P2P網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀與發(fā)展研究

賀文華 劉浩 賀勁松

摘 ?要：本文介紹了P2P網(wǎng)絡(luò)的定義、特點，以及主要應(yīng)用如文件共享、多媒體傳輸、分布式數(shù)據(jù)存儲、分布式計算、協(xié)同工作、實時通信和搜索引擎等，并與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)在節(jié)點對等、資源分散、管理自治、拓撲結(jié)構(gòu)、中心依賴、實時、可擴展、資源利用等方面進行了比較，P2P網(wǎng)絡(luò)在分布式計算、協(xié)同工作、多媒體等方面強大的優(yōu)勢肯定是今后迅速發(fā)展的強大動力。然后，從P2P系統(tǒng)安全的角度，分析了P2P網(wǎng)絡(luò)面臨的挑戰(zhàn)，闡述了構(gòu)建安全對等網(wǎng)絡(luò)是必然趨勢，必將會擁有廣闊的前景。

關(guān)鍵詞：P2P網(wǎng)絡(luò);傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò);系統(tǒng)安全;分布式;協(xié)同工作

中圖分類號：TP393 ? ? 文獻標識碼：A

Abstract：This article introduces the definition and characteristics of P2P network as well as the major application in file sharing，multimedia transmission，distributed data storage，distributed computing，collaborative work，real-time communication，and search engines.It is also compared with traditional network in terms of node equivalence，resource decentralization，management autonomy，topology，center dependence，real-timeness，extensibility and resource utilization.The remarkable advantages of P2P network in distributed computing，collaborative work，multimedia and other aspects are definitely powerful driving forces for the rapid development in the future.Then from the viewpoint of P2P system security，this paper analyzes the challenges faced by P2P network，and expounds why the construction of security peer-to-peer network is an inevitable trend with a promising prospect.

Keywords：P2P network;traditional network;system security;distributed;collaborative work

1 ? 引言（Introduction）

P2P網(wǎng)絡(luò)（Peer-to-Peer Network，簡稱P2P）也稱為對等網(wǎng)絡(luò)，P2P網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以應(yīng)用軟件為主要代表形式，是由網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)硬件建立連接后的一種信息共享技術(shù)?；诰钟蚓W(wǎng)絡(luò)的文件資源共享需求，P2P網(wǎng)絡(luò)技術(shù)從1973年開始得到應(yīng)用了，然而，由于當(dāng)時PC機的性能低等原因，沒有得到應(yīng)用的推廣。直到21世紀初，PC機的處理能力得到了極大的提升，并且PC機之間全雙工信息流得以實現(xiàn)，P2P網(wǎng)絡(luò)技術(shù)再一次得到了復(fù)興，擁有了市場和應(yīng)用。目前，P2P網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在互聯(lián)網(wǎng)上已迅速崛起，并在協(xié)同工作、文件共享、搜索引擎、多媒體、分布式計算等多種應(yīng)用領(lǐng)域中呈現(xiàn)出極大的優(yōu)勢，它被財富雜志列入因特網(wǎng)今后發(fā)展的四項科技中[1]。

2 ? 對等網(wǎng)P2P（P2P network）

時至今日，P2P的定義尚沒有統(tǒng)一，業(yè)界和學(xué)術(shù)界理解有區(qū)別，實質(zhì)上是不矛盾。業(yè)界和學(xué)術(shù)界對P2P有多種定義和詮釋如下：

定義1：P2P是一種通信模型，每個參與者以相同、對等的方式加入，并且一次通信會話是每個參與者都可以發(fā)起的。常見的通信模型有C/S模型和Master/Slave模型。在P2P應(yīng)用中，每個通信節(jié)點不僅是資源、服務(wù)和內(nèi)容的提供者，同時又是資源、服務(wù)和內(nèi)容的獲取者，對等通信得以實現(xiàn)[2]。

定義2：P2P是對等的、自治管理的實體組建而成的系統(tǒng)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中分布式閑散資源的共享，避免中間節(jié)點介入，消除了中心化、集中化服務(wù)[2]。

定義3：P2P是一種網(wǎng)絡(luò)邊界的一切能用的、閑散的、分布式共享資源（如分布式存儲、協(xié)同工作、分布式計算、實時通信、多媒體傳輸?shù)龋┑母鞣N應(yīng)用。在難以預(yù)知地址網(wǎng)絡(luò)中，訪問可用的閑散資源，就是對可用的、分散的資源實現(xiàn)連接訪問，并且不能利用域名服務(wù)器來進行訪問，可見，節(jié)點的自主權(quán)極大[3]。

定義4：P2P是一個分布式系統(tǒng)，系統(tǒng)中每個節(jié)點都提供功能服務(wù)，不僅向P2P網(wǎng)絡(luò)提供資源、服務(wù)和內(nèi)容，而且從P2P網(wǎng)絡(luò)獲取資源、服務(wù)和內(nèi)容。如磁盤空間、文件、中央處理器處理時間等本地資源能讓參與的各個節(jié)點共享，并形成可共享的公有的公共資源，而同時參與節(jié)點之間可以直接聯(lián)系，無須經(jīng)過中間實體來做聯(lián)系橋梁[4]。

業(yè)界和學(xué)術(shù)界對P2P的多種定義和詮釋，雖然表述的形式不盡相同，事實上，自由、平等、互聯(lián)就是P2P技術(shù)的特點。

自由是指在P2P網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點是完全獨立的、自治的，網(wǎng)絡(luò)中對等節(jié)點的行為由其本身自由決策。如與哪些節(jié)點進行通信聯(lián)系、與哪些節(jié)點交換信息等行為均不受限于其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，并且完全是自己自由決定的。

平等意味著在一個系統(tǒng)中的所有節(jié)點在功能、服務(wù)、地位上是完全對等的、平等的。體現(xiàn)了公平、公正的原則，一個節(jié)點不能控制其他節(jié)點，也不能限制其他節(jié)點，網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點都沒有特權(quán);然而，由于P2P網(wǎng)的可用資源分布于各個節(jié)點上，盡管各個節(jié)點提供的功能、服務(wù)不一樣，并且各有特色，但每個節(jié)點既是功能服務(wù)的提供者，又是功能服務(wù)的享受者。

互聯(lián)就是構(gòu)建動態(tài)覆蓋網(wǎng)。動態(tài)是指由于各個節(jié)點入網(wǎng)和退網(wǎng)是動態(tài)的、自由的，即網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)是動態(tài)的。覆蓋網(wǎng)意味著任意兩個節(jié)點都可直接通信，實質(zhì)上是在物理網(wǎng)絡(luò)上建立一條IP路徑，也就是一個邏輯連接，即在應(yīng)用層組建覆蓋網(wǎng)。

P2P技術(shù)更具體的特點有：

（1）非中心化：P2P網(wǎng)絡(luò)是一個分布式系統(tǒng)，它的可用資源和功能服務(wù)分布在網(wǎng)絡(luò)的各個節(jié)點，各個節(jié)點之間能夠直接聯(lián)系通信、傳輸信息和進行功能服務(wù)，并且各有特色，每個節(jié)點既是服務(wù)的提供者，又享受服務(wù)，無須經(jīng)過中間實體來做聯(lián)系橋梁，不再需要中間節(jié)點和服務(wù)器的介入，消除了中心化、集中化的服務(wù)，集中環(huán)節(jié)在網(wǎng)絡(luò)中不再存在，進而消除了可能產(chǎn)生的瓶頸，從而P2P網(wǎng)絡(luò)在可擴展性、隱私保護、健壯性和負載均衡等方面體現(xiàn)了強大的優(yōu)勢特色。

（2）可擴展性：P2P網(wǎng)絡(luò)是一個自組織方式的系統(tǒng)，隨著網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)量的不斷遞增，應(yīng)用范圍也越來越廣泛，網(wǎng)絡(luò)需求和服務(wù)也隨著不斷擴大，從而P2P網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的整體資源與功能服務(wù)的能力得到了擴充、提高和壯大，并且始終能夠滿足不斷遞增的用戶的各種需求。

（3）及時性：由于沒有中間環(huán)節(jié)和服務(wù)器的參與和介入，用戶節(jié)點之間可以提供實時、方便、快捷的各類服務(wù)與資源。

（4）健壯性：P2P網(wǎng)絡(luò)是等同的、自治管理的實體組建而成的系統(tǒng)，以自組織的方式建立和允許節(jié)點自由地進出是P2P網(wǎng)絡(luò)的自由組網(wǎng)方式，并且當(dāng)部分節(jié)點連接通信失效時，P2P網(wǎng)絡(luò)通常能自動、動態(tài)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，保證節(jié)點之間的連通性，促進節(jié)點之間通信的暢通性。網(wǎng)絡(luò)中部分節(jié)點連接通信失效時，由于P2P網(wǎng)的可用資源、功能服務(wù)分布在各個節(jié)點上，因此，它對其他節(jié)點的影響是很小的。

（5）高性價比：P2P是一個分布式系統(tǒng)，參與的各個節(jié)點不僅提供資源、服務(wù)和內(nèi)容，而且獲取資源、服務(wù)和內(nèi)容。如磁盤空間、中央處理器處理時間等本地資源能讓各個節(jié)點共享，大量普通節(jié)點閑置的存儲空間、計算能力等更有效地得到利用，實現(xiàn)P2P網(wǎng)絡(luò)的分布式存儲、分布式計算、協(xié)同工作，從而達到超大容量存儲、高性能計算、協(xié)同工作的效果，以降低成本投入來增強存儲能力、計算能力，體現(xiàn)高性價比的特點。

（6）均衡負載：在P2P網(wǎng)絡(luò)中，各個節(jié)點實質(zhì)上分布著資源和功能服務(wù)，每個節(jié)點不僅提供資源、功能服務(wù)和內(nèi)容，又享受各種服務(wù)。為了負載均衡，負載平均分配到節(jié)點的分配算法是大多數(shù)P2P系統(tǒng)采用的算法，目的是達到整個網(wǎng)絡(luò)均衡負載。

（7）隱私保護：P2P網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點既提供服務(wù)又享受服務(wù)，每個節(jié)點之間能夠直接通信、傳輸信息和提供功能服務(wù)，不需要也不存在集中環(huán)節(jié)和服務(wù)器的參與和介入，用戶個人的隱私信息被網(wǎng)絡(luò)竊聽、竊取、盜用和泄密的可能性就極小。

（8）自由和信息量大：P2P是一個等同、自由、自治和自組的網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)中對等節(jié)點的參與行為、交互行為由其本身自由決策。同時，網(wǎng)中的用戶都是信息提供者，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷日益擴大，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛速發(fā)展，入網(wǎng)用戶量的不斷擴大，信息共享的數(shù)量也不斷增加，范圍也不斷擴大。

3 ?傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與P2P網(wǎng)絡(luò)（Traditional network andP2P network）

目前，C/S模式是傳統(tǒng)網(wǎng)的主模式。在因特網(wǎng)中，它是一種采用集中式工作機制的網(wǎng)絡(luò)模型。C/S模式要求配置有強處理能力、高性能的服務(wù)器，安裝各種軟件，如IIS、FTP等來集中處理各種信息，即時地、實時地響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中各客戶端的請求。服務(wù)器是客戶端成員之間聯(lián)系通信和其他功能服務(wù)實現(xiàn)的中間件，它不但提供數(shù)據(jù)，同時也是信息資源上傳、下載的中轉(zhuǎn)站，扮演著安全保障角色，是一種集中式、中心化的工作方式。眾所周知的FTP、WWW等都是C/S模式的典型應(yīng)用，曾經(jīng)在一段時間內(nèi)促進了網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，然而，隨著計算機的處理與存儲能力、通訊技術(shù)和多媒體技術(shù)的發(fā)展，用戶需求不斷增強，客戶端的功能服務(wù)也大幅度提高，其缺點逐漸呈現(xiàn)，表現(xiàn)出服務(wù)器負載繁重、性能下降等嚴重不足，成為網(wǎng)絡(luò)向前發(fā)展的嚴重瓶頸。再有，客戶端處理能力的不斷增強，會導(dǎo)致客戶端的可用資源大量閑置，需要有更有效的某種機制來充分利用，以提高網(wǎng)絡(luò)性能。

在這樣的背景下，P2P技術(shù)如雨后春筍，又重新迅速興起。P2P是一個自治的、分布式的網(wǎng)絡(luò)，每個節(jié)點的行為由其本身自由決策，每個節(jié)點有著充分自由的行為，絕對平等的功能，完全互連的連接。同時，每個節(jié)點既是服務(wù)的提供者又是服務(wù)的享受者，既可以是客戶機，又可以是服務(wù)器，還可以是路由器。P2P網(wǎng)絡(luò)是一個分布式系統(tǒng)，不存在中間節(jié)點和服務(wù)器的參與和介入，徹底地擺脫了傳統(tǒng)模式中對集中式服務(wù)器的依賴性。因而，P2P網(wǎng)絡(luò)是分散的、自治的，由于每個節(jié)點的主動參與，其他節(jié)點從中受益?；谏鲜鲈?，P2P網(wǎng)絡(luò)是一種全開放式的、自治的網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點的行為由其本身自由決策。

綜上所述，C/S模式的節(jié)點關(guān)系具有不對等性、資源分布具有集中性、管理機制采用集中管理、拓撲結(jié)構(gòu)屬于靜態(tài)拓撲、中心依賴性強、安全性等特點，而P2P網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點關(guān)系具有對等性、資源分布具有分散性、管理機制采用自治管理、拓撲結(jié)構(gòu)屬于動態(tài)拓撲、無中心依賴、實時性好、可擴展性好、資源利用率高等特點。

4 ? 對等網(wǎng)P2P的主要應(yīng)用（The main application ofP2P network ）

P2P技術(shù)發(fā)展動力是廣泛的應(yīng)用，從應(yīng)用中不斷發(fā)展P2P關(guān)鍵技術(shù)，覆蓋了軍事、教育、商業(yè)、企業(yè)、通訊和個人應(yīng)用等領(lǐng)域。目前，P2P網(wǎng)絡(luò)的主要應(yīng)用如下：

（1）文件共享：P2P網(wǎng)絡(luò)技術(shù)最初的應(yīng)用是文件共享，它的推廣與應(yīng)用導(dǎo)致了P2P技術(shù)的發(fā)展和推廣。在傳統(tǒng)的C/S模式中，文件共享的實現(xiàn)有Server參與，帶來了諸多不便。于是，人們希望通過互聯(lián)網(wǎng)共享音樂文件的廣泛市場需求被Napster抓住了，它創(chuàng)建了全球第一個被廣泛應(yīng)用的點對點音樂共享服務(wù)，極大地影響了人們，實現(xiàn)了文件共享，爆發(fā)了P2P網(wǎng)絡(luò)技術(shù)革命。在技術(shù)上來說的話，第一種類型P2P文件共享系統(tǒng)是“中心文件目錄”結(jié)構(gòu)式的，它采用集中式管理目錄來實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，導(dǎo)致存在或產(chǎn)生瓶頸問題;第二種類型P2P文件共享系統(tǒng)是P2P結(jié)構(gòu)式的，有自由特征，由于不存在服務(wù)器的介入，就不存在集中環(huán)節(jié)，但網(wǎng)絡(luò)安全管理等控制存在困難性，不足是不可避免的;第三種類型P2P文件共享系統(tǒng)是上述兩類的折中——文件目錄是分布式的且存在中間服務(wù)器。Napster屬于第一類，Gnutella和Freenet屬于第二類，國內(nèi)典型應(yīng)用的Workslink屬于第三類[5]。