第1章走進(jìn)P2P的世界計算機(jī)教學(xué)設(shè)計教案

1、第1章 走進(jìn)P2P的世界計算機(jī)對等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（P2P（Peer-To-Peer）技術(shù)）是目前計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)，曾經(jīng)被財富雜志譽(yù)為將改變因特網(wǎng)未來的四大新技術(shù)之一。作為一種新興技術(shù)，P2P技術(shù)因能充分利用網(wǎng)絡(luò)資源及對等利用、資源共享等諸多優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注。本章將系統(tǒng)地講解P2P的基礎(chǔ)知識，帶領(lǐng)讀者敲開網(wǎng)絡(luò)王國的大門，走進(jìn)神奇的P2P網(wǎng)絡(luò)世界。本章主要講解的基礎(chǔ)知識如下。Internet的起源與發(fā)展：了解網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)知識與Internet的起源。P2P的概念理解：從Internet的起源引出P2P的概念，理解P2P的思想內(nèi)涵。P2P網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)對比：要理解P2P網(wǎng)絡(luò)與普通的Web網(wǎng)絡(luò)的

2、異同。P2P的發(fā)展歷程：通過P2P技術(shù)的發(fā)展與演進(jìn)，了解P2P在不同歷史時期的發(fā)展特點(diǎn)，了解當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)上常見的P2P應(yīng)用。P2P網(wǎng)絡(luò)分類及特點(diǎn)：掌握P2P網(wǎng)絡(luò)的分類標(biāo)準(zhǔn)，理解不同類別的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，理解P2P的技術(shù)特點(diǎn)。P2P的未來發(fā)展：了解P2P技術(shù)的未來發(fā)展、應(yīng)用前景及研發(fā)情況等。1.1 從Internet說起要介紹一個新事務(wù)，必須首先回答一個問題，它是從何而來的，本節(jié)就從Internet說起，從而引出P2P網(wǎng)絡(luò)的歷史淵源。1.1.1 Internet的起源因特網(wǎng)是Internet的中文譯名，它的前身是美國國防部高級研究計劃局（ARPA）主持研制的ARPAnet?！鞍⑴辆W(wǎng)”（ARPAnet

3、）于1969年正式啟用，當(dāng)時僅連接了4臺計算機(jī)，供科學(xué)家們進(jìn)行計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)實驗使用。這就是因特網(wǎng)的前身。從ARPAnet發(fā)展到今天的因特網(wǎng)，可以用圖1.1簡要描述Internet的發(fā)展流程。圖1.1描述了Internet從起源到發(fā)展的大致過程，需要指出的是，在這個過程中，盡管后來的NSFnet取代了ARPAnet成為Internet的核心，但ARPAnet中所使用的TCP/IP技術(shù)被證明是非常成功的，并且一直沿用至今。在1992年的時候，美國的IBM、MCI、MERIT三家公司聯(lián)合組建了一個高級網(wǎng)絡(luò)服務(wù)公司（ANS），建立了一個新的網(wǎng)絡(luò)，叫做ANSnet，成為Internet的另一個主干網(wǎng)，這標(biāo)

4、志著Internet正式走向商業(yè)化。圖1.1 Internet的起源與發(fā)展流程圖注意：ANS的全稱是Advanced Network Service，高級網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的意思，在Internet建 立之初，ANS是整個Internet的重要組成部分。今天的Internet已不再是計算機(jī)人員和軍事部門進(jìn)行科研的領(lǐng)域，而是變成了一個開發(fā)和使用信息資源的覆蓋全球的信息海洋?；贗nternet或嵌入式Internet的應(yīng)用應(yīng)有盡有，并且涉及各行各業(yè)，圖1.2展示了與Internet有關(guān)的各種應(yīng)用。1.1.2 Web的憧憬與發(fā)展瓶頸Internet的廣泛普及和應(yīng)用，標(biāo)志著一個嶄新的Internet時代的到來

5、。將Internet帶入新境界的就是被尊稱為“萬維網(wǎng)之父”的英國科學(xué)家蒂姆伯納斯。1991年，在歐洲粒子物理研究所工作的伯納斯為了高能物理研究的需要發(fā)明了萬維網(wǎng)。萬維網(wǎng)技術(shù)與Internet的完美結(jié)合，是Internet應(yīng)用史上最輝煌的成就。萬維網(wǎng)（稱作Web、WWW、W3，英文全稱為World Wide Web），是一張附著在Internet上的覆蓋全球的信息“蜘蛛網(wǎng)”，鑲嵌著無數(shù)以超文本形式存在的資源，這些資源由一個全域的統(tǒng)一資源定位符（URL）進(jìn)行標(biāo)識，在使用的過程中，用戶可以通過超文本傳輸協(xié)議（Hypertext Transfer Protocol）來訪問這些資源，圖1.3展示的是一個

6、Web系統(tǒng)模型。圖1.2 Internet在各領(lǐng)域的應(yīng)用圖1.3 Web系統(tǒng)模型從圖1.3中可以看出，整個Web系統(tǒng)的主干由各種不同的服務(wù)器組成，它們構(gòu)成了整個Web網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的主體，用來向各類不同的主機(jī)提供不同的服務(wù)。各服務(wù)器的資源以URL進(jìn)行標(biāo)識和訪問，資源以不同的協(xié)議進(jìn)行傳輸，在用戶一端，只需通過瀏覽器就可以輕松地訪問到任何服務(wù)器的任何資源。WWW是Internet上最受歡迎、最為流行、最新的信息檢索服務(wù)系統(tǒng)。其核心是Web瀏覽器和超文本標(biāo)記語言（HTML，Hypertext Markup Language）。通過它，可以把Internet上現(xiàn)有資源統(tǒng)統(tǒng)連接起來，使用戶能在Internet

7、上已經(jīng)建立了WWW服務(wù)器的所有站點(diǎn)提供超文本媒體資源文檔。這無疑給全球信息的交流和傳播帶來了革命性的變化，一舉打開了人們獲取信息的方便之門。注意：HTML是用于描述網(wǎng)頁文檔的一種標(biāo)記語言。在WWW上的一個超媒體文檔稱之為一個頁面（page）。作為一個組織或個人在萬維網(wǎng)上起始點(diǎn)的頁面稱為主頁Homepage，或首頁，主頁中通常包括有指向其他相關(guān)頁面或其他結(jié)點(diǎn)的指針（超級鏈接）。在邏輯上將視為一個整體的一系列頁面的有機(jī)集合稱為網(wǎng)站（Website或Site）。網(wǎng)站可以用來發(fā)布網(wǎng)頁，而網(wǎng)頁的本質(zhì)就是HTML，通過結(jié)合使用其他的Web技術(shù)（如腳本語言、CGI、組件等），可以創(chuàng)造出功能強(qiáng)大的網(wǎng)頁。因而，

8、HTML是Web編程的基礎(chǔ)，也就是說萬維網(wǎng)是建立在超文本基礎(chǔ)之上的。萬維網(wǎng)的出現(xiàn)及其快速發(fā)展，使得全世界的人們以史無前例的巨大規(guī)模相互交流，各類Web站點(diǎn)、服務(wù)網(wǎng)站也以爆炸性速度增長，如圖1.4是從1991年到2007年，全球范圍內(nèi)Web站點(diǎn)的增長情況，從圖中可以很直觀地看出萬維網(wǎng)的發(fā)展速度。圖1.4 全球Web站點(diǎn)從1991年2007年數(shù)量增長趨勢圖Web的突出表現(xiàn)和它在全球范圍內(nèi)的高速擴(kuò)張，使得其從誕生之日起便憧憬著創(chuàng)造一個共同的信息空間。在這個信息空間里，用戶可以通過它實現(xiàn)平等的信息共享、信息交流、信息傳輸，可以用一個拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)的形式組織全球的資源以實現(xiàn)資源的充分利用和共享。當(dāng)用戶在網(wǎng)上

9、進(jìn)行互動活動時，電腦就會幫助用戶分析這些活動，使用戶明白自己在做什么，每個人在什么位置，以及如何更好地協(xié)同工作。Web的憧憬與夢想可以說是互聯(lián)網(wǎng)的精神和核心價值，也是所有網(wǎng)絡(luò)工作者孜孜以求的目標(biāo)。但隨著對Web的熟悉，人們開始發(fā)現(xiàn)，用戶使用Web雖然可以容易地訪問信息，但卻無法很容易地發(fā)布信息，Web的發(fā)展遇到了瓶頸。信息的接受者只要操縱一個鼠標(biāo)，便可以實現(xiàn)其用網(wǎng)的目的，而信息發(fā)布者卻必須使用HTML、DNS注冊、Web服務(wù)器、公共網(wǎng)關(guān)接口（CGI，Common Gateway Interface）和一些冗長而乏味的縮寫詞和技術(shù)術(shù)語來實現(xiàn)信息或資源的發(fā)布。如果信息共享和服務(wù)對等的互聯(lián)網(wǎng)平衡被打

10、破了，這種不平衡性實際上恰恰違背了互聯(lián)網(wǎng)平等的概念，也正由于這種不平等的信息交流、網(wǎng)絡(luò)中的對等共享、協(xié)同工作等其他功能的充分發(fā)揮受到一定的制約。雖然人們依然喜歡瀏覽器，并經(jīng)常驚嘆于HTML頁面的炫目圖像，但普通網(wǎng)絡(luò)用戶使用最多的還是與他們生活關(guān)系最密切的電子郵件和在線聊天。而不可否認(rèn)的是，電子郵件和在線聊天所使用的正是正宗的P2P應(yīng)用程序，雖然這只是P2P功能的一部分，但足以讓人們看到突破Web發(fā)展瓶頸的希望之光。1.2 橫空出世的P2P在1.1節(jié)中講述了Internet的起源及Web思想的初衷，同時也說明了Web網(wǎng)絡(luò)在實際應(yīng)用中遇到的問題。那么，遭遇瓶頸Web網(wǎng)絡(luò)要繼續(xù)發(fā)展，要繼續(xù)完成其平等

11、、共享、協(xié)作的使命，就必須尋求新的突破口，而就在這個時候，P2P技術(shù)橫空出世了。本節(jié)將重點(diǎn)講解P2P的概念及P2P思想的深層意思。1.2.1 Peer-To-Peer 介紹P2P，即Peer-To-Peer的縮寫，Peer一詞在牛津英文詞典上的解釋如下。Peer：a person of the same age，the same social position，or having the same abilities as other people in a group。這段英文解釋直譯過來Peer的意思就是：同輩頭銜、地位、能力或背景相同的人。兩個Peer再加上一個連接詞To就構(gòu)成了Peer

12、-To-Peer，其意思就是伙伴對伙伴、對等、點(diǎn)到點(diǎn)的意思。將Peer-To-Peer的意思應(yīng)用到互聯(lián)網(wǎng)上就是對等互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)、點(diǎn)到點(diǎn)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)，可以用圖1.5來形象地表示Peer-To-Peer網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。圖1.5 Peer-To-Peer網(wǎng)絡(luò)形象結(jié)構(gòu)圖在圖1.5中，有很多手拉著手的小伙伴，他們組織在一起，形成了一個“伙伴式的網(wǎng)絡(luò)”。在這個組織中，每個“伙伴”之間都是對等的，這是Peer-To-Peer的核心思想，也是對Peer-To-Peer網(wǎng)絡(luò)最直觀、最基本的解釋。目前，在學(xué)術(shù)界、工業(yè)界對于P2P都沒有一個統(tǒng)一的完整定義，通常我們所說的P2P網(wǎng)絡(luò)（以后文中所說的P2P都指的是Peer-To

13、-Peer）有下面兩層意思。（1）Peer-to-peer is a type of Internet network allowing a group of computer users with the same networking program to connect with each other for the purposes of directly accessing files from one anothers hard drives。這里的解釋說的是：P2P網(wǎng)絡(luò)是一種用戶之間通過某一相同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序聯(lián)系起來，彼此之間可以相互訪問、共享計算機(jī)資源的網(wǎng)絡(luò)。簡單地說，P2P就

14、是一種網(wǎng)絡(luò)概念。（2）Peer-to-peer networking（P2P）is an application that runs on a personal computer and shares files with other users across the Internet. P2P networks work by connecting individual computers together to share files instead of having to go through a central server。這種解釋指的是：P2P網(wǎng)絡(luò)是一種不通過中央服務(wù)器而將一些獨(dú)

15、立的計算機(jī)資源組織起來，通過Internet運(yùn)行于個人計算機(jī)上，以實現(xiàn)共享文件和資源的應(yīng)用。這種解釋將P2P定義為一種應(yīng)用。綜合這兩種解釋就不難發(fā)現(xiàn)，其實P2P就是一種網(wǎng)絡(luò)，一種架構(gòu)在Internet上的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。其核心思想是沒有了中央服務(wù)器的概念，將Internet建立在對等互聯(lián)的基礎(chǔ)上以實現(xiàn)最大程度的資源共享。1.2.2 P2P的意義解析互聯(lián)網(wǎng)能夠發(fā)展至今，根本原因在于其布建的任何一根血脈都是為人與人之間的交流而設(shè)置的。而現(xiàn)在能夠引起互聯(lián)網(wǎng)震動的，無非也只有交流方式的變革本身。如今，在基于網(wǎng)絡(luò)的各種技術(shù)充斥于我們周圍之時，恐怕只有很少人不知道P2P的概念了。上文已經(jīng)對P2P的基本概念作了基

16、本說明，也闡述了其直觀的解釋，關(guān)于P2P技術(shù)還有更深的思想內(nèi)涵。在具體講解P2P的意義之前，先看一個小漫畫，如圖1.6所示。圖1.6 漫畫P2P漫畫P2P中，可以看到有3個人在玩一種名叫P2P的傳球游戲，如果從漫畫的角度來解析這個游戲的規(guī)則，那么這個P2P的游戲應(yīng)該有這樣幾個特點(diǎn)：組成這個游戲的成員，他們之間的關(guān)系是對等的，也就是Peer-To-Peer的意思，他們之間，不以任何人為中心，而是彼此獨(dú)立的傳球。球是從一個人傳到另一個人的，同一個人即擔(dān)負(fù)著發(fā)球的責(zé)任，同時也有傳球的義務(wù)。球的發(fā)出和接收，都由“人”來負(fù)責(zé)，參與游戲中的每一個人都有兩種角色，發(fā)球者同時也是接球者。球的傳遞是從一個點(diǎn)到另

17、一個點(diǎn)的，如果脫離了這個點(diǎn)則球在本次的傳遞中就會丟失，在游戲的過程中，每一個點(diǎn)都可以添加一個新球進(jìn)行傳遞。以上3點(diǎn)是對游戲規(guī)則的描述，如果將其應(yīng)用到P2P網(wǎng)絡(luò)上，那么關(guān)于P2P的思想內(nèi)涵也同樣包含這3層意思。P2P網(wǎng)絡(luò)是對等互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，組成網(wǎng)絡(luò)的各結(jié)點(diǎn)之間是對等、伙伴式的關(guān)系。P2P網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)之間資源的傳遞是從一點(diǎn)到另一點(diǎn)的，每個結(jié)點(diǎn)既是資源的提供者同時也是資源的發(fā)布者。P2P網(wǎng)絡(luò)中的資源是依賴于結(jié)點(diǎn)而存在的，且資源可以動態(tài)地加入或退出。以上是對P2P意思的進(jìn)一步分析，認(rèn)識P2P只理解其字面意思是不夠的，更應(yīng)該明白一點(diǎn)的是，P2P是一種思想，一種有著改變整個互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)潛能的思想?？陀^地講，單從技

18、術(shù)角度而言，P2P并未激發(fā)出任何重大的創(chuàng)新，而更多的是改變了人們對因特網(wǎng)的理解與認(rèn)識。正是由于這個原因，IBM早就宣稱P2P不是一個技術(shù)概念，而是一個社會和經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象。注意：拿破侖有句名言“世界上只有兩種強(qiáng)大的力量，即刀槍和思想，而從長遠(yuǎn)來看，刀槍總是被思想戰(zhàn)勝的?！边@足以證明思想的力量之大。理解P2P，不僅要理解它的概念、特點(diǎn)和意義，更要理解它所蘊(yùn)含的思想。不管是技術(shù)還是思想，P2P是直接將人們聯(lián)系了起來，讓人們通過互聯(lián)網(wǎng)直接交流。它使得網(wǎng)絡(luò)上的溝通變得更容易、更直接，真正地消除了中間環(huán)節(jié)。從P2P所體現(xiàn)的思想來看，它是一個全新的概念，因為它可以改變現(xiàn)在的Internet中以服務(wù)器、集群、大網(wǎng)

19、站為中心的狀態(tài)，重返非中心化、分布式的結(jié)構(gòu)，并把權(quán)力交還給用戶，讓我們的語言、影像、資源、信息等以最直接、最快捷的方式傳遞到對方身邊。它最符合互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計者的初衷，給了人們一個完全自主的超級網(wǎng)絡(luò)資源庫，真正實現(xiàn)了人人為我，我為人人的網(wǎng)絡(luò)里的“大同世界”。1.2.3 P2P的定義和特點(diǎn)上文中對P2P所蘊(yùn)涵的幾層意思進(jìn)行了解析，下面給出P2P數(shù)學(xué)意義上較嚴(yán)格的定義。有某網(wǎng)絡(luò)N，是架構(gòu)在Internet之上的網(wǎng)絡(luò)，滿足Internet網(wǎng)絡(luò)的所有基本特征。在N網(wǎng)絡(luò)中，存在兩種基本的行為模式，一種行為定義為P，是生產(chǎn)資源（提供資源）的行為，另一種行為定義C，是消費(fèi)資源（接受資源）的行為。組成N網(wǎng)絡(luò)的所有

20、網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)（Peer）之間是對等的關(guān)系，且同時具備行為P和行為C。在N網(wǎng)絡(luò)中，各Peer之間以無中介的、對等的方式進(jìn)行雙向交換，以執(zhí)行P和C的功能。N網(wǎng)絡(luò)依賴于Peer的存在而存在，且Peer可以自由地加入或退出。當(dāng)有Peer加入或退出時，N仍保持組織、結(jié)構(gòu)等特性不發(fā)生改變。滿足以上6個條件的網(wǎng)絡(luò)N，就可以說是P2P網(wǎng)絡(luò)。在這個網(wǎng)絡(luò)中，實現(xiàn)了資源的生產(chǎn)與消費(fèi)的對等平衡，實現(xiàn)了信息和服務(wù)在一個個人或?qū)Φ仍O(shè)備與另一個個人與對等設(shè)備間的雙向流動。一個完整的P2P網(wǎng)絡(luò)模型如圖1.7所示。圖1.7 P2P網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型圖根據(jù)P2P的定義可知，一個P2P網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具備以下特點(diǎn)。P2P是對等的：資源的發(fā)布與接受兩

21、個角色合二為一，在生產(chǎn)和消費(fèi)資源的角色上是對等的。P2P是直接的：在P2P網(wǎng)絡(luò)中無中介、等級、格式、區(qū)域和平臺的限制，相互之間直接交換信息和服務(wù)。P2P是動態(tài)的：組成P2P網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點(diǎn)可以動態(tài)地加入或退出，在運(yùn)行過程中也是動態(tài)的提供資源和服務(wù)。P2P是雙向的：P2P網(wǎng)絡(luò)中，結(jié)點(diǎn)之間是最直接、最純粹的雙向關(guān)系，切切實實地實現(xiàn)了資源和服務(wù)的交換與共享。P2P是及時的：無服務(wù)器參與空間分配，可提供實時的、可升級的信息。P2P是有效的：可充分利用個人計算機(jī)的軟硬件設(shè)備，信息和服務(wù)在結(jié)點(diǎn)間傳輸時交互的對象及接收的目標(biāo)是確定的、有效的。這就是P2P。它以用戶為中心，所有的用戶都是平等的伙伴。相隔萬里的用戶可

22、以通過P2P共享PC機(jī)上的文件、目錄乃至整個硬盤。所有人都自由地分享他們認(rèn)為最有價值的東西，P2P使互聯(lián)網(wǎng)上信息的容量、范圍、價值得到極大的提升。P2P技術(shù)帶來的這種用戶間直接交流的方式，真正實現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)共享和自由的夢想，它改變了互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)有的游戲規(guī)則，也改變了我們的生活。1.3 P2P與Web的對比與較量上文對P2P的概念及深層意義都進(jìn)行了相應(yīng)的講解，如果獨(dú)立地去解釋那些純粹的概念，并不能說明P2P就是互聯(lián)網(wǎng)上一場新的變革。從ARPAnet到NSFnet，從NSFnet到Internet，以Web技術(shù)引領(lǐng)的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)改變了世界，傳統(tǒng)意義上的Web網(wǎng)絡(luò)模型已深入到了現(xiàn)實社會并深刻影響和改變著普通人

23、類的生活。在這種背景下，P2P成長起來而且呈現(xiàn)出巨大的活力和潛力。要進(jìn)一步了解P2P，就要知道Web與P2P的異同，本節(jié)的重點(diǎn)，就是對P2P和大家熟知的Web做一個比較說明。1.3.1 基于Web的S/C與P2P在結(jié)構(gòu)上的比較目前，Web網(wǎng)絡(luò)的主要技術(shù)模式是S/C方式的，關(guān)于S/C模式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型，如圖1.8所示。圖1.8 基于Web的S/C網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型圖圖1.8中，位于中心位置的就是作為Server的服務(wù)器端。在服務(wù)端，作為中央服務(wù)器的主機(jī)一般都是有強(qiáng)大處理能力和大帶寬的高性能計算機(jī)。中心服務(wù)器在集中處理數(shù)據(jù)的同時還要有對互聯(lián)網(wǎng)上其他PC提供服務(wù)。對于一臺與服務(wù)器聯(lián)機(jī)并接受服務(wù)的PC來說，

24、這臺PC就是客戶機(jī)。客戶機(jī)有很多，可以同時與服務(wù)器端相連，在性能要求上可以相對弱小，這種服務(wù)器（Server）與客戶端（Client）組織成的網(wǎng)絡(luò)模式就是S/C模式。注意：實際應(yīng)用中，在基于S/C模型的Web網(wǎng)絡(luò)中要使中央服務(wù)運(yùn)行起來，還要配合高檔的服務(wù)器軟件，如Web服務(wù)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)、文件服務(wù)等，再將大量的數(shù)據(jù)集中存放在這個服務(wù)器上，這樣位于客戶端的機(jī)器才可以訪問。與Web技術(shù)不同的是，P2P技術(shù)打破了傳統(tǒng)的Client/Server（C/S）模式，其技術(shù)的特征之一就是弱化了服務(wù)器的作用，甚至取消服務(wù)器，在網(wǎng)絡(luò)中的每個結(jié)點(diǎn)的地位都是對等的。每個結(jié)點(diǎn)既充當(dāng)服務(wù)器，為其他結(jié)點(diǎn)提供服務(wù)，同時也享用

25、其他結(jié)點(diǎn)提供的服務(wù)。P2P與C/S在不同方面的特性可以通過表1.1來說明。表1.1 P2P模式與C/S模式的網(wǎng)絡(luò)特性比較網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)P2P模式C/S模式網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)P2P模式C/S模式數(shù)據(jù)分發(fā)好差動態(tài)性好差數(shù)據(jù)傳輸中好自組織性好差數(shù)據(jù)交互好差可擴(kuò)展性好差數(shù)據(jù)容量好差抗干擾性好差數(shù)據(jù)即時性好差安全性差好數(shù)據(jù)質(zhì)量中好易管理性差好數(shù)據(jù)覆蓋率差好成本控制好差容錯性好差通過表1.1可以清楚地看到，P2P模式和C/S模式是各有優(yōu)劣的，不同的網(wǎng)絡(luò)特性對應(yīng)著不同的應(yīng)用，在選擇網(wǎng)絡(luò)模式時可根據(jù)應(yīng)用的側(cè)重點(diǎn)不同選擇不同的模式。1.3.2 Web與P2P在資源傳輸上的比較在Web網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)用戶間要進(jìn)行信息資源的傳輸活動時，

26、首先要構(gòu)建一個有一定資源的站點(diǎn)，然后在其他PC上創(chuàng)建信息并“發(fā)布”到站點(diǎn)上。這些信息在站點(diǎn)上等待請求。接收到請求之后，站點(diǎn)將信息傳遞給請求者。整個過程需要3步，即創(chuàng)建資源發(fā)布資源接收資源。同樣是進(jìn)行信息資源的傳輸，在P2P中則不同。處于對等地位的設(shè)備的各個PC，可以直接向存儲著源文件的另一對等設(shè)備（PC）發(fā)送請求。而接收到請求的PC，無須經(jīng)過第三方中介，可以直接將需要的信息發(fā)送給對方。整個過程只需兩步，即創(chuàng)建資源接收資源。如圖1.9所示，若客戶機(jī)Client B，要請求另一對等客戶機(jī)Client A的資源，以Web的方式和以P2P的方式有根本的不同，如下所示。（1）Client B以Web的方

27、式查看Client A上的資源時：客戶機(jī)Client A與Web Server建立連接，將創(chuàng)建的資源發(fā)布到Web Server上?？蛻魴C(jī)Client B與Web Server建立連接，并向Web Server發(fā)送查看資源的請求。Web Server將Client A發(fā)布的資源以Web服務(wù)的形式提供給Client B。（2）Client B以P2P的方式查看Client A上的資源時：Client B直接與Client A建立連接，Client A根據(jù)Client B的請求，無須經(jīng)過第三方，可直接以P2P的方式將資源提供給ClientB。通過上面的比較可以得出這樣的結(jié)論：在P2P中，信息的交換不

28、需要通過第三方的中心站點(diǎn)，而直接在對等設(shè)備之間進(jìn)行，（這種對等設(shè)備，在大多數(shù)情況下，就是在Web中位于Internet邊緣的個人電腦），是一種高效直接的傳輸方式。這個結(jié)論還可以通過P2P和Web站點(diǎn)之間要素的比較得到進(jìn)一步的說明，如表1.2所示。圖1.9 Web站點(diǎn)交換與P2P傳輸?shù)谋容^表1.2 P2P和Web站點(diǎn)之間的要素比較要 素P2PWeb資源交互對象之間的關(guān)系對稱不對稱用戶數(shù)量越多越好有上限值內(nèi)容和服務(wù)的提供簡便復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展能力無限有限隱私的保護(hù)能力較弱較強(qiáng)資源的數(shù)量無上限有上限值交互的系統(tǒng)有特定的客戶端系統(tǒng)通用的瀏覽器請求的類別大量不同動態(tài)的請求大量相似的請求運(yùn)行結(jié)構(gòu)完全分布式客戶

29、端/服務(wù)器資源的分配分布式集中文件格式任意基于Web傳輸協(xié)議的文件類型機(jī)器類型任意大型服務(wù)器從表1.2中可以看出，P2P改變了Web下存在的信息消費(fèi)者和生產(chǎn)者之間的不平衡，它允許更多的用戶參與交換，而交換內(nèi)容的過程和服務(wù)提供的方式都更加簡便、直接；大量的信息不再集中于某個站點(diǎn)，而是被分布在多個對等設(shè)備中，這樣，即使其中的一部分設(shè)備停止工作，其他參與其中的設(shè)備仍然可以完成傳輸任務(wù)。這種思想正是Internet創(chuàng)建的初衷所追求的。1.3.3 Web與P2P在請求方式上的比較在基于Web的S/C結(jié)構(gòu)中，對服務(wù)、資源的請求方式基本上是一站式的?？蛻舳讼蚍?wù)器請求一個文件時，直接通過統(tǒng)一資源定位符（UR

30、L）就可以將請求信息發(fā)送給服務(wù)器，服務(wù)器在接到請求后進(jìn)行相應(yīng)處理，并將處理結(jié)果直接返回給用戶，這種請求方式是簡單的一問一答，中間過程不發(fā)生請求的轉(zhuǎn)發(fā)或是目標(biāo)的跳轉(zhuǎn)。如圖1.10所示為在S/C結(jié)構(gòu)中，Client A向遠(yuǎn)程服務(wù)器Web Server請求一個Picture文件的過程。圖1.10 Web中的S/C模式對資源的請求過程而在P2P網(wǎng)絡(luò)中，對資源或是服務(wù)的請求則是多站式的。當(dāng)需要發(fā)送請求時，Peer A會向所有與它相連的其他Peer，如PeerA1，PeerA2Peer Ax等，發(fā)送同樣的請求。如果被請求的Peer中的一個Peer Ax中擁有被請求的資源，那么Peer A就與Peer Ax

31、直接建立連接進(jìn)行資源傳輸；如果沒有被請求的資源，則Peer Ax會將此請求轉(zhuǎn)發(fā)給與自己相連的其他Peer，依次傳遞。請求信息會根據(jù)不同的搜索策略和算法規(guī)則在P2P網(wǎng)絡(luò)中持續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)下去。如圖1.11所示為P2P網(wǎng)絡(luò)中結(jié)點(diǎn)對資源的請求方式。圖1.11 P2P網(wǎng)絡(luò)中結(jié)點(diǎn)對資源的請求方式注意：不同的P2P網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對資源的請求有不同的方式，這也是在后文要講到的P2P網(wǎng)絡(luò)搜索技術(shù)。上面提到的此類請求方式，是針對通用意義上的P2P網(wǎng)絡(luò)的。1.3.4 競爭還是互補(bǔ)基于Web的S/C模式造就了互聯(lián)網(wǎng)的輝煌時代，然而，S/C方式的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和其內(nèi)在的本質(zhì)特性造成了互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)上資源和服務(wù)的有向集中，無論信息資源還是成本資

32、源均向同一方向集中。這種對資源的“中央集權(quán)”式的管理雖然與互聯(lián)網(wǎng)的思想有些出入，但這樣的模式符合一對多、強(qiáng)對弱的社會關(guān)系形式，如政府對個人、對企業(yè)，大企業(yè)對小企業(yè)，學(xué)校對學(xué)生，企業(yè)對職工等關(guān)系。所以S/C方式是符合市場需求的，在可預(yù)見的將來必將還有更廣、更深的發(fā)展。作為近幾年成長起來的P2P技術(shù)，不論是P2P的結(jié)構(gòu)方式還是其表達(dá)的互聯(lián)網(wǎng)思想，都是最大限度的將信息數(shù)量、成本資源向互聯(lián)網(wǎng)各點(diǎn)均勻分布，也就是所謂“邊緣化”的趨勢。此模式符合“一對一”的特點(diǎn)，也符合彼此相當(dāng)?shù)纳鐣P(guān)系形式，如個人對個人，集團(tuán)對集團(tuán)，規(guī)模相當(dāng)?shù)钠髽I(yè)之間等，這也是符合市場需求的。所以P2P與Web這兩種方式不是你生我死的競

33、爭關(guān)系，而是相互依賴、相互補(bǔ)充的共存關(guān)系，有關(guān)P2P即將替代Web網(wǎng)絡(luò)上S/C模式的說法是沒有事實根據(jù)的。P2P有其獨(dú)特的市場空間，是現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的補(bǔ)充，這一點(diǎn)應(yīng)該是毫無疑問的。1.4 P2P的起源與初步發(fā)展P2P從誕生到發(fā)展為今天的蓬勃興起，經(jīng)歷了一個既快速又曲折的發(fā)展過程。了解P2P的發(fā)展與演進(jìn)也就了解了P2P技術(shù)從孕育到萌芽到發(fā)展的步驟，對P2P技術(shù)的原理、特性及其面臨的問題也都會有進(jìn)一步的理解。本節(jié)將帶領(lǐng)讀者回顧P2P的歷史，同時講述P2P在發(fā)展過程中的標(biāo)志性事件、P2P系統(tǒng)的典型代表，以及P2P技術(shù)在發(fā)展過程中所遭遇的喜怒哀樂，進(jìn)一步理解P2P技術(shù)的發(fā)展之路。1.4.1 從ARPA

34、NET追溯P2P的起源P2P的思想及其深層意義在前面已經(jīng)有過講述，然而這一思想并不是一項新的技術(shù)，追溯P2P的起源可以從20世紀(jì)60年代后期ARPANET的建立開始。ARPANET建立的最初目標(biāo)是共享在不同美國研究機(jī)構(gòu)間的計算資源和文檔，在這個原始系統(tǒng)中，并沒有現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)中的客戶機(jī)/服務(wù)器這種模式，每臺主機(jī)互聯(lián)，相互之間都被同等地對待，這是P2P思想的核心，雖然這個網(wǎng)絡(luò)并不是自組織的，也沒有完整的體系可言，但是，可以說從ARPANET誕生那一刻開始，最早的P2P思想雛形也隨之出現(xiàn)。1990年前后，是Internet的大發(fā)展時期，在互聯(lián)網(wǎng)世界出現(xiàn)了許多應(yīng)用，如WWW，電子郵件和流化服務(wù)等，這些應(yīng)用

35、都是建立在客戶/服務(wù)器通信模型的基礎(chǔ)上。在這種模型中，有若干中央服務(wù)器處于網(wǎng)絡(luò)的中心地位，而與之連接的客戶機(jī)則處于網(wǎng)絡(luò)的邊緣地位，在客戶端一側(cè)，用戶通過發(fā)送特定的請求來訪問服務(wù)器一側(cè)的各種資源，網(wǎng)絡(luò)行為都是建立在客戶與服務(wù)器之間的關(guān)系上，客戶與客戶之間則基本是“絕緣”的。直到Napster的出現(xiàn)，一種新的基于P2P的關(guān)系也正式進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)了。1.4.2 P2P的萌芽USENET的出現(xiàn)可以說是P2P的萌芽時代，它產(chǎn)生于1979年，是一個巨大無比的網(wǎng)上討論組，一般也稱為“新聞組”（newsgroups）。你可以將它想象成一個包羅萬象、無所不有的網(wǎng)上論壇，但是它又不同于普通的論壇。20世紀(jì)70年代末，

36、當(dāng)時還沒有互聯(lián)網(wǎng)和瀏覽器，它們都要在十多年后才會出現(xiàn)。那時所謂“上網(wǎng)”，就是用modem撥一個電話號碼，連到另一臺機(jī)器，收收郵件，看看主機(jī)上面系統(tǒng)管理員發(fā)的通告。如果想換一臺主機(jī)看看，那就必須先掛斷，然后再撥另外一個電話號碼。這樣的上網(wǎng)方式很不利于開展多人的討論，因此基于當(dāng)時的需求，迫切需要一種大規(guī)模的、分布式的、多中心的遠(yuǎn)程信息交換手段。1979年，Duke大學(xué)的兩個研究生Tom Truscott和Jim Ellis，提出一種分布式網(wǎng)上討論組的構(gòu)想，根據(jù)這種設(shè)想，他們創(chuàng)建了一種分布式遠(yuǎn)程信息交換和討論的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)也叫討論組。在討論組創(chuàng)建之初，主要是供UNIX愛好者協(xié)會（USENIX）的成

37、員使用，因此就被定名為USENET。如圖1.12所示為USENET的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。圖1.12 USENET系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型圖USENET的運(yùn)行機(jī)制其實非常簡單。對于用戶來說，只有3步。（1）網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商在一個網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)定一臺服務(wù)器作為USENET專用服務(wù)器，再將它的網(wǎng)址告訴用戶。（2）用戶想要發(fā)言的時候，就向這個網(wǎng)址發(fā)送帖子（post），這與發(fā)送E-mail很相似，但是兩者格式不一樣，在USENET上發(fā)言必須使用專用的客戶端。（3）查看其他人的發(fā)言時，就必須從服務(wù)器上下載其他人的帖子。下載完成后，如果想回復(fù)某人的帖子，就再重復(fù)第2步。USENET服務(wù)器每天會同其他USENET服務(wù)器交換帖子。這就是說

38、，全世界所有的USENET服務(wù)器最終都可以互相交換帖子，保持內(nèi)容的同步。所以理論上，不管你的帖子是發(fā)到哪一臺服務(wù)器上，最終全世界的人們都會看到，并且會從世界各地給你回復(fù)。可以看到，在這種應(yīng)用中，系統(tǒng)可幫助用戶組織內(nèi)容并提供一種自組織方法，由參與用戶通過一個嚴(yán)格的執(zhí)行過程來添加或去除新聞組服務(wù)器，這一過程初步體現(xiàn)了P2P思想的端倪。FidoNet是繼USENET之后基于P2P思想的又一典型應(yīng)用，它是由Tom Jennings于1984年創(chuàng)建的，是早期P2P應(yīng)用的杰出代表。它和USENET類似，也是一個分散、分布的信息交換系統(tǒng)，通過FidoNet系統(tǒng)，可以讓不同BBS系統(tǒng)中的用戶們互相交換信息，不

39、管是它的組織方式還是信息交換方式，都是P2P思想的體現(xiàn)。USENET、FidoNet都是一個分散、分布的信息交換系統(tǒng)，也都是值得探究的系統(tǒng)，因為它們在多年前就遇到并解決了許多當(dāng)今P2P技術(shù)所面臨的同樣問題。這兩種非常成功的分布式對等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以說是P2P技術(shù)的萌芽，在最初的P2P應(yīng)用出現(xiàn)時，許多使用該技術(shù)的人們甚至不會使用計算機(jī)。然而正是這種孕育著思想的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為P2P的出現(xiàn)搭建了搖籃。1.4.3 P2P的起步P2P正式步入發(fā)展的歷史可以追溯到1998年，當(dāng)時，美國波士頓大學(xué)的一年級新生，18歲的Shawn Fanning編寫了一個在網(wǎng)上搜索并下載音樂的簡單程序，這個程序就是后來風(fēng)行全球的Na

40、pster。Napster是一款可以在網(wǎng)絡(luò)中下載自己想要的MP3文件的軟件，它同時能夠讓自己的機(jī)器也成為一臺服務(wù)器，為其他用戶提供下載。在這個網(wǎng)絡(luò)中，Napster本身并不提供MP3文件的下載，它實際上提供的是整個Napster網(wǎng)絡(luò)的MP3文件“目錄”，而MP3文件分布在網(wǎng)絡(luò)中的每一臺機(jī)器中，隨時供你選擇取用。在下載的時候并沒有中央資源服務(wù)器的概念，而是直接連到另外一臺對等的PC上，相互之間進(jìn)行資源的交互和傳輸。在Napster中搜索下載音樂的過程可用圖1.13來表示。在圖1.13中，當(dāng)要找一個名為3的音樂文件時，需要下載此MP3文件的主機(jī)，先向中心服務(wù)器發(fā)出下載此文件的請求，在索引服務(wù)器上搜

41、索此文件，然后服務(wù)器會根據(jù)其他從Napster客戶端的注冊信息，返回給需要下載的主機(jī)存儲著此MP3文件的另一個Napster Client的信息，根據(jù)這些信息就可以直接與此Client進(jìn)行通信，這樣就能完成文件的下載。通過這一系統(tǒng)，可以自由搜索想下載的MP3音樂文件，也可以將自己的資源共享出去，供其他需要的人下載，同時還可以進(jìn)行多人聊天、在線論壇中進(jìn)行討論，互相交流等。Napster令無數(shù)散布在互聯(lián)網(wǎng)上的音樂愛好者美夢成真，可以不受的限制自由下載音樂。無數(shù)人在一夜之內(nèi)開始使用Napster。有統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，在最高峰時Napster網(wǎng)絡(luò)有8000萬的注冊用戶，這是一個讓其他所有網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)望塵莫

42、及的數(shù)字。這大概可以作為P2P軟件成功進(jìn)入人們生活的一個標(biāo)志。圖1.13 Napster系統(tǒng)中的文件搜索模型圖Napster系統(tǒng)有一個中心服務(wù)器，這一服務(wù)器并不是傳統(tǒng)的Web服務(wù)器，它不對外提供應(yīng)用服務(wù)，也不存放任何實體資源，只是作為實體資源的目錄或索引而存在，因而也稱為目錄服務(wù)器。它存放所有文件的元數(shù)據(jù)信息，如文件的標(biāo)題和一些簡單的描述信息，以及擁有此文件的結(jié)點(diǎn)機(jī)器的IP地址。Napster的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1.14所示。在這個系統(tǒng)中，中央服務(wù)器的作用只用來存儲索引信息，當(dāng)有新的結(jié)點(diǎn)加入系統(tǒng)時首先要連接目錄服務(wù)器并報告自身地址及共享的文件列表。用戶需要某個文件時向目錄服務(wù)器提交搜索請求，目錄服務(wù)

43、器返回符合搜索要求的所有文件的存儲地址，之后用戶根據(jù)對應(yīng)地址直接從共享此文件的結(jié)點(diǎn)處進(jìn)行文件下載。由于目錄服務(wù)器只提供索引服務(wù)，而不承擔(dān)文件存儲和下載服務(wù)，因此它支持上萬結(jié)點(diǎn)同時在線。Napster在發(fā)布后迅速流行起來，很快成為增長最快的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)。如圖1.15是Napster的系統(tǒng)界面。Napster作為一個文件共享系統(tǒng)，解決了兩個核心的問題：一是用戶必須知道哪些機(jī)器上有哪些文件，這樣當(dāng)用戶提出文件搜索請求時才可以得到正確的匹配結(jié)果。二是，當(dāng)知道這個文件以后，如何與提供此文件的結(jié)點(diǎn)機(jī)器建立互聯(lián)以實現(xiàn)下載。Napster作為一個純粹的基于P2P技術(shù)的文件共享系統(tǒng)在初期取得了巨大成功，第一次驗證了P2P思想在廣域網(wǎng)范圍內(nèi)的可行性，也證明了P2P技術(shù)的優(yōu)越性和巨大應(yīng)用前景。Napster的巨大成功，直接促成了1999年5月Napster公司的