（计算机应用技术专业论文）peertopeer文件共享系统中的路由定位机制研究.pdf

摘要 近年来，随着互联网的快速发展和普及，在“大网络用户中兴起了一类颠覆传统的新型 应用，即p e e r - t o - p e e r 结构的文件共享应用。这类应用以文件资源共享为目的，为用户提供 简便的文件交换服务。p e e r - t o - p e e r 文件共享系统最早出现丁1 9 9 9 年，在五年之后的今天比 较著名的相关系统已经有四十多个，还有众多的这些著名系统的变种和未知名的系统。有多 个p e e r - t o p e e r 文件共享系统已经各自拥有数以百万计的用户，它们都聚集了海量的文件资 源，成为了互联网上资源共享的一种重要形式。 p e e r - t o p e e r 结构的文件共享系统是与传统的c l i e n t s e r v e r 结构的分布式文件系统相对 立的，是分布式文件系统的一个分支。p e e r - t o p e e r 文件系统蜃大的特点是使用起来灵活自 由、总体拥有成本低廉、资源总量巨大，因此吸引了大量的用户，在现实世界中被广泛地应 用。而且这一新兴事物还在不断的发展中，其用户数量仍在继续增长中，应用前景看好。鉴 丁| 此，p e e r - t o p e e r 文件共享系统已经引起了众多研究者的注意，成为一个重要的研究方向。 在p e e v t o p e e r 文件共享系统方向上目前有多个内容值得研究，包括分布资源管理 ( r e s o u r c em a n a g e m e n t ) 、分散性( d e c e n t r a l i z a t i o n ) 、自组织性( s e l f - o r g a n i z a t i o n ) 、资源的 奇找定位策略( 1 0 c a t i n gp o l i c y ) 、节点之间的路由策略( r o u t i n gp o l i c y ) 、系统可扩展性 ( s c a l a b i l i t y ) 、可靠性( r o b u s t ) 、可用性( a v a i l a b i l i t y ) 、匿名性( a n o n y m i t y ) 、安全性( s e c u r i t y ) 等。其中文件资源的定位和路由是系统的核心问题，影响到系统的其它方面。一个高效的路 由定位机制对于一个成功的p e e v m p e e r 系统而言是必需的。 本文研究了文件共享系统中的路由定位( l o c k i n g r o u t i n g ) 机制。本文结合具体的 实例系统n a p s t e r 、g n u t e l l a 和f r e e n e t ，对c e n t r a l i z e dd i r e c t o r ym o d e l 、f l o o d e dr e q u e s t sm o d e l 、 d o c o m e n tr o u t i n gm o d e l 这三种经典的路由定位模型进行了研究。分析了这三种模型的工仟 机制，总结了它们的得失。在此基础上，本文针对三者中相对较优的d o c u m e n tm u t i n g m o d e l 做了更深入的研究，对d o c u m e n tr o u t i n gm o d e l 在f r e e n e t 系统中的应用做了深入分 斤，指出 了f r e e n e t 耗费空间过多和无选择下载的缺陷。 本文提出了一种基于资源位置提示的定位策略，即h i n t b a s e dl o c k i n g r o u t i n g m e c h a n i s mf o rp e e r - t o p e e rf i l es h a r i n gs y s t e m s ( 以下简写为h b l r ) 。使用h b l r 可以比 f r e e n e t 中的路由定位机制节省节点存储空间，还能够提供选择文件下载位置的机会，减少 文件服务的时间。 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，ak i n do fn e w a p p l i c a t i o nw i t hs u b v e r s i v ep o w e rh a sr i s e na m o n gt h el a r g e n u m b e r so fi n t e r n e tu s e r s t h i sk i n do fa p p l i c a t i o ni sj u s tt h ep e e r - t o - p e e rf i l e s h a r i n g t h e a p p l i c a t i o na i ma tf i l es h a r i n g ，p r o v i d ec o n v e n i e n tw a yf o rf i l ee x c h a n g eb e t w e e nu s e r s t h ef i r s t p e e r - t o - p e e rf i l e - s h a r i n gs y s t e mw a sb o mi n 1 9 9 9 n o w a d a y s ，f i v ey e a r sa f t e rt h a t ，t h e r ea r em o r e t h a n4 0f a m o u ss y s t e m s ，l o t so ft h es y s t e m s v a r i a t i o n s ，a n d s y s t e m s n o tp u b l i s h e d s e v e r a l s y s t e m se a c hh a v em i l l i o n so fu s e r sn o w t h e ya l lc o l l e c t e dm a s so ff i l er e s o u r c e ，b e c o m i n ga n i m p o r t a n tm e t h o d f o rr e s o u r c es h a r i n go ni n t e m e t t h ep e e r q o - p e e rf i l e s h a r i n gs y s t e mi sc o n t r a r yt ot h ec o n v e n t i o n a lc l i e n t s e r v e rs t r u c t u r e d f i l es y s t e m ，b u ti sa l s oab r a n c ho f t h ed i s t r i b u t e df i l es y s t e m t h ep e e r - t o - p e e rf i l e s h a r i n gs y s t e m a r r a c t e dn u m e r o u su s e r sa n d b e i n ga p p l i e dw i d e l y b e c a u s eo fi t sf l e x i b l em o d e ，l o w c o s t o w n e r s h i p ，a n dn u m e r o u sf i l er e s o u r c e s t h i sn e w v e n di su n d e rc o n t i n u o u s l yd e v e l o p m e n ty e t i t su s e rq u a n t i t yi si n c r e a s i n g ，a n di t sf o r e g r o u n di sn i c e s o ，t h ep e e r - t o 。p e e rf i l e s h a r i n gs y s t e m h a sd r a w n m a n y r e s e a r c h e r s a t t e n t i o nt oi l m a n yf i e l d si nt h ep e e r - t o - p e e rf i l e - s h a r i n gs y s t e ma r ew o r t hs t u d y i n g ，i n c l u d i n gr e s o u r c e m a n a g e m e n t ，d e c e n t r a l i z a t i o n ，s e l f - o r g a n i z a t i o n ，l o c a t i n gp o l i c y , r o u t i n gp o l i c y , s c a l a b i l i t y , r o b u s t ， a v a i l a b i l i t y ，a n o n y m i t ya n ds e c u r i t ye t c a m o n ga l l t h ef i e l d s ，t h el o c a t i n g r o u t i n gi sac o r e p r o b l e mf o rt h es y s t e m i ta f f e c t i n go t h e rf i e l d s ah i g h - e f f i c i e n tl o c a t i n g r o u t i n g m e c h a n i s mi s n e c e s s a r yf o ras u c c e s s f u ls y s t e m t h i st h e s i sw a sf o c u s e do nt h el o c a t i n g & r o u t i n gm e c h a n i s m t h r e ec l a s s i c a ll o c a t i n g r o u t i n gm o d e l s ，t h ec e n t r a l i z e dd i r e c t o r ym o d e l ，t h ef l o o d e dr e q u e s t sm o d e la n dt h ed o c u m e n t r o u t i n gm o d e lw e r es t u d i e d ，a l o n gw i t ht h r e e f a m o u ss y s t e m s ，n a p s t e r , g n u t e l l aa n df r e e n e t t h e i rw o r k i n gm e c h a n i s m sw e r ea n a l y z e d ，a n dt h e i rg a i n a n dl o s sw a ss u m m a r i z e d ，t h e d o c u m e n tr o u t i n gm o d e li nf r e e n e tw a si n - d e p t ha n a l y z e d ，a n dt h ed i s a d v a n t a g eo fp e e r s s t o r a g e s p a c eo v e rc o n s u m i n g a n dd o w n l o a d i n gw i t h o u ts e l e c t i o nw e r ed i s c o v e r e d i nt h i st h e s i s ar e s o u r c el o c a t i o nh i n t - b a s e dm e c h a n i s mw a sp r o p o s e d i t s f u l ln a m ei s h i n t - b a s e d l o c a t i n g & r o u t i n gm e c h a n i s mf o r p e e r - t o p e e rf i l e - s h a d n gs y s t e m s ( h b l r ) ” u s i n gh b l ri n s t e a d o ff r e e n e tc a ns a v e p e e r s s t o r a g es p a c e ，p r o v i d i n g f i l e 。d o w n l o a d i n g p o s i t i o ns e l e c t i n gc h a n c e a n dd e c r e a s i n gt o t a lf i l es e r v i c et i m e 2 第一章绪论 p e e r - t o p e e r 文件共享系统是一个具有强大生命力的新兴事物，它从一诞生就受到了众 多h 4 户的热烈欢迎并被j “泛地使用。时至今日，互联网上很大一部分的流量都是臼各种 p e e r - t o - p e e r 文件共享系统所产生的 1 j ，多个p e e r - t o p e e r 文件共享系统在互联网卜载排行榜 上也是名列前茅的 2 ，足可见该类型的应用在当今的网络应用中所处的重要地位。研究这 类应用系统并继续推动它的发展是一项有趣的工作。 1 1 本文的动机 p e e r - t o p e e r 文件共享系统运行于网络环境之中，这个网络可以是局域网，也可以是广 域网。虽然在局域网中，这种文件共享系统也能够发挥其作用，但是局域网内可共享的文件 资源是有限的，而且一般有其它更为有效的共享方式。因此p e e r - t o p e e r 文件共享系统的成 功主要体现在广域网上，尤其是互联网环境中。 互联网是一个方便人们进行信息交流的基础工具，是一种用来实现交流的载体它为信 息互联提供了物质基础。形形色色的应用运行于互联网这个平台之上，依托于这个平台来实 现各自的功能。没有互联网这个基础结构的支撑也就不会有w e bs e r v i c e 、v o d 、e m a i l 、 e b u s i n e s s 等各类互联网应用的成功。近年来，互联网硬件基础不断得到发展，主干网络带 宽持续增长，网络互联程度加大，用户终端接入方式发生质的变化。对于用户而言，最明显 的变化就是接入速度的大幅度提高。以中国为例，以拨号上网的方式接入互联网的用户正在 减少，而通过各种宽带接入的用户正在急剧增多。截至2 0 0 3 年6 月中国宽带上网用户己达 9 8 0 万比2 0 0 2 年1 2 月增长4 8 5 ，相比2 0 0 2 年6 月更是增长了3 9 0 ，同时有超过5 0 的非宽带用户表示在未来一年内肯定会或者可能会使用宽带接入方式 3 】。越来越良好的互 联网硬件基础将会为具体的应用提供更好的支持。 同时，p c 的进一步普及为更多用户上网提供了个人物质基础。1 9 9 8 年各大p c 制造商 在市场上大力推行售价1 0 0 0 美元以下的入门级p c ，到了1 9 9 9 年入门级p c 的售价降到6 0 0 美元以卜此后入门级p c 的价格一直维持在5 0 0 - - 6 0 0 美元而机器性能却在不停增强。到了 2 0 0 2 年国际大厂开始纷纷推出1 0 0 0 美元以下的笔记本p c 。p c 价格的下降及时迎合了个人 用户的需求，推进了p c 的普及，越来越多的人开始使用p c 进行工作和娱乐。 随着互联网的高速发展和p c 的普及，互联网用户的数量迅速上升。据c n n i c 的数据， 截至2 0 0 3 年底，中国互联网用户人数超过7 8 0 0 万，占世界互联网用户总数的1 1 3 。由此 可以估算出全世界互联网用户的总数接近7 亿，这是个巨大的数字。在巨大用户群的支持下， 互联网上的应用种类越来越多样化，除了w e b 、f t p 、e m a i l 等经典的应用之外t 还有大批 的新兴应用获得了众多用户的青睐p e e r - t o p e e r 文件共享系统就是其中的佼佼者。 6 p e e r - t o - p e e r 文件共享系统的出现满足了相当一部分互联网用户的需要，提供了一种不 同于传统方式的文件资源共享途径。互联网上传统的文件资源共享方式，如w e bs e r v i c e 羊 f t p 等都是基于c l i e n t s e r v e r 模式的。这种模式固然有其数据集中，便于管理的优点，但是 受到服务器能力的限制t 自够提供的资源数量是有限的，不可能提供所有用户感兴趣的文件。 部分访问量小或者潜在用户数量小的文件往往是不存在于服务器上的而这些文件资源叉确 实有对其感兴趣的用户，虽然这些用户的绝对数量不多。p e e r - t o p e e r 文件共享系统正好可 以在一定程度上解决这个问题，由用户之间的协作来相互提供用户感兴趣的文件。单个用户 能够提供的文件数量虽然不多所使用的p c 的处理能力也极其有限，这两方面都远不及服 务器，但是整个系统能够提供的文件总量却可以远远超过服务器，系统中每个节点承担的处 理任务也远少于服务器。而且p e e r - t o p e e r 文件共享系统使用起来灵活自由用户可以随时 加入或者退出。 正是因为有了海量的文件资源和灵活自由的使用方式，p e e r - t o p e e r 文件共享系统才受 到大量的互联网用户的青睐，风靡整个网络世界。2 0 0 2 年9 月的份调查报告指出互联网 上4 0 6 0 的流量是由k a z a a 【5 】和g n u t e l l af 6 这两个p e e r - t o - p e e r 文件共享系统所产生的 一项对1 6 0 0 0 个家庭用户的调查表明大约有1 5 - 3 0 用户使用这两个系统 4 j 。著名的文件共 享系统k a z a a 的累计被下载次数已经超过了3 亿次，成为世界上被下载次数最多的软件 2 。 而且，p e e r - t o p e e r 文件共享应用有着继续发展的良好势头。以k a z a a 为例，在2 0 0 4 年2 月 的连续几周中，每周内被下载的次数都达到2 0 0 万次以上 5 】。 p e e r - t o p e e r 文件共享系统的产生完全是因为用户的需求，它是完全面向终端用户的， 它往实际的应用中得到改进和完善。这种系统最早的应用原型出现于1 9 9 9 年，历史还不| 王= ， 也远没有达到成熟完善的地步。其中待研究的东西涉及系统的各个方面，包括分布资源管理 ( r e s o u r c em a n a g e m e n t ) 、分散性( d e c e n t r a l i z a t i o n ) 、自组织性( s e l f - o r g a n i z a t i o n ) 、资源的 查找定位策略( 1 0 c a t i n gp o l i c y ) 、节点之间的路由策略( r o u t i n gp o l i c y ) 、系统可扩展性 ( s c a l a b i l i t y ) 、可靠性( r o b u s t ) 、可用性( a v a i l a b i l i t y ) 、匿名性( a n o n y m i t y ) 和安全性( s e c u r i t y ) 等。其中文件定位和路由机制是它的核心问题，影响着其它方面。在p e e r - t o - p e e r 文件共享 系统中，节点间的协作是系统运作的基本条件。协作表现在文件资源共享和节点上的信息路 由。请求一个文件的信息在节点之间转发，通过节点之间的路由来到达目的地。而文件的定 位肯定伴随着路由动作，因此可以把文件定位和路由合称为路由定位。一个高效合理的路由 定位机制能够有效提高系统的效率，提升系统的性能。本文的目的就在于研究p e e r - t o p e e r 文件共享系统的路由定位策略，分析比较现有的路由定位算法，并在此基础上设计种有效 的机制，实现提升系统的整体性能的目的。 1 2 目标 本文的目的首先是在于对p e e r - t o p e e r 文件共享系统进行研究和分析，完整地了解这类 系统的各方面特性a 在此基础上对p e e r - t o p e e r 文件共享系统的路由定位机制进行分析和比 较，得出各种机制的优劣，掌握路由定位机制的主要设计原则。最终的目标是在已有的基础 摸型上设计一个高效率的路由定位机制，并通过测试对新机制的效果进行评估和分析。 这种新机制要达到的具体目标是： 纯粹的p e e r - t o p e e r 架构。在这种结构中，没有节点作为专门的服务器为其它节点 提供服务。所有的节点都是对等的，它们都是s e r v e r 同时也都是c l i e n t 。各个节点 在为其它节点提供服务的同时也从其它节点获得服务。 节点支持应用层的路由。纯粹p e e r - t o p e e r 结构的系统中没有专职服务器，逻辑结 构上非直接相邻的节点之间的通信通过消息在应用层上的路由转发来实现。 较好的空间和时间效率。鉴于作为节点的p c 存储空间有限，路由定位机制不能耗 费太多的空间。由于p c 的事务处理能力也远低于服务器，因此路由定位机制的时 间效率也应该得到关注。 尽可能节省网络带宽。整个系统的控制信息流量和数据流量会很大，应尽可能地提 高网络带宽的利用率，避免浪费带宽。 1 3 本文的内容组织 本文内容按以下方式组织： 第一章，概述。本章对p e e r - t o p e e r 文件共享系统做一个简要的介绍，并说明本文的动 机和目标。 第二章，p e e r - t o p e e r 文件共享系统。这一章对p e e r - t o p e e r 文件共享系统进行概述，包 括这种系统的历史起源及应用现状、系统的主要特性、对几个典型的实际应用系统的介绍。 第二章，p e e r - t o p e e r 文件共享系统的路由定位机制。这一章提出路由定位机制的核心 作用，分忻已有模型的优劣，提出问题和相应的改进策略。 第四章，h b l r 的设计。这一章针对上一章提出的问题，为纯粹p e e r - t o - p e e r 结构的文 件共享系统设计一个路由定位机制，包括基本设计和加强设计。 第五章，h b l r 的测试、分析与评估。这一章阐述对h b l r 进行的测试和分析工作， 对h b l r 机制进行评估。 第六章，总结与展望。对本文的工作做出总结，概要地分析h b l r 的得失，提出改进 的方向，并对p e e r - t o p e e r 文件共享系统及其路由定位机制的发展做一展望。 第二章p e e r - t o p e e r 文件共享系统 p e e r - t o - p e e r 文件共享系统自从诞生以来就深受用户青睐，迅速风靡互联网。随着时间 的推移，这一类型应用的用户数量不断增长，府用系统的数量也越来越多。作为一种新兴事 物，它凭借着能切实满足用户需求的功能赢得了用户的支持拥有了良好的用户基础。用户 的需求又反过来推动着p r _ t o - p e e r 文件共享系统的发展，赋予了它强大的生命力。众多的 软件公司被其良好的市场前景所吸引，开发了多个应用系统。各种研究机构看好它的发展潜 力，致力于对它的研究。众多的国际学术会议把p e e r - t o p e e r c o m p m i n g 设为一个研究方向， 作为分布式系统研究的一个组成部分。由此可见，p e e r - t o p e e r 文件共享系统发展势头良好。 研究p e e r - t o - p e e r 文件共享系统有必要了解这一系统的历史起源及现状，理解它的兴起 原因及发展历程，并关注相关的应用问题。进行深入研究的基础是对这一系统从整体上有全 面的理解和认识，对各个方面有比较透彻的了解。熟悉一些有代表性的具体的p e e r - t o p e e r 文件共享系统，并进行有针对性的分析也是进行深入研究的必要前提。 2 1p e e r - t o p e e r 文件共享系统的历史与现状 p e e r q o p e e r 文件共享系统出现在现实应用中的历史并不长，仅仅是在上个世纪末的时 候才开始登上互联网应用的舞台。但是，它的发展却非常迅速，已经成为当前最受用户关注 的二类网上应用【l 】 2 1 。 2 1 1 最早的p e e r - t o p e e r 文件共享系统 最早的p e e r - t o p e e r 文件共享系统是n a p s t e r 7 】，一个用于在音乐爱好者之间交换r a p 3 音乐文件的工具。1 9 9 9 年，就读于美国波士顿东北大学的一年级学生s h a w nf a n n i n g 创造了 这一后来极具影响力的应用工具。 s h a w nf a n n i n g 开发n a p s t e r 的初衷是为了便于从网络中获取自己所需要的音乐文件， 而获取的方式是在网友之间互通有无。n a p s t e r 为音乐爱好者们提供了一个相互联系的环境， 使得志趣相投的用户可以共享他们各自所拥有的音乐文件。n a p s t e r 本身并不直接向剧户提 供任何音乐文件，它所提供给用户的只是一种信息索引服务，告诉用户音乐文件之所在t 即 告知用户他所需要的音乐文件在哪些其它用户的机器上存在。n a p s t e r 为了实现索引服务而 提供了索引服务器。用户在索引服务器上注册自己用于共享的音乐文件信息，并且从该服务 器获得其它用户提供的用于共享的文件信息。通过索引服务器的索引服务和用户节点之间的 文件传输，n a p s t e r 达到了文件共享的目的。 n a p s t e r 的结构并不复杂，甚至是相当的简单，但是这一应用工具所蕴含的思想却是先 进的它使成千上万的用户有了交流的纽带，有效地实现了网上在线社区的信息共享。在短 9 短的时间内，n a p s t e r 风靡互联刚，吸引t 数t t tj i i - i 的h 户。截至2 0 0 1 年1 1j j ，n a p s t e r 的h j 户达到5 0 0 0 万。之后由予非技术原闪，n a p s t e r 的发腱受到了挫折。但是n a p s t 。，是小 折不丰的p e e r t o p e e r3 c f l ：共享系统的先驱，它开包j t 互联网上j i j p 2 _ 问进彳文件共享的先 河，在它之后各种p e e r _ t o p e e r 文件共享系统层出不穷，如雨后眷笋般发展起来。 2 1 2 有趣的社会学基础 p e e r t o - p e e r 文件共享系统的流行不仅得益于它极强的实用i 牛 t i 针对性，在一定程度上 它也迎合了用户希望自由自在地直接地与人进行交流的心理。p e e r 在英语里有“地位、能力 同等者”、“同事”和“伙伴”等意义p e e r t o p e e r 有“伙伴对伙伴”的含义，p e e r t o p e e 。 文件共享系统促成了伙伴之间直接的交流和文件资源的共享。 在当今的互联网上，伴随着搜索引擎的功能越来越强，门户站点的内容越来越丰富，人 们上网的方式也越来越单一了。人h 卜一般总是到一个地方去获取所有的信息，比如当前中国 的众多网民一旦上网即直指新浪、网易、搜狐等几个大的门户网站。这些站点控制了信息的 流动、充斥了人量用户不感兴趣的信息、阻碍了真正的交流，尤其是有太多的广告让人感到 厌烦。p e e r - t o p e e r 文件共享系统的目标就是把控制权重新还到用户手中去。 p e e r 4 0 p e e r 文件共享系统将用户们直接联系了起来，让用户通过互联网直接交流，消 除了中间的内容服务提供商。p e e r - t o p e e r 文件共享系统可以使用户直接到其它用户的计算 机上进行文件的下载，而不需要连接到专门的服务器去下载。p e e r - t o p e e r 文件共享系统改 变了一段时间以来互联网以大大小小的网站为中心的状态，把决定如何使用互联网的权力交 还给了州户。p e e v t o p e e r 的模式看起来似乎很新，其实不然。在现实生活中我们使用电话 的方式就一直是p e e r - t o p e e r 的，只是这一模式在互联网服务领域中的应用是一个新的尝试。 人们通过p e e r - t o p e e r 文件共享系统可以共享本地硬盘上的文件，这种能量是非常令人激动 的。那些费心存储在自己的硬盘上的东西肯定是我们认为最有价值的，所有人都可以通过 p e e r t o p e e r 文件共享系统把他们认为最有价值的东西拿出来与大量志趣相投者共享，这将 使得互联网上信息的价值得到极大的提升。 p e e r t o p e e r 文件共享系统使我们对流传已久的两种说法产生质疑。这两种说法是“应 用服务提供商( a p p l i c a t i o ns e r v i c ep r o v i d e r ，简写为a s p ) 是未来趋势”车”“个人电脑( p c ) 死了”。a s p 的一个基本假设就是对于大多数用户来说购买和维护高性能服务器的成本太高 了，但是p e e r - t o - p e e r 使得每个用户的机器都可以扮演“服务器”的角色，为其他用户提供 服务。“个人电脑死了”的预言认为个人电脑将主要用来浏览互联网、进行字处理等，圆此 最简单的瘦客户机就可以满足需求。而p e e r - t o p e e r 使得个人电脑再一次成为一类应_ ；j 的“中 心”。 我们所处的真实生活环境是p e e r - t o p e e r 的环境，人们可以和其他人直接地交流。信息 技术将我们带到了网络空间，在网络空间我们仍然希望能够按照原来的p e e r t o p e e r 的方式 来进行交流和沟通。尽管互联网在本质上是支持对等交流模式的，但是网络技术的发展给对 i o 等交流增加了许多障碍。动态i p 地址、网络防火墙、代理服务器等从技术上使得对等连接 变得困难更不用说目前的互联网主导模式已经发展成为c l i e n t s e r v e r 模式，很多情况i m 户在互联网上只能被动地接受门户网站提供的信息。用户之间的直接交流是非常困难的，大 多数的情况下只限于网络即时聊天的形式，这要求用户的在线参与，而且实现的只是即时信 息的传递。p e e r - t o p e e r 文件共享系统则能够实现文件资源的共享，而且只要求节点接入互 联网中，并不要求提供服务的用户在线参与。毫无疑问，p e e r - t o p e e r 文件共享系统拉近了 人与人之间的距离，为用户之间的直接交流提供了种便利的方式。 用户希望直接交流的愿望是p e e r - t o p e e r 文件共享系统获得成功的非技术因素。除此之 外这种应用的实际可行性还有其社会学基础。 在1 9 6 7 年，m i l g r a m 提出了一个人类社会中人际关系的“六级分隔”理论。他进行了 一个实验。他在美国德克萨斯州和内布拉斯加州随机挑选了大约4 0 0 人，以及和这4 0 0 人都 不相识的马萨诸塞卅l 的一位陌生人作为实验对象。实验要求那4 0 0 人各自通过自己的熟人将 一个包裹转送给马萨诸塞州的陌生人。实验结果是在各条传输链上包裹平均只要传递6 次， 就可到达最后的接收者。这个“六级分隔”理论在社会学等领域产生了相当大的影响，很多 时候被人们拿来用作“世界真小”( s m a l l w o r l dp h e n o m e n o n ) 的例证。 为了更深入地研究素昧平生的人在现代的网络社会中如何能够建立起联系，最近在互联 网上又进行了一次更大规模的实验。据2 0 0 3 年8 月的科学杂志【8 】，来自美国哥伦比亚 大学的p e t e rs h e r i d a nd o d d s 等研究者在世界上的1 3 个国家随机挑选了1 8 名收信人，这2 8 人包括了一位澳大利亚警察、一位挪威兽医以及一位爱沙尼亚档案员等。研究者还在全球范 围内招募了大量的志愿者。这些志愿者的任务是通过自己的朋友或熟人转发电子邮件，将信 息传递给其中一名收信人，但不允许查到收信人的电子邮件地址直接给这个人发信。共有来 自166 个国家的6 万多名志愿者参与这项研究，其中一半以上的参与者是北美受过高等教 育的中产阶层。这些志愿者们在彼此之间建立起大约2 4 万条信息传递链，有384 条信 息链最后抵达了收信人。很多人没有成功的原因是丧失了兴趣，导致多数传递链没有延续下 去。但是成功实现传递的志愿者平均只要通过5 到7 个中间人就可以将电子邮件转给任何 一位收信人。这个实验验证了3 0 多年前提出的“六级分隔”理论，而且证明这一理论在网 络社会中同样适用。 以上实验展现的其实就是人类社会中的p e e r - t o p e e r 现象。社会生活中的人作为独立的 个体，只要通过平均6 次左右的个体间联系的传递，就可以与社会中任意一个其它个体取得 联系。这为p e e r - t o p e e r 文件共享系统这一类应用的可行性提供了一定程度上的社会学依据， 因为它的搜索文件与实验中的搜索收信人有相似之处。实验中搜索收信人依靠的是人们相互 间的合作，所知条件是收信人的信息，根据已知信息去转发请求；p e e r - t o p e e r 文件共享系 统搜索文件依靠的是节点之间的协作，已知条件是关于文件的信息，根据已知信息去推动搜 索信息的转发。从这一角度看，只要p e e r - t o - p e e r 文件共享系统中的节点不是完全孤立的， 不是与其它节点没有任何联系的，那么任意两个节点之间都有可能通过一定次数的点对点连 接的组合建立联系，而这种连接的次数是不会太大的。 2 1 3 应用现状 从目前的情况来看，p e e r - t o p e e r 文件共享系统获得了巨大的成功。无论是从已有的相 关应用系统种类，还是从用户的数量来看，p e e r - t o p e e r 文件共享系统都具有蓬勃的生命力。 当然，这种应用的发展也遇到了一些挫折和阻碍，虽然原因是非技术l 的，但是对 p e e r _ t o p e e r 文件共享应用的发展影响深远，进而对相关的技术也产生了影响。 根据0 r e i l l y 的关于p e e r - t o p e e r 文件共享系统的资料 9 】，著名的应用系统已经有4 0 余种。另外还有很多系统没有被o r e i l l y 的相关资料收录在内，如兴起不久的b i t t o r r e n t 1 0 】 和e d o n k e y 1 1 】等。而且随着应用的发展，许多应用系统逐渐衍生出了多个变种。尽管这些 变种由专业研究者、爱好者或者商业公司出于不同的目的而开发，但是它们丰富了 p e e r - t o p e e r 文件共享应用的形式，给用户提供了更多的选择。如著名的p e e r - t o p e e r 文件共 享系统先n a p s t e r 就衍生出了o p e n n a p 【1 2 和s l a v a n a p 【1 3 等变种，g n u t e l l a 也有l i m e w i r e 【1 4 】、b e a r s h a r e 【1 5 】、c l i p 2 【1 6 1 、f u r t h u r n e t 【1 7 等变种。 随着应用系统及衍生物的蓬勃发展，p e e r - t o - p e e r 文件共享系统发展道路上的一个倾向 也越来越明显，那就是应用系统底层协议化。由同一原型衍生而来的多个系统除了有自身的 特点之外，一般都支持相同的底层协议。像n a p s t e r 这样的经典p e e r - t o p e e r 文件共享系统 与其说是具体的应用系统实例，倒不如说是一种应用协议。除了o p e n n a p 和s l a v a n a p 这两 个兼容于n a p s t e r 原型的服务器端系统，n a p s t e r 还有众多不同的客户端，公开发布的客户端 系统至少有5 0 个左右 18 】。这些不同的系统适用于不同的操作系统、或者是用不同的开发 工具来开发的，但是它们都支持通用的n a p s t e r 协议。因此使用不同客户端的用户之间可以 正常地进行通信，就像使用同一种客户端一样。另一个著名的p e e r - t o p e e r 文件共享系统协 议是f a s t t r a c k 【1 9 】，它被k a z a a 和m o r p h e u s 【2 0 所采用，由于底层协议的相同这两种系统 的用户也是相互可见的。 p e e r q o p e e r 文件共享系统在拥有众多的具体应用系统的同时。所拥有的用户数量也是 惊人的。部分应用软件被下载的次数 2 】 5 】【2 0 和部分系统的官方网站实时公布的在线人数 【1i 】【1 7 】都反映了这类应用的流行。 说到p e e v t o p e e r 文件共享系统的实际应用情况，不得不提到当前某些提供p e e r - t o p e e r 文件共享服务的公司和个人所面临的法律问题。由于p e e r - t o - p e e r 文件共享系统的出现，个 人用户之间共享、传递文件变得简单易行，m p 3 音乐文件等受到不安全保护的文件迅速而广 泛地在最终用户之间扩散。而各大唱片公司和代表他们利益的版权保护组织对此非常地不 满，认为用户们通过p e e r - t o p e e r 文件共享系统进行盗版活动。侵犯了知识产权，损害了唱 片公司的利益。r i a a ( r e c o r d i n g i n d u s t r y a s s o c i a t i o no f a m e r i c a n ，美国唱片业协会) 将多 家提供p e e r - t o p e e r 文件共享服务的公司和大量的个人用户告上了法庭或者向他们发出了诉 讼威胁。他们的依据是基于保护原创作品作者在各种有形传播媒体上的著作权的美国版权 1 2 法。这一状况虽然与p e e r - t o - p e e r 文件共享系统没有技术上的直接联系但是却影响着 p e e r - t o ，p e e r 文件共享系统的前途。 n a p s t e r 的官方网站【7 】自2 0 0 1 年被指控侵犯版权之后在很长一段时问内处于关闭状态， 原因就是受到了r i a a 的压力，面i 临法律诉讼的f 司题。惶们不得不承诺在保护版权方面做出 改进，并付诸实施。美国r o x i o 公司( n a p s t e r 的父公司) 曾在2 0 0 3 年7 月底表示，改头萎 面的在线音乐服务商n a p s t e r 将于2 0 0 3 年圣诞节期司首次亮相，届时用户可以用付费的方 式下载音乐。如今，新的服务系统已经推出，称为n a p s t e r 2 0 它拥有全球最大的台法音乐 库，内含近5 0 万首歌曲。n a p s t e r 2 0 的用户将可以搜寻音乐、收听预先设定的个人喜好电 台节目、刻录音乐光盘以及将音乐文件下载到其它设备，r o ) 【i o 公司的发言人表示大约9 7 的在线音乐用户记得n a p s t e r 品牌，其中又有一半的用户表示对付费服务有兴趣。 而r i a a 除了控告p e e r - t o p e e r 软件提供商和盗钣用户之外，还控告了一些i s p ( i n t e r a c t s e r v i c ep r o v i d e r ) 。至今为止，他们虽然输掉了i 、控告k a z a a 、m o r p h e u s 和其它一当 p e e r - t o p e e r 文件共享系统应用软件提供商的诉讼，帮赢得了对v e r i z o n 等i s p 的诉讼。r i a a 目前正积极通过法庭传票迫使这些i s p 提供下载过盗版音乐文件的用户的资科，以便进一疹 对个人用户提起诉讼。 r i a a 在向i s p 施压的同时。还要求美国高授提供学生的下载活动资料但是美国的一 些大学联合起来拒绝提供资料给r i a a 。同时，p e e r - t o - p e e r 文件共享系统软件供应商以“客 户服务”为由，利用多种匿名技术，包括代理服务器、密码技术和各种不同的u d p 端口阻 止r i a a 追查这些记录。而r i a a 则对p e e r - t o p e e r 下载者发动了最大规模的法律攻击，即 使是那些只共享了一首有版权歌曲的人。 除了r i a a 之外至少还有m p a a ( m o t i o np i c t u r e a s s o c i a t i o no f a m e r i c a ，美国动画业 协会) 也是极力反对p e e r - t o p e e r 文件共享系统的。但是，在没有最终的法律判决之前，双 方的行为是否得当在不同人看来是不一样的。有很多组织就对r a a 等的作为不以为然，以 不同方式直接或间接地为p e e r - t o p e e r 文件共享系统及其用户提供支持 4 s 】【4 9 1 。 2 2p e e r - t o p e e r 文件共享系统特性 p e e r - t o p e e r 文件共享是p e e r - t o - p e e r