對(duì)等網(wǎng)絡(luò)課件

1、對(duì)等網(wǎng)絡(luò)Peer-to-Peer Networks（P2P）對(duì)等網(wǎng)絡(luò)Peer-to-Peer Networks1. 概述傳統(tǒng)的因特網(wǎng)應(yīng)用采用客戶-服務(wù)器模式：所有內(nèi)容與服務(wù)在服務(wù)器上，客戶向服務(wù)器請(qǐng)求內(nèi)容或服務(wù)，客戶自己的資源不共享。這種集中式結(jié)構(gòu)面臨服務(wù)器負(fù)載過重、拒絕服務(wù)攻擊、網(wǎng)絡(luò)帶寬限制等難以解決的問題。 1. 概述傳統(tǒng)的因特網(wǎng)應(yīng)用采用客戶-服務(wù)器模式：對(duì)等計(jì)算模型在對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中：每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一些資源（處理能力、存儲(chǔ)空間、網(wǎng)絡(luò)帶寬、內(nèi)容等）可以提供給其它節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)之間直接共享資源，不需要服務(wù)器參與。所有節(jié)點(diǎn)地位相等（稱對(duì)等方），具備客戶和服務(wù)器雙重特性。可緩解集中式結(jié)構(gòu)的問題，充分利用終端

2、的豐富資源。對(duì)等計(jì)算模型在對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中：P2P技術(shù)的發(fā)展P2P技術(shù)的第一個(gè)應(yīng)用是Napster文件共享系統(tǒng)（1999-2000），用戶通過該系統(tǒng)交換音樂文件。自1999年以來，P2P研究得到學(xué)術(shù)界和商業(yè)組織的廣泛關(guān)注，同時(shí)該技術(shù)也一直飽受爭(zhēng)議。P2P技術(shù)被廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，如文件共享、流媒體直播與點(diǎn)播、分布式科學(xué)計(jì)算、語音通信、在線游戲支撐平臺(tái)等。 目前以文件共享為代表的P2P應(yīng)用已成為因特網(wǎng)上增長(zhǎng)最迅速的應(yīng)用。P2P技術(shù)的發(fā)展P2P技術(shù)的第一個(gè)應(yīng)用是Napster文件共P2P技術(shù)的應(yīng)用（1）提供文件或其它內(nèi)容共享，如Napster、Gnutella、eDonkey、emule

3、、BitTorrent等。BitTorrent是最流行的P2P文件共享系統(tǒng)之一：種子節(jié)點(diǎn)（保存完整的文件拷貝）把一個(gè)文件分成N個(gè)分片（默認(rèn)為256KB）。節(jié)點(diǎn)X從種子節(jié)點(diǎn)隨機(jī)下載第L個(gè)分片，Y 隨機(jī)下載第M個(gè)分片，然后節(jié)點(diǎn)X與Y 交換彼此擁有的分片。減輕了種子節(jié)點(diǎn)的負(fù)擔(dān)，提高了節(jié)點(diǎn)下載的速度與效率。 P2P技術(shù)的應(yīng)用（1）提供文件或其它內(nèi)容共享，如NapsteP2P技術(shù)的應(yīng)用（2）P2P媒體網(wǎng)：P2P也非常適合流媒體直播與點(diǎn)播，因此P2P研究熱點(diǎn)迅速轉(zhuǎn)移到P2P的流媒體上。目前P2P非常廣泛的一個(gè)應(yīng)用是網(wǎng)上實(shí)時(shí)電視，提供節(jié)目的成本很低，用戶卻可以得到較好的收視質(zhì)量。流行的軟件包括Coolstr

4、eaming、AnySee、Gridmedia、PPLive和PPStream等。 P2P技術(shù)的應(yīng)用（2）P2P媒體網(wǎng)：P2P技術(shù)的應(yīng)用（3）基于P2P方式的協(xié)同處理與服務(wù)共享平臺(tái)：P2P技術(shù)將眾多終端空閑的CPU資源聯(lián)合起來，服務(wù)于一個(gè)共同的計(jì)算。計(jì)算任務(wù)（包括邏輯與數(shù)據(jù)等）劃分成多個(gè)片，分配到參與計(jì)算的P2P節(jié)點(diǎn)上；計(jì)算結(jié)果返回給一個(gè)或多個(gè)服務(wù)器；眾多結(jié)果整合得到最終結(jié)果。最著名的P2P分布式科學(xué)計(jì)算系統(tǒng)為搜索外星文明的SETIhome科學(xué)實(shí)驗(yàn)。P2P技術(shù)的應(yīng)用（3）基于P2P方式的協(xié)同處理與服務(wù)共享平臺(tái)P2P技術(shù)的應(yīng)用（4）即時(shí)通信交流：VoIP是一種全新的網(wǎng)絡(luò)電話通信業(yè)務(wù)，Skype就

5、是一款典型的P2P VoIP軟件。Skype的出現(xiàn)給傳統(tǒng)電信業(yè)帶來強(qiáng)烈的沖擊，截至2011年年底，Skype占有全球長(zhǎng)途通話時(shí)長(zhǎng)的33%。 Skype仍在迅速向各個(gè)國家滲透。 P2P技術(shù)的應(yīng)用（4）即時(shí)通信交流：P2P系統(tǒng)的定義P2P系統(tǒng)是一個(gè)由直接相連的節(jié)點(diǎn)所構(gòu)成的分布式系統(tǒng)，這些節(jié)點(diǎn)能夠?yàn)榱斯蚕韮?nèi)容、CPU時(shí)間、存儲(chǔ)或者帶寬等資源而自組織形成一定的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能夠在適應(yīng)節(jié)點(diǎn)數(shù)目的變化和失效的同時(shí)維持可以接受的連接能力和性能，并且不需要一個(gè)全局服務(wù)器或者權(quán)威的中介支持。 P2P系統(tǒng)的定義P2P系統(tǒng)是一個(gè)由直接相連的節(jié)點(diǎn)所構(gòu)成的分布2. P2P網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)P2P系統(tǒng)的主要概念之一是分散，包

6、括分布式存儲(chǔ)、處理、信息共享和控制信息。 根據(jù)P2P系統(tǒng)的分散程度，可以將P2P架構(gòu)分成純分散式和混合式。根據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系可以將P2P系統(tǒng)細(xì)分為四種拓?fù)湫问剑褐行幕負(fù)淙植际椒墙Y(jié)構(gòu)化拓?fù)淙植际浇Y(jié)構(gòu)化拓?fù)浒敕植际酵負(fù)?. P2P網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)P2P系統(tǒng)的主要概念之一是分散，包2.1 中心化拓?fù)渥钤绯霈F(xiàn)的P2P網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，也稱集中目錄式結(jié)構(gòu)，或非純粹的P2P結(jié)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn)：維護(hù)簡(jiǎn)單，資源發(fā)現(xiàn)效率高。缺點(diǎn)：?jiǎn)吸c(diǎn)故障；擴(kuò)放性差；版權(quán)問題。對(duì)小型網(wǎng)絡(luò)而言在管理和控制方面有一定優(yōu)勢(shì)，不適合大型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。2.1 中心化拓?fù)渥钤绯霈F(xiàn)的P2P網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，也稱集中目錄式結(jié)Napster文件共享系統(tǒng)中央索引服務(wù)器保存所有用

7、戶上傳的音樂文件索引和存放位置。用戶需要某個(gè)音樂文件時(shí)，先查詢中央索引服務(wù)器，得到存有該文件的節(jié)點(diǎn)信息。用戶選擇合適的節(jié)點(diǎn)建立直接連接。Napster首先實(shí)現(xiàn)了文件查詢與文件傳輸?shù)姆蛛x。Napster的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Napster文件共享系統(tǒng)中央索引服務(wù)器保存所有用戶上傳的音2.2 全分布式非結(jié)構(gòu)化拓?fù)?也稱純P2P結(jié)構(gòu)，取消了中央服務(wù)器，每臺(tái)機(jī)器是真正的對(duì)等關(guān)系（稱為對(duì)等機(jī)）。每個(gè)用戶隨機(jī)接入網(wǎng)絡(luò)，并與自己相鄰的一組節(jié)點(diǎn)通過端-端連接構(gòu)成一個(gè)邏輯覆蓋網(wǎng)絡(luò)。對(duì)等節(jié)點(diǎn)之間的內(nèi)容查詢和內(nèi)容共享均直接通過相鄰節(jié)點(diǎn)廣播接力傳遞。每個(gè)節(jié)點(diǎn)記錄搜索軌跡，防止產(chǎn)生搜索環(huán)路。 Gnutella是應(yīng)用最廣泛的全分布式

8、非結(jié)構(gòu)化拓?fù)洹?2.2 全分布式非結(jié)構(gòu)化拓?fù)?也稱純P2P結(jié)構(gòu)，取消了中央服Gnutella早期的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)要下載文件的計(jì)算機(jī)以文件名或關(guān)鍵字生成一個(gè)查詢，發(fā)送給與它相連的所有計(jì)算機(jī)。存在該文件的計(jì)算機(jī)與查詢機(jī)器建立連接；否則繼續(xù)向自己的鄰居節(jié)點(diǎn)洪泛。重復(fù)該過程，直至找到文件為止。一般通過TTL值控制查詢的深度。Gnutella早期的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)要下載文件的計(jì)算機(jī)以文件名或關(guān)全分布式非結(jié)構(gòu)化拓?fù)涞奶攸c(diǎn)將覆蓋網(wǎng)絡(luò)看成完全隨機(jī)圖，節(jié)點(diǎn)之間的鏈路沒有遵循某些預(yù)先定義的拓?fù)鋪順?gòu)建。優(yōu)點(diǎn)：解決了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中心化的問題，擴(kuò)展性和容錯(cuò)性較好；支持復(fù)雜的查詢（如多關(guān)鍵詞查詢、模糊查詢等）。缺點(diǎn)：查詢結(jié)果可能不完全，查

9、詢速度較慢；網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大時(shí)，消耗網(wǎng)絡(luò)帶寬多，易造成部分低帶寬節(jié)點(diǎn)因過載而失效，影響網(wǎng)絡(luò)的可用性；容易受到垃圾信息甚至是病毒的惡意攻擊。 全分布式非結(jié)構(gòu)化拓?fù)涞奶攸c(diǎn)將覆蓋網(wǎng)絡(luò)看成完全隨機(jī)圖，節(jié)點(diǎn)之間2.3 全分布式結(jié)構(gòu)化拓?fù)?采用分布式散列表（DHT）組織網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)：DHT是由廣域范圍內(nèi)大量節(jié)點(diǎn)共同維護(hù)的巨大散列表。散列表被分割成不連續(xù)的塊，每個(gè)節(jié)點(diǎn)被分配一個(gè)散列塊，并成為這個(gè)散列塊的管理者。每個(gè)節(jié)點(diǎn)按照一定的方式被賦予一個(gè)惟一的Node ID。資源對(duì)象的名字或關(guān)鍵詞通過一個(gè)散列函數(shù)映射為128位或160位的散列值，資源對(duì)象存儲(chǔ)在Node ID與其散列值相等或相近的節(jié)點(diǎn)上。需要查找資源時(shí)，采用

10、同樣的方法定位到存儲(chǔ)該資源的節(jié)點(diǎn)。 2.3 全分布式結(jié)構(gòu)化拓?fù)?采用分布式散列表（DHT）組織網(wǎng)基于DHT的節(jié)點(diǎn)組織每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過散列其IP地址，得到一個(gè)128位的節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)符。所有節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)符形成一個(gè)環(huán)形的node ID空間，其中只有一部分對(duì)應(yīng)了實(shí)節(jié)點(diǎn)。Key的散列值為d46a1c的內(nèi)容存放在節(jié)點(diǎn)d467c4上?；贒HT的節(jié)點(diǎn)組織每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過散列其IP地址，得到一個(gè)12全分布式結(jié)構(gòu)化拓?fù)涞奶攸c(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：采用確定性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，DHT可以提供精確發(fā)現(xiàn)。缺點(diǎn)：維護(hù)機(jī)制較復(fù)雜，尤其是節(jié)點(diǎn)頻繁加入/退出造成的網(wǎng)絡(luò)波動(dòng)會(huì)極大地增加維護(hù)DHT的代價(jià)。僅支持精確關(guān)鍵詞匹配查詢，無法支持內(nèi)容/語義等復(fù)雜查詢。 這種結(jié)構(gòu)

11、目前還沒有大規(guī)模成功應(yīng)用的實(shí)例。全分布式結(jié)構(gòu)化拓?fù)涞奶攸c(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：2.4 半分布式結(jié)構(gòu)亦稱混合結(jié)構(gòu)，吸取了中心化結(jié)構(gòu)和全分布式非結(jié)構(gòu)化的優(yōu)點(diǎn)。選擇性能（處理、存儲(chǔ)、帶寬）較高的節(jié)點(diǎn)作為超級(jí)節(jié)點(diǎn)，各個(gè)超級(jí)節(jié)點(diǎn)上存儲(chǔ)其它部分節(jié)點(diǎn)的信息。發(fā)現(xiàn)算法僅在超級(jí)節(jié)點(diǎn)之間轉(zhuǎn)發(fā)，超級(jí)節(jié)點(diǎn)再將查詢請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給適當(dāng)?shù)娜~子節(jié)點(diǎn)。半分布式結(jié)構(gòu)是一種層次式結(jié)構(gòu)：超級(jí)節(jié)點(diǎn)之間構(gòu)成一個(gè)高速轉(zhuǎn)發(fā)層超級(jí)節(jié)點(diǎn)和所負(fù)責(zé)的普通節(jié)點(diǎn)構(gòu)成若干層次2.4 半分布式結(jié)構(gòu)亦稱混合結(jié)構(gòu)，吸取了中心化結(jié)構(gòu)和全分布式Kazaa的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)按能力不同區(qū)分為普通節(jié)點(diǎn)和搜索節(jié)點(diǎn)。搜索節(jié)點(diǎn)與其臨近的若干普通節(jié)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)自治的簇：簇內(nèi)采用中心化P2P結(jié)構(gòu)簇之間通過

12、純P2P結(jié)構(gòu)將搜索節(jié)點(diǎn)連接起來Kazaa的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)按能力不同區(qū)分為普通節(jié)點(diǎn)和搜索節(jié)點(diǎn)。Kazaa的特點(diǎn)自動(dòng)將性能好的機(jī)器當(dāng)成超級(jí)節(jié)點(diǎn)，采用Gnutella的全分布式結(jié)構(gòu)，不需要中央索引服務(wù)器。超級(jí)節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)離它最近的葉子節(jié)點(diǎn)的文件信息，其索引功能使得搜索效率大大提高。文件搜索先在本地簇內(nèi)進(jìn)行，必要時(shí)再通過搜索節(jié)點(diǎn)進(jìn)行有限的泛洪，消除了純P2P結(jié)構(gòu)中泛洪算法帶來的網(wǎng)絡(luò)擁塞、搜索遲緩等不利影響。搜索節(jié)點(diǎn)監(jiān)控著簇內(nèi)所有普通節(jié)點(diǎn)的行為，一些攻擊行為能在網(wǎng)絡(luò)局部得到控制。超級(jí)節(jié)點(diǎn)的存在一定程度上提高了網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載平衡。Kazaa的特點(diǎn)自動(dòng)將性能好的機(jī)器當(dāng)成超級(jí)節(jié)點(diǎn)，采用GnutGnutella后期的結(jié)構(gòu)

13、計(jì)算能力較強(qiáng)的節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，立即成為一個(gè)超級(jí)對(duì)等節(jié)點(diǎn)（SuperPeer），并與其它SuperPeer建立連接，同時(shí)設(shè)置一個(gè)使其保持SuperPeer所需的最小客戶節(jié)點(diǎn)數(shù)目。當(dāng)該節(jié)點(diǎn)在一個(gè)規(guī)定的時(shí)間內(nèi)收到不少于該數(shù)目的客戶連接請(qǐng)求時(shí)，它繼續(xù)成為SuperPeer，否則變?yōu)橐粋€(gè)普通的客戶節(jié)點(diǎn)。如果沒有可用的SuperPeer，它又會(huì)在一個(gè)給定的時(shí)間內(nèi)擔(dān)當(dāng)SuperPeer。 Gnutella后期的結(jié)構(gòu)計(jì)算能力較強(qiáng)的節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，立即Skype網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Skype是P2P技術(shù)演進(jìn)到混合模式后的典型應(yīng)用：登錄服務(wù)器：惟一的集中服務(wù)器，存儲(chǔ)用戶名和密碼信息，保證登錄名全球惟一，進(jìn)行用戶身份認(rèn)證等。用

14、戶節(jié)點(diǎn)：分為普通節(jié)點(diǎn)和超級(jí)節(jié)點(diǎn)。 普通節(jié)點(diǎn)：下載了skype應(yīng)用的普通終端。超級(jí)節(jié)點(diǎn)：具有公網(wǎng)IP地址和足夠資源（CPU、存儲(chǔ)空間、網(wǎng)絡(luò)帶寬）的普通節(jié)點(diǎn)均可為超級(jí)節(jié)點(diǎn)的候選。Skype網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Skype是P2P技術(shù)演進(jìn)到混合模式后的典Skype網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖普通節(jié)點(diǎn)必須連接到一個(gè)超級(jí)節(jié)點(diǎn)上，通過超級(jí)節(jié)點(diǎn)：向登錄服務(wù)器認(rèn)證自己向好友發(fā)送在線信息查找用戶檢測(cè)NAT和防火墻類型Skype網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖普通節(jié)點(diǎn)必須連接到一個(gè)超級(jí)節(jié)點(diǎn)上，通Skype的通信過程初始化：詢問skype的最新版本登錄：連接到超級(jí)節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行身份認(rèn)證等用戶搜索：查找用戶呼叫與終止：與通信方建立與終止連接媒體傳輸：傳輸音頻信息Sk

15、ype的通信過程初始化：詢問skype的最新版本登錄客戶端啟動(dòng)后連接到超級(jí)節(jié)點(diǎn)，向登錄服務(wù)器發(fā)送身份認(rèn)證信息。登錄服務(wù)器驗(yàn)證用戶名和密碼的合法性?？蛻舳讼蚝糜鸭捌渌鼘?duì)等節(jié)點(diǎn)發(fā)送在線信息?？蛻舳伺c超級(jí)節(jié)點(diǎn)交換消息，檢測(cè)NAT和防火墻類型?？蛻舳税l(fā)現(xiàn)擁有公網(wǎng)IP地址的在線Skype節(jié)點(diǎn)。登錄客戶端啟動(dòng)后連接到超級(jí)節(jié)點(diǎn)，向登錄服務(wù)器發(fā)送身份認(rèn)證信息連接到超級(jí)節(jié)點(diǎn)客戶端在主機(jī)緩存中維護(hù)一個(gè)超級(jí)節(jié)點(diǎn)列表，包含一系列超級(jí)節(jié)點(diǎn)的。初次安裝客戶端軟件后，超級(jí)節(jié)點(diǎn)列表中至少包含7個(gè)，這些便是初始的超級(jí)節(jié)點(diǎn)。登錄時(shí)，客戶端試圖同列表中的每一個(gè)表項(xiàng)（超級(jí)節(jié)點(diǎn)）建立連接。Skype沒有默認(rèn)的服務(wù)端口號(hào)，在安裝客戶端軟

16、件時(shí)隨機(jī)選擇（或設(shè)置）一個(gè)端口號(hào)監(jiān)聽，同時(shí)監(jiān)聽80和443端口。連接到超級(jí)節(jié)點(diǎn)客戶端在主機(jī)緩存中維護(hù)一個(gè)超級(jí)節(jié)點(diǎn)列表，包含一向好友發(fā)送在線信息Skype采用路由緩存機(jī)制：超級(jí)節(jié)點(diǎn)緩存查找到的用戶信息（緩存72小時(shí)）。用戶登錄后，其狀態(tài)信息可以通過超級(jí)節(jié)點(diǎn)通知到好友終端，也可以得到好友的狀態(tài)。一旦緩存超時(shí)，需通過其它超級(jí)節(jié)點(diǎn)查找用戶。 向好友發(fā)送在線信息Skype采用路由緩存機(jī)制：查找用戶具有公網(wǎng)地址的客戶端，查找用戶的過程：向超級(jí)節(jié)點(diǎn)（SN）發(fā)送要查找的用戶信息；若不成功，從SN獲取四個(gè)節(jié)點(diǎn)地址，發(fā)送用戶信息；若不成功，報(bào)告SN，獲取八個(gè)節(jié)點(diǎn)地址，發(fā)送用戶信息；成功或失敗返回位于私網(wǎng)內(nèi)的受限客

17、戶端，查找用戶的過程：客戶端將需要查找的用戶信息發(fā)送給其超級(jí)節(jié)點(diǎn)；超級(jí)節(jié)點(diǎn)完成查找后，返回給私網(wǎng)內(nèi)的客戶端。查找用戶具有公網(wǎng)地址的客戶端，查找用戶的過程：呼叫建立和釋放 主、被叫都在公網(wǎng)內(nèi)呼叫建立和釋放 主、被叫都在公網(wǎng)內(nèi)呼叫建立和釋放（續(xù)） 主、被叫至少有一方在私網(wǎng)內(nèi)呼叫建立和釋放（續(xù)） 主、被叫至少有一方在私網(wǎng)內(nèi)Skype的技術(shù)優(yōu)勢(shì)較強(qiáng)的NAT和防火墻穿越能力：首先識(shí)別NAT和防火墻類型，然后動(dòng)態(tài)選擇信令和媒體代理。 快速路由機(jī)制：采用全球索引技術(shù)，用戶路由信息分布式存儲(chǔ)于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中。結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)特點(diǎn)的語音編解碼算法：引入專門針對(duì)互聯(lián)網(wǎng)特點(diǎn)的語音質(zhì)量增強(qiáng)軟件。很低的運(yùn)行成本：很多工作下放給網(wǎng)

18、絡(luò)節(jié)點(diǎn)完成，大大降低了中心服務(wù)器的負(fù)擔(dān)，減少了維護(hù)和管理成本。Skype的技術(shù)優(yōu)勢(shì)較強(qiáng)的NAT和防火墻穿越能力：首先識(shí)別N2.5 四種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的對(duì)比中心化全分布式非結(jié)構(gòu)化全分布式結(jié)構(gòu)化半分布式可擴(kuò)展性差差好中可靠性差好好中可維護(hù)性最好最好好中發(fā)現(xiàn)算法效率最高中高中復(fù)雜查詢支持支持不支持支持2.5 四種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的對(duì)比中心化全分布式非結(jié)構(gòu)化全分布式結(jié)構(gòu)3 P2P網(wǎng)絡(luò)的資源發(fā)現(xiàn)機(jī)制中心化結(jié)構(gòu)：集中式索引和存儲(chǔ)分布式非結(jié)構(gòu)化：查詢請(qǐng)求的洪泛廣播分布式結(jié)構(gòu)化：內(nèi)容可尋址網(wǎng)絡(luò)3 P2P網(wǎng)絡(luò)的資源發(fā)現(xiàn)機(jī)制中心化結(jié)構(gòu)：集中式索引和存儲(chǔ)3.1 集中式索引和存儲(chǔ)一個(gè)集中的目錄服務(wù)器保存所有資源的位置和使用信息：網(wǎng)

19、絡(luò)中所有文件的元數(shù)據(jù)（文件名、創(chuàng)建時(shí)間等）索引；登錄用戶的連接信息表（IP地址、連接速度等）；每個(gè)用戶擁有并愿意共享的文件列表。 起始時(shí)，客戶與目錄服務(wù)器建立連接，報(bào)告其保存的文件列表。當(dāng)目錄服務(wù)器收到來自用戶的查詢時(shí)，查找索引表，返回存有所需文件的用戶列表。用戶選擇其中一個(gè)對(duì)等方建立直接連接，下載文件。 3.1 集中式索引和存儲(chǔ)一個(gè)集中的目錄服務(wù)器保存所有資源的位Napster中的資源發(fā)現(xiàn)Napster中的資源發(fā)現(xiàn)3.2 查詢請(qǐng)求的洪泛廣播洪泛查詢的過程：在覆蓋網(wǎng)絡(luò)上，查詢節(jié)點(diǎn)將一個(gè)資源發(fā)現(xiàn)請(qǐng)求發(fā)送給與其直接相連的所有節(jié)點(diǎn)；這些節(jié)點(diǎn)再向其直接相連的鄰居洪泛該請(qǐng)求；直到請(qǐng)求被響應(yīng)或達(dá)到最大洪泛

20、次數(shù)。早期的Gnutella使用洪泛機(jī)制發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的文件。 3.2 查詢請(qǐng)求的洪泛廣播洪泛查詢的過程：Gnutella使用的消息Ping：節(jié)點(diǎn)使用該消息宣告自己。Pong：對(duì)Ping的響應(yīng)，包含響應(yīng)主機(jī)的IP地址、能接受響應(yīng)的端口、本機(jī)共享文件數(shù)量及所占空間大小。Query：搜索請(qǐng)求，包含一個(gè)搜索字符串和對(duì)響應(yīng)主機(jī)的最小速度要求。QueryHit：對(duì)Query的響應(yīng)，包含響應(yīng)主機(jī)的IP地址、能接受連接的端口、連線速度、查詢結(jié)果集（包含匹配的文件數(shù)量以及每個(gè)匹配文件的索引、文件大小及文件名）。Gnutella使用的消息Ping：節(jié)點(diǎn)使用該消息宣告自己。Gnutella查詢與響應(yīng)過程一個(gè)節(jié)點(diǎn)與自己

21、所知道的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)建立TCP/IP連接。節(jié)點(diǎn)向每一個(gè)連接的節(jié)點(diǎn)發(fā)送Ping消息；收到Ping消息的節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)Pong消息，同時(shí)將Ping消息繼續(xù)向其鄰居傳播。節(jié)點(diǎn)使用Query查詢文件，Query使用相同的洪泛方式傳輸。TTL被用來限制Ping和Query的傳播范圍。每個(gè)消息攜帶全局唯一的標(biāo)識(shí)符，用于檢測(cè)和丟棄重復(fù)的消息。 當(dāng)收到QueryHit時(shí)，表明在響應(yīng)主機(jī)上找到了文件。 Gnutella查詢與響應(yīng)過程一個(gè)節(jié)點(diǎn)與自己所知道的每一個(gè)節(jié)3.3 內(nèi)容可尋址網(wǎng)絡(luò)分布式P2P系統(tǒng)的核心是一個(gè)將文件名映射到文件存放位置的索引系統(tǒng)。查找服務(wù)通過將對(duì)等節(jié)點(diǎn)組織到一個(gè)有結(jié)構(gòu)的覆蓋網(wǎng)絡(luò)中，并將消息通過覆蓋

22、網(wǎng)絡(luò)路由到相關(guān)對(duì)等節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)。到目前為止，已經(jīng)有多個(gè)研究項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了分布式P2P查找服務(wù)。 3.3 內(nèi)容可尋址網(wǎng)絡(luò)分布式P2P系統(tǒng)的核心是一個(gè)將文件名映Content-Addressable Network（CAN）CAN類似于一張大哈希表，基本操作包括插入、查找和刪除對(duì)：關(guān)鍵字可能是部分或完整的文件名值可能為獲取該文件所需的信息（如大小、位置等） 網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)保存哈希表的一塊（區(qū)）。對(duì)一個(gè)特定關(guān)鍵字的請(qǐng)求（插入、查找或刪除）由中間CAN節(jié)點(diǎn)路由到包含該關(guān)鍵字的目標(biāo)CAN節(jié)點(diǎn)。 Content-Addressable Network（CACAN的坐標(biāo)空間CAN基于一個(gè)虛擬的d維笛卡爾坐標(biāo)空間來

23、組織數(shù)據(jù)和實(shí)現(xiàn)查找功能：整個(gè)坐標(biāo)空間被動(dòng)態(tài)分配給系統(tǒng)中的所有節(jié)點(diǎn)；每個(gè)節(jié)點(diǎn)都擁有獨(dú)立和不相交的一塊區(qū)域；如果兩個(gè)區(qū)域在（d-1）維上跨度相同，而在另一個(gè)維度上相鄰，就稱這兩個(gè)區(qū)域相鄰；若兩個(gè)節(jié)點(diǎn)擁有的區(qū)域相鄰，就稱這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)在坐標(biāo)空間中相鄰。CAN的坐標(biāo)空間CAN基于一個(gè)虛擬的d維笛卡爾坐標(biāo)空間來組織一個(gè)二維的CAN坐標(biāo)空間示例一個(gè)二維的CAN坐標(biāo)空間示例名字到位置的映射存儲(chǔ)對(duì)的方法：使用一個(gè)均勻哈希函數(shù)將key映射成坐標(biāo)空間中的一個(gè)點(diǎn)P，被保存在P所在區(qū)域?qū)?yīng)的CAN節(jié)點(diǎn)中。查詢關(guān)鍵字Key：使用相同的哈希函數(shù)得到點(diǎn)P，從P所在區(qū)域?qū)?yīng)的CAN節(jié)點(diǎn)中得到Value。如果P不在查詢節(jié)點(diǎn)所擁有的

24、區(qū)域中，查詢請(qǐng)求通過CAN網(wǎng)絡(luò)路由到包含P的CAN節(jié)點(diǎn)。 名字到位置的映射存儲(chǔ)對(duì)的方法：CAN路由CAN中的節(jié)點(diǎn)自動(dòng)形成一個(gè)表示虛擬坐標(biāo)空間的覆蓋網(wǎng)絡(luò)：每個(gè)節(jié)點(diǎn)學(xué)習(xí)并維護(hù)坐標(biāo)空間中相鄰節(jié)點(diǎn)的IP地址和虛擬坐標(biāo)區(qū)域，這組鄰居節(jié)點(diǎn)就形成了坐標(biāo)路由表。每條CAN消息都包含目的點(diǎn)P的坐標(biāo)。節(jié)點(diǎn)利用坐標(biāo)路由表，使用貪婪轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制將消息轉(zhuǎn)發(fā)給距離P最近的鄰居節(jié)點(diǎn)。 CAN路由CAN中的節(jié)點(diǎn)自動(dòng)形成一個(gè)表示虛擬坐標(biāo)空間的覆蓋網(wǎng)一個(gè)CAN查找的例子一個(gè)CAN查找的例子節(jié)點(diǎn)加入CAN找到一個(gè)已有節(jié)點(diǎn)：在DNS中查找CAN的域名，得到一個(gè)引導(dǎo)節(jié)點(diǎn)的IP地址。引導(dǎo)節(jié)點(diǎn)隨機(jī)選擇當(dāng)前系統(tǒng)中幾個(gè)節(jié)點(diǎn)的IP地址，提供給新節(jié)點(diǎn)

25、。找到一個(gè)要分裂的區(qū)域：在坐標(biāo)空間中隨機(jī)選擇一個(gè)點(diǎn)P，向P發(fā)送一個(gè)加入請(qǐng)求。 該消息通過已有節(jié)點(diǎn)送入CAN，路由到P所在區(qū)域的CAN節(jié)點(diǎn)。該節(jié)點(diǎn)將它的區(qū)域分裂成兩半，將一半分配給新節(jié)點(diǎn)。 加入路由：新節(jié)點(diǎn)向區(qū)域的原節(jié)點(diǎn)了解其鄰居節(jié)點(diǎn)的IP地址，形成自己的鄰居集合；原節(jié)點(diǎn)也要更新自己的鄰居集合。 新老節(jié)點(diǎn)將自己當(dāng)前分配的區(qū)域告知其鄰居。 節(jié)點(diǎn)加入CAN找到一個(gè)已有節(jié)點(diǎn)：新節(jié)點(diǎn)加入的例子 節(jié)點(diǎn)7加入前 節(jié)點(diǎn)7加入后新節(jié)點(diǎn)加入的例子 節(jié)點(diǎn)7加入前 節(jié)點(diǎn)7加入后節(jié)點(diǎn)離開CAN正常的做法：節(jié)點(diǎn)顯式地將其區(qū)域和相關(guān)的數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)交給一個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)。如果某個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)的區(qū)域可以和該節(jié)點(diǎn)的區(qū)域合并成一個(gè)合法的區(qū)域，轉(zhuǎn)

26、交完成。否則，該區(qū)域轉(zhuǎn)交給當(dāng)前區(qū)域最小的節(jié)點(diǎn)，這個(gè)節(jié)點(diǎn)要臨時(shí)接管兩個(gè)區(qū)域。節(jié)點(diǎn)通過周期性更新消息，告知鄰居自己的區(qū)域坐標(biāo)和其鄰居節(jié)點(diǎn)的區(qū)域坐標(biāo)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)失效時(shí)，其鄰居之一要立即接管失效節(jié)點(diǎn)的區(qū)域，但失效節(jié)點(diǎn)中保存的丟失。節(jié)點(diǎn)離開CAN正常的做法：CAN的缺點(diǎn)經(jīng)過哈希之后，節(jié)點(diǎn)的位置信息被破壞了，來自同一個(gè)子網(wǎng)的站點(diǎn)很可能節(jié)點(diǎn)號(hào)相距很遠(yuǎn)，這不利于查詢性能的優(yōu)化?；诠１淼南到y(tǒng)不能利用應(yīng)用本身的信息，許多應(yīng)用（如文件系統(tǒng)）的數(shù)據(jù)本身是按照層次結(jié)構(gòu)組織的，而使用哈希函數(shù)后這些層次信息就丟失了。 CAN的缺點(diǎn)經(jīng)過哈希之后，節(jié)點(diǎn)的位置信息被破壞了，來自同一個(gè)4 P4P技術(shù)P2P帶寬吞噬問題：P2P流量已

27、經(jīng)占到整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)流量的50%左右，且仍在持續(xù)增長(zhǎng)。 P2P流量大量占用寶貴的骨干網(wǎng)帶寬資源，尤其是互聯(lián)互通出口及國際出口的帶寬，極大地增加了投資成本壓力，并造成運(yùn)營(yíng)成本上升。用戶正常的上網(wǎng)業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量難以得到有效保障。 4 P4P技術(shù)P2P帶寬吞噬問題：帶寬吞噬問題的根源P2P的交換機(jī)制P2P過于強(qiáng)調(diào)對(duì)等，它對(duì)資源在網(wǎng)絡(luò)中的位置不作區(qū)分，一律平等地返回給用戶，而用戶隨機(jī)選擇一個(gè)節(jié)點(diǎn)交換。節(jié)點(diǎn)之間的交換完全是無序的，無序的交換導(dǎo)致無謂的跨地區(qū)甚至是跨國的“流量旅行”，耗費(fèi)了寶貴的國內(nèi)和國際帶寬資源。 帶寬吞噬問題的根源P2P的交換機(jī)制P2P過于強(qiáng)調(diào)對(duì)等，它對(duì)依靠P2P應(yīng)用的解決方案基于局部性原

28、則選擇節(jié)點(diǎn)：如優(yōu)先選擇相同子網(wǎng)、相同ISP內(nèi)的節(jié)點(diǎn)交換文件片段。若不考慮鏈路流量、不同鏈路的通信開銷，可能會(huì)給骨干網(wǎng)帶來擁塞或造成不必要的費(fèi)用開銷?；谀嫦蛄髁抗こ痰牧髁孔呦蛘{(diào)整：應(yīng)用發(fā)送探測(cè)消息收集和推測(cè)底層網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，確定流量走向。 依賴網(wǎng)絡(luò)測(cè)量技術(shù)，而測(cè)量會(huì)消耗帶寬，且不能完全反映網(wǎng)絡(luò)的真實(shí)狀態(tài)。一些新技術(shù)（如MPLS）對(duì)探測(cè)消息不響應(yīng)。無法推測(cè)ISP運(yùn)營(yíng)商的策略信息。 依靠P2P應(yīng)用的解決方案基于局部性原則選擇節(jié)點(diǎn)：基于ISP的流量控制目前因特網(wǎng)上的流量控制主要是ISP的責(zé)任：應(yīng)用給出網(wǎng)絡(luò)流的目的地址及流量需求模式，ISP根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)確定最有效的路由。P2P模式改變了傳統(tǒng)的流量控制問

29、題：應(yīng)用需要的數(shù)據(jù)可以從很多節(jié)點(diǎn)、以很多種方式得到，每一種方式都會(huì)產(chǎn)生一種不同的流量需求模式并導(dǎo)致不同的網(wǎng)絡(luò)使用效率。P2P的動(dòng)態(tài)流量模式能夠自動(dòng)適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)變化，但也使得ISP估計(jì)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)并確定最佳路由的努力無效?；贗SP的流量控制目前因特網(wǎng)上的流量控制主要是ISP的責(zé)任基于ISP和P2P應(yīng)用合作的P4P技術(shù)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商和P2P應(yīng)用應(yīng)合作解決流量吞噬問題：網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商將底層網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)及策略信息提供給P2P應(yīng)用P2P應(yīng)用根據(jù)這些信息智能地選擇數(shù)據(jù)交換對(duì)象P4P（Proactive network Provider Participation for p2p）：一個(gè)旨在同時(shí)優(yōu)化ISP和P2P系統(tǒng)性能的網(wǎng)

30、絡(luò)架構(gòu)已集成到一些具有代表性的P2P軟件中，在商業(yè)測(cè)試中表現(xiàn)出色。 基于ISP和P2P應(yīng)用合作的P4P技術(shù)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商和P2P應(yīng)用4.1 P4P架構(gòu)P4P是一個(gè)允許網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)者向新型應(yīng)用顯式提供網(wǎng)絡(luò)信息、策略及能力的通用框架，除P2P之外可支持各種高帶寬應(yīng)用。P4P由控制面、管理面和數(shù)據(jù)面組成：數(shù)據(jù)面（可選）：區(qū)分應(yīng)用流和設(shè)定應(yīng)用流的優(yōu)先級(jí)控制面：通過iTracker向應(yīng)用提供網(wǎng)絡(luò)信息管理面：監(jiān)視控制面的行為 4.1 P4P架構(gòu)P4P是一個(gè)允許網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)者向新型應(yīng)用顯式提P2P控制面中的實(shí)體iTracker：代表一個(gè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商appTracker：代表一個(gè)P2P應(yīng)用Peer：代表P2P客戶對(duì)等客戶從

31、appTracker或iTracker（若無appTracker）獲得必要的信息，并幫助分發(fā)信息。P2P控制面中的實(shí)體iTracker：代表一個(gè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商iTracker提供的接口策略接口：用于向?qū)Φ瓤蛻艋騛ppTracker提供網(wǎng)絡(luò)使用策略和指導(dǎo)意見。P4P距離接口：用于查詢對(duì)等客戶之間的開銷和網(wǎng)絡(luò)距離。能力接口：用于對(duì)等客戶或內(nèi)容接供商向運(yùn)營(yíng)商請(qǐng)求能力（資源）。iTracker提供的接口策略接口：用于向?qū)Φ瓤蛻艋騛ppTappTracker使用接口的例子appTracker使用接口的例子4.2 P4P距離（p-distance）P4P架構(gòu)中最核心的接口是P4P距離：運(yùn)營(yíng)商通過該接口告訴應(yīng)用

32、當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中域內(nèi)和域間的網(wǎng)絡(luò)開銷。應(yīng)用使用P4P距離來優(yōu)化連接，提高網(wǎng)絡(luò)通信效率。P4P接口有兩個(gè)視圖：iTracker看到的內(nèi)部視圖應(yīng)用看到的外部視圖4.2 P4P距離（p-distance）P4P架構(gòu)中最核心內(nèi)部視圖內(nèi)部視圖是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)銰 =（V, E），其中V是節(jié)點(diǎn)集合，E是鏈路集合。 V中的節(jié)點(diǎn)稱為PID（opaque ID），有以下幾種類型：匯聚節(jié)點(diǎn)：代表一組客戶（如一個(gè)網(wǎng)點(diǎn)或網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)相同的一組節(jié)點(diǎn)），對(duì)外部是可見的。核心路由器：對(duì)應(yīng)用和客戶不可見。外部域節(jié)點(diǎn)：對(duì)應(yīng)用和客戶不可見。 iTracker在內(nèi)部視圖中連接兩個(gè)PID（如果這樣連接是有意義的），并給每條PID層次的鏈路指定一個(gè)

33、p-距離。 內(nèi)部視圖內(nèi)部視圖是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)銰 =（V, E），其中V是節(jié)外部視圖iTracker提供的外部視圖是一個(gè)全連接的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)：給定一對(duì)外部可見的PID i和j，iTracker給出從PID-i到PID-j的p-距離（pij）。pij是iTracker根據(jù)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部距離和路由計(jì)算出來的，iTracker可以給這個(gè)距離一個(gè)干擾來增強(qiáng)隱秘性。外部視圖iTracker提供的外部視圖是一個(gè)全連接的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)p4p距離的指定ISP可以有很多種方法來指定p-距離，比如：從OSPF權(quán)值和BGP偏好來得到p-距離給具有較高成本或接近擁塞的鏈路指定較大的p-距離按照某種優(yōu)化目標(biāo)計(jì)算p-距離p4p距離的指定IS

34、P可以有很多種方法來指定p-距離，比如：P-距離信息的分發(fā)ISP可從以下幾個(gè)方面控制p-距離信息的分發(fā)：PID的聚合粒度：控制粒度 vs 擴(kuò)放性和用戶隱私。網(wǎng)絡(luò)信息的粒度和語義：簡(jiǎn)單、健壯 vs 控制粒度和信息語義。信息的接收者：安全、隱私保護(hù) vs 信息的中立性。使用p-距離接口的權(quán)衡涉及擴(kuò)放性、語義和隱私。接口本身是簡(jiǎn)單、靈活和標(biāo)準(zhǔn)化的（易于互操作），復(fù)雜性體現(xiàn)在如何使用，而如何使用是由ISP決定的。P-距離信息的分發(fā)ISP可從以下幾個(gè)方面控制p-距離信息的分使用P-距離接口選擇對(duì)等客戶（1）按p-距離選擇對(duì)等客戶：PID-i客戶選擇PID-j客戶的概率為pij的遞減函數(shù)。當(dāng)來自PID-i

35、的一個(gè)客戶加入一個(gè)P2P會(huì)話時(shí)，appTracker查詢iTracker，得到從PID-i到其它PID的p-距離。如果iTracker指定PID-i內(nèi)的p-距離最小，到其它PID的p-距離次之，到外部網(wǎng)絡(luò)的p-距離最高，則應(yīng)用可減少穿過PID和自治系統(tǒng)的流量。使用P-距離接口選擇對(duì)等客戶（1）按p-距離選擇對(duì)等客戶：使用P-距離接口選擇對(duì)等客戶（2）有上/下載流量匹配要求的應(yīng)用：假設(shè)P2P會(huì)話k計(jì)算出PID-i到其它PID的上載容量為uik，下載容量為dik，從PID-i到PID-j的流量為tijk。不考慮網(wǎng)絡(luò)效率，會(huì)話k選擇P2P對(duì)等客戶的問題描述為以下優(yōu)化問題：使用P-距離接口選擇對(duì)等客戶

36、（2）有上/下載流量匹配要求的應(yīng)有上/下載流量匹配要求的應(yīng)用（續(xù)）若考慮ISP的優(yōu)化目標(biāo)，會(huì)話k可選擇在滿足一定流量的前提下最大化網(wǎng)絡(luò)效率，則以上優(yōu)化問題變?yōu)椋河猩?下載流量匹配要求的應(yīng)用（續(xù)）若考慮ISP的優(yōu)化目標(biāo)，會(huì)使用P-距離接口選擇對(duì)等客戶（3）有魯棒性要求的應(yīng)用：PID-i中的客戶應(yīng)與其它PID中一定數(shù)量的客戶連接。引入變量ijk：PID-i客戶到PID-j客戶的流量應(yīng)占PID-i客戶到所有其它PID客戶流量的最小比例。使用P-距離接口選擇對(duì)等客戶（3）有魯棒性要求的應(yīng)用：P4P設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)iTracker收集網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息：be：邊e上的背景流量（非P2P流量）ce：邊e的容量Ie

37、(i,j)：指示邊e是否在從PID-i到PID-j的路由上。Tk為會(huì)話k可以接受的流量模式集合。對(duì)于其中一個(gè)tkTk，若會(huì)話k選擇tk，則它將產(chǎn)生從PID-i到PID-j的P2P流量tijk，相應(yīng)地邊e上的流量總和為tek。P4P設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)iTracker收集網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息：?jiǎn)栴}描述若采用傳統(tǒng)的ISP流量工程目標(biāo)，需要求解以下優(yōu)化問題（最小化最大鏈路利用率）：改寫以上優(yōu)化問題為：?jiǎn)栴}描述若采用傳統(tǒng)的ISP流量工程目標(biāo)，需要求解以下優(yōu)化問題問題分解對(duì)于公式（9）中的每一個(gè)約束條件，引入一個(gè)對(duì)偶變量pe0，定義拉格朗日對(duì)偶方程：為使方程有界，的系數(shù)必須為0，即：對(duì)偶方程簡(jiǎn)化如下：?jiǎn)栴}分解對(duì)于公式

38、（9）中的每一個(gè)約束條件，引入一個(gè)對(duì)偶變量piTracker與應(yīng)用的交互會(huì)話 k 從 iTracker 獲得本地計(jì)算 ，使?jié)M足iTracker獲得應(yīng)用反饋的 ，調(diào)整pe：更新pij，返回給查詢的應(yīng)用；應(yīng)用更新tk。iTracker與應(yīng)用的交互會(huì)話 k 從 iTracker 4.3 基于P4P架構(gòu)的P2P流媒體系統(tǒng)P2P流媒體是結(jié)合流媒體技術(shù)與P2P技術(shù)的流媒體解決方案。基于組播樹的P2P流媒體技術(shù)：構(gòu)建以視頻源為根的數(shù)據(jù)分發(fā)樹；當(dāng)節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)包后，將數(shù)據(jù)包的拷貝轉(zhuǎn)發(fā)給它的每一個(gè)子節(jié)點(diǎn)。（典型的數(shù)據(jù)推送方法）優(yōu)點(diǎn)：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 缺點(diǎn)：拓?fù)渚S護(hù)開銷大，可靠性差，不利于在大規(guī)模的實(shí)際環(huán)境中使用。4

39、.3 基于P4P架構(gòu)的P2P流媒體系統(tǒng)P2P流媒體是結(jié)合流基于P4P架構(gòu)的P2P流媒體系統(tǒng)（續(xù)）基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的P2P流媒體技術(shù)：每一個(gè)頻道看作是一個(gè)子覆蓋網(wǎng)絡(luò)，頻道的媒體數(shù)據(jù)分割成chunk，節(jié)點(diǎn)間采用gossip協(xié)議分發(fā)數(shù)據(jù)。優(yōu)點(diǎn)：不需要維護(hù)分發(fā)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)健壯性好。缺點(diǎn)：隨機(jī)推送導(dǎo)致大量冗余；沒有明確的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)支持，最小化啟動(dòng)和傳輸時(shí)延成為主要問題。 改進(jìn)：通過數(shù)據(jù)拉取技術(shù)解決傳輸冗余問題。節(jié)點(diǎn)維護(hù)一組伙伴，周期性地同伙伴交換數(shù)據(jù)可用性信息和數(shù)據(jù)。 基于P4P架構(gòu)的P2P流媒體系統(tǒng)（續(xù)）基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的P2P流一個(gè)融合P4P架構(gòu)的P2P流媒體系統(tǒng)一個(gè)融合P4P架構(gòu)的P2P流媒體系統(tǒng)如何發(fā)現(xiàn)iT

40、racker地址appTracker通過DNS解析P4P服務(wù)的域名，獲取iTracker的IP地址。在appTracker上直接配置iTracker地址。如何發(fā)現(xiàn)iTracker地址appTracker通過DNS解4.4 基于P4P技術(shù)的Gnutella路由算法Gnutella 0.6引入了超級(jí)節(jié)點(diǎn)的概念：超級(jí)節(jié)點(diǎn)：葉子節(jié)點(diǎn)的代理，只在認(rèn)為葉子節(jié)點(diǎn)能夠響應(yīng)查詢請(qǐng)求時(shí)才向葉子節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)查詢請(qǐng)求；葉子節(jié)點(diǎn)：從不向超級(jí)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)查詢請(qǐng)求。 4.4 基于P4P技術(shù)的Gnutella路由算法GnutelGnutella 0.6的工作原理節(jié)點(diǎn)加入：節(jié)點(diǎn)連接到網(wǎng)絡(luò)后，使用Ping消息找到最近的超級(jí)節(jié)點(diǎn)；通過該超

41、級(jí)節(jié)點(diǎn)了解并連接更多的超級(jí)節(jié)點(diǎn)；選擇一個(gè)超級(jí)節(jié)點(diǎn)，成為它的葉子節(jié)點(diǎn)。 查詢轉(zhuǎn)發(fā)：節(jié)點(diǎn)向自己的超級(jí)節(jié)點(diǎn)發(fā)送Query消息；若超級(jí)節(jié)點(diǎn)有符合查詢要求的文件，發(fā)送QueryHit消息；超級(jí)節(jié)點(diǎn)遞減Query的TTL值，若不為0，向相鄰的超級(jí)節(jié)點(diǎn)及可能包含該文件的葉子節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)Query消息。Gnutella 0.6的工作原理節(jié)點(diǎn)加入：使用P4P技術(shù)優(yōu)化超級(jí)節(jié)點(diǎn)的選擇在Gnutella網(wǎng)絡(luò)中，滿足以下條件的對(duì)等節(jié)點(diǎn)成為超級(jí)節(jié)點(diǎn)：主機(jī)沒有處在防火墻內(nèi)且運(yùn)行合適的操作系統(tǒng)具有足夠的帶寬、機(jī)器性能和正常運(yùn)行時(shí)間連接了不少于一定數(shù)量的客戶節(jié)點(diǎn)可以利用P4P技術(shù)優(yōu)化超級(jí)節(jié)點(diǎn)的選擇：基于P4P技術(shù)獲得的信息，選擇那

42、些連通度較高的節(jié)點(diǎn)作為超級(jí)節(jié)點(diǎn)。使用P4P技術(shù)優(yōu)化超級(jí)節(jié)點(diǎn)的選擇在Gnutella網(wǎng)絡(luò)中，滿使用P4P技術(shù)優(yōu)化節(jié)點(diǎn)加入在Gnutella協(xié)議中：節(jié)點(diǎn)從獲得的超級(jí)節(jié)點(diǎn)中隨機(jī)選擇一個(gè)加入。利用P4P技術(shù)優(yōu)化節(jié)點(diǎn)加入：基于P4P技術(shù)獲得的網(wǎng)絡(luò)信息，優(yōu)先選擇位于同一個(gè)ISP、（在同一個(gè)ISP時(shí)）同一個(gè)城市的超級(jí)節(jié)點(diǎn)加入?？蓽p小超級(jí)節(jié)點(diǎn)和葉子節(jié)點(diǎn)的通信延遲，降低骨干網(wǎng)絡(luò)間的通信流量。 使用P4P技術(shù)優(yōu)化節(jié)點(diǎn)加入在Gnutella協(xié)議中：使用P4P技術(shù)優(yōu)化查詢請(qǐng)求的轉(zhuǎn)發(fā)超級(jí)節(jié)點(diǎn)的路由表中維護(hù)了到其它超級(jí)節(jié)點(diǎn)的路由。 基于P4P技術(shù)獲得的網(wǎng)絡(luò)信息，超級(jí)節(jié)點(diǎn)可以計(jì)算到其它超級(jí)節(jié)點(diǎn)的通信代價(jià)，記錄在路由表中。在

43、向其它超級(jí)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)查詢請(qǐng)求時(shí)，選擇通信代價(jià)較小的超級(jí)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)查詢請(qǐng)求。使用P4P技術(shù)優(yōu)化查詢請(qǐng)求的轉(zhuǎn)發(fā)超級(jí)節(jié)點(diǎn)的路由表中維護(hù)了到其5 搭便車現(xiàn)象及抑制機(jī)制P2P通信模式倡導(dǎo)的理念是協(xié)作和共享，但P2P網(wǎng)絡(luò)的理性用戶更多地表現(xiàn)出自主性和自私性，只想索取資源而不愿貢獻(xiàn)資源。節(jié)點(diǎn)只享受服務(wù)而不為系統(tǒng)做貢獻(xiàn)的行為稱為搭便車（free riding），大量搭便車現(xiàn)象將導(dǎo)致P2P網(wǎng)絡(luò)效用大幅降低。P2P網(wǎng)絡(luò)中還存在大量不可靠的服務(wù)以及欺詐行為。必須考慮P2P網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的自主行為，激勵(lì)節(jié)點(diǎn)之間有效合作并合理使用網(wǎng)絡(luò)資源。 5 搭便車現(xiàn)象及抑制機(jī)制P2P通信模式倡導(dǎo)的理念是協(xié)作和共享搭便車行為的研究進(jìn)展第一階

44、段：試圖測(cè)量不同對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中的搭便車現(xiàn)象，分析其數(shù)學(xué)特征。第二階段：一些搭便車行為的抑制機(jī)制被提出，其中少數(shù)已應(yīng)用到真實(shí)系統(tǒng)中。第三階段：意識(shí)到還沒有哪一種方法可以徹底解決對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中的搭便車行為，應(yīng)更深入地研究抑制機(jī)制，并在真實(shí)系統(tǒng)中驗(yàn)證有效性。 搭便車行為的研究進(jìn)展第一階段：試圖測(cè)量不同對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中的搭便車搭便車現(xiàn)象的測(cè)量結(jié)果極少數(shù)熱心節(jié)點(diǎn)維持了大量的連接。測(cè)量結(jié)果表明，搭便車現(xiàn)象在對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中廣泛存在。 搭便車現(xiàn)象的測(cè)量結(jié)果極少數(shù)熱心節(jié)點(diǎn)維持了大量的連接。拱便車行為的數(shù)學(xué)建模有文獻(xiàn)采用排隊(duì)論對(duì)對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)能力進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模，研究表明：提供服務(wù)的節(jié)點(diǎn)數(shù)越多、單一文件的拷貝數(shù)量（網(wǎng)絡(luò)中包含該文件的

45、節(jié)點(diǎn)數(shù)）越多，則對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)能力越強(qiáng)。不同結(jié)構(gòu)的P2P應(yīng)用系統(tǒng)，容忍搭便車行為的能力有所不同。拱便車行為的數(shù)學(xué)建模有文獻(xiàn)采用排隊(duì)論對(duì)對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)能力進(jìn)行搭便車節(jié)點(diǎn)比例與對(duì)等網(wǎng)絡(luò)吞吐率的關(guān)系CIA：具有集中索引服務(wù)器的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)DIFA：分布式洪泛機(jī)制的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)DIHA：分布式哈希表索引的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)搭便車節(jié)點(diǎn)比例與對(duì)等網(wǎng)絡(luò)吞吐率的關(guān)系CIA：具有集中索引服務(wù)BT的激勵(lì)機(jī)制BT采用激勵(lì)機(jī)制來抑制搭便車行為：節(jié)點(diǎn)以較大優(yōu)先級(jí)選擇向其提供了較大下載帶寬的節(jié)點(diǎn)提供數(shù)據(jù)上傳服務(wù)。在該機(jī)制下，單個(gè)搭便車節(jié)點(diǎn)能獲取的最大帶寬如下，是節(jié)點(diǎn)上傳帶寬，nu是單個(gè)節(jié)點(diǎn)最大并發(fā)下載連接數(shù)：直接提高nu即可降低搭便車者享

46、受的服務(wù)，但節(jié)點(diǎn)需支持較多的并發(fā)TCP連接數(shù)，易出現(xiàn)超時(shí)重傳或擁塞現(xiàn)象，網(wǎng)絡(luò)有效吞吐率下降。在BT中，nu設(shè)為4。BT的激勵(lì)機(jī)制BT采用激勵(lì)機(jī)制來抑制搭便車行為：節(jié)點(diǎn)以較大優(yōu)搭便車行為對(duì)對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的影響大量搭便車節(jié)點(diǎn)可能使熱心節(jié)點(diǎn)因長(zhǎng)期過載而宕機(jī)，導(dǎo)致整個(gè)對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的連通性發(fā)生巨大變化。大量搭便車行為會(huì)降低對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的生命周期：熱心節(jié)點(diǎn)因得不到資源而離開網(wǎng)絡(luò)，并帶走大量的資源，導(dǎo)致更多的節(jié)點(diǎn)離開。如果搭便車現(xiàn)象過于嚴(yán)重，對(duì)等網(wǎng)絡(luò)將趨近客戶機(jī)/服務(wù)器通信模式，其可用性甚至比傳統(tǒng)的客戶機(jī)/服務(wù)器通信模式更差。 搭便車行為對(duì)對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的影響大量搭便車節(jié)點(diǎn)可能使熱心節(jié)點(diǎn)因長(zhǎng)期為什么容忍搭便車現(xiàn)象的存在？多數(shù)對(duì)

47、等網(wǎng)絡(luò)軟件開發(fā)者容忍搭便車現(xiàn)象存在。以下三個(gè)因素值得考慮： 搭便車現(xiàn)象使對(duì)等網(wǎng)絡(luò)抵御隨機(jī)選擇節(jié)點(diǎn)攻擊的能力較強(qiáng)。 搭便車現(xiàn)象使得對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的重要性不再均衡，管理者可以重點(diǎn)管理數(shù)量不多的熱心節(jié)點(diǎn)。允許一定程度的搭便車現(xiàn)象，有利于吸引自私的節(jié)點(diǎn)用戶加入到對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，提高對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的用戶數(shù)量。為什么容忍搭便車現(xiàn)象的存在？多數(shù)對(duì)等網(wǎng)絡(luò)軟件開發(fā)者容忍搭便車搭便車行為抑制機(jī)制抑制搭便車行為的共同指導(dǎo)原則是：根據(jù)節(jié)點(diǎn)已做出的貢獻(xiàn)，確定它能夠享受服務(wù)的能力。 已提出的抑制機(jī)制分為三類：基于節(jié)點(diǎn)行為的激勵(lì)機(jī)制基于博弈論的方法采用社會(huì)網(wǎng)絡(luò)或經(jīng)濟(jì)模型的控制策略 搭便車行為抑制機(jī)制抑制搭便車行為的共同指導(dǎo)原則是：根據(jù)

48、節(jié)點(diǎn)已基于節(jié)點(diǎn)行為的激勵(lì)機(jī)制激勵(lì)機(jī)制的算法流程：不同激勵(lì)機(jī)制之間的差異主要體現(xiàn)在效用函數(shù)定義、測(cè)量點(diǎn)選擇等方面。 基于節(jié)點(diǎn)行為的激勵(lì)機(jī)制激勵(lì)機(jī)制的算法流程：效用函數(shù)設(shè)計(jì)效用函數(shù)：節(jié)點(diǎn)享受服務(wù)的能力與節(jié)點(diǎn)為系統(tǒng)已做貢獻(xiàn)的關(guān)系。效用函數(shù)可能涉及以下自變量：節(jié)點(diǎn)共享文件的數(shù)量節(jié)點(diǎn)已下載文件的數(shù)量節(jié)點(diǎn)已上傳文件數(shù)量節(jié)點(diǎn)已下載數(shù)據(jù)的大小節(jié)點(diǎn)已上傳數(shù)據(jù)的大小等。定義計(jì)算復(fù)雜度小、又能客觀反映搭便車控制關(guān)鍵問題的效用函數(shù)是激勵(lì)機(jī)制設(shè)計(jì)的核心。 效用函數(shù)設(shè)計(jì)效用函數(shù)：節(jié)點(diǎn)享受服務(wù)的能力與節(jié)點(diǎn)為系統(tǒng)已做貢獻(xiàn)測(cè)量點(diǎn)位置選擇 自我測(cè)量：節(jié)點(diǎn)把自已每次提供服務(wù)或享受服務(wù)的行為記錄下來，評(píng)價(jià)自己在網(wǎng)絡(luò)中的貢獻(xiàn)大小。工程

49、上容易實(shí)現(xiàn)，開銷小，但很難對(duì)付惡意欺騙的節(jié)點(diǎn)。 相鄰節(jié)點(diǎn)測(cè)量：每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)相鄰節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量和監(jiān)督，各個(gè)節(jié)點(diǎn)的貢獻(xiàn)大小由鄰接節(jié)點(diǎn)評(píng)價(jià)。節(jié)點(diǎn)互相測(cè)量能有效防止少數(shù)節(jié)點(diǎn)的惡意欺騙，但分布式測(cè)量的系統(tǒng)開銷比較大。 測(cè)量點(diǎn)位置選擇 自我測(cè)量：自我測(cè)量的激勵(lì)機(jī)制（1）效用函數(shù)一：|UList(Pi , T)|表示在 T 時(shí)刻節(jié)點(diǎn) i 所提供的共享文件數(shù)量，是一個(gè)規(guī)范化系數(shù)（常量）。 節(jié)點(diǎn)能享受的服務(wù)質(zhì)量正比于節(jié)點(diǎn)共享的文件數(shù)量。自我測(cè)量的激勵(lì)機(jī)制（1）效用函數(shù)一：自我測(cè)量的激勵(lì)機(jī)制（2）效用函數(shù)二：節(jié)點(diǎn)能享受的服務(wù)質(zhì)量正比于節(jié)點(diǎn)共享的文件大小總量。 以上兩個(gè)效用函數(shù)沒有反映節(jié)點(diǎn)所提供的文件被其它節(jié)點(diǎn)下載次數(shù)的動(dòng)態(tài)信息。 自我測(cè)量的激勵(lì)機(jī)制（2）效用函數(shù)二：自我測(cè)量的激勵(lì)機(jī)制（3）效用函數(shù)三：第一項(xiàng)是節(jié)點(diǎn)i在時(shí)刻T的獎(jiǎng)勵(lì)值，第二項(xiàng)是懲罰值，上傳（下載）越多，獎(jiǎng)勵(lì)（懲罰）越多。 K可以用作在線時(shí)間的度量，實(shí)現(xiàn)免費(fèi)贈(zèng)品。自