（计算机软件与理论专业论文）p2p资源发现机制的研究.pdf

南京邮电大学硕士研究生学位论文 摘要 摘要 随着科学技术的进步和互联网的飞速发展，对等计算网络( p e e r - t o p e e r ，p 2 p ) 已经成为 i n t e r n e t 中最重要的应用系统之一。它打破了传统的c s 模式，具有自组织、容错能力强、 可扩展性好等优点。然而，p 2 p 网络的资源具有极大的分散性，资源分布在许多节点上； p 2 p 网络中的节点可以自由地加入或退出，使p 2 p 网络的资源处于不断的动态变化之中。 这些都增加了p 2 p 搜索技术的难度，因此，有必要对p 2 p 搜索技术进行研究，以便于更快 速、更准确、更全面地进行资源发现。 本文首先介绍了p 2 p 网络的定义和特点；分析了当前几种主流的p 2 p 网络结构的特点 及存在的问题。随后研究了集中式p 2 p 网络、非结构化分布式p 2 p 网络、结构化分布式 p 2 p 网络、混合式p 2 p 网络结构各自采用的搜索算法的优缺点。 本文重点研究了p 2 p 的分布式搜索算法，结合小世界的相关理论，给出了p 2 p 网络中 的小世界模型；在此模型的基础上，针对非结构化p 2 p 网络搜索技术中的r a n d o mw a l k 算 法的缺点，结合信任机制，改进了r a n d o mw a l k 算法，提出了一种基于小世界模型和信任 的p 2 p 资源发现机制。在p 2 p 网络中引入小世界模型能有效地提高资源发现和查找的效率 和速度；在资源发现算法中根据信任值优先权确定下一跳节点，能保证系统的安全性，抑 制恶意节点的破坏行为。改进的资源发现算法有效地克服了r a n d o mw a l k 算法的不稳定 性，查询的成功率并不取决于网络的拓扑结构和随机性的选择，而是取决于资源的存在性， 只要该资源存在，就有把握能查找成功，体现出了明显的优势。 关键词：p 2 p ；小世界；信任；资源发现 南京邮电大学硕士研究生学位论文 a b s t r a c t a bs t r a c t a l o n g 谢t 1 1t h ep r o g r e s so fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g ya n dt h es w i f td e v e l o p m e n to fi n t e r a c t ， t h ep 2 pn e t w o r ka l r e a d yb e c a m eo n eo ft h em o s ti m p o r t a n ta p p l i c a t i o ns y s t e m si ni n t e r a c t i th a s t h em e r i t sw h i c ha r es t r o n ga b i l i t yo fs e l f - o r g a n i z i n g ，f a u l t t o l e r a n ta n de x t e n s i b i l i t y e t c h o w e v e r , t h ep 2 pn e t w o r k s r e s o u r c e sh a v ee n o r m o u sd i s p e r s i o n , w h e r et h er e s o u r c e sa r e d i s t r i b u t e da m o n gn o d e s n o d e sm a yj o i no rw i t h d r a wf r e e l yi nt h ep 2 pn e t w o r k ，c a u s i n gt h a t t h er e s o u r c e si np 2 pn e t w o r kc h a n g ed y n a m i c a l l ya l lt h et i m e t h i sa d d st ot h ed i f f i c u l t yo fp 2 p s e a r c ht e c h n i q u e h e n c e ，i ti sn e c e s s a r yt od or e s e a r c ho nt h ep 2 ps e a r c ht e c h n i q u e ，s oa st o m a k ef a s t e r ，m o r ea c c u r a t e ，m o r ec o m p r e h e n s i v er e s o u r c e sd i s c o v e r y t h et h e s i si n t r o d u c e st h ed e f i n i t i o n sa n dt h ec h a r a c t e r i s t i c so fp 2 pn e t w o r kf i r s t l y t h e f e a t u r e sa n dt h ep r o b l e mi n e x i s t i n gr e p r e s e n t a t i v ep 2 pn e t w o r ka r c h i t e c t u r e sa r ea n a l y z e d s u b s e q u e n t l y f i n a l l yw ef o c u so nt h ea n a l y s i so ft h em e r i t sa n dw e a k n e s s e so fs e a r c h i n g a l g o r i t h m sw h i c ha r er e s p e c t i v e l yu s e di nc e n t r a lp 2 pn e t w o r k ，n o n s t r u c t u r e dd i s t r i b u t e dp 2 p n e t w o r k , s t r u c t u r e dd i s t r i b u t e dp 2 pn e t w o r ka n dm i x e dp 2 pn e t w o r k t h i st h e s i ss t u d i e st h ed i s t r i b u t e ds e a r c ha l g o r i t h mi np 2 pn e t w o r k ，t h e nas m a l lw o r d m o d e li np 2 pn e t w o r ki sp r o p o s e db a s e do nc o r r e l a t i v et h e o r i e so ft h es m a l lw o r l d o nt h e f o u n d a t i o no ft h i sm o d e l ，a ni m p r o v e dr a n d o mw a l ka l g o r i t h mi sp r o p o s e db ya v o i d i n g w e a k n e s s e so fr a n d o mw a l ka l g o r i t h ma n dt a k i n ga d v a n t a g eo ft r u s tm e c h a n i s m t h e n ，ap 2 p r e s o u r c e sd i s c o v e r ym e c h a n i s mb a s e do nt h es m a l lw o r l dm o d e la n dt h et r u s tm e c h a n i s mi s p r o p o s e d t h eu s eo fs m a l lw o r dm o d e li nt h ep 2 pn e t w o r kc a ne n h a n c et h ee f f i c i e n c yo ft h e r e s o u r c e sd i s c o v e r ya n ds e a r c h i nt h i sr e s o u r c ed i s c o v e r ya l g o r i t h m ，t h ec h o i c eo fn e x th o pi s d e t e r m i n e db yi t st r u s tp r i o r i t y t h i sc a ng u a r a n t e es y s t e m ss e c u r i t ya n ds u p p r e s ss o m en o d e s m a l i c i o u ss a b o t a g e t h ei m p r o v e dr e s o u r c e sd i s c o v e r ya l g o r i t h mo v e r c o m e st h ei n s t a b i l i t yo f r a n d o mw a l ka l g o r i t h m d u et o t h ef a c tt h a tw h e t h e rt h er e s o u r c ec a nb ef o u n do rn o ti s d e t e r m i n e db yt h ee x i s t e n c eo fr e s o u r c e sr a t h e rt h a nn e t w o r kt o p o l o g ya n dt h ec h o i c eo f r a n d o m n e s s ，t h ea l g o r i t h mm a n i f e s t so b v i o u ss u p e r i o r i t yb yf i n d i n gt a r g e t i n gr e s o u r c ew i t h g r e a t e rp r o b a b i l i t ya sl o n ga st h er e s o u r c ee x i s t s k e y w o r d s ：p 2 p ；s m a l lw o r d ；t r u s t ；r e s o u r c ed i s c o v e r y i i 南京邮电大学硕士研究生学位论文 缩略词 缩略词 缩略词英文全称译文 b tb i tt o r r e n t比特洪流 c a nc o n t e n t - a d d r e s s a b l en e t w o r k内容寻址网络 c sc l i e n t s e r v e r客户服务器 d h td i s t r i b u t e dh a s h 仉l b l e 分布式哈希表 d n sd o m a n n a m es y s t e m域名系统 g u i d g l o b a l l yu n i q u ei d e n t i f i e r s全局唯一标识符 n i dn o d ei d e n t i f i e r s节点标识符 o i d o b j e c ti d e n t i f i e r s资源标识符 p 2 p p e e r - t o p e e r对等联网 p g p p r e t t yg o o dp r i v a c y优秀密钥 p k ip u b l i ck e yi n f r a s t r u c t u r e公钥基础设施 r i a a r e c o r d i n gi n d u s t r ya s s o c i a t i o no f a m e r i c a美国唱片工业协会 s p s t i c k i n gp o i n t 关键节点 s ns m a l lw b r i dn e t w o r k小世界网络 t t lt i m et ol i v e 生存时间 u r lu n i f o r mr e s o u r c el o c a t o r 统一资源定位符 5 l 南京邮电大学硕士研究生学位论文图表清单 图表清单 表2 1p 2 p 的多种定义- 5 表2 2p 2 p 模式和传统c s 模式的一些性能比较7 图2 1 集中式p 2 p 网络结构“8 图2 2 分布式非结构化p 2 p 网络( 纯p 2 p 网络) 结构9 图2 3 混合式p 2 p 网络- 1 0 图3 1 机器人搜索引擎的搜索过程1 6 图3 2n a p s t e r 网络拓扑结构及搜索过程示意图”1 8 图3 3c h o r d 的搜索过程- ”2 0 图3 - 4p a s t r y 的搜索过程2 1 图3 - 5f l o o d i n g 路由算法2 3 图3 - 6r a n d o mw a l k 效果图- - 2 5 图3 - 7q u e r yr o u t i n g 路由过程2 7 表3 1p 2 p 网络性能比较2 8 图4 1p 值不同的小世界网络3 1 表4 1 规则网络、小世界网络和随机网络比较”3 1 图4 2 基于小世界的p 2 p 网络模型3 5 图4 3 信任度的计算及更新过程4 0 图4 4 中心节点维护的数据结构- 4 1 图4 5 普通节点维护的数据结构4 2 图4 - 6 基于小世界和信任的p 2 p 网络模型的资源发现过程- 4 3 表4 2 图4 7 的模拟环境参数设置4 6 图4 7 平均路径长度、簇个数的关系图1 - 4 6 表4 3 图4 8 的模拟环境参数设置4 6 图4 8 平均路径长度、簇个数的关系图2 ”4 7 表4 4 图4 - 9 的模拟环境参数设置4 7 图4 - 9 平均路径长度、簇个数的关系图3 “4 7 表4 5 图4 1 0 的模拟环境参数设置4 8 图4 1 0 资源查找成功率的比较”4 9 5 2 南京邮电大学学位论文原创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的 任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：连l q 日期：虬 南京邮电大学学位论文使用授权声明 南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送 交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论 文。本文电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文 外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。 论文的公布( 包括刊登) 授权南京邮电大学研究生部办理。 研究生签名：导师签名：盔丛堑k 日期：趋! z ：里： 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章引言 1 1 课题的背景和意义 第一章引言 p 2 p 是p e e r t op e e r 的缩写，是指：通过使用分布式资源，借助于分布式计算技术来完 成关键任务的系统和应用的总称。这里的分布式资源包括计算能力、数据( 包括存储介质 和内容) 、网络带宽和其它资源( 如计算机、人力资源等) ；分布式计算包括算法、数据、 元数据等；关键任务包括分布式计算、数据( 或内容) 共享、通信与协作，或者是平台服 务等。 p 2 p 的发展可分为以下三个阶段：第一代的文件交换服务以n a p s t e r 和b t ( b i tt o r r e n t ) 【1 】独领风骚，其技术是建立一个大型的集中化索引，对网络上所有的可用资源进行追踪； 第二代的分散式服务以国外的k a z a a 2 】和国内迅速崛起的p o c o 3 1 为代表，改为在电脑间发 送搜索请求，一直到找到文件为止，然后再将信息传回搜索者的电脑；第三代的p 2 p 网络 则是以e d o n k e y 1 1 、e m u l e l l l 、m o r p h e u s 吲为代表，比以前更为分散化。它采用“分散式杂 凑表”的方法，基本上是对网络上某一特定时刻的文件进行快照( s n a p s h o t ) ，然后将这些 信息分散到整个网络里。为了找到特定的文件，搜索的要求先到达网络上的任何一台电脑， 然后这台电脑就会再将它转到另一台有更多文件信息的电脑，第三台电脑可能就拥有文件 本身，或者也可能再继续转到其它有正确信息的电脑。整个过程有点像依照线索循序问路 而找到正确方向，而不是路上随便抓人问路。每个网络相关信息，会随电脑及文件的加入 而持续更新。 目前p 2 p 技术已在文件交换、分布式计算、搜索、信息共享、协同工作、即时通信、 网络游戏等等方面得到了广泛的应用，还有一些公司在开发基于p 2 p 的平台。但是，无论 是通信、p 2 p 协作、分布式搜索引擎还是共享计算和交互式游戏等功能的实现，都只能以 很好解决网内资源的迅速准确定位问题为前提。所以，p 2 p 网络中资源发现极其重要。 目前，资源的定位一般采用的是“地址查询”的方法，即：每个资源有一个全局唯一 的标识符o i d ( o b j e c ti d e n t i f i c a t i o n ，资源标识符) 和一个包含其所在地址的指针p ，系统 将 保存起来，当用户需要访问该资源时，根据o i d 来查询p ，从而进行定位。定 位机制有不同的实现方法。按照实现系统的体系结构，主要可以分为两类：集中目录式、 泛洪请求式。 ( 1 ) 集中目录式 l 堕室堕皇奎兰堡主堑窒竺兰篁笙茎釜二兰! ! 童 在集中目录式( c e n t r a li n d e xs e r v e r ) 中，有一个类似于服务器的节点集中提供资源索 引信息。当用户共享资源时，需将资源的 向索引服务器进行资源注册，索引服务 器中保存着系统中所有资源的标识符和指针列表。当用户需要查找资源时，首先通过资源 标识符查询索引服务器，服务器返回该资源的指针，用户通过该指针定位。当定位到资源 的存储位置后，资源的下载在节点之间直接进行。与索7 1 1 1 务器没有关系。 集中式的优点是：简单、容易实现。大多数的分布式系统采用的都是这种方法，例如： 三种分布式对象计算环境( c o r b a ，d c o m ，j a v a i 泓i ) 提供的分布对象名字服务、大量的 通用目录服务( 如x 5 0 0 、l d a p 和n i s ) 和一些实用分布式系统( 如n a p s t e r ) 的资源定 位方法等。集中式的缺点是：类似于c s 模式，缺乏可扩展性和存在单点故障问题。 ( 2 ) 洪泛请求式 与集中目录式不同，泛洪请求式( f l o o d i n gr e q u e s t ) 没有中央目录服务器，用户的请 求通过所有连接的节点传递，这些节点或者响应该请求，或者在不能满足请求时，将该请 求向与自己相连的其它节点广播，直到请求得到响应为止( 泛洪) 。为了减少广播带来的 网络带宽浪费，一般将广播传递限制在7 8 跳以内，即如果请求在经过有限的循环广播之 后，仍不能得到响应，则发送请求的节点将得到一个错误信息。这种方式由于通过广播进 行查找和定位，因此一般情况下扩展性差，但在小范围内效率高，可靠性好。但是如果在 系统中存在一些所谓的超级节点( 即该节点拥有大量的资源信息) ，则可以显著减少带宽 的浪费。 目前泛洪请求式的资源定位主要采用分布式h a s h 表算法：赋予系统中每个节点一个 全局唯一标识符n i d ( n o d ei d e n t i f i c a t i o n ，节点标识符) ，通过一个哈希函数建立起资源唯 一标识符o i d 和n i d 之间的对应关系：n i d = h a s h ( o i d ) ，n i d 与o l d 是一对多的关系。 将资源的定位信息 保存到节点标识符为h a s h ( o i d ) 的节点上。当用户需要查找 对象时，首先通过o i d 和哈希函数计算出该资源定位信息所在节点的标识符h a s h ( o i d ) ， 然后将该请求发送到该节点上，即可找到该对象。由于p 2 p 中，任意两个节点可以通讯， 并且各个节点上的哈希函数都相同，因此，只要知道对象的o i d ，用户就可以从任何一个 节点出发找到该对象。 根据节点的n i d 与o i d 之间的映射关系不同，分布式h a s h 表算法有许多不同的实现 形式，如c h o r d 5 1 、c a n 1 1 、p 嬲仃y 嘲、t a p e s t r y 1 1 等。目前的最好效率是发现资源需要的路 由表长度为l o 斟( n 为p 2 p 网络总节点数) ，查询资源需要的通信量为l o g n 。 p 2 p 系统的一个最核心的问题就是以有效的手段快速地响应用户的资源请求，同时降 低网络带宽消耗，保证系统的可扩展性和容错性。尽管当前已有的资源发现机制在一定程 2 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章引言 度上实现了p 2 p 环境中的资源发现，但普遍存在一个问题，即资源发现效率低，从而降低 了p 2 p 的性能，并且在资源发现和查找的过程中缺乏安全性的考虑。因此这方面的研究仍 是p 2 p 研究的热点之一，本课题的目的就是研究一种新的性能好、效率高、安全性好的资 源发现机制，以提高p 2 p 网络资源查找的整体性能。 1 2 论文所做的工作 本文做的主要工作如下： ( 1 ) 对目前p 2 p 网络的模型进行了深入的研究，并结合小世界原理，给出了p 2 p 网 络中的小世界模型； ( 2 ) 在设计新的资源发现算法的同时，为了使资源查找更有效，安全性更高，研究 了信任机制，给出了信任度的计算方法，并将其应用于基于小世界模型的p 2 p 网络中； ( 3 ) 对各类p 2 p 网络中的资源发现和查找算法进行了全面深入的分析和研究，融合 信任机制，提出了基于小世界模型和信任的p 2 p 资源发现机制； ( 4 ) 对所提出的机制和算法进行了仿真验证。 1 3 论文的组织 全文共分为五个章节，其内容安排如下： 第一章介绍了本课题的意义，确立了本文的主要研究内容：随后简要概括了本文所 做的主要工作。 第二章简要介绍了p 2 p 网络基本理论，分析了p 2 p 的网络结构分类以及p 2 p 面临的 安全和信任问题。 第三章分析了p 2 p 网络中各种资源发现和查找技术，总结了它们的优缺点，为本论 文提出新的资源发现算法奠定基础。 第四章介绍了小世界和信任的相关概念，给出了p 2 p 网络中的小世界模型，最后结 合信任机制，提出了基于此模型和信任的新的p 2 p 资源发现机制，并对基于小世界模型和 信任的p 2 p 资源发现机制及算法进行了相关的仿真和验证。 第五章对本文所做的研究进行了总结和展望。 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章p 2 p 概述 第二章p 2 p 概述 2 1p 2 p 网络的起源和定义 p 2 p 即对等计算或对等网络，可以简单地定义为通过直接交换来共享计算机资源和服 务。在p 2 p 网络环境中，成千上万台彼此连接的计算机都处于对等的地位，整个网络一般 来讲不依赖于专用的集中服务器。p 2 p 是一种分布式网络，网络的参与者共享他们所拥有 的一部分资源，这些共享资源能被其它对等节点( p e e r ) 直接访问而无需经过中间实体，网络 中的每一台计算机既能充当网络服务的请求者，又能对其它计算机的请求作出响应，提供 资源与服务。通常这些资源和服务包括：信息的共享与交换、计算资源( 如c p u 的共享) 、 存储资源( 如缓存和磁盘空间的使用) 等。 p 2 p 技术并不是近几年才诞生的新技术，它其实是因特网的本质特征之一。通过建立 网页以及在网页中引入链接，用户可以通过点击相关链接来访问其它的网页。但是在y a h o o 和g o o g l e 建立了搜索引擎和门户站点后，人们上网的方式改变了。人们往往到一个地方去 获取所有信息，这种模式阻碍了用户之间进行真正的交流。与之相反，p 2 p 的目标就是要 把控制权重新交还到用户手中。通过p 2 p 技术，用户之间可以直接共享存储于本地的文件 和数据，甚至可以共享包括c p u 处理能力在内的计算机资源。p 2 p 技术有效地增进了用户 间的联系与交流，基于自组织的网上社区也初见端倪。与门户站点从上而下的等级模式不 同，在p 2 p 网络中，每个用户都是平等的，用户以自发的方式形成社区。 追根溯源，p 2 p 计算方法来源于局域网文件共享，该技术在2 0 世纪7 0 年代中期就很 流行。许多用户游戏就是在p 2 p 模式下运作的。美国i n t e l 公司使用它的n e t b a t c h 系统直 接进入遍布于全球2 5 个公司的l 万台计算机获取计算资源。首先由主客户端( m a s t e rc l i e n t ) 将对计算任务进行分块，然后利用p 2 p 技术把i n t e l 公司的n e t b a t c h 系统中分块计算任务 分发给遍布于全球不同位置的计算机。这些计算机负责执行运算操作，并在完成计算后再 将结果返回给主客户端。 p 2 p 最根本的思想，同时也是它与c s 最显著的区别在于网络中的结点兼具c l i e n t 和 s e r v e r 的双重身份，既为其它结点提供服务，也享用其它结点提供的服务。网络中的每个 结点的地位都是对等的。 对于p 2 p 的定义，不同的机构有着不同的理解，每种理解方式在本质上并不矛盾，都 是从不同的侧面揭示了p 2 p 网络的特点。表2 1 列出了比较典型的6 种定义。 4 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章p 2 p 概述 表2 1p 2 p 的多种定义 定义者定义 i n t e l 工作组通过在系统之间直接交换来共享计算机资源和服务的一种应用模式 a w e y t s e l 在因特网周边以非客户地位使用的设备 r 1 - g r a n h a m通过3 个关键条件定义： 具有服务器质量的可运行计算机； 具有独立于d n s ( d o m a i nn a m es y s t e m ，域名系统) 的寻址系统； 具有与可变连接合作的能力 c s h i r k y 利用因特网边界的存储c p u 内容现场等资源的一种应用：访问这些非集中资源意 味着运行在不稳定连接和不可预知i p 地址环境下，p 2 p 节点必须运行在d n s 系统 外边；具备有效或全部的自治 k i n d b e r g 独立生存的系统 d j m i l o j i c i c 给对等组提供或从对等组获得共享 根据上述p 2 p 的定义，发现p 2 p 计算具有如下五个关键特性： ( 1 ) 对等节点既是服务器又是客户，还具有路由器和高速缓冲存储器的功能。 ( 2 ) 网络的内容是由分布的节点提供的。 ( 3 ) 参与的节点可能是非永久连接的节点和没有永久i p 地址的节点。 ( 4 ) 网络提供节点间实时的数据传输和消息传递。 ( 5 ) 节点具有网络控制权和自治权。 在p 2 p 技术的推动下，互联网的存储模式将由现在的以“内容位于中心的模式转变 为“内容位于边缘”的模式。从这个角度看p 2 p 技术带来了3 个改变； ( 1 ) 客户不再需要将文件上载到服务器，而只需要使用p 2 p 将共享信息提供出去； ( 2 ) 运行p 2 p 的个人电脑不需要固定的i p 地址和永久的互联网连接： ( 3 ) 消除了客户机和服务器之间的差别，强烈冲击了当前的i n t e m e t 网络结构模式。 2 2p 2 p 网络的特点 p 2 p 网络具有以下特点： ( 1 ) 分散化 网络中的资源和服务分散在所有节点上，信息的传输和服务的实现都直接在节点之间 进行，可以无需中间环节和服务器的介入，避免了可能的瓶颈。分散化是p 2 p 的基本特点， 由此带来了其在可扩展性、健壮性等方面的优势。 ( 2 ) 可扩展性 在p 2 p 网络中，随着用户的加入，不仅服务的需求增加了，系统整体的资源和服务能 5 塑室堕皇奎兰堡圭堡窒竺兰垡笙奎翌三兰垦! 塑堕 力也在同步地扩充，始终能较容易地满足用户的需要。即使在混合型架构中，由于大部分 处理直接在节点之间进行，大大减少了对服务器的依赖，因而能够方便地扩展到数百万个 以上的用户。而对于纯p 2 p 来说，整个体系是全分布的，不存在瓶颈。理论上其可扩展性 几乎可以认为是无限的。 ( 3 ) 健壮性 p 2 p 架构天生具有耐攻击、高容错的优点。由于服务是分散在各个节点之间进行的， 部分节点或网络遭到破坏对其它部分的影响很小。而且p 2 p 模型一般在部分节点失效时能 够自动调整整体拓扑，保持其它节点的连通性。 ( 4 ) 隐私性 在p 2 p 网络中，由于信息的传输分散在各节点之间进行而无需经过某个集中环节，用 户的隐私信息被窃听和泄漏的可能性大大缩小。此外，目前解决i n t e m e t 隐私问题主要采 用中继转发的技术方法，从而将通信的参与者隐藏在众多的网络实体之中。在传统的一些 匿名通信系统中，实现这一机制依赖于某些中继服务器节点。而在p 2 p 中，所有参与者都 可以提供中继转发的功能，因而大大提高了匿名通讯的灵活性和可靠性，能够为用户提供 更好的隐私保护。 ( 5 ) 高性能 采用p 2 p 架构可以有效地利用互联网中散布的大量普通节点，将计算任务或存储资料 分布到所有节点上。利用其中闲置的计算能力或存储空间，达到高性能计算和海量存储的 目的。这与当前高性能计算机中普遍采用的分布式计算的思想是一致的。但通过利用网络 中的大量空闲资源，可以用更低的成本提供更高的计算和存储能力。 2 3p 2 p 模式与传统c s 模式的比较 在传统的c s ( c l i e n t s e r v e r ，客户端朋艮务器) 网络模式中，服务器与客户机扮演着不 同的角色，每个客户机都连接到服务器上，服务器为客户机提供资源，客户机处于网络的 边缘。而p 2 p 模式中，每个机器同时扮演着服务器与客户机的角色，在网络中它们都具有 同等的地位。 在传统的c s 模式中，客户端之间要进行文件交换必须经过服务器，随着节点的增加， 服务器的负担越来越重，并逐渐形成系统瓶颈，一旦服务器崩溃，整个网络也随之瘫痪。 而在p 2 p 网络中每个节点的地位都是对等的，每个节点既充当服务器，为其它节点提供服 务，同时也充当客户端，享用其它节点提供的服务。同时，由于每个节点在工作时都在向 6 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二苹p 2 p 概述 网络贡献资源( 存储空间、c p u 周期等) ，因此对等点越多，网络的性能就越好。 c s 模式下的因特网完全依赖于中心点即服务器，没有服务器就无法工作，网络也就 毫无意义可言。而在p 2 p 网络中，每个节点都可以被看作服务器，可以随意地将自己的信 息发布到网络上，以供其它节点交换共享。 在c s 模式下即使客户端有大量的闲置资源，如果没有得到服务器的响应，资源也无 法被利用，资源利用率比较低下。而在p 2 p 网络中，一切闲散资源都有机会得到利用，具 有很高的资源利用率。 p 2 p 技术与c s 技术性能的比较见表2 2 。 表2 - 2p 2 p 模式和传统c s 模式的一些性能比较 性能 p 2 p c ，s 数据发布 好差 数据接收 中 好 数据安全性差好 数据更新好差 数据互动性好差 数据即时性好差 数据质量中好 数据覆盖率和数量差好 数据管理方便性差好 数据成本控制好差 2 4p 2 p 网络结构分类 p 2 p 系统最大的特点就是用户之间直接共享资源，其核心技术就是分布式对象的定位 机制，这也是提高网络可扩展性、解决网络带宽问题的关键所在。迄今为止，p 2 p 网络已 经经历了以下几种不同的网络结构模型： 2 4 1 集中式p 2 p 网络 集中式p 2 p 网络【8 】形式具有中心化的特点，但是它不同于传统意义上的c l i e n t s e r v e r 模式。集中式p 2 p 网络的所有网上提供的资料都分别存放在提供该资料的客户机上，集中 式p 2 p 形式存在一个中央服务器，该服务器保留索引信息，服务器与对等实体以及对等实 体之间都有交互能力。中央服务器为用户提供共享和搜索文件服务。当某个用户想查找文 件时首先要向中央服务器提出请求，服务器接到请求后在本地查找全局的文件目录索引， 如果找到存放被查找文件的节点信息就响应用户的请求，然后用户根据响应信息选择一个 7 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章p 2 p 概述 合适的节点，与其建立连接从而进行直接的数据交换。每一个对等实体对它将要共享的信 息以及进行的通信负责，根据需要下载它所需要的其它对等实体上的信息。 集中式p 2 p 结构要求有一个连续运转的服务器，一旦服务器关闭或瘫痪，整个网络就 会停止运行。并且，服务器必须能够处理大量的用户连接，拥有足够的内存和磁盘空间来 维护和搜索文件列表。 集中式p 2 p 网络的结构如图2 1 所示，采用此结构的代表性软件是n a p s t e r 。 图2 1 集中式p 2 p 网络结构 2 4 2 完全分布式非结构化p 2 p 网络 如图2 2 所示，完全分布式非结构化拓扑的p 2 p 网络是纯p 2 p 网络，采用了随机图的 组织方式来形成一个松散的网络，不存在任何中央服务器，而且对覆盖网络的拓扑结构和 文件的存放位置也没有进行任何精确的控制。这种结构对网络的动态变化有较好的容错能 力，具有较好的可用性。完全分布式非结构化p 2 p 网络的典型代表是g n u t e l l a l 9 。 8 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章p 2 p 概述 图2 - 2 分布式非结构化p 2 p 网络( 纯p 2 p 网络) 结构 这种结构采用了完全随机图的洪泛式搜索和随机转发机制。节点加入时随机地选择系 统中现存的节点并与之建立连接，节点贡献的资源可以放在系统中的任意一个地方。为了 控制搜索消息的传输，g n u t e l l a 网络采用类似i p 数据包中t t l ( t i m et ol i v e ，生存时间) 的机制来决定是否继续转发消息。在完全分布式非结构化拓扑的p 2 p 网络模型中，每个节 点具有相同的功能，既是客户机又是服务器，所有的节点都被称为对等点。此结构的优点 是网络配置简单，不需要服务器的支持，在网络规模较小的时候具有很高的查询效率。但 其也存以下弊端： ( 1 ) 这种拓扑结构的网络中多采用洪泛方式查询和定位资源，随着联网节点的增多、 网络规模的不断增大，会增加网络负载，吞噬网络带宽，而且查询的速度较慢。 ( 2 ) 由于网络拓扑不确定，无法保证查找资源的确定性，可能导致在数据实际存在的 情况下发生查询失败，而且成功查询的结果也可能是不完全的。 ( 3 ) 由于采用了t t l 、洪泛、随机漫步或有选择转发算法，网络直径不可控，可扩 展性较差。 2 4 3 完全分布式结构化p 2 p 网络 结构化p 2 p 网络目的在于改善非结构化拓扑的p 2 p 网络中随机搜索造成的不可扩展 性，这种结构也没有中央服务器，但其覆盖网络的拓扑结构却受到严格的控制，而且文件 存储不是被随意地安排到某个节点而是被存储到指定的位置。最新的成果就是基于d h t i l 叫 ( d i s t r i b u t e dh a s ht a b l e ，分布式哈希表) 的分布式发现和路由算法。这种算法是通过分布 式散列函数将输入的关键字唯一地映射到某个节点上，然后通过一些特定路由算法和该节 点建立连接。在d h t 技术中，网络节点按照一定的方式分配一个唯一节点标识符( n o d e 9 南京自 硕i 研究生学位论女第= 章p 2 p 概述 i d ) 。资源对象通过散列运算产生一个唯一的资源标识符( o b j e c t i d ) ，且该资源将存储在 节点i d 与之相等或者相近的节点上。需要查找该资源时采用同样的方法可定位到存储 该资源的节点。分布式结构化拓扑的p 2 p 网络的代表有c h o r d 、p a s t r y 等。 d h t 类结构具有自适应性、良好的可扩展性、健壮性、节点i d 分配的均匀性，并且 还可以提供精确的发现只要目的节点存在丁网络中，d i e t 总能发现它。与此同时，此结 构也面临着新的问题：d i e t 的维护机制较为复杂，尤其是节点的频繁加入和退出造成的网 络波动会极大的增加d h t 的维护代价；恶意节点的攻击和破坏也将会对网络造成很大的 影响。 2 4 4 混合式p 2 p 网络 如图2 3 所示，混合式p 2 p 形式结合了集中式和分布式p 2 p 形式的优点，在设计思想 和处理能力上都得到进一步优化。混合式p 2 p 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。s k y p e i l l 就使用了混合式p 2 pi 珂络模式。 2 5 p 2 p 的应用 口、 p e e r 罾 p e er ，口 p e e r 口 p 日e r 届 tp e e r 擅g s u p e r - p e ”若r 图2 - 3 混合式p 2 p 网络 p 2 p 技术可以使在因特网上的任意两台计算机之间直接共享文档、多媒体和其它文件。 目前p 2 p 的应用主要有以下几个；b - i 面t 7 , 1 1 】 ( 1 ) 对等计算 对等计算研究的是如何充分地把网络中多台计算机暂时不用的计算能力结合起来，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 1 0 庶 s 一 罟：暑肿 一 s 堕室堂皇奎堂堡主堡壅竺堂垡笙苎兰三兰丝! 塑堕 利，如天气预报、动画制作、基因组的研究、安全加密等。就本质而言，对等计算就是网 络上c p u 资源的共享。 ( 2 ) 搜索引擎 基于p 2 p 的搜索引擎的出现，为互联网的信息搜索提供了全新的解决之道。与目前使 用的其它各类搜索引擎相比，p 2 p 的最大优势在于应用先进的对等搜索理念，可不通过给 定的中央服务器，也可不受信息文档格式和宿主设备的限制，对互联网络进行全方位的搜 索。同时搜索深度也是传统搜索引擎所难以比拟的，其搜索范围可在短时间内以几何级数 迅速增长。 ( 3 ) 协同工作 通过采用p 2 p 技术，可以去掉目前协同工作系统中的中央服务器，参与协同工作的计 算机直接建立连接，个人和组织可以随时采用多种方式建立在线和非在线的协同应用环 境，使得人们在互联网上进行实时信息交流变得更加方便。 ( 4 ) 即时通信 所谓即时通信，其实是指诸如m s n 、腾迅q q 等被称为在线聊天的工具。p 2 p 的即时 通信软件不仅可以随时知晓对方在线与否，而且通信双方的交流完全是点对点进行，不依 赖服务器的性能和带宽。 ( 5 ) 文件共享和下载 传统的w e b 方式中，要实现文件交换需要w e b 服务器的大力参与，通过将文件上传 到某个特定的网站，用户再到该网站搜索需要的文件，然后下载。这就要求w e b 服务器能 够对大量用户的访问提供有效的服务，服务器便成为w e b 应用的瓶颈之一。而p 2 p 技术可 以使用户利用基于p 2 p 的网络协议，直接从含有所需文件的对等节点下载该文件。应用实 例有国外的n a p s t e r ，g n u t e l l a 和f r e e n e t ，国内的有北大天网m a z e 、迅雷等。 ( 6 ) 流媒体技术 传统的分布式多媒体系统一般是基于c s 模式，服务器以单播的方式与每个用户建立 连接。由于流媒体服务具有高宽带、持续时间长等特点，随着用户数量的增加，服务器的 带宽很快被消耗完，所以以前的网络电视经常出现断断续续，需要不断地进行数据缓冲。 由于p 2 p 网络本身的可扩展性，基于p 2 p 方式的流媒体技术很好地解决了传统流媒体带宽 不足的问题。应用实例有：沸点、p p l i v e 、q q l i v e 、p p s t r e a m 、s o p c a s t 等。 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章p 2 p 概述 2 6p 2 p 引发的安全及信任问题 目前看来，p 2 p 技术为服务共享、分布式计算和信息交流提供了更灵活高效的模式， 但它为信息安全带来了新挑战，需要新的安全保障手段。 1 知识产权保护问题 在p 2 p 共享网络中普遍存在着知识产权保护问题。尽管目前g n u t e l l a 、k a z a a 等p 2 p 共享软件宣传其骨干服务器上并没有存