P2P原理简介

1 纯P2P架构

• Peer-to-peer
• 没有服务器
• 任意端系统之间直接通信
• 节点阶段性接入Internet
• 节点可能更换IP地址

2 文件分发：客户机/服务器 vs. P2P

问题 : 从一个服务器向N个节点分发一个文件需要多长时间?

文件分发：客户机/服务器

服务器串行地发送N个副本

• 时间： NF/us
• 客户机i需要F/di时间下载

文件分发：P2P

• 服务器必须发送一个副本
  
  • 时间： F/us
• 客户机i需要F/di时间下载
• 总共需要下载NF比特
• 最快的可能上传速率： us + ∑ui

3 文件分发：BitTorrent

• 文件划分为256KB的chunk
• 节点加入torrent
  
  • 没有chunk，但是会逐渐积累
  • 向tracker注册以获得节点清单，与某些节点（
    “邻居”）建立连接
• 下载的同时，节点需要向其他节点上传chunk
• 节点可能加入或离开
• 一旦节点获得完整的文件，它可能（自私地）离开或（无私地）留下

获取chunk

• 给定任一时刻，不同的节点持有文件的不同chunk集合
• 节点(Alice)定期查询每个邻居所持有的chunk列表
• 节点发送请求，请求获取缺失的chunk
  
  • 稀缺优先
    　　

发送chunk: tit-for-tat

• Alice向4个邻居发送chunk：正在向其发送Chunk，速率最快的4个
  
  • 每10秒重新评估top 4
• 每30秒随机选择一个其他节点，向其发送chunk
  
  • 新选择节点可能加入top 4
  • optimistically unchoke

4 P2P应用：索引技术

P2P：收索信息

P2P系统的索引：信息到节点位置(IP地址+端口号)的映射。

文件共享(电驴)

• 利用索引动态跟踪节点所共享的文件的位置
• 节点需要告诉索引它拥有哪些文件
• 节点搜索索引，从而获知能够得到哪些文件
  　　

即时消息(QQ)

• 索引负责将用户名映射到位置
• 当用户开启IM应用时，需要通知索引它的位置
• 节点检索索引，确定用户的IP地址

集中式索引

Napster最早采用这种设计

1) 节点加入时，通知中央服务器：IP地址内容。
2) Alice查找“Hey Jude”。
3) Alice从Bob处请求文件。

集中式索引的问题

内容和文件传输是分布式的，但是内容定位是高度集中式的。会出现如下问题：单点失效问题、性能瓶颈、版权问题。

洪泛式查询: Query flooding

• 完全分布式架构
• Gnutella采用这种架构
• 每个节点对它共享的文件进行索引，且只对它共享的文件进行索引

• 覆盖网络(overlay network): Graph

  • 节点X与Y之间如果有TCP连接，那么构成一个边
  • 所有的活动节点和边构成覆盖网络
  • 边：虚拟链路
  • 节点一般邻居数少于10个
    　　

• 查询消息通过已有的TCP连接发送

• 节点转发查询消息
• 如果查询命中，则利用反向路径发回查询节点

层次式覆盖网络

• 介于集中式索引和洪泛查询之间的方法
• 每个节点或者是一个超级节点，或者被
  分配一个超级节点
  
  • 节点和超级节点间维持TCP连接
  • 某些超级节点对之间维持TCP连接
• 超级节点负责跟踪子节点的内容

P2P案例应用：Skype

• 本质上是P2P的：用户/节点对之间直接通信
• 私有应用层协议
• 采用层次式覆盖网络架构
• 索引负责维护用户名与IP地址间的映射
• 索引分布在超级节点上