)點(diǎn)的行為，這就能確保一些惡意的攻擊行為在網(wǎng)絡(luò)局部得到控制，在一定程度上改善了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載平衡狀況。

應(yīng)該說(shuō)第四代P2P并沒(méi)有形成真正的代，而是在原有技術(shù)的基礎(chǔ)上作了改進(jìn)，提出和應(yīng)用了一些新技術(shù)措施。典型的有：動(dòng)態(tài)接口選擇、雙向下載和智能結(jié)點(diǎn)彈性重疊網(wǎng)絡(luò)等。

2、在私網(wǎng)內(nèi)構(gòu)造純P2P網(wǎng)絡(luò)

2.1設(shè)計(jì)目的

隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的迅速擴(kuò)大，采用IPv4協(xié)議的IP地址已經(jīng)相當(dāng)匱乏，為了節(jié)約有限的IP地址資源，同時(shí)節(jié)約網(wǎng)絡(luò)成本和提高企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的安全性，越來(lái)越多的企業(yè)組建了自己的私網(wǎng)。實(shí)踐證明：企業(yè)內(nèi)部各主機(jī)之間交換信息要比內(nèi)部與外部交換信息多得多。這就迫切需要一種能夠方便地在內(nèi)網(wǎng)中交換信息的解決方案。

Client/Server是一種解決方案，但存在缺陷：構(gòu)建服務(wù)器需要較大的成本，而現(xiàn)實(shí)中，組建私網(wǎng)的企業(yè)往往不愿意把資金消耗在這方面；通過(guò)局域網(wǎng)的共享等技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)資源的交換，但其操作者需要具有一定的網(wǎng)絡(luò)知識(shí)，而且往往需要事先確定對(duì)方的IP地址，使用起來(lái)很不方便。

結(jié)合第二代P2P技術(shù)(純P2P模式)特點(diǎn)，本文提出的在私網(wǎng)內(nèi)構(gòu)建純P2P傳輸系統(tǒng)的方案，克服了第二代P2P技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)管理的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了不需要構(gòu)建服務(wù)器，也不需要知道對(duì)方的IP地址，只需要一個(gè)能識(shí)別用戶(hù)名字就可以與對(duì)方通信，并且可以查看整個(gè)網(wǎng)絡(luò)提供的資源的功能。

2.2算法設(shè)計(jì)

為了縮小廣播數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆秶?，提高網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行效率，網(wǎng)絡(luò)往往被劃分為不同的虛擬局域網(wǎng)。一般情況下一個(gè)網(wǎng)段為一個(gè)廣播域，可以通過(guò)子網(wǎng)掩碼來(lái)確定。因此，本算法搜索在線用戶(hù)也分為兩個(gè)過(guò)程：在本網(wǎng)段內(nèi)搜索和在本網(wǎng)段外搜索。

(1)在本網(wǎng)段內(nèi)搜索。用戶(hù)輸入自己的姓名后，按“回車(chē)”鍵或按“加入”按鈕即可完成登錄，程序在本網(wǎng)段內(nèi)廣播自己的信息(該信息中只包含“用戶(hù)名”，是個(gè)很小的數(shù)據(jù)包)，本網(wǎng)段內(nèi)的在線用戶(hù)收到該IP數(shù)據(jù)包后，提取出源IP地址和用戶(hù)名(端口號(hào)事先已經(jīng)約定為固定值)，作為一條記錄加入其在線用戶(hù)列表，同時(shí)回送自己的用戶(hù)名。如果收到廣播數(shù)據(jù)包的在線用戶(hù)的在線用戶(hù)列表內(nèi)有別的網(wǎng)段內(nèi)的用戶(hù)，則再次發(fā)送“HAVEOTHERS”消息數(shù)據(jù)包。剛上線的用戶(hù)收到本網(wǎng)段內(nèi)在線用戶(hù)回送的用戶(hù)名消息后，同樣提取出源IP地址和用戶(hù)名，作為一條記錄加入其在線用戶(hù)列表。其時(shí)，他可能收到不止一個(gè)“HAVEOTHERS”消息數(shù)據(jù)包，則選擇第一個(gè)數(shù)據(jù)包，提取出其中的源IP地址保存，并回送“REQUESTEDLIST”消息數(shù)據(jù)包，收到“REQUESTEDLIST”消息數(shù)據(jù)包的用戶(hù)，回送別的網(wǎng)段內(nèi)在線用戶(hù)記錄(用戶(hù)名和IP地址)。剛上線的用戶(hù)收到回送回來(lái)的別的網(wǎng)段的用戶(hù)信息后，將其加入在線用戶(hù)列表，并且利用收到的別的網(wǎng)段的在線用戶(hù)的IP地址向其發(fā)送自己已經(jīng)上線的消息。為了能接收自己上線消息還沒(méi)到達(dá)的網(wǎng)段內(nèi)有新用戶(hù)上線的消息，等到上線消息全部發(fā)送結(jié)束后，再次發(fā)送自己用戶(hù)列表中在線的用戶(hù)數(shù)，對(duì)方收到后，與自己列表內(nèi)的在線用戶(hù)數(shù)進(jìn)行比較，如果小于自己的，則把別的網(wǎng)段的用戶(hù)信息發(fā)送給請(qǐng)求發(fā)起者，請(qǐng)求發(fā)起者收到后，把與自己列表中相同的記錄丟棄，不同的加入，同時(shí)向新加入的記錄發(fā)送自己已經(jīng)上線的消息。如此往復(fù)，直到兩端在線用戶(hù)列表中的個(gè)數(shù)相等為止。到此，整個(gè)私網(wǎng)中在線用戶(hù)的搜索也已經(jīng)完畢(不用再進(jìn)入下一過(guò)程)。

剛上線的用戶(hù)可能不止收到一個(gè)“HAVEOTHERS”消息數(shù)據(jù)包，但也可能收不到“HAVEOTHERS”消息數(shù)據(jù)包，因?yàn)閯e的網(wǎng)段中還沒(méi)有用戶(hù)上線或者他是本網(wǎng)段中第一個(gè)上線的。如果別的網(wǎng)段中還沒(méi)有用戶(hù)上線，那么，整個(gè)私網(wǎng)中在線用戶(hù)的搜索也已就完畢(不用再進(jìn)入下一過(guò)程)。如果他是本網(wǎng)段中第一個(gè)上線的，那么，就要進(jìn)入第二個(gè)過(guò)程。

(2)此時(shí)，他要搜索別的網(wǎng)段在線用戶(hù)的情況。為此，他逐一向別的網(wǎng)段的每一個(gè)地址發(fā)送探測(cè)在線用戶(hù)的消息數(shù)據(jù)包，一旦有別的網(wǎng)段的在線用戶(hù)收到該上線的消息數(shù)據(jù)包后，立刻回應(yīng)“IAMHERE”消息包，并把這個(gè)剛上線的用戶(hù)的信息加入自己的在線用戶(hù)列表，剛上線的用戶(hù)只要一收到“IAMHERE”消息包，就立刻停止發(fā)送自己已經(jīng)上線的消息包，同時(shí)從“IAMHERE”消息包中提取源IP地址，并向?qū)Ψ桨l(fā)送“REQUESTEDLIST”消息數(shù)據(jù)包，對(duì)方收到這個(gè)數(shù)據(jù)包后，就把自己的在線用戶(hù)列表回送，剛上線的用戶(hù)把收到的在線用戶(hù)信息加入自己的在線用戶(hù)列表。并逐一向列表中的成員發(fā)送自己已經(jīng)上線的消息。如果剛上線收到對(duì)方回送的用戶(hù)列表之前，有新上線的用戶(hù)探測(cè)到該節(jié)點(diǎn)，則收到該用戶(hù)列表數(shù)據(jù)包后，再轉(zhuǎn)發(fā)給剛剛探測(cè)到該節(jié)點(diǎn)的新的上線用戶(hù)。

同樣，剛上線的用戶(hù)可能始終收不到“IAMHERE”消息包，那么可以確定他是整個(gè)私網(wǎng)中第一個(gè)上線的人。

3、私網(wǎng)內(nèi)管理的解決方案

已有的P2P應(yīng)用程序，雖然可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的信息交換，但它們都依賴(lài)于服務(wù)器。只要服務(wù)器出了故障，則服務(wù)器管理下的所有P2P應(yīng)用軟件將無(wú)法工作。例如，目前國(guó)內(nèi)流行的QQ聊天工具，它采用分層的服務(wù)器管理模式，如果某一個(gè)地區(qū)的服務(wù)器出現(xiàn)故障，則整個(gè)地區(qū)的QQ程序?qū)⒉荒芄ぷ鳌榇?，本文提出如下的解決方案，既可以實(shí)現(xiàn)管理功能，也可以避免上述情況的發(fā)生。

服務(wù)器出故障導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓的根本原因就是服務(wù)器的作用太大。因此，可以把網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器只作為參與聊天并起到監(jiān)督作用的參與者節(jié)點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)私網(wǎng)內(nèi)的管理功能，每個(gè)用戶(hù)在登錄時(shí)要輸入關(guān)于自己的一項(xiàng)信息(根據(jù)應(yīng)用的場(chǎng)合不同自己定義)和密碼(要保證兩者結(jié)合可以惟一確定這個(gè)用戶(hù))，并把這兩項(xiàng)信息連同用戶(hù)名和本機(jī)IP地址一同作為上線消息數(shù)據(jù)包一起發(fā)送，當(dāng)這個(gè)數(shù)據(jù)包到達(dá)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)時(shí)，服務(wù)器提取這兩項(xiàng)信息與數(shù)據(jù)庫(kù)中確定的用戶(hù)信息進(jìn)行比較，如果完全相同，則像別的節(jié)點(diǎn)處理這個(gè)數(shù)據(jù)包一樣進(jìn)行處理。如果不同，則向這個(gè)剛上線的節(jié)點(diǎn)發(fā)送一條要求其退出的消息數(shù)據(jù)包。剛上線的節(jié)點(diǎn)接收到這個(gè)數(shù)據(jù)包后，自動(dòng)退出。通過(guò)這種方法，就可以很好地對(duì)全網(wǎng)的用戶(hù)進(jìn)行管理，同時(shí)即使服務(wù)器出現(xiàn)故障，別的用戶(hù)也只是感覺(jué)網(wǎng)絡(luò)中有一個(gè)節(jié)點(diǎn)注銷(xiāo)了，感覺(jué)不出是服務(wù)器的問(wèn)題，而且可以與網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)保持正常的通信。盡管這里也有一個(gè)小的安全隱患，如果一個(gè)非法用戶(hù)，正好在服務(wù)器出現(xiàn)故障的時(shí)候登錄系統(tǒng)，顯然他是可以成功的，但這種幾率是微乎其微的，只要服務(wù)器恢復(fù)正常，可以馬上把這個(gè)非法的用戶(hù)刪除。

此外，該服務(wù)器還可以通過(guò)與公網(wǎng)上的服務(wù)器通信，借助公網(wǎng)上的服務(wù)器穿透NAT或NAPT，實(shí)現(xiàn)與另一個(gè)私網(wǎng)內(nèi)服務(wù)器的通信。

4、結(jié)束語(yǔ)

本文提出的在私網(wǎng)內(nèi)構(gòu)建純P2P網(wǎng)絡(luò)的算法，以及對(duì)服務(wù)器降級(jí)處理的辦法，能夠?qū)崿F(xiàn)私網(wǎng)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)間的信息交換。算法可自動(dòng)搜索在線用戶(hù)，具有很快的收斂速度。對(duì)服務(wù)器降級(jí)處理解決了私網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)的管理問(wèn)題。