大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。
文章目录
1. P2P技术
1.1 P2P技术优势
- 可靠性好
- 扩展性好
- 性价比高
2. P2P网络结构
2.1 组建P2P网络要解决的3个基本问题:
- 如何存储共享的信息资源
- 如何让其他对等节点找到信息资源
- 如何保证对等网络系统的可扩展性与性能
2.2 P2P网络类型:
- 集中式P2P网络(centralized P2P network )
- 分布式P2P网络(distributed P2P network )
- 非结构化P2P网络(unstructured P2P network)
- 结构化P2P网络(structure P2P network)
- 混合式P2P网络(hybrid P2P network)
2.3 集中式P2P网络
2.3.1 集中式P2P网络的特点
节点只向中心目录服务器查询资源的位置, 而获取资源是向其他节点进行的.
-
P2P网络中所有的节点都与中心目录服务器建立连接关系, 形成星形拓扑结构.
-
所有节点的资源索引信息保存在中心目录服务器的资源索引表中, 使得中心目录服务器拥有全网的资源索引信息.
-
资源索引信息包括
<文件名, 关键字, 节点, IP地址, 端口号>
2.3.2 集中式P2P优缺点
2.3.2.1 优点
- 快速完整的查找
- 中央管理/认证授权
- 易于引导接入网络
2.3.2.2 缺点
- 单点故障, 容易形成瓶颈, 易于被攻击
- 中央服务器控制所有对等方
2.4 分布式非结构化P2P网络 – Gnutella
非结构化P2P也叫纯P2P网络(Pure P2P)
在Gnutella中, 当一个节点需要查询某一个共享文件时, 将进行内容路由, 将请求消息通过随机形成的网络拓扑结构用洪泛法发送出去, 使得全网节点都能够收到与查询索引消息.
2.4.1 洪泛算法:
- 当一个节点接收到一个请求后, 向所有的邻居转发该请求
- 每个消息包含一个最大TTL和一个hop counter
- 转发节点在转发消息时, 会短暂缓存
- 消息缓存用于防止消息循环
2.4.2 Gnutella:
五种报文类型:
- Ping
- Pong
- Query
- QueryHit
- Push
2.4.3 Pure P2P特点:
- 去中心化
- 没有中央控制管理
- 可以移去任何节点而不影响系统功能
- 非结构化
- 覆盖网络随机生成, 没有任何结构
- 不可靠的查询(不保证有查询结果)
- 系统面临的安全性问题较多
2.5 结构化P2P网络
网络节点拓扑相对稳定
逻辑地址通过hash函数获得
通过分布式散列表DHT路由
解决方案: Chord, CAN, Pastry, Tapestry （P2P四大算法）
分布式结构化P2P网络由多个小的节点集群(swarm)组成, 每个集群都有一个跟踪器(tracker). 分布式结构化P2P网络中的关键问题是如何找到存放所需文件的节点. 解决办法是建立索引表, 这张索引表具有的特征是分布式的, 能够根据节点与共享资源的变化动态更新.
要满足要求, 索引表在设计中要解决3个基本问题:
- 每个节点只需要保留少量的有关的其他节点的信息
- 每个节点能够很快地查找索引表中的表项信息
- 每个节点允许多个节点并发访问索引表的表项信息
2.5.1 DHT的基本概念
2.5.1.1 DHT的特点
- 节点标识符:
节点标识符用来标识节点. 节点标识符空间可以是由范围在 0 ~ ( 2 16 2^{16} 216-1)的整数值组成, 也即0 ~ 65535
- 节点标志符与关键字
可以通过对一个节点的名字(一般以IP地址作为节点名字)进行散列, 来计算获取唯一的节点标识符. 如 p = H a s h ( I P ) p=Hash(IP) p=Hash(IP)
可以通过对一个共享文件内容进行散列计算来获取唯一的关键字, 如 k = H a s h ( v ) k=Hash(v) k=Hash(v)
- 关键字映射
散列表可以将 k k k映射成整数, 通常可以在更小的值的集合上获得离散分布.
系统中每一个节点存储一张散列表, 负责保存某一个范围的关键字, 在对 < k e y , v a l u e > <key, value> <key,value> 进行查询之后, 系统将返回一个保存具有关键字的对象的节点标识符, 如IP地址.
2.5.1.2 DHT应用举例 – Chord协议
- 机制:
-
每个共享资源都产生一个key
-
对节点IP地址做hash
-
为了启动新的P2P用户群, 一个节点需要用一对新的 ( k e y , v a l u e ) (key, value) (key,value)插入到指针表
-
任何一个节点都不需要知道网络中其他全部节点的信息
-
在一个包含N个节点的网络中，每个节点只需要维护到达 O ( l o g 2 N ) O(log_2N) O(log2N)个节点的路由信息
-
当新的节点加入或离开时，节点仅更新路由信息
- Chord协议的具体实现方式：
- 使用SHA-1生成一个长度为160b的关键字key值空间
- 关键字值从小到大顺序排列，首尾项链，在逻辑上形成闭合的Chord环。
- 每个value（散列运算后的节点）都将被映射到Chord环上。
Chord环结构如图所示：
- Chord环上每个节点称为标识符(如N1 ~ N56等)
- 节点标识符都含有一个映射到该value的key(如K10映射到N14)
- 节点周期性的检查直接前驱节点、直接后继节点的状态，以保证指针表的正确性
节点和关键字都被映射到同一个整数空间，并且在对 2 m 2^m 2m取模后顺序排列在环上. 对于一个标识符为k的key而言, 其由标识符不小于k的node来维护.
Chord算法在搜索时:
- 每个节点维护一个Finger表, 该表长度为m(Chord中为160), 该表第i项存放节点n的哈希值大于 ( n + 2 i − 1 ) % 2 m (n+2^{i-1})\% 2^m (n+2i−1)%2m 的第一个后继节点
- 也就是说, 搜索节点的过程是按2等比步长变化的
给定一个key, 按照以下过程查找对应资源位于哪个Node:
- 查看 H a s h ( k e y ) % 2 m Hash(key)\% 2^m Hash(key)%2m是否位于节点n和其直接后继节点n’之间, 如果是则: 直接后继节点n’为所找节点
- 在n的Finger表中, 找到与 H a s h ( k e y ) % 2 m Hash(key)\% 2^m Hash(key)%2m距离最近, 且其哈希值小于 H a s h ( k e y ) % 2 m Hash(key)\% 2^m Hash(key)%2m的节点, 将请求转发给该节点
- 重复上面过程, 直到找到key所在的节点
| No | ith successor | Successor |
|---|---|---|
| 1 | N1+ 2 0 2^0 20 | N18 |
| 2 | N1+ 2 1 2^1 21 | N18 |
| 3 | N1+ 2 2 2^2 22 | N18 |
| 4 | N1+ 2 3 2^3 23 | N18 |
| 5 | N1+ 2 4 2^4 24 | N18 |
| 6 | N1+ 2 5 2^5 25 | N45 |
| 7 | N1+ 2 6 2^6 26 | N1 |
| 8 | N1+ 2 7 2^7 27 | N1 |
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