对等网络

对等网络,即对等计算机网络,是一种在对等者(Peer)之间分配任务和工作负载的分布式应用架构,是对等计算模型在应用层形成的一种组网或网络形式。“Peer”在英语里有“对等者、伙伴、对端”的意义。因此,从字面上,P2P可以理解为对等计算或对等网络。国内一些媒体将P2P翻译成“点对点”或者“端对端”,学术界则统一称为对等网络(Peer-to-peer networking)或对等计算(Peer-to-peer computing),其可以定义为:网络的参与者共享他们所拥有的一部分硬件资源(处理能力、存储能力、网络连接能力、打印机等),这些共享资源通过网络提供服务和内容,能被其它对等节点(Peer)直接访问而无需经过中间实体。在此网络中的参与者既是资源、服务和内容的提供者(Server),又是资源、服务和内容的获取者(Client)。

在P2P网络环境中,彼此连接的多台计算机之间都处于对等的地位,各台计算机有相同的功能,无主从之分,一台计算机既可作为服务器,设定共享资源供网络中其他计算机所使用,又可以作为工作站,整个网络一般来说不依赖专用的集中服务器,也没有专用的工作站。网络中的每一台计算机既能充当网络服务的请求者,又对其它计算机的请求做出响应,提供资源、服务和内容。通常这些资源和服务包括:信息的共享和交换、计算资源(如CPU计算能力共享)、存储共享(如缓存和磁盘空间的使用)、网络共享、打印机共享等。

对等网络是一种网络结构的思想。它与目前网络中占据主导地位的客户端/服务器(Client/Server)结构(也就是WWW所采用的结构方式)的一个本质区别是,整个网络结构中不存在中心节点(或中心服务器)。在P2P结构中,每一个节点(peer)大都同时具有信息消费者、信息提供者和信息通讯等三方面的功能。从计算模式上来说,P2P打破了传统的Client/Server (C/S)模式,在网络中的每个节点的地位都是对等的。每个节点既充当服务器,为其他节点提供服务,同时也享用其他节点提供的服务。

简单的说,P2P就是直接将人们联系起来,让人们通过互联网直接交互。P2P使得网络上的沟通变得容易、更直接共享和交互,真正地消除中间商。

P2P另一个重要特点是改变互联网现在的以太网站为中心的状态、重返“非中心化”,并把权力交还给用户。

对等网络是对分布式概念的成功拓展,它将传统方式下的服务器负担分配到网络中的每一节点上,每一节点都将承担有限的存储与计算任务,加入到网络中的节点越多,节点贡献的资源也就越多,其服务质量也就越高。

对等网络可运用存在于 Internet 边缘的相对强大的计算机(个人计算机),执行较基于客户端的计算任务更高级的任务。现代的PC具有速度极快的处理器、海量内存以及超大的硬盘,而在执行常规计算任务(比如:浏览电子邮件和 Web)时,无法完全发挥这些设备的潜力。新式PC很容易就能同时充当许多类型的应用程序的客户端和服务器(对等方)。

P2P网络技术的特点体现在以下几个方面:

网络中的资源和服务分散在所有节点上,信息的传输和服务的实现都直接在节点之间进行,可以无需中间环节和服务器的介入,避免了可能的瓶颈。P2P的非中心化基本特点,带来了其在可扩展性、健壮性等方面的优势。

在P2P网络中,随着用户的加入,不仅服务的需求增加了,系统整体的资源和服务能力也在同步地扩充,始终能比较容易地满足用户的需要。理论上其可扩展性几乎可以认为是无限的。例如:在传统的通过FTP的文件下载方式中,当下载用户增加之后,下载速度会变得越来越慢,然而P2P网络正好相反,加入的用户越多,P2P网络中提供的资源就越多,下载的速度反而越快。

P2P架构天生具有耐攻击、高容错的优点。由于服务是分散在各个节点之间进行的,部分节点或网络遭到破坏对其它部分的影响很小。P2P网络一般在部分节点失效时能够自动调整整体拓扑,保持其它节点的连通性。P2P网络通常都是以自组织的方式建立起来的,并允许节点自由地加入和离开。

性能优势是P2P被广泛关注的一个重要原因。随着硬件技术的发展,个人计算机的计算和存储能力以及网络带宽等性能依照摩尔定理高速增长。采用P2P架构可以有效地利用互联网中散布的大量普通结点,将计算任务或存储资料分布到所有节点上。利用其中闲置的计算能力或存储空间,达到高性能计算和海量存储的目的。目前,P2P在这方面的应用多在学术研究方面,一旦技术成熟,能够在工业领域推广,则可以为许多企业节省购买大型服务器的成本。

在P2P网络中,由于信息的传输分散在各节点之间进行而无需经过某个集中环节,用户的隐私信息被窃听和泄漏的可能性大大缩小。此外,目前解决Internet隐私问题主要采用中继转发的技术方法,从而将通信的参与者隐藏在众多的网络实体之中。在传统的一些匿名通信系统中,实现这一机制依赖于某些中继服务器节点。而在P2P中,所有参与者都可以提供中继转发的功能,因而大大提高了匿名通讯的灵活性和可靠性,能够为用户提供更好的隐私保护。

P2P网络环境下由于每个节点既是服务器又是客户机,减少了对传统C/S结构服务器计算能力、存储能力的要求,同时因为资源分布在多个节点,更好的实现了整个网络的负载均衡。

由于对等网络不需要专门的服务器来做网络支持,也不需要其他的组件来提高网络的性能,因而组网成本较低,适用于人员少、组网简单的场景,故常用于网络较小的中小型企业或家庭中。

与客户端/服务器网络相比,对等网络具有下列优势:

1、可在网络的中央及边缘区域共享内容和资源。在客户端/服务器网络中,通常只能在网络的中央区域共享内容和资源。

2、由对等方组成的网络易于扩展,而且比单台服务器更加可靠。单台服务器会受制于单点故障,或者会在网络使用率偏高时,形为瓶颈。

3、由对等方组成的网络可共享处理器,整合计算资源以执行分布式计算任务,而不只是单纯依赖一台计算机,如一台超级计算机。

4、用户可直接访问对等计算机上的共享资源。网络中的对等方可直接在本地存储器上共享文件,而不必在中央服务器上进行共享。

1、影响用户计算机的性能

对等网络中的计算机需要同时承担服务器与工作站两方面的任务,这就使原先的单用户计算机被当作多用户计算机来使用。在进行大批量的数据交换时,网络的性能会受到较大的影响。

2、网络安全性较差

在对等网络中,资源不是被集中存放在某些计算机中,而是分散地位于整个网络之中,被若干用户所管理着,无法保证所有的用户都可以保护好各自的资源。另外对等网络中用户账号与密码的管理也是个重要问题,一个用户要记忆多套账号与密码才可以访问不同计算机中的资源。

3、备份、恢复资源困难

对等网络中的资源较为分散,对所有计算机中的资源进行备份与恢复都是较为复杂的。由于上述特点,对等网络适用于用户少、规模小及安全性能要求较低的场合。

P2P网络主要基于两种最基本的模式,即集中目录模式和非集中目录模式。

集中目录式的P2P模式也称为结构化的P2P模式。在这种模式中,通过设置一个中心服务器来负责记录和管理所有结点的共享信息资源。每个对等结点通过查询该服务器来了解对等网络中哪一个结点拥有自己所需要的共享信息资源,查找到以后,获取其主机地址,然后进一步向该主机请求自己所需要的信息资源,最后由该主机将其共享信息复制并发送给请求的主机集中目录式P2P网络。

非集中目录的P2P模式也称为纯P2P模式。在非集中式的P2P模式中,对等网络不需要设置一个中心服务器来负责记录和管理所有结点的共享信息资源。任何一个结点要获取某个共享信息资源都是首先询问其相邻结点是否有该资源,如果某个相邻结点没有,则进一步向它的相邻结点询问(询问报文中必须包括初始请求结点的地址),直到具有该信息资源的结点接收到询问请求,那么就由这个结点向最初的请求结点进行肯定应答(同时指明自己的地址)。最后,由初始请求结点向这个结点提出资源请求,这个结点就将其共享信息复制并发送给初始请求结点。

当前的通信模式还有Client/Server、Browser/Server和Slave/Master等。例如,企业局域网Intranet和Internet都是以Client/Server和Browser/Server为模式,而早期的主机系统则采用Slave/Master模式。这些模式的特点是:它们都是以应用为核心的,在网络中必须有应用服务器,用户的请求必须通过应用服务器完成,用户之间的通信也要经过服务器。而在对等网络中,用户之间可以直接通信、共享资源、协同工作。

1、确定网络的拓扑结构。

2、选择合适的传输介质。

3、根据传输介质的类型、网络的运行速度、网络的覆盖范围等选择网络连接设备。

4、硬件连接。

5、网络软件的安装、配置。

6、设置资源共享。

目前,P2P网络计算技术正不断应用到军事、商业、政务、电信、通讯等领域。根据具体应用不同,可以把P2P应用软件大致分为以下这些类型:

1、文件内容共享和下载,例如Napster、Gnutella、eDonkey、eMule、Maze、BT等,用户可以直接从任意一台安装同类软件的PC上下载或上传文件,并检索、复制共享的文件。

2、计算能力和存储共享,例如SETI@home、Avaki、Popular Power、Netbatch、Farsite等,可用于在网络上将存储对象分散存储,或利用其空闲时间进行协同计算。

3、基于P2P技术的协同处理与服务共享平台,例如JXTA、Magi、Groove等,可用于企业管理。

4、即时通讯工具,包括ICQ、QQ、Yahoo Messenger、MSN Messenger等,多个用户可以通过文字、语音或文件进行交流,甚至还可以与手机通信。

5、P2P通讯与信息共享,例如Skype、Crowds、Onion Routing等。

6、基于P2P技术的网络电视和网络游戏,如沸点、PPStream、PPLive、QQLive、SopCast等,当前许多网络游戏也是通过对等网络方式实现的。

近年来,随着Napster、KaZaa、BT、eMule这样的基于P2P技术的文件共享软件在Internet上迅速传播,P2P技术在国际国内都引发了研究的新热潮。

目前,国际对等网络尚无统一的标准。2000年8月成立了P2P工作组,成员包括Intel、IBM和HP公司等。发展对等网络的其他主要障碍还有版权问题、网络带宽问题、管理问题和安全问题等。如何连接电话、手机和家电、工业设备等,也是对等网络需要解决的问题。

国内企业在P2P的应用领域研究一直与世界同步,开发了众多使用广泛的P2P产品。这些产品主要集中在文件共享与下载,网络流媒体电视等方面。

POCO

POCO 是中国领先的免费电影、音乐、动漫等多媒体分享平台,同时在线人数突破数七十万人, 是中国最大的电影音乐动漫分享平台,是有流量控制力的,无中心服务器的第三代 P2P 资源交换平台。POCO提供多点传输、断点续传等技术,来保障传输过程的高效和稳定。

OP

到您想要的音乐、影视、软件、游戏、图片、书籍以及各种文档,随时在线共享文件容量数以亿计“十万影视、百万音乐、千万图片”。OP整合了Internet Explorer、Windows Media Player、RealOne Player和ACDSee ,是国内的网络娱乐内容平台。

PPLive

PPLive是一款用于互联网上大规模视频直播的共享软件。它使用网状模型,有效解决了当前网络视频点播服务的带宽和负载有限问题,实现用户越多,播放越流畅的特性,整体服务质量大大提高。

P2P分布式存储系统(文件共享与下载)是一个用于对等网络的数据存储系统,它可以提供高效率的、鲁棒的和负载平衡的文件存取功能。对于存储系统,用户关心数据的定位、搜索以及路由的效率,安全性也是重要的因素。集中方式在很多情况下不再适用这种大规模数据存储的要求,这就需要一个新的体系来管理系统中的数据。P2P分布式存储系统就是解决这样的问题。这些研究包括全分布式存储系统:Oceanstore,Past和FreeHaven等。其中,基于超级点结构的半分布式P2P应用如KaZaa、Edonkey、Morpheus、Bit Torrent等也属于P2P共享存储的范畴,并且用户数量急剧增加。Oceanstore和Past都提供了一种有效的广域网存储模型。它们的底层都建立了一个代价上限为logN的路由策略。 Past则是面向一个相对简单而紧凑的概念,它采用Pastry提供的路由机制,试图利用网络中闲置的存储节点建立一个更为完善的存储语义。FreeHaven则建立了一个详细的匿名体系,用来防止潜在的恶意攻击。

加入对等网络的结点除了可以共享存储能力之外,还可以共享CPU处理能力。目前已经有了一些基于对等网络的计算能力共享系统,比如SETI@home。SETI@home是由加州伯克利大学开展的寻找外星生命的研究计划。它使用P2P技术串联所有参与研究计划的闲置的计算机来执行复杂的运算,用来分析行星的无线电讯号,寻找宇宙可能存在其他外星文明的证据,这些电脑每天平均发挥的效能超过了全球造价最高,运算最快的超级电脑。这种计算能力共享系统还可以用于进行基因数据库检索和密码破解等需要大规模计算能力的应用。

在P2P协同计算方面,国内企业起步较晚。相关产品还不是很多,而国外例如Groove在这方面已经作了大量的工作,开发了相对成熟的产品。随着协同计算概念的兴起,这方面软件的需求呈现急剧增长的趋势,应该是一片广阔的篮海。而且,这类软件往往是面向企业和政府用户,所以相对于免费的P2P文件共享软件来说,有更好的盈利空间。

在P2P的流媒体技术方面,目前,流媒体传输的研究才刚起步不久,还有许多问题需要解决。由于P2P流媒体系统中节点的行为具有Ad-Hoc性质,如何在动态的系统环境下保证流媒体的服务质量,需要结合流媒体对QoS的要求和网络流量分析等方面的知识,研究高效率、低代价的QoS保障机制。可研究的方向包括:服务节点的选择、节点失效时如何保证流媒体服务的连续以及对多个发送端的传输调度等。

基于P2P技术的VoIP产品Skype的巨大成功给P2P开辟了又一个新的领域。相关专家认为,VOIP的发展目前应该是有两条路,一种是传统电信运营商的路线,即在可管理的IP网上建立IMS平台发展 VoIP话音业务。这种网络是封闭的,可管理的。另外一种是基于现有互联网公众公共P2P VoIP网络。它的特点是开放的,任何人可以自由加入和离开网络,具有分布管理和增长能力,任何设备只要支持标准协议都可以使用。传统电信运营商的利益需求和广大用户的需求成为一个矛盾,但是市场的需求和VOIP 的发展趋势是不可改变的。将来具体采用哪条路,还不确定,还要看发展,看竞争情况。或许会有很多的企业大客户、政府机构等对安全性等有特殊的要求,会采用电信运营商建立的VOIP业务,但是对于广大普通用户来说,基于公共互联网的P2P VoIP网络将是大势所趋。

综上所述,P2P技术正处在发展的春天,基于这项技术的杀手级应用将不断涌现,这些技术将极大地改善了整个IT世界的面貌,可以说是互联网技术的又一次新的革命。

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