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P2P技术原理及应用
摘要:对等网络(P2P)有3种主要的组织结构:分布式哈希表(DHT)结构、树形结构、网状结构。P2P技术已经延伸到几乎所有的网络应用领域,如分布式科学计算、文件共享、流媒体直播与点播、语音通信及在线游戏支撑平台等方面。现在人们已经开始将重心转入到覆盖层网络的节点延时聚集研究、覆盖网之间(Inter-Overlay)优化研究、P2P支撑平台研究以及P2P安全研究等方面。
1 P2P技术原理
什么是对等网络(P2P)技术?P2P技术属于覆盖层网络(work)的范畴,是相对于客户机/服务器(C/S)模式来说的一种网络信息交换方式。在C/S模式中,数据的分发采用专门的服务器,多个客户端都从此服务器获取数据。这种模式的优点是:数据的一致性容易控制,系统也容易管理。但是此种模式的缺点是:因为服务器的个数只有一个(即便有多个也非常有限),系统容易出现单一失效点;单一服务器面对众多的客户端,由于CPU能力、内存大小、网络带宽的限制,可同时服务的客户端非常有限,可扩展性差。P2P技术正是为了解决这些问题而提出来的一种对等网络结构。在P2P网络中,每个节点既可以从其他节点得到服务,也可以向其他节点提供服务。这样,庞大的终端资源被利用起来,一举解决了C/S模式中的两个弊端。
P2P网络有3种比较流行的组织结构,被应用在不同的P2P应用中。
(1)DHT结构
分布式哈希表(DHT)[1]是一种功能强大的工具,它的提出引起了学术界一股研究DHT的热潮。虽然DHT具有各种各样的实现方式,但是具有共同的特征,即都是一个环行拓扑结构,在这个结构里每个节点具有一个唯一的节点标识(ID),节点ID是一个128位的哈希值。每个节点都在路由表里保存了其他前驱、后继节点的ID。如图1(a)所示。通过这些路由信息,可以方便地找到其他节点。这种结构多用于文件共享和作为底层结构用于流媒体传输[2]。
(2)树形结构
P2P网络树形结构如图1(b)所示。在这种结构中,所有的节点都被组织在一棵树中,树根只有子节点,树叶只有父节点,其他节点既有子节点也有父节点。信息的流向沿着树枝流动。最初的树形结构多用于P2P流媒体直播[3-4]。
(3)网状结构
网状结构如图1(c)所示,又叫无结构。顾名思义,这种结构中,所有的节点无规则地连在一起,没有稳定的关系,没有父子关系。网状结构[5]为P2P提供了最大的容忍性、动态适应性,在流媒体直播和点播应用中取得了极大的成功。当网络变得很大时,常常会引入超级节点的概念,超级节点可以和任何一种以上结构结合起来组成新的结构,如KaZaA[6]。
2 P2P技术应用现状
由于能够极大缓解传统架构中服务器端的压力过大、单一失效点等问题,又能充分利用终端的丰富资源,所以P2P技术被广泛应用于计算机网络的各个应用领域,如分布式科学计算、文件共享、流媒体直播与点播、语音通信及在线游戏支撑平台等方面。
(1)分布式科学计算
我们知道,许多计算机的CPU资源并不是时刻保持峰值运转的,甚至很多时候计算机处于“空闲”状态,比如使用者暂时离开等情况。而P2P技术可以使得众多终端的CPU资源联合起来,服务于一个共同的计算。这种计算一般是计算量巨大、数据极多、耗时很长的科学计算。在每次计算过程中,任务(包括逻辑与数据等)被划分