对等计算分析

第12卷第1期重庆科技学院学报(自然科学版)2010年2月对等计算分析付兴兵(长江师范学院,重庆408100)摘要:P2P 是一个Internet应用程序,它允许-组Intemet用户相互通信,从对等机上直接访问和下载文件.也使用户共享计算机资源以构建分布式计算环境。P2P系统由大量的结点组成,这些结点可不断地进入和离开。比较了P2P和CIS,给出了P2P体系结构,介绍了P2P的特征,阐述了P2P的主要研究方向。关键词:P2P; CIS; P2P特征; P2P体系结构中围分类号:TP301文献标识码:A文章编号:1673-1980(2010)01-0153- -04自1999年Napster出现以来,P2P 网络经历了结构如图 1所示。巨大的发展。有关调查表明,P2P业务已占据了互联对等体网业务总量的60%-80%。对等网是指以分散方式使用分布式资源执行关键功能的--类系统和应用程序。资源包括计算功能数据、网络带宽等。关键功能指分客户.服务器布式计算、数据和内容共享、通信和协作,或平台服务。分散指应用算法、数据.元数据。在P2P系统中,对等C体协作以获得想要的服务,服务可以是分布式计算、文圈1C/S与P2P的网络结构对比件共享、分布式存储、通信或实时媒体流。典型的P2P对等网络是一种分布式网络，其中的对等体共系统驻留在Intermet或ad hoc网络的边缘。享他们所拥有的一部分资源，这些共享资源需要由对等网具有3个特性:自组织、对称通信和分布网络提供服务和内容。P2P 模型减少了对服务器的式控制。P2P网络的自组织性是自适应节点的到达、依赖性,一些P2P模型,对等体间共享文件,不需借离去和失效。对称性是指对等体既可是客户机也可助服务器,在它们间可直接进行。不像客户/服务器是服务器。分布式控制是指对等网没有集中式目录(C/S)模型,P2P系统对网络问题更具有容错性,没有或控制节点,对等体间可直接通信"。单点失效故障。在C/S模型中,当太多的用户登录下通常,一次用户会话从搜索一个特定文件开始,载文件时,服务器会成为瓶颈。在P2P模型中,在对若能搜索到,将返回拥有这个文件的对等体列表,用等体间太多的请求会使网络管理员过于繁忙，对网户接着从单个或多个对等体下载这个文件,一旦检络自身会造成负担。使用P2P模型,公司可使用集索到这个文件，此对等体将把它提供给别的对等体,体的计算机资源，而不使用服务器和昂贵的存储设直到移除此文件或变得离线。第- -个成功的文件共享备。P2P模型与CIS模型最显著的区别在于网络中程序是Napster,它在1999年以MP3格式共享音乐文的对等体既可以获取其他对等体的资源或服务,同件。最近的P2P文件共享程序不仅分配MP3和音频文时又是资源或服务的提供者,即对等体既是客户机,件,也分配图像、软件、电子图书和其他的文档。又是服务器。CIS模型中,服务器是资源的提供者,客户是资源的获取者。P2P体系结构则可以使客户1P2P与C/S的比较机分担网络中心的任务，上百万个Intermet用户组客户/服务器模型(CIS)的网络结构与P2P网络合得中国煤化工可一个中心服务器收稿日期:2009-08-18MYHCNMHG基金项目:重庆市教委科学技术研究项目(KJ08131);重庆市教委自然科学基金项目(KJ091309)作者简介:付兴兵.男,四川泸县人,讲师,硕士,研究方向为分布式系统、信息安全。.153.付兴兵:对等计算分析与研究的处理能力。表来协助请求进人的对等体,这样建立连接和进行一般P2P网络中每一个对等体所拥有的权利通信仍是对等体的工作。这种模型超越纯对等体,通和义务都是对等的,包括通信、服务和资源消费。比过提供已连接对等体列表，它会增加找到网络.上大如在Web应用流量占网络流量主体时，由于Web量对等体的机会。为下载资源,对等体需接近每个连流量的高度非对称性(用户链路的上行流量要远远接的对等体,张贴请求,这使得整个过程较耗时。低于其下行流量),大部分用户接人方式如ADSL、2.3具有简单发现和查找服务器功能的P2P模型Cablemodem等都设计为上行带宽远低于其下行带宽。如果违反这种设计，将会导致延时、网络拥塞等。对等体B而在P2P应用中,由于所有主机都是对等的,因此对等体A其流量具有很强的对称性。P2P 应用上行流量与下行流量的比率接近于1:12。2P2P体系结构▲人对等体C服务器P2P网络的拓扑结构会随着对等体加人和离开网络而动态自适应地改变，维护连接、可用性和性图3简单发现服务器P2P模型能。P2P主要有以下3种体系结构3。此种模型中,服务器提供连接对等体列表,同时2.1 纯P2P模型也列出这些对等体可提供的资源。这种模型集成了纯P2P模型(如图2所示)不依赖于任何中央纯P2P和具有简单发现服务器功能的P2P模型的服务器,对等体动态查找在网络.上的其他在线对等特性,以增加服务器的功能。体。整个通信过程在在线的对等体间进行而不需要由于不再需要单独访问每个对等体，这种模型任何服务器的支持。对等体间可直接上传、下载文减少了对等体的负荷。服务器在两个对等体间发起件,进行在线活动,发送请求,接收响应等。这种模通信。两个连接好的对等体之间可进行各种活动。型允许用户建立自己的规则和网络环境。它完全解决了要通过服务器或ISP来利用Intemet的闲难。3 P2P 系统特征.对等体P2P系统具有如下特征:(1)Ad-hoc特性。对等体加人和离开系统,不受任何实体的直接控制,因此,活跃对等体的数量和位置以及他们所构成的网络拓扑都是高度动态的,这种ad-hoe特性要求P2P系统是自组织的。(2)对等体功能有限和缺乏可靠性。对等体不具备太多的功能,且经常失效。对等网的分布.式特性使其很难保证可靠性。对等体的不可靠性图2纯P2P 模型表明容错和自适应性技术应是P2P协议的完整.纯P2P模型具有如下优点:(1)具有即插即用的部分。特性,只要接入Intermet,就可使用P2P系统;(2)不(3)对等体自私性。P2P系统中的主机由自治对仅在Internet 中能有效工作，在LAN或intranet中等体所拥有和操作。对等体会最大化自身的利益。对也能很好的工作。这种模型的缺点是:由于没有中等体决定是否共享数据、离开系统和转发查询。这些央服务器管理注册进人网络的对等体,需要用户亲决策并不总和系统的性能目标相- -致,这种冲突会自定位其他的对等体。危及整个系统的性能。因此,在设计P2P协议时应2.2具有简单发现服务器功能的P2P模型号虑|中国煤化工此种模型(如图3所示)为实施管理,要制定服{HC N M H G载均衡技术监视务器边界,但其作用只限于为即将进人的对等体提流量,它们需安为特定的信息项日建立轮廓,接着把供已连接对等体的名字。服务器提供连接对等体列内容重新分配给单个节点以减轻他们的负载。154+付兴兵:对等计算分析与研究.(5)基于内容的寻址。在P2P网络中，存储特定(3)安全项目的节点的特定地址对用户是透明的,用户为特安全是P2P网络中面临的最大挑战之一,P2P定的内容而查询网络,网络把请求转发给存有此内的一个好处是它既允许节点充当客户又允许节点充容的特定节点。寻址能达到语义网络中的一个较高当服务器。然而,把标准的客户设备转换成服务器对的级别,因为用户能指定一个内容标识符,而不是一-网络造成了许多风险。只有可信的或认证了的资源个物理位置。这种标识符对应于存储这种内容的才能访问给定节点提供的服务。一个恶意的对等体P2P集合。把内容分割到P2P网络上的特定分组,可会强迫许多对等体下载文件或相互发送请求，这会建立更加细粒度的信息储存库和使得资源标识符更阻寒网络，影响内部用户的响应时间和导致分布式加均匀。拒绝服务攻击。在P2P系统中新的安全需要如下:多密钥加密。文件共享系统需要保护共享对象,4P2P研究方向安全方案可采用基于一个公钥、多个私钥的非对称(1)搜索加密机制。P2P体系结构提供了利用大量Intermet主机资沙盒。分布式计算P2P系统需要在对等机上执行源的机会。这种体系结构的主要挑战是以分散方.-些代码,需要防止对等机受恶意代码的攻击,也要防式有效定位在这些主机之间分布的信息。对等体止代码受恶意对等机的攻击。可采用安全特征如沙盒、的组群管理包括对社区中别的对等体的发现及这.安全语言Java等来防止敏感数据泄漏给恶意方。些对等体的定位和路由。许多因素影响发现算法数字产权管理。P2P文件共享使文件复制容易,的设计。比如,移动无线设备基于通信范围发现别这也需要保护作者的知识产权，可采用数字水印或的对等体，为桌面主机构建的协议使用集中式目隐写术来保护音频、视频文件，隐藏版权信息。录方法。定位和路由算法通常会优化从一个对等信誉和义务。在P2P系统中,信誉是建立在信体到另一个对等体传递消息的路径。P2P 路由算任基础之.上的，需要采用措施来测量一个对等体有法分为无结构和有结构两类。无结构路由算法成.“多好”或“用处多大”。比如,一个用户共享很多感兴本较高，或找不到可利用的内容。在有结构网络趣的文件,他的信誉度就高。揩油者(free- -rider)是 指中,预先定义一个规则的结构,网络一直维护着这不给别的对等体提供文件,而从P2P系统中下载文种结构。有结构路由算法能保证在有限跳数内定件的用户,因此,他的信誉度较低。为防止这种不合位目标机。P2P系统经常呈现“搅拌性",对等体不作行为,需要设计一些义务机制。停地到达和离去。防火墙。P2P 应用程序本质上要求在对等体间P2P搜索是由一个根本的索引和沿那个索引进直接建立连接。然而,在公司环境中,内部网络和外行传播的查询组成。索引由本地索引、集中索引和部网络是隔离了的,这样会减少对应用程序的访问。.分布式索引组成。分布式索引是最主要的索引,它例如,大多数防火墙会阻止对内部主机的连接,这会支持关键字查找和信息检索。P2P 搜索机制可借助使得防火墙内部的主机不会被外部主机访问。再如，数据库搜索机制。Gnutella 使用本地数据索引，家庭用户经常使用IP伪装或网络地址转换NAT来Napster使用集中式索引，Freenet 使用分布式索引。在几台主机之间共享连接,这会导致相同的不可访Google是一个分布式的、非集中式的文件共享系统。问问题。(2)存储.(4)应用P2P数据存储是数据所有者对等体把数据副本常见的P2P网络应用有:存储在其认为可信的第三方持有者对等体上,并可文件共享:Neonet、eDonkey和bitrrent等专注按需读取其上的数据,这样可增强数据的可用性、容.的都是共享文件。错性和减少存储维护成本。验证对等体周期性地检网络电话:SKYPE专注于网络电话，这种高效查存储的数据副本。对等体基于由声誉而建立的信络电话，但同时也任关系进行相互交互。对等体的声誉度越高,它越给传IY片中国煤化工陆。C NMH Gr9 P2P视频点播可靠和可信。常见的P2P商业存储系统有AllMy-Data .Ubistorage和Wuala 等。系统是一款极其优秀的局域网和Internet 的P2P点●155.付兴兵:对等计算分析与研究播软件系统，采用最先进的P2P内核,完美实现键功能的一类系统和应用程序,具有自组织、对称通P2P视频点播功能,P2P流媒体技术节省了大量信和分布式控制等特点。此文比较了P2P和CIS,给带宽。PPLive是一款用于Intermet上大规模视频直出了P2P体系结构，介绍了P2P的特征，阐述了播的共享软件,本软件使用网状拓扑,有效解决了P2P的主要研究方向。当前网络视频点播服务的负载和带宽有限问题,实现用户越多,播放越流畅的特性整体服务质量参考文献大大提高。[1] Roussopoulos M, Baker M ,Rosenthal D,et al. P2P of Not大规模多玩家在线游戏:使用P2P技术建模P2P [C] in: The 3rd Intermational Workshop on Peer-to-PeerSystems ,2004.网络游戏体系结构。此种伸缩性强的体系结构能支持大量的并发用户，能容忍玩家数量的急[2] Naimul Basher ,Aniket Mahant, Anirban Mahanti,et al. AComparative Analysis of Web and Peer to Peer Traffic [C]//剧增加。www 2008 1 Refereed Track: Performance and Scalability.5结论ACM,2008.[3] CacheL ogic. Understanding the Impact of P2P: ArchitetureP2P网络指以分散方式使用分布式资源执行关and Protocols[C].Research study , 2006.Analysis and Research on Peer to Peer ComputingFU Xing- bing(Yangtze Normal University ,Chongqing 408100)Abstract:P2P is an Internet application, which allows communication with each other between Internet users.Files can be accessed directly and downloaded from peer.P2P makes users share computer resources to constructdistributed computing environments.P2P consists of a large amount of nodes which can continuously enter anddepart.This paper compares P2P with C/S , presents P2P architectures , introduces the features of P2P ,andelucidates the main research interests of P2P, which shows a direction towards the researchers.Key words:P2P;C/S;features of P2P ;P2P architecture;P2P research interests中国煤化工MYHCNMHG.156.