基于節(jié)點(diǎn)興趣的對等網(wǎng)絡(luò)信息搜索機(jī)制研究

江 濤

肇慶科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系，廣東 肇慶 526000

1 P2P網(wǎng)絡(luò)的定義

P2P（Peer to Peer）指的是對等計(jì)算或者對等網(wǎng)絡(luò)，通常也簡稱為P2P，具體來說就是網(wǎng)路上的節(jié)點(diǎn)通過直接交換的方式，來共享其各自計(jì)算機(jī)上的各種資源以及服務(wù)。在P2P的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境里，成千上萬臺彼此相連的計(jì)算機(jī)都處于對等地位，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)是不依賴于專用服務(wù)器的。網(wǎng)絡(luò)中的任一臺計(jì)算機(jī)既是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的申請者，又是資源與服務(wù)的提供者，因而能夠開發(fā)每個(gè)網(wǎng)路節(jié)點(diǎn)潛力，提高網(wǎng)絡(luò)的工作效率。

總的來說，P2P網(wǎng)絡(luò)可描述為：網(wǎng)絡(luò)的參與者共享其所擁有的部分硬件資源，這些被共享的資源經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)，可以被其它的對等節(jié)點(diǎn)直接訪問，而不需要去經(jīng)過中間實(shí)體。在這種網(wǎng)絡(luò)模式中的參與者，既是資源提供者，又是資源獲取者。

2 P2P網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（C/S）的對比

P2P網(wǎng)絡(luò)與C/S網(wǎng)絡(luò)，是相對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)模式。C/S網(wǎng)絡(luò)模式與P2P網(wǎng)絡(luò)模式的對比如圖1所示：

圖1 P2P模式和C/S模式

與傳統(tǒng)的C/S模式相比，P2P模式有著明顯優(yōu)勢：

2.1 資源的利用率較高

在P2P網(wǎng)絡(luò)中，許多閑散的資源，可以得到許多機(jī)會被利用。所有節(jié)點(diǎn)的資源總和，即構(gòu)成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的資源，因而我們可以把整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，看成是具有優(yōu)越的存儲能力和強(qiáng)大的計(jì)算處理能力的一種超級計(jì)算機(jī)。對應(yīng)的，在C/S模式下，即使客戶端，有著大量的閑散資源，也是無法被充分利用。

2.2 節(jié)點(diǎn)的增多可以使網(wǎng)絡(luò)更穩(wěn)定

P2P網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)，都是一個(gè)活動的參與者，都會向網(wǎng)絡(luò)貢獻(xiàn)一定資源，比如存儲的空間、CPU運(yùn)算、各種資源等。所以加入的節(jié)點(diǎn)越多，規(guī)模越大，網(wǎng)絡(luò)的性能就越好也越穩(wěn)固。而在C/S模式下，客戶端之間共享資源需要經(jīng)過服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的增加，會增大服務(wù)器的負(fù)擔(dān)，一旦超過服務(wù)器的承受能力而崩潰，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)也會處于癱瘓。

2.3 信息在對等節(jié)點(diǎn)之間是直接交換，速度快，響應(yīng)時(shí)間短，中轉(zhuǎn)成本低

P2P也有不足之處：1）缺乏管理機(jī)制。不像C/S模式，只需要在服務(wù)器進(jìn)行管理；3）P2P網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)的安全面臨較大威脅。此外還存在占用網(wǎng)絡(luò)帶寬，侵犯版權(quán)等問題。

3 P2P搜索技術(shù)

在P2P網(wǎng)絡(luò)中，一個(gè)節(jié)點(diǎn)的搜索請求，通過網(wǎng)絡(luò)，將可同時(shí)發(fā)給網(wǎng)絡(luò)上其他N個(gè)節(jié)點(diǎn)，假設(shè)搜索請求沒有得到滿足，這N個(gè)節(jié)點(diǎn)又會將該搜索請求，轉(zhuǎn)發(fā)給另外N個(gè)節(jié)點(diǎn)，如果這個(gè)過程持續(xù)進(jìn)行下去，搜索范圍將在短短數(shù)秒內(nèi)，急速擴(kuò)大，很快可搜索上百萬節(jié)點(diǎn)的信息資源。

P2P資源搜索的這種策略需要較好的算法支持。當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)，發(fā)起一個(gè)查詢時(shí)，將這個(gè)查詢的消息數(shù)據(jù)包，廣播到其鄰居節(jié)點(diǎn)。對于查詢請求，接收到查詢消息的節(jié)點(diǎn)，首先會判斷自己是否符合查詢的要求，然后再決定是否按照制定的策略進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。一旦查詢命中，即可通知發(fā)起節(jié)點(diǎn)，并在之間建立連接，進(jìn)行相應(yīng)任務(wù)。查詢的命中與否，并不是取決于某個(gè)確定的節(jié)點(diǎn)，而是關(guān)系到，算法所規(guī)定的所有節(jié)點(diǎn)。因而具有較好的魯棒性。一般P2P搜索算法是針對非集中式的拓樸領(lǐng)域內(nèi)，按拓樸組織形式可分為結(jié)構(gòu)化搜索算法和非結(jié)構(gòu)化搜索。

3.1 結(jié)構(gòu)化P2P搜索算法

結(jié)構(gòu)化的P2P搜索算法，大都是DHT算法來實(shí)現(xiàn)的。目前已經(jīng)有幾種比較成熟的DHT搜索算法：Chord，CAN，Tapestry，Pastry等。這里主要介紹基于靜態(tài)環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的經(jīng)典chord算法。

Chord算法以DHT思想為指導(dǎo)，其核心思想可以描述為：Chord將DHT的文件索引表進(jìn)行細(xì)分，分成多個(gè)的小局部文件索引表，再分別存放于環(huán)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)。一旦收到搜索命令時(shí)，就可通過一定的方式，連接到某幾個(gè)節(jié)點(diǎn)的局部文件索引表，查找存放該資源的節(jié)點(diǎn)并獲取資源所在節(jié)點(diǎn)地址。

3.2 非結(jié)構(gòu)化P2P搜索算法

非結(jié)構(gòu)化P2P的基本搜索算法，是Flooding算法,主要的代表是Gnutella系統(tǒng)。這種算法是通過查詢鄰節(jié)點(diǎn)，并通過鄰節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)來達(dá)到遍歷網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)，從而得到盡可能多的查詢響應(yīng)?？梢詾槊總€(gè)消息，設(shè)立一個(gè)最大的網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間TTL。每轉(zhuǎn)發(fā)一次就減少TTL，直到TTL為1時(shí)，便停止轉(zhuǎn)發(fā)。

3.3 混合式搜索算法

在混合式P2P搜索中，資源的查詢以混合模式實(shí)現(xiàn)：比如熱門資源通過Flooding算法，而稀有資源則使用基于DHT的有結(jié)構(gòu)搜索算法。通過這種混合設(shè)計(jì)，去同時(shí)獲得對熱門資源和稀有資源的搜索效率和質(zhì)量。

4 P2P搜索技術(shù)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

4.1 搜索執(zhí)行效率

查詢請求，在網(wǎng)絡(luò)中擴(kuò)散，需要經(jīng)過多個(gè)節(jié)點(diǎn)。而每個(gè)節(jié)點(diǎn)都要花費(fèi)時(shí)間和資源，對其請求進(jìn)行處理，是否有滿足查詢要求，是否轉(zhuǎn)發(fā)查詢請求。因而用資源的消耗，去衡量搜索的效率。高效的搜索技術(shù)要做到以較少的資源去獲得較滿意的搜索效果。

4.2 可擴(kuò)展性

一般P2P網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模很大，并且隨著加入的節(jié)點(diǎn)增多，規(guī)模急劇增長。P2P搜索需要滿足網(wǎng)絡(luò)對擴(kuò)展性的要求，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模急劇膨脹時(shí)，也能夠及時(shí)有效的，滿足節(jié)點(diǎn)的搜索需求。

4.3 健壯性

P2P網(wǎng)絡(luò)其節(jié)點(diǎn)規(guī)模是動態(tài)的變化的，網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)，通常會頻繁的加入或退出。根據(jù)對Gnutella的統(tǒng)計(jì)，超過40%的節(jié)點(diǎn)，在線的時(shí)間通常少于4個(gè)小時(shí)，而只有25%的節(jié)點(diǎn)，在線時(shí)間多于24小時(shí)。搜索方法良好的健壯性，可以保證在節(jié)點(diǎn)故障或者退出網(wǎng)絡(luò)時(shí)，把影響降到最低，最大程度的保證搜索到足夠的資源。

5 結(jié)論

P2P網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)問題。搜索策略作為P2P技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)，也是目前研究的熱門領(lǐng)域。在P2P網(wǎng)絡(luò)搜索中，無需通過中心服務(wù)器，也可以不受設(shè)備或搜索信息格式的制約，實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)的全方位搜索。其搜索深度和廣度是傳統(tǒng)搜索引擎難以比擬的，其搜索范圍可在短時(shí)間內(nèi)，迅速增長，采集到的信息將有更強(qiáng)的實(shí)時(shí)性和有效性。P2P網(wǎng)絡(luò)搜索技術(shù)具有潛在廣闊的應(yīng)用前景。

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