（计算机应用技术专业论文）基于jxta的p2p应用研究(1).pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 对等网络技术( p 2 p ) 作为一种新兴的技术，近些年来得到快速的发展。 p 2 p 中的每个节点即是资源的提供者，又是资源的获取者。与传统的模式相 比，具有无可比拟的非中心化、可扩展性强、健壮性、高性能价格比、安全 性高等优势。同时p 2 p 技术具有广阔的应用前景，已经应用到即时通讯、文 件共享、对等计算、精度搜索、企业应用、电子商务和电子游戏等领域。 但是众多p 2 p 系统均是各自为政，形成了一个个p 2 p 的孤岛。这样与 p 2 p 设计的分布式的初衷相背离了。在2 0 0 0 年的夏天，s l l i l 公司提出了“只 有互通才能真正发挥出p 2 p 的优势，就好像即时通讯i m ( i n s t a n tm e s s a 百n g ) ， 能互连的人越多，越有价值”的观点，并出面发布一个平台一j x t a 平台。j x t a 不仅仅是一个对等网络计算平台，关键的是它实现一个与网络、编程语言和 平台无关的支持多种p 2 p 应用的平台。j x t a 平台具有互操作性、平台无关 性、广泛性等特性。基于j x l a 平台的这些特性，使之成为一个p 2 p 应用开 发的理想平台。 论文首先分析了p 2 p 技术的特点，总结了p 2 p 的三种模式和各种领域的 应用并分析了现有的p 2 p 应用的缺陷和不足，提出了在p 2 p 应用开发中引入 j x t a 平台的设想；然后研究了j x t a 平台的设计目标、基本要素和六大协议； 提出了一个基于j x t a 的p 2 p 应用框架模型，总结了p 2 p 应用应具有的特征， 提出了此模型的四层架构( 包括网络连接层、j ) ( t a 核心层、数据模型和控 制逻辑层和p 2 p 应用层) ，分析了几个重要协议的具体实现过程；接着介绍 了本模型的一个实现一p p c h a t 即时通讯系统的设计，给出此系统的框架图， 并描述了系统要实现一些功能；最后按功能模块对系统的具体实现进行了详 细地讲述，主要模块包括服务的应用、用户身份的验证、对等组的创建发布 和加入、通告的创建发布和发现、输入输出管道的建立、消息的编码格式、 消息的接收和发送、消息的加解密、好友的搜索、对象的序列化、日志生成 和系统界面的设计等。 通过本文的研究，提出了一个基于j x t a 的p 2 p 应用框架模型，并且使 用此模型成功地开发一个即时通讯系统，验证了此模型。另外使用本模型开 发的系统具有非中心化、健壮性、高性能价格比、安全性高等优势。本课题 的研究不仅分析了p 2 p 的技术和应用，并且在使用j x t a 平台进行p 2 p 应用 的开发方面做了一些探索。 关键字：分布式网络，p 2 p ，j x t a ，即时通讯 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ep e e r t o - p e e rn e t w o r kt e c h n o l o g y ( p 2 p ) a st h em o s tu pa n dc o m i n g t e c h n 0 1 0 9 y ，h a sd e v e l o p e dv e r yf a s t i nr e c e n t ”a r s 工np 2 pe a c hn o d ei s t h e r e s o u r c ep r o v i d e r ，a l s ot h er e s o u r c ee x t r a c t i o n c o m p a r e sw i t ht h et r a d i t i o n a l p a t t e m ，i th a sl o t so fi n c o m p a r a b l es u p e r i o r i t i e s ，s u c ha s ：n o n - c e n t r a l i z a t i o n ， e x p a n s i b i l i t y ，r o b u s t n e s s ，h i g hc o s tp e r f b r | n a i l c ea n dh i g e r8 e r c u r e a n dp 2 p t e c h n o l o g yh a sm eb r o a d 印p l i c a t i o np r o s p e c t ，a p p l i e su n c e a s i n 9 1 yt o i n s t a n t m e s s a g i n g ，n l es h a r i n g ，c o o r d i n a t e dc o i n p m a t i o n ，p r e c i s i o ns e a r c h ，e n t e r p r i s e a p p l i c a t i o n ，e l e c t r o n i cc o m m e r c ea n dc o m p u t e rg 锄ee t c b u tt h em u l t i t i l d i n o u sp 2 ps y s t e m sd ot h e i ro w nw a ya n di nm e mo w n f i e l d ， t h e mh a sf b m e da1 0 to fp 2 pi s o l a t e di s l a n d t h i sd e p a n e d 疔o mt h eo r i g i n a lp 2 p d e s i g ni n t e n t i o n - d i s t r i b u t i o n a ls h a r e i n2 0 0 0s u m m e r ，s u nc o r p o r a t i o np r o p o s e d av i e w p o i n t ：”o n l ye x c h a n g e dc a nd i s p l a yp 2 pt m l ys u p e r i o r i t y ，j u s t1 i k ei n s t a l l t m e s s a 舀n g ( i m ) ，m o r eh 啪a nj o i n e di n ，m o r ev a l u e a l b et h i ss y s t e mi s ”a n d r e l e a s e dap l a t f o m - j x t ap l a t f o m j x t ai sn o tm e r e l yap e e r t o - p e e rn e t w o r k c a l c u l a t e sp l a t f o r m ，w h a ti se s s e n t i a li si ti sd e s i g n e dt ob ei n d e p e n d e n to f p r o g r a m m i n g1 a n g u a g e ，t r a i l s p o r tp r o t o c 0 1 s n e t w o r k i n gp l a t f o m sa n ds y s t e m p l a t f o 衄s i th a st h ef e a n i r e ss u c ha s ，i n t e r o p e r a b i l i t y ，p l a t f o mi n d e p e n d e n c ea n d u b i q u i t y b e c a u s eo ft h e s e 矗美如r e s ，i tb e c o m eai d e a lp 2 pa p p l i c a t i o nd e v e l o p p l a t f b 玎n t h et h e s i sh a sf i r s ta n a l y z e dt h ep 2 pt e c h n 0 1 0 9 yc h a r a c t e r i s t i c ，s u m n l a r i z e d 恤et h r e ek i n do fp 2 pm o d e i sa n de a c hk i n do fd o n l a i na p p l i c a t i o n sa n dh a s a 1 1 a l y z e dt h ee x i s t i n gp 2 pa p p l i c a t i o nn a wa n d t t l ei n s u 伍c i e n c y ，t h e np r o p o s e d i n 订o d u c e st h ej x t ap l a t f o m li nt l l ep 2 pa p p l i c a t i o nd e v e l o p m e n tt h et e m a t i v e p l a n ；t h e nh a ss t i l d i e dt h ej x t ap l a t f o md e s i g ng o a l ，t h eb a s i ce s s e n t i a lf a c t o r a n ds i xi m p o r t a n tp r o t o c 0 1 s ；t h e np r o p o s e db a s e do nt h ej x t ap 2 pa p p l i c a t i o n 丘a m em o d e l ，s u m m a r i z e dt h ec h 撇c t e r i s t i cw h i c ht h ep 2 pa p p l i c a t i o ns h o u l d h a v e ，p r o p o s e dt h i sm o d e lf o u rp a r a d i g m s ( i n c l u d i n gn e t w o r kl i n kl e v e l ，j x t a c o r el e v e l ，d a t am o d e la n dc o n t r 0 1l o g i cl e v e la n dp 2 pa p p l i c a t i o n1 a y e r ) ，a n d - i i 武汉理工大学硕士学位论文 a 1 1 a l y z e ds e v e r a li m p o n a n tp r o t o c 0 1 si i 印l e m e n t a t i o np r o c e s s e s ；t h e ni n t r o d u c e d t h i sm o d e l si m p l e m e m a n o n p p c h a ti m m e d i a t em e s s a g e i n gs y s t e md e s i g n ，h a s a n a l y z e dt h i ss y s t e m 行啪ec h a r t ，a n dd e s c r i b e dt h es y s t e m sf i l n c t i o n s ；f i n a l l y p r e s s e dt h e c t i o nm o d u l et oc a r r yo nt ot h es y s t e ms p e c i f i ci m p l e m e n t a t i o ni n d e t a i ln a r r a t e d ，t h em a i nm o d l l l ei n c l u d i n gt h es e r v i c ea p p l i c a t i o n ，t h eu s e rs t a t u s c o n n m a t i o n ，t h ec o o r d i n a t e d 乒o u p l sc r e a t i o nr e l e a s e da n dj o i n e d ，t h ec i r c u l a r c r e a t i o nr e l e a s e da 1 1 dd e t e c t e d ，t h ee s t a b l i s l l m e n ti 印u to u t p u tp i p e l i n e ，t 1 1 en e w s c o d ef b h n a t ，n e w sr e c e i v i n ga n dd i s p a t c h i n g ，t h en e w sc a n a d i a nd e c i p h e r ，g o o d f r i e n d ss e a r c h ，t h eo b j e c ts e q u e n c e ，t h el o gg e n e r a t i o na n dt h es y s t e mi n t e r f a c e d e s i g na i l ds oo n t h r o u 曲血er e s e a r c h ，t h i st h e s i sp m p 0 8 e d b a s e do nt h ej x t ap 2 p 印p l i c a t i o n f r a m em o d e l ，a n du s e st h i sm o d e ls u c c e s s 如l l yt o d e v e l o pa ni i 啪e d i a t e m e s s a g i n gs y s t e m ， a n dc o n f h m e dt h i sm o d e l m o r e o v e ru s e st h i sm o d e l d e v e l o p m e n tt h es y s t e mt oh a v el o t so fi n c o m p a r a b l es u p e r i o r i t i e s ，s u c ha s ： n o n c e n t m l i z a t i o n ，e x p a n s i b i l i t y r o b u s 协e s s ，h i g hc o s tp e r f o 衄a n c ea dh i g e r s e r c u r e t h e r e f b r et h i st h e s i sr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n tn o to n l yh a st h eb i g m e o r yv a l u e ，m o r e o v e rh a st h eb 蟾g c re c o n o l i cv a l u e k e y w o r d s ：p 2p ，j x t a ，i m 1 1 1 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第1 章绪论 p 2 p 网络模型使计算机系统之间可以直接共享信息和计算资源，而不必 通过服务器中转。它消除了客户机与服务器的差别，使得所有上网的人都拥 有了平等的机会。与传统的c s 模型相比，它在有效利用网络上大量闲置的 信息资源、存储空间、处理器周期等资源，避免服务器带来的瓶颈问题，降 低服务器成本等方面有明显的优势。目前p 2 p 技术在文件交换、对等计算、 协同工作、即时通讯、搜索引擎等诸多方面得到了广泛和深入地研究，并出 现了一些成果和产儡，体现出巨大的商业和技术上的发展潜力。 但是众多p 2 p 系统均是各自为政，在自己封闭的系统里试图在i n t e m e t 上圈一块地，形成了一个个p 2 p 的孤岛。这样于p 2 p 设计的分布式共享的初 衷相背离了。所以在2 0 0 0 年的夏天，s u n 公司提出了，只有互通才能真正发 挥出p 2 p 的优势，就好像即时通讯i m ( i n s t a n t m e s s a g i n g ) ，能互连的人越多， 越有价值。所以s u n 决定出面发布一个平台，使所有p 2 p 系统都能连接起来， 只有s l l i l 这样位置中立、但在技术上有雄厚实力被大家认可的公司才有希望 做成这一平台。这样伟大的j x t a 平台诞生了。 在p 2 p 的各个应用领域中，由于p 2 p 的特性非常适合即时通信是当今流 行的一种以i n t e m e t 网络及其他有线、无线网络为基础的实时通信方式。即 时通信( i n s t a n tm e s s a g e ) 是互联网应用的一大热点，它通过通信系统建立 网络虚拟社区，为用户提供实时有效的沟通手段。由于即时通讯拥有实时性、 跨平台性、成本低、效率高等诸多优势，这使得它在短时间内跃居为几个重 要的互联网应用之一。现在即时通讯已经成为互联网上最普及的交流方式了。 1 2 课题来源 本课题来源于湖北省交通科技项目一“湖北港航电子政务系统”中的综 合发布子系统。 在综合发布子系统中，港航系统内部的用户需要进行内部的交流，由于 武汉理工大学硕士学位论文 港航局及其下属的港航管理所、港航管理处的网络环境较为复杂，有些是 a d s l 连接，有些是电话m o d e m 连接，还有些是无线连接；并且存有各种设 备，有些是p c 计算机，有些是掌上设备等；操作系统有w i n d o w s 和l i n u x 等系统。所以要让这些用户方便地进行互联互通，就必须设计一个能够跨平 台、用于多种设备的、支持多种操作系统的应用。 1 3 课题研究的目的和意义 信息( i n f 0 玎n a t i o n ) 、带宽( b a i l d w i d t h ) 、计算能力( c o m p u t i n gr e s o u r c e s ) 是因特网的三大基础资源。但在当前，这些资源并没有被充分利用，部分原 因是大多数因特网服务采用客户服务器( c s ) 模式。 在信息方面，信息量在不断地膨胀，但没有一个搜索引擎能够及时地查 找或分类这些信息。而且很多信息是短暂的，不能被现有技术搜索到。有研 究表明每年大约产生2 1 0 1 8 字节的信息，但公布的大约只有2 1 0 1 2 字节。g o 0 9 1 e 声称它只能搜索到约1 3 1 0 8 个网页，这样要想实时搜索就变得很困难。 带宽方面，虽然每年都铺了许多光纤，但是新的带宽并没有被充分利用 到。原因是搜索信息的很多集中在g o 0 9 1 e 、m o o ，网上拍卖的又多集中于 e b a y ，导致拥挤的地方还是拥挤，空闲的带宽还是得不到利用。虽然每根光 纤的带宽至1 9 7 5 年以来每1 6 个月就能翻番，但人们还是感到网络拥挤。 处理器速度越来越快，存储设备容量越来越大，使得网络终端的处理能 力相当强大。但是计算还是主要集中在数据中心，这样使中心的负载几乎达 到极限，而其余终端上的计算能力却大量闲置。 为了充分地挖掘互联网上的信息和利用带宽并利用好计算机空闲的计 算能力，下一代的计算将更多地采用p 2 p 的模式。但是另外一方面众多p 2 p 系统均是各自为政，形成了一个个p 2 p 的孤岛，不利于p 2 p 应用间信息的交 流。而j x t a 不仅仅是一个对等网络计算平台，关键的是它实现一个与网络， 编程语言，平台无关的支持多种p 2 p 应用的平台。j x t a 平台具有互操作性、 平台无关性、广泛性。j x t a 平台的这些特性成为了将p 2 p 应用孤岛连在一 起最佳选择。所以进行基于j x t a 的p 2 p 应用的研究有非常必要的现实意义。 另外由于p 2 p 应用的高性价比的特点，此研究还具有很高的商业意义 2 。 武汉理工大学硕士学位论文 1 4 国内外研究现状分析 1 4 1 国外研究现状 国外p 2 p 技术在文件的传输、资源共享方面已经很成熟，从1 9 9 9 年的 p 2 p 应用的鼻祖n a p s t e r ，到上述的g n u t e l l a 和k a z a a 等，文件传输方面以 得到广泛地应用。但是这些应用却由于大量传输电影、音乐等涉及知识版权 的内容，而深受“美国唱片业协会”( r i a a ) 和好莱坞的司法起诉 3 j 。 而在企业应用方面，最成功的要数一g r o o v e 。它得益于微软的6 5 0 0 万 美元的投资，加上自身强大的技术实力，g r o o v e 在商业应用方面是走的最远 的，g r o o v e 的方向很明确，就是企业或是商务的应用，g r o o v e 自身的功能并 不多，只是搭建了一个p 2 p 的平台，然后设计出通用程序接口，实际上g r o o v e 的大多数功能都是第三方开发的。 欧洲的s k y p e 即时通讯软件( 现在已与t o m 合作) ，成功利用了网络中 的所有可用资源，使得s k y p e 网络中的通话完成率及音质远远超出旧的普通 电话系统。功能提高的同时，还无需成本高昂的中央资源。 s k v d e 采用了全球搜索目录( g i ) ，g i 代表了另一种意义上的可扩展网 络技术。全球搜索目录使用多层的网络结构，这种结构利用超节点 ( s u d e m o d e s ) 来实现网络中的每个节点可以获取所有其它可利用节点的资 源，并将这些节点资源动态组合，来参与流量分配、路径选择、处理需要较 大带宽的任务等，并保证最小的延时。s k y p e 还对数据传输采用智能路由， 保证了语音质量。由于可以利用所有的节点资源，可以为每个加密的呼叫智 能地搜索最好传输途径。甚至可以并行的打开多个传输路径，动态地及时选 择最佳途径，这对减少延迟和增强语音质量有非常明显的效果。 1 4 2 国内研究现状 国内对于p 2 p 的应用主要在于文件传输和资源共享，视频点播等领域。 文件传输方面，最内现在应用最广的就是b t 下载了。b t 是一种开放源 代码、多点下载的p 2 p 软件。与其他的p 2 p 软件不同，b t 拥有更大的自由 度，更好的可控性。而最重要的是，b t 体现了更强的共享精神! 种子越多， 软件下载起来也就越快i 国内大家用的最多的应该是b i t c o m e t 了。b i t c o m e t 是基于b i t t o r r e n t 协议的p 2 p 免费软件；高效的网络内核，多任务同时下载 依然保持很少的c p u 内存占用：支持对一个t o r r e n t 中的文件有选择的下载： 武汉理工大学硕士学位论文 磁盘缓存技术，有效减小高速随机读写对硬盘的损伤；只需一个监听端口即 可满足所有下载需要；自动保存下载状态，续传无需再次扫描文件，作种子 也无需扫描文件；支持多t r a c k e r 协议；对内网用户同样适用；绿色软件， 不需安装，仅运行时关联t o r r e n t 文件；多语言界面。 还有m a z e 是北京大学网络实验室开发的一个中心控制与对等连接相融 合的对等计算文件共享系统，在结构上类似n a p s t e r ，对等计算搜索方法类似 于g n u t e l l a 。网络上的台计算机，不论是在内网还是外网，可以通过安装 运行m a z e 的客户端软件自由加入和退出m a z e 系统。每个节点可以将自己的 一个或多个目录下的文件共享给系统的其他成员，也可以分享其他成员的资 源。m a z e 支持基于关键字的资源检索，也可以通过好友关系直接获得。 视频点播方面，如基于p 2 p 的在线电视直播p p l i v e 。p p l i v e 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等问题。实现了用户越多，播放越流畅 的特性，整体服务质量大大提高1 1 5 论文的体系结构 第1 章绪论部分先提出了论文的背景及项目来源，简介了p 2 p 技术在国 内外的研究现状。 第2 章讨论了p 2 p 的概念、特点，重点介绍p 2 p 的三种模式及p 2 p 在文 件交换、对等计算、协同工作、即时通讯、搜索引擎等诸多方面的各种应用， 最后引入了t a 平台的使用。 第3 章研究j x t a 平台，包括了j x t a 的概念、设计目标，重点介绍j x t a 的基本要素及其六大协议等。 第4 章提出基于t a 的p 2 p 应用模型框架，讲述了此p 2 p 框架实现的 应用的特点和层次架构，并详细分析了j x t a 部分协议的具体实现过程。 第5 章则给出了模型的一个实现一基于j x t a 的p 2 p 的即时通讯系统 ( p p c h a t ) 的系统结构图以及需实现的各种主要功能的描述。 第6 章是则详细介绍了p p c h a t 主要功能模块的实现。分别介绍系统主 要对象、服务的应用、用户身份验证、对等组的创建发布和加入、通过的创 建发布和发现、输入输出管道的建立、消息的编码格式和消息的收发、消息 的加解密、好友的搜索、对象序列化、日志生成和系统界面设计等。 第7 章对全文的研究工作进行总结，并确定下一步的研究方向。 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章p 2 p 技术 本章先介绍p 2 p 的概念，与c s 、b s 模式的比较以及p 2 p 的三种模式 和p 2 p 在即时通讯、文件共享、对等计算、精度搜索、企业应用、电子商务 和网络游戏等多个应用领域的应用现状，最后总结这些p 2 p 应用的缺点，从 而引入j x t a 平台的使用。 2 1p 2 p 的概念 p 2 p 是一种分布式网络，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) ，这些共享资源需要由 网络提供服务和内容，能被其它对等机直接访问丽无需经过中央实体。在此 网络中的参与者既是资源( 服务和内容) 提供者( s e n ，e r ) ，又是资源( 服务 和内容) 获取者( c l i e n t ) 。从某种意义来说，p 2 p 计算可以说是一种向传统 互联网技术的回归，体现了互联网的本质，因为互联网最初的设计目标就是 让网络上的计算机互相之间可以直接通信而不需要中介 4 】。 2 2p 2 p 与c s 、b s 模式的对比 大多数情况下，我们使用一种称之为c s 的网络模式。比如流行的 w w w ，各种网络游戏等。它们的共同特点是都需要有一个中央服务器来处 理绝大部分的运算工作。客户端和服务端处在完全不同的角色中。客户端较 被动，通常是发送一个请求，而服务端处在一个支配的地位，获取这个请求， 进行计算，然后返回一个结果给客户端来响应这个请求，客户端再将这个响 应的请求展示给用户。 这类网络应用模型有着一个明显的缺点就是：随着服务的客户数目的增 多，服务端所需要占用的资源也随之增加，显而易见最终制约了客户机的数 目的增长。而p 2 p 技术，使用很少的资源消耗，却能提供高可靠性的服务。 p 2 p 可以消除单个资源带来的瓶颈，可以控制和实现网上各节点的负荷平衡。 除了优化运算性能外，p 2 p 本身的机理就可以防止单点运算失败后带来的危 害。企业使用p 2 p ，各对等机上的分布式运算能力可以代替费用很高的数据 武汉理工大学硕士学位论文 中心。为了数据的检索和备份，也可以让各对等机分担存储。此外，p 2 p 的 基础设施支持直接访问和共享空间，使远程维护得以实现。 p 2 p 打破了传统的c s 模式，在网络中的每个结点的地位都是对等的。 每个结点既充当服务器，为其他结点提供服务，同时也享用其他结点提供的 服务。而传统的c s 模式或者是近来盛行的b s 模式，均是要求中央服务器 以及稳定网络的支持，一旦服务器的故障或者网络的故障都将带来灾难性的 后果。c s 模式、b s 模式和p 2 p 模式如图1 所示。 2 3p 2 p 模式 图2 - 1c ，s 模式、b ，s 模式和p 2 p 模式 p 2 p 模式的变化经历了集中式、分布式和混合式3 个阶段。p 2 p 技术起 源于文件交换技术，在p 2 p 的发展过程中，文件交换技术的演变最具代表性， 下面就以一些典型的p 2 p 文件交换软件为例来研究p 2 p 模式的几种主要形式 【5 6 1 。 武汉理工大学硕士学位论文 2 ，3 1 集中式p 2 p 对等机 澍等机 图2 - 2 集中式p 2 p n a p s t e r 提供的m p 3 下载服务就是最早的p 2 p 实践。它并不提供m p 3 音 乐资源，只是提供动态刷新的m p 3 目录服务。音乐资源散布在全球互联网上 的用户手中，借助n a p s t 盱几乎可以找到任何一首歌曲，这是一种集中式对 等网络模式。 集中式p 2 p 模式由一个中央目录服务器来负责记录共享信息以及反馈对 这些信息的查询；每一个对等实体要对它所需共享的信息以及进行的通信负 责，根据需要下载它所需要的其他对等实体上的信息。这种形式具有中心化 的特点，但是它不同于传统意义上的c s 模式。因为传统意义上的c s 模式 采用的是一种垄断的手段，所有资料都存放在服务器上，客户机只能被动地 从服务器上读取信息，并且客户机之间不具有交互能力；而集中式p 2 p 模式 则是所有网上提供的资料都存放在提供该资料的客户机上，服务器上只保留 索引信息，此外服务器与对等实体以及对等实体之间都具有交互能力。 但集中式p 2 p 模型还存在着很多问题，主要表现为： ( 1 ) 中央服务器的瘫痪容易导致整个网络的崩溃，可靠性和安全性较低； ( 2 ) 随着网络规模的扩大，中央目录服务器维护和更新的费用将急剧增加， 所需成本过高； ( 3 ) 中央服务器的存在引起共享资源在版权问题上的纠纷，这也是直接导 致n a d s t e r 破产的原因； 集中式p 2 p 可提供中央目录服务器目录检索、管理服务和标准的点到点 通信，具有高效的检索和交换服务的特点。集中式p 2 p 对小型网络而言在管 理和控制方面占有一定的优势，但对大型网络并不适合 ”。 一、 国 武汉理工大学硕士学位论文 2 3 2 分布式p 2 p 图2 - 3 分布式p 2 p n a p s t e r 因为中央服务器的存在引起的版权纠纷导致了它的破产，以 g n m e l l a 和e m l l l e 为代表的后来者们吸取了n 印s t e r 失败的教训，将n 印s t e r 的理念推进一步。当用户计算机安装e m u l e 这些软件后，就会立即变成一台 能够提供完整目录和文件服务的服务器，并会自动搜寻其他同类服务器，从 而联成一台由无数计算机组成的网络超级服务器。与n a p s t e r 网络不同，它 不存在中央目录服务器，或者说把所有机器都变成了服务器，这就是第二代 p 2 p 分布式p 2 p 。在分布式p 2 p 中，对等机通过与相邻对等机之间的连 接遍历整个网络体系。每个对等机在功能上都是相似的，并没有专门的服务 器，而对等机必须依靠它们所在的分布网络来查找文件和定位其他对等机 8 9 1 。 g 肌t e l l ap 2 p 模式完全没有服务器，当节点a 搜索某个文件时，把其请 求传送给与它相连的每个节点。比如传送给相邻的节点b ，如果b 中没有这 个文件，再把请求传给与b 相连的每个节点。如果c 节点有这个文件，再按 顺序返回给节点a ，于是节点a 便从节点c 直接取到这个文件。每一次搜索 都是分布进行的，所以g n u t e l l a 的模式比n a p s t e r 复杂得多。而且，每一次 “跳跃”，被搜索的节点数按幂级数增加，如不加以限制则会使触及的节点数 变得没有限制，全世界联网的计算机都会被触及。g n u t e l l a 模式对“跳跃” 次数加以限制，一般规定为5 或6 次。在这个规定下，g n u t e l l ap 2 p 也能在 瞬间搜索到几万个节点。此外，和i p 一样，g n u t e l l a 协议可以规定了一个存 活时间，随每次“跳跃”而减小，直至搜索自动停止。为避免重复搜索，甚 至进入“死循环”，g m n e l l a 的每个节点都会保留一记录表。按照这个记录， 也能准确地返回查询的响应。 武汉理工大学硕士学位论文 但是分布式对等网络模型也存在一些弊端，主要表现在以下方面f l 。】 j j 3 ： ( 1 ) 搜索请求要经过整个网络或至少是一个很大的范围才能得到结果，因 此，这种模式占用很多带宽，而且需要花费很长时间才能有返回结果。 ( 2 ) 随着网络规模的扩大，通过扩散方式定位对等机及查询信息的方法将 会造成网络流量急剧增加，从而导致网络拥塞，最终使g n u t e l l a 网络 被分片，使得查询访问只能在网络很小的范围内进行，因此，网络的 可扩展性不好，不适合大型网络。 ( 3 ) 纯分布式的p 2 p 模式很难被企业所利用，因为它缺少对网络上的用户 节点数以及对他们提供的资源的一个总体把握。 ( 4 ) 安全性不高，易遭受恶意攻击，如攻击者发送垃圾查询信息，造成网 络拥塞等。 2 3 _ 3 混合式p 2 p 图2 1 4 混合式p 2 p 集中式p 2 p 有利于网络资源的快速检索，并且只要服务器能力足够强大 就可以无限扩展，但是其中心化的模式容易遭到直接的攻击；分布式p 2 p 解 决了抗攻击问题，但是又缺乏快速搜索和可扩展性。混合式p 2 p 结合了集中 武汉理工大学硕士学位论文 式和分布式p 2 p 的优点，在设计思想和处理能力上都得到了进一步的优化。 它在分布式模式的基础上，将用户节点按能力进行分类，使某些节点担任特 殊的任务。这些节点共分为2 种： ( 1 ) 用户节点：普通节点，它不具有任何特殊的功能。 ( 2 ) 索引节点：连接速度快、内存充足的节点可以作为索引节点。它们处 理搜索请求，从它们的“孩子”节点中搜索文件列表，并保存这些节 点的信息。 索引节点管理着所有用户节点的文件列表；用户需要与某个用户节点相 连，就需先在索引节点中搜索到此用户节点，然后再连接到目的的用户节点。 当用户发出搜索请求后，如果和用户节点直接相连的搜索节点查询结果达到 1 0 0 个( 此值可设置) 就停止；如果不足1 0 0 个，就向相邻的搜索节点发出 请求，如果查询结果还不够，就继续向外快速发散，直到所有的搜索节点都 被搜索到为止。 b t 就是第三代混合式p 2 p 网络的典型代表，开创了新一代p 2 p 的潮流， 它批判地继承了前辈产品的优点，将中央目录服务器的稳定性同优化的分布 式文件管理结合起来。它要求提供一个或多个统一的w e b 发布服务器，以供 发布和搜寻资料。在客户端，它通过一个i e 插件提供下载、上传管理。b t 把一份大文件切割成碎片，为每一个碎片标上特殊标识，用户无需到一个固 定地点上下载完整的文件，系统会自动寻找、随机下载具有相同标识的文件 碎片，将其加以整合成为完整的文件【l ”。 2 4p 2 p 的应用领域 2 4 1 即时通讯 g a r c i l e r 研究中心的关于2 0 0 6 年的十大战略性技术的列表清单之一就有 即时消息技术。 欧洲的s k y p e 即时通讯软件( 现在已与t 0 m 合作) ，成功利用了网络中 的所有可用资源，使得s k y p e 网络中的通话完成率及音质远远超出旧的普通 电话系统。功能提高的同时，还无需成本高昂的中央资源。 腾讯q q 历年来战果辉煌几乎无法动摇，即使第二名的m s nm e s s e n g e r 也相差甚远。然而值得注意的是，中国的互联网市场事实上是处在用户数高 速增长的情况下，显然q q 抢夺新用户的能力远高于其他业者。 武汉理工大学硕士学位论文 2 4 2 文件共享交换 ( 1 ) b t f 载 这个可是p 2 p 目前最普遍，使用最广的应用之一了。那就是b t 下载， 它就使用了p 2 p 的原理。例如n 印s t e r 、g n u t e l l a 、e d o n k e ”e m u l e 和b i t t o r r e n t 等；b t 在工作时，首先会把二个文件分成若干个部分( 以下用a 、b 、c 等英 文字母表示) ，下面假设有甲、乙、丙、丁等用户同时下载这个软件。那么， 甲连接到服务器时就会随机下载软件的a 部分，乙则在服务器随机下载了b 部分。随后甲电脑中的b t 软件就会根据情况，选择到比连接服务器要更快 的乙的电脑上去取乙已经下载好的b 部分，同样乙的b t 也会到甲的电脑上 去取甲已经下载好的a 部分，这样不但减轻了服务器端的下载负荷，也加快 了用户各方的下载速度，效率得到成倍的提高，并且减少了地域之间的限制。 比如说丙要连接到服务器去下载的话速度可能会很慢，但要是同时到甲、乙 甚至更多人的电脑上去下载软件不同的部分，速度就会快得多。在这一下载 过程中，通常把正在下载并同时为别人提供下载的人称之为种子( s e e d s ) ，种 子越多，软件下载起来也就越快! ( 2 ) 数据存储 数据存储随着数据增加越来越贵，一旦某个环节出现崩溃，整个企业就 面临危机。使用p 2 p 技术，数据可以分别存储在各个节点上。为了保险，也 可以适当重叠。 2 4 _ 3 对等计算 通过众多计算机来完成超级计算机的功能，一直是科学家梦寐以求的事 情。采用p 2 p 技术的对等计算，正是把网络中的众多计算机暂时不用的计算 能力连结起来，使用积累的能力执行超级计算机的任务。任何需要大量数据 处理的行业都可从对等计算中获利，如天气预报、动画制作、基因组的研究 等，有了对等计算之后，就不再需要昂贵的超级计算机了【1 3 】 14 1 。 例如首开p 2 p 之风的计划之一且最有名的就是由柏克莱大学开展的寻找 外星生命的s e t i h o m e 研究计划。1 9 9 9 年，s e t i h o m e 就开始用p 2 p 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。借助p 2 p 技术串联所有参与研究计划者闲置的电脑来执行庞大复杂的运算，然后再把 结果传到s e t i h o m e 总部。目前共有2 4 0 多万人为s e t i h o m e 贡献出了其 闲置的电脑处理能力，这些电脑每天平均发挥的效能超过了全球造价最高运 武汉理工大学硕士学位论文 算最快的超级电脑 1 5 1 6 1 。 2 4 4 精确及深度检索 p 2 p 技术的另一个优势是开发出强大的搜索工具。p 2 p 技术使用户能够 深度搜索文档，而且这种搜索无需通过w e b 服务器，也可以不受信息文档格 式和宿主设备的限制，可达到传统目录式搜索引擎( 只能搜索到2 0 一3 0 的网络资源) 无可比拟的深度( 理论上将包括网络上的所有开放的信息资源) 。 以p 2 p 技术发展的一先锋g n u t e l l a 进行的搜索为例：一台计算机上的 g n u t e l l a 软件可将用户的搜索请求同时发给网络上另外1 0 台计算机，如果搜 索请求未得到满足，这1 0 台计算机中的每一台都会把该搜索请求转发给另外 1 0 台计算机，这样，搜索范围将在几秒钟内以几何级数增长，几分钟内就可 搜遍几百万台计算机上的信息资源。可以说，p 2 p 为互联网的信息搜索提供 了全新的解决之道。著名的搜索引擎公司g o o g l e 也宣称要采用p 2 p 技术来 改进其搜索引擎，一家名为i n f r a s e a r c h 的新建公司也因为开发p 2 p 技术的搜 索引擎而获得了一笔巨额风险投资【1 7 1 。 2 4 5 企业应用 现在许多公司机构日益分散，给员工和客户提供轻松、方便的消息和协 作的工具，变得日益重要。网络的出现，使协同工作成为可能。但传统的 w e b 方式实现，给服务器带来了极大的负担，造成了昂贵的成本支出。p 2 p 技术的出现，使得互联网上任意两台计算机间都可建立实时的联系，建立一 个安全、共享的虚拟空间，人们可以进行各种各样的活动，这些活动可以是 同时进行，也可以交互进行【”j 。 企业p 2 p 应用主要表现于几个方面： ( 1 ) 协作：像g r o o v e 软件这样的应用软件，可使企业雇员建立虚拟工作区， 以供个人共享时间表和文档，进行声音、视频以及文本对话，并完成 其他生产任务； ( 2 ) 内容分配：p 2 p 软件通过允许系统在本地网上从本地的其他系统中搜 索文件而令企业降低了w a n 通信量，并使下载速度更快； ( 3 ) 知识管理：p 2 p 知识管理软件使用智能代理对信息、w e b 网站以及其 他数据源进行审查，从而简化了信息处理。 武汉理工大学硕士学位论文 2 4 6 电子商务 p 2 p 可为电子商务增加新功能，包括连接和实现各种链路。在原始节点 上建立中心目录和搜索功能，更有效地发送信息和反馈信息。 ( 1 ) 金融服务 由于p 2 p 的沟通只单纯涉及沟通的双方，不会有第三者知道双方沟通的 信息，所以p 2 p 非常适合发展在线金融服务。美国的b i l l p o i n t 公司已将p 2 p 技术应用于电子商务的付费机制，在e b a y 上，就向全球3 5 个国家的使用者 提供了这种技术，他们可直接用彼此的信用卡进行交易【z 。 ( 2 ) 电子商务集市 利用p 2 p 把庞大的文件交换社群转化为另类的电子商务集市，一家名为 l i 出s h a r e 的公司将推出一种服务，让电脑使用者直接通过其电脑销售数字 产品，而不用经由e b a y 或亚马逊( a m a z o n c o m ) 的中央服务器，这个服务 从e b a v 脱胎，转化成点对点模式【2 “。 2 5j x t a 平台的引入 众多的p 2 p 应用在各种应用领域里各领风骚，但这些系统均是各自为政， 在自己封闭的系统里试图在i n t e m e t 上圈一块地，形成了一个个p 2 p 的孤岛。 这样与p 2 p 设计的分布式共享的初衷相背离了。所以在2 0 0 0 年的夏天，s u n 公司提出了“互通互连，越有价值”的观点，出面发布了一个平台，使所有 p 2 p 系统都能连接起来，只有