P2P技术及资源发展论文.docx

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1、第 1 页 P2P 技术及资源发展论文 特征码 aBLYGmUcExYWTfrPTtJb 摘 要 P2P 主要指计算机之间以对等方式形成的网络连接，弱 化或完全取消了服务器的作用。从分析 P2P 的基本概念、需求 和发展入手,讨论了 P2P 与网格和 C/S 的联系和区别，并列举了 现今 P2P 的主要应用，最后，对目前 P2P 中存在的资源发现与 定位问题做了分析和论述。 关键字 P2P、资源管理、 Gnutella、哈希查找 1 P2P 技术简介 1.1 概念及特征 P2P 是 peer to peer 的缩写，是指：通过使用分布资源，借助于分布 计算技术来完成关键任务的系统和应用的总称。

2、这里的分布式 资源包括计算能力、数据（包括存储介质和内容） 、网络带宽和 其它资源（如计算机、人力资源等） ；分布计算包括算法、数据、 元数据等，或者是三者总体；关键任务包括分布计算、数据 （或内容）共享、通信与协作，或者是平台服务等。 P2P 技术 的主要特征是弱化服务器作用，甚至取消服务器，使分布式系 统中的各个节点逻辑对等，这种技术出现的目的就是希望能够 充分利用网络中所蕴含的潜在资源。与 C/S 模型不同，P2P 模 第 2 页 型中每个节点既可以是服务（或者资源）的提供者，也可以是 使用者，充其量就是提供的服务（或资源）的类型不同。 1.2 需求与背景 随着网络技术的飞速发展和网络规

3、模的不断扩大， 接入网络的主机增加，可用资源丰富，然而目前的互联网仍然 是以 C/S 模式为主，尤其是 Web 技术的发展使得许多 Web 服务 器成为信息的主要提供源，整个 Internet 系统依附于这些少量 的服务器节点，而大量的个人主机中的资源却成了网络中的信 息孤岛，无法得到充分利用，能否发挥这些闲散资源的使用效 率（或者作用）构成了人们关注 P2P 的理由。 1.3 P2P 与网格 的联系与区别 网格与 P2P 在技术上没有本质区别，都是在广域 网条件下实现资源共享和分布计算。正因如此，全球网格论坛 （GGF）与对等网络研究小组（P2PWG）已宣布合并。但二者也 有一定的区别。网格

4、类似于电力系统，格点（或者节点）类似 发电站，通过整个网络输送给用户，相对于 P2P，更象是将一 些大型资源组织起来，供社会共享，我国目前正在实施的生物 研究网格和网络教育服务网格都可作为其辅证；P2P 则泛指闲 散资源的组织。 （1）应用面 网格较侧重于重大科学计算和大 型专业性的协同，其一个或多个主要节点仍有较重的服务器色 彩；P2P 提供普通的信息、计算服务，每个参与者明显地兼有 客户、服务器双重身份。 （2）访问对象 网格访问计算资源、 数据资源、软件资源，相对来说，有较固定的目标；P2P 完全 是随机访问，随机使用。 （3）安全性 网格中每个节点都有身 第 3 页 份鉴定、授权、防火

5、墙保护的能力；P2P 每个参与者不保证这 些能力，甚至是匿名的。 （4）控制 网格在资源监视/分配和 作业调度上仍有较多的集中控制；P2P 仅有很少的或没有集中 控制，主要靠自行组织。 （5）服务质量 网格确保可靠的服务 质量；P2P 只有部分的保证，某些参与者甚至是不可信的。以 上这些区别是相对而言，随着不断发展和改进，这些区别会逐 步缩小。 1.4 P2P 与 C/S 的联系 从某种程度上说，也许不应 该将 P2P 和 C/S 模式完全的对立起来，就某项特定的应用，以 及特定的时间，P2P 网络也许是以 C/S 方式进行工作的。例如： 如果每个用户都有一些软件资源（例如文字处理程序）或者硬

6、 件设施（例如：打印机） ，自然，可以采用 P2P 的方式进行可控 共享，此时，提供打印机的客户（本地的某个进程）就临时充 当了服务器的角色。再分析一下目前的 Web 工作方式，我们更 多的应用是文件（或者资料）的查找，Web 页面成为文件资源 的目录，存储对应文件的主机成为提供者，原理上，该主机可 以独立于 Web 服务器，这也可认为是 P2P 的一种形式。 2 P2P 资源发现与定位 目前 P2P 技术已在文件交换，分布式计算，搜 索，信息共享，协同工作，即时通信，网络游戏等等方面得到 了广泛的应用，还有一些公司在开发基于 P2P 的平台。但是， 无论是通信、P2P 协作、分布式搜索引擎还

7、是共享计算和交互 式游戏等功能的实现，都只能以很好解决网内资源的迅速准确 定位问题为前提。所以，P2P 网络中资源发现是及其重要的。 第 4 页 目前，资源的定位一般采用的是“地址查询”的方法，即：每 个资源有一个全局唯一标识符 OID 和一个包含其所在地址的指 针 P，系统将保存起来，当用户需要访问该资源时，根据 OID 来查询 P，从而进行定位。定位机制有不同的实现方法。按照 实现系统的体系结构，主要可以分为两类：集中目录式、泛洪 请求式 2.1 集中目录式 在集中目录式（Central Index Server）中，有一个类似于服务器的节点集中提供资源索引信 息。当用户共享资源时，需将资

8、源的向索引服务器进行资源注 册，索引服务器中保存着系统中所有资源的标识符和指针列表。 当用户需要查找资源时，首先通过资源标识符查询索引服务器， 服务器返回该资源的指针，用户通过该指针定位。当定位到资 源的存储位置后，资源的下载在节点之间直接进行，与索引服 务器没有关系。 集中式的优点是：简单、容易实现。大多数的 分布式系统采用的都是这种方法，例如：三种分布式对象计算 环境（CORBA,DCOM,JAVA RMI）提供的分布对象名字服务、大量 的通用目录服务（如 X.500、LDAP 和 NIS）和一些实用分布式 系统（如 Napster）的资源定位方法等。 集中式的缺点很明显： 类似于 C/S

9、 模式，缺乏可扩展性和存在单点故障问题。 图 1 集中目录式 图 2 泛洪请求式 图 3 分布式 Hash 式 2.2 泛洪请 求式 与集中目录式不同，泛洪请求式（Flooding Request）没 有中央目录服务器，用户的请求通过所有连接的节点传递，这 些节点或者响应该请求，或者在不能满足请求时，将该请求向 第 5 页 与自己相连的其他节点广播，直到请求得到响应为止（泛洪） 。 为了减少广播带来的网络带宽浪费，一般将广播传递限制在 78 跳以内，即如果请求在经过有限的循环广播之后，仍不能 得到响应，则发送请求的节点将得到一个错误信息。 Gnutella 是泛洪的经典之作，Gnutella

10、协议设置了三种机制来控制消息 数量的指数增长。 机制一:消息生存时间(Time-to-Live 简称 TTL) 消息生存时间主要是控制消息在网络中传播时能够生存的 时间，是消息头中的一个字段，在消息生成时被赋予一个初始 值。当消息被发送出去，其它主机结点接收到该消息时，首先 将该消息的 TTL 值减 1，如果为零，则将该消息丢弃掉。否则， 发给它的邻居结点。TTL 值越大，消息能传播的距离就越远， 反之，就越近。 机制二:消息的唯一标识符(Unique Message Identification 简称 UID). 消息的唯一标识符是为了避免一个 消息在同一个主机节点重复传播而设计的。UID

11、也被包含在消 息头中，每个消息的标识符都是不一样的。当消息被发送出去， 其它主机结点接收到该消息时，取出它的消息头中的 UID 字段， 同本地记录的 UID 列表相比较，如果该消息的 UID 己经在列表 中，说明该主机结点己经看过这条消息，它将直接把这条消息 丢弃掉。否则，如果该消息的 UID 不在本地列表中，该主机结 点将储存这条消息的 UID 到本地 UID 列表，然后将该消息传播 出去。 机制三:路径标识符(Path Identification)。 路径标 识符是为了防止消息循环的出现及指导返回消息按原路返回而 第 6 页 设置的。路径标识符其实是一个地址列表，记录了该消息所经 过的结

12、点的地址。当一个主机结点接收到一条消息后，该主机 结点会检查自己的主机地址是否在消息所经过的地址列表中， 若在，说明该条消息已经到过该主机结点，则该主机结点会将 这条消息直接丢弃。否则，该主机将自己的地址加入消息的地 址列表中，然后发送出去。 以上三个控制机制保证了消息在网 络中不会被无限制的扩散，从而确保 Gnutella 网络可以正常的 运行。但是，这三种控制机制也不是尽善尽美，也会导致很多 问题，其中之一便是短路效应。 泛洪请求式由于通过广播方式 进行查找和定位，因此一般扩展性差，但在小范围内效率高， 可靠性好。此外如果在系统中存在一些所谓的超级节点（即该 节点拥有大量的资源信息） ，则

13、可以显著减少带宽的浪费。 目 前第二代泛洪请求式的资源定位主要采用分布式 Hash 表算法： 赋予系统中每个节点一个全局唯一标识符 NID，通过一个哈希 函数建立起资源唯一标识符 OID 和 NID 之间的对应关系： NIDHASH(OID)，NID 与 OID 是一对多的关系。将资源的定位 信息保存到节点标识符为 HASH（OID）的节点上。当用户需要 查找对象时，首先通过 OID 和哈希函数计算出该资源定位信息 所在节点的标识符 HASH(OID)，然后将该请求发送到该节点上， 即可找到该对象。由于 P2P 中，任意两个节点可以通讯，并且 各个节点上的哈希函数都相同，因此，只要知道对象的

14、OID， 用户可以从任何一个节点出发找到该对象。 根据节点的 NID 第 7 页 与 OID 之间的映射关系不同，分布式 Hash 表算法有许多不同的 实现形式，如 Chord、CAN、Pastry、Tapestry 等。目前的最好 效率是发现资源需要的路由表长度为 logN（N 为 P2P 网络总节 点数） ，查询资源需要的通信量为 logN。 2.3 现有的问题与改 进 图 4 短路效应的成因 如上所述，Gnutella 中存在着短路 效应。如图 4 所示，假设 Gnutella 网络上有 A,B,C 三台主机， 当有消息 M(TTL=t)由主机 A 发出，假设有两条路径可以到达主 机 B

15、，一条路径是沿 Ll(x1,x2 ,xp),路径长度为 p；一条是 L2(y 1,y2 ,yq)，路径长度为 q。另有一条由主机 B 到主机 C 的路径 L3(z1, zr)，路径长度为 r，其中有 p rt 且 q r3 结束语 虽然 P2P 的概念出现由来已久，但是随着 Internet 的迅猛发展近年来对其的研究和应用日益成为热点。目前 Intel，SUN 等多家国际 IT 企业都在投入相当大的力量研究适 用的 P2P 计算模型及其实现。由于 P2P 技术在对等计算、协同 工作方面的强大优势，今后肯定会在这两个方面迅猛发展；将 P2P 技术和 C/S 模式的互联网结合起来，在搜索引擎、文件共 享方面国内外已经有不少商业化产品投入使用，但由于 P2P 技 术本身存在不易管理、安全性差等缺陷，造成 P2P 技术自出现 以来，并没有大规模应用，而且这两个问题如果得不到有效解 决，将会成为 P2P 技术在这两个方面发展的主要瓶颈。 参考文 献 1.L.Tassiulas and A.Ephremides,Stability properties of constrained queueing systems and scheduling policies 第 8 页 for maximum throughput in multihop radio net