前言

提示：以下是本篇文章正文內容

一、P2P原理

P2P技術屬于覆寫層網路(Overlay Network)的范疇，是相對于客戶機/服務器(C/S)模式來說的一種網路資訊交換方式

P2P也叫「對等網路」（英語：peer-to-peer， 簡稱P2P），是一種在對等者（Peer）之間分配任務和作業負載的分布式應用架構，是對等計算模型在應用層形成的一種網路形式

在P2P網路環境中，彼此連接的多臺計算機之間都處于對等的地位，各臺計算機有相同的功能，無主從之分，每個節點既充當服務器，為其他節點提供服務，也能作為客戶端，享用其他節點提供的服務

在C/S模式中，資料的分發采用專門的服務器，多個客戶端都從此服務器獲取資料

優點：資料的一致性容易控制，系統容易管理

缺點：因為服務器的個數只有一個(即便有多個也非常有限)，系統容易出現單一失效點, 單一服務器面對眾多的客戶端，由于CPU能力、記憶體大小、網路帶寬的限制，可同時服務的客戶端非常有限，可擴展性差

P2P技術正是為了解決這些問題而提出來的一種對等網路結構, 在P2P網路中，每個節點既可以從其他節點得到服務，也可以向其他節點提供服務，龐大的終端資源被利用起來，解決了C/S模式中的弊端

特點：

1.沒有服務器
2.任意端系統之間直接通信
3.節點階段性接入Internet
4.節點可能更換IP地址

二、檔案分發

P2P檔案分發中，每個對等方能夠向任何其他對等方重新分發他已經接收到的該檔案的任何部分，從而從分發程序中協助該服務器,P2P檔案分發協議BitTorrent

1.客戶機/服務器 vs P2P

假設us: 服務器上傳帶寬，ui: 節點i的上傳帶寬，di: 節點i的下載帶寬，檔案大小:F

從一個服務器向N個節點分發一個檔案需要多長時間?

C/S模式：

服務器串行地發送N個副本需要NF/us ，客戶機i需要F/di時間下載
所以，分發N個F所需時間：

P2P模式

服務器必須發送一個副本，所需時間 F/us，客戶機i需要F/di時間下載，總共需要下載NF位元，最快的可能上傳速率： us + ui(i=1…n)
所以，分發N個F所需時間：

當客戶端上傳速率= u, F/u = 1小時, us = 10u, dmin ≥ us
兩個模式下所化時間

客戶端－服務器體系下，分發時間隨著對等方數量線性增加

P2P體系下，分發時間呈線性增長而趨向一個常數，若F表示分發的檔案位元數量，u表示所有對等方具有的相同上傳速率，則這個常數為F／u，

2. BitTorrent協議

BT(BitTorrent)是 P2P 的一種實作

當一個對等方加入某洪流時，它向追蹤器注冊自己，并獲取節點串列，周期性地通知追蹤器它仍在該洪流中

Tracker(追蹤器)：Tracker 是指運行于服務器上的一個服務程式，也稱 Tracker服務器

tracker的作用: 跟蹤參與torrent的節點，追蹤到底有多少人同時在下載或上傳同一個檔案

客戶端連上Tracker服務器，就會獲得一個正在下載和上傳的用戶的資訊串列（通常包括IP地址、埠、客戶端ID等資訊），根據這些資訊，BT客戶端會自動連上別的用戶進行下載和上傳

torrent(洪流): 交換同一個檔案的檔案塊的節點組

chunk(檔案塊)：一個洪流中的對等方下載等長度的檔案塊，典型長度256KB, 檔案劃分為256KB的chunk

鄰近對等方：成功創建一個TCP連接的對等方

示例：

假設一個新的對等方Alice加入一個洪流，追蹤器隨機地從參與對等方的集合中選擇對等方的一個子集并將對等方的IP地址發送給Alice，Alice擁有了一個IP地址的串列，Alice與串列上的所有對等方創建TCP連接，成為鄰近對等方

給定任一時刻，不同的節點持有檔案的不同chunk集合，節點(Alice)定期查詢每個鄰居所持有的chunk串列，對于節點缺失的chunk,，Alice(節點）發送請求獲取（最稀缺的塊，優先級最高請求）

節點同時也要 發送chunk: tit-for-tat，Alice向4個鄰居發送chunk，正在向其發送Chunk要滿足速率最快的4個，同時每10秒重新評估top 4

每30秒隨機選擇一個其他節點，Alie隨機選擇一名新的對換伴侶，向其發送chunk，新選擇節點可能加入top 4

總之，大致程序：節點先加入torrent，若沒有chunk，但是后面會逐漸積累，然后，向tracker注冊以獲得節點清單，與某些節點（“鄰居”）建立連接，下載的同時，節點需要向其他節點上傳chunk

注：節點可能加入或離開，一旦節點獲得完整的檔案，它可能（自私地）離開或（無私地）留下

三、索引技術

P2P系統的索引：資訊到節點位置(IP地址+埠號)的映射

P2P應用中一個重要部分是資訊索引，即資訊到主機位置的映射，在這些應用程式中，對等方動態地更新和搜索索引

BitTorrent協議只是一個檔案分發協議，并沒有提供任何索引和搜索檔案的功能為了能夠在對等方區域中組織和搜索索引，所以需要搜索方法

1.集中式索引

提供了一個集中式索引，由一臺大型服務器來提供索引服務，索引服務器從每個活動的對等方收集IP地址和可供共享的檔案名稱(內容），從而建立一個集中式的動態索引，將每個檔案拷貝映射到一個IP地址集合

(1)節點加入時，通知中央服務器：IP地址和 內容

(2) Alice查找“Hey Jude”

(3) Alice從Bob處請求檔案

內容和檔案傳輸是分布式的，但是內容定位是高度集中式的,
這是一種P2P和CS混合體系結構，檔案分發是P2P，搜索是C/S
缺點：

①、單點故障：索引服務器崩潰導致P2P應用崩潰
②、性能瓶頸和基礎設施費用
③、侵犯著作權，容易被關閉

2.洪泛式查詢(Query flooding)

在查詢洪泛中，索引全面地分布在對等方的區域中，每個對等方索引可供共享的檔案而不索引其他檔案

完全分布式架構，每個節點對它共享的檔案進行索引，且只對它共享的檔案進行索引

對等方形成了一個抽象的邏輯網路：覆寫網路，節點X與Y之間如果有TCP連接，
那么構成一個邊，所有的活動節點和邊構成覆寫網路

注：
1.邊是虛擬鏈路，該鏈路可能有下面的許多物理鏈路組成
2.節點一般鄰居數少于10個

大致程序：
(1)查詢訊息通過已有的TCP連接發送

(2)節點轉發查詢訊息

(3)如果查詢命中，則利用反向路徑發回查詢節點

對等方通過已經存在的TCP連接，向覆寫網路中的相鄰對等方發送查詢報文，相鄰對等方向他們的相鄰對等方發送查詢報文

當一個對等方接收到一條查詢報文時，會檢查該關鍵詞是否與可供共享的任意檔案相匹配，如果存在一個匹配，會回復一條“查詢命中”報文，該報文包含了匹配檔案名和檔案長度，

該“查詢命中”報文遵循“查詢”報文的方向路徑，因而使用預先存在的TCP連接，擴展性差，會產生大量流量，因此使用了范圍受限查詢洪泛

3.層次式覆寫網路

這是介于集中式索引和洪泛查詢之間的方法

在層次覆寫設計中，不是所有對等方都是對等的，與因特網高速連接并具有高可用性的對等方被指派為超級節點

一個新的對等方與超級節點之一創建一個TCP連接，然后新對等方將其可供共享的檔案告訴超級節點，而超級節點維護一個索引，包括其子對等方正在共享的所有檔案的識別符號、有關檔案的元資料和保持這些檔案的子對等方的IP地址，即每個超級節點成為一個小型的索引

超級節點之間相互建立TCP連接，從而形成一個覆寫網路，超級對等方可以向其相鄰超級對等方轉發查詢，這里的查詢是范圍受限查詢洪泛

超級節和蹤子節之間采用集中式索引，超級節點之間采用洪泛式查詢

Skype應用：

總結

提示：這里對文章進行總結：