P2P网络结构模型探析(一)

1、P2P 网络结构模型探析 (一)摘要 :对等网络流媒体技术(P2P)可以利用客户端的计算机能力和带宽资源 ,使用户实现下载的同时播放流媒体节目,并能利用自身的计算机空闲资源为其它用户提供服务。 本文对 P2P网络架构进行探讨和研究。关键词 :P2P;流媒体技术 ;网络架构一、引言P2P网络是在 IP 网络基础之上 ,通过应用软件构筑起来的一个逻辑覆盖网(LogicalOverlayNetwork),并不是独立于现行的 IP网络之外的什么特殊网络。在实际物理网络中安装有某种 P2P 软件的节点可以构成一个逻辑覆盖网络 ,而没有安装这种 P2P软件的节点则被排除在外。P2P网络架构 ,又称为 P2

2、P网络模型 ,是指 P2P网络中节点的逻辑组织结构,即节点互联的拓扑结构和节点在与相邻节点保持连接时的行为规范,一般用一个连通的图来表示。但P2P 网络的连接图与物理网络的拓扑连接图不同 ,在覆盖网中相邻的节点可能在实际物理网络中位于不同的子网中 ,中间相隔多个路由器,而在覆盖网中不相邻的节点在实际物理网络中却可能是直接相连的。 P2P网络模型主要分为结构化和非结构化两类 ,结构化 P2P系统是指系统中的数据存放的位置和数据的Key值有关,而非结构化 P2P系统中 ,数据的存放位置与数据是无关的。二、非结构化 P2P网络模型非结构化 P2P网络模型按节点的集中化程度又分 :(1)集中式 P2P

3、网络模型以 Napster 为代表的集中式 P2P 网络架构是最早出现的 P2P 应用模式 , 由于仍具有中央服务器 ,没有完全去除服务器的性质 ,所以又被称为非纯粹的 P2P网络。在 Napster 系统中 ,资源的检索过程类似于传统的 C/S模式 ,即所有节点向中央服务器查询资源,但与传统的 C/S模式不同的是 ,资源并非存储在服务器上,而是存储在各个节点中。从服务器的返回结果中 ,查询节点根据网络流量和延迟等信息选择合适的节点建立直接连接,进行数据传输 ,数据传输不需要经过中央服务器。这种网络架构的资源搜索效率较高 ,但其主要缺点是中央服务器是系统的单故障点,如果中央服务器出现故障,则整

4、个系统就会瘫痪,所有节点都没法查询到所需的资源。(2)纯 P2P网络模型纯 P2P 网络架构以 Gnutella 为代表 ,Gnutella 系统完全取消了服务器的概念 ,是第一个真正采用无中心结构的P2P文件共享系统。拓扑维护 :Gnutella 中每个节点维护了一个邻居节点列表,记录了与之相关联的结点的IP 地址等信息。相邻节点之间彼此交换邻居节点信息来保持拓扑图的连通性 ,并替换因节点离线而失效的连接。节点定期向邻居节点发送PING 消息 ,收到 PING 消息的节点则回应一个PONG 消息 ,并附带了当前所拥有的邻居信息。收到邻居列表后节点按照一定规则进行邻居替换 ,保证自身拥有一定数

5、量的有效邻居。当新的节点加入系统时 (它需要知道系统中至少一个节点的IP 地址 ),它向系统已有的节点发送PING 消息来获得足够的邻居节点, 从而加入系统。信息搜索:Gnutella 使用洪泛式 (flooding) 的资源查询机制。发起资源查询的节点向所有邻居节点发送 QUERY消息 ,而收到 QUERY消息的节点除了进行本地查询 ,即看自己有没有所查询资源外,还把查询进一步转发给自己的所有邻居节点。这些节点收到这一消息后,重复进行同样的操作,即进行本地查询和消息广播。为避免无穷递归,每个搜索消息都有一个TTL(Time-to-Live)域,它随着转发的进行而递减,TTL为 0 时消息不再

6、被转发。另外节点对近期接收到的消息进行缓存,以避免重复处理同样的消息。搜索操作结束后 ,发起搜索的节点会收到一些查询结果 ,记录了满足条件的文件及其存放的节点 IP,节点可从中选择一些节点来下载所需文件。 Gnutella 具有较好的扩展性 ,也不存在单故障点 ,但其查询机制效率较低 ,而且也不能保证搜索到所需的、 确实存在的资源 ,同时每次查询都要产生大量的转发消息 ,容易形成消息泛滥 ,增加了网络的负担。(3)混合式网络模型KaZaA是混合式 P2P模型的典型代表入了超级节点的概念 ,综合了集中式优势。KaZaA模型将节点按能力不同,它在纯 P2P分布式模型基础上引P2P快速查找和纯 P2P去中心化的(计算能力、内存大小、连接带宽、在线时间等 )区分为普通节点和超级节点两类。当一个普通节点启动KaZaA程序时 ,它首先与某一超级节点建立TCP连接 ,然后向这个超级节点发送它所拥有的文件的元数据,元数据包括 :文件名 ,文件大小 ,文件内容的哈希值 (H