P2P對等網(wǎng)絡(luò)路由模型及關(guān)鍵技術(shù)分析

2 主流P2P網(wǎng)絡(luò)模型分析
2．1 集中目錄式P2P模型
集中目錄式P2P結(jié)構(gòu)是最早的P2P應(yīng)用模式，因其仍具有中心化的特點(diǎn)也被稱為非純粹的P2P結(jié)構(gòu)，Napster是這種模型的典型代表，如圖l所示。集中目錄式模型，是由一個中心服務(wù)器來負(fù)責(zé)記錄共享信息以及反饋對這些信息的查詢，每一個對等實體要對它所需共享的信息以及進(jìn)行的通信負(fù)責(zé)。當(dāng)某節(jié)點(diǎn)希望搜索一個不知道位置的資源時，該節(jié)點(diǎn)向目錄服務(wù)器發(fā)送請求，目錄服務(wù)器在數(shù)據(jù)庫中查詢到匹配的資源后將其定位信息返回該節(jié)點(diǎn)，然后在兩個節(jié)點(diǎn)之間執(zhí)行交互。
與傳統(tǒng)的客戶朋艮務(wù)器模式不同，這種模式中客戶所需要的資料并非存儲在服務(wù)器上，而是存貯在P2P網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的各個節(jié)點(diǎn)中，當(dāng)查詢節(jié)點(diǎn)收到節(jié)點(diǎn)地址信息列表后，會根據(jù)網(wǎng)絡(luò)流量和延遲等信息選擇合適的節(jié)點(diǎn)建立直接連接，其文件傳遞并不經(jīng)過中央目錄服務(wù)器，而是直接在節(jié)點(diǎn)之間通過TCP協(xié)議進(jìn)行。此外服務(wù)器與對等實體以及對等實體之間都互有交互能力。

集中目錄式P2P首先實現(xiàn)了文件查詢與文件傳輸?shù)姆蛛x，有效地節(jié)約了中央服務(wù)器的帶寬消耗，減少了系統(tǒng)的文件傳輸延時。但中央目錄服務(wù)器卻成為脆弱的瓶頸，如果該服務(wù)器失效，整個系統(tǒng)都會癱瘓。而且，不同等級的用戶連接速度也會使系統(tǒng)性能大大降低。在Napster之后的P2P系統(tǒng)，都在這一點(diǎn)上進(jìn)行重點(diǎn)改進(jìn)，系統(tǒng)基本上都采用無中心結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)確性和可擴(kuò)展性都得到極大提高。
2．2 分布式P2P模型
分布式P2P網(wǎng)絡(luò)采用隨機(jī)圖的組織方式，利用TTL(Time-to-Live)，洪泛(Flooding)，隨機(jī)漫步或有選擇轉(zhuǎn)發(fā)等方式搜索網(wǎng)絡(luò)資源。當(dāng)節(jié)點(diǎn)度數(shù)服從冪率(power―law)規(guī)律時，該方式能夠較快發(fā)現(xiàn)目標(biāo)結(jié)點(diǎn)，而且面對網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)變化體現(xiàn)了較好的容錯能力。代表性網(wǎng)絡(luò)是Gnutella，如圖2所示。

在分布式P2P模式下，所有節(jié)點(diǎn)都參與服務(wù)，控制流和數(shù)據(jù)流都在對等節(jié)點(diǎn)之間交互，解決了中心化的問題，避免服務(wù)器瓶頸，部分節(jié)點(diǎn)出問題也不會影響整個網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，搜索結(jié)果更新比較及時，時效性高；但是，采用flooding方式傳播搜索請求，造成網(wǎng)絡(luò)額外開銷比較大，隨著P2P網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的逐漸擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)開銷成指數(shù)級上升。因此準(zhǔn)確性和可擴(kuò)展性是非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)絡(luò)面臨的兩個重要問題。
2．3 結(jié)構(gòu)化P2P模型
結(jié)構(gòu)化P2P模式是一種采用純分布式的消息傳遞機(jī)制和根據(jù)關(guān)鍵字(KEY)的定位服務(wù)，從根本上改變了P2P網(wǎng)絡(luò)無結(jié)構(gòu)的狀態(tài)。其中主流的方法就是采用分布式哈希表(Distributed Hash Table，DHT)技術(shù)，是目前擴(kuò)展性最好的P2P路由方式之一。DHT首先為網(wǎng)絡(luò)中的每一個節(jié)點(diǎn)分配虛擬地址(VID)，同時用一個關(guān)鍵字(KEY)表示其可提供的共享內(nèi)容。通過一個特定的哈希函數(shù)(一般使用的是安全哈希函數(shù)，如SHA一1等)將文件名(KEY)與節(jié)點(diǎn)信息(VID)運(yùn)算為一個哈希值H(KEY，VID)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)進(jìn)行資源定位的時候，可以容易地根據(jù)H(Key)值獲得文檔的精確存儲位置。由于DHT各節(jié)點(diǎn)并不需要維護(hù)整個網(wǎng)絡(luò)的信息，只在節(jié)點(diǎn)中存儲其臨近的后繼節(jié)點(diǎn)信息，因此較少的路由信息可有效地實現(xiàn)到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，同時又取消了洪泛算法，該模型有效地減少了節(jié)點(diǎn)信息的發(fā)送數(shù)量，增強(qiáng)了P2P網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性。同時，出于冗余度及延時的考慮，大部分DHT總是在節(jié)點(diǎn)的虛擬標(biāo)識與關(guān)鍵字最接近的K個節(jié)點(diǎn)上備份冗余信息，避免了單一節(jié)點(diǎn)失效的問題。
基于DHT的路由方式是P2P系統(tǒng)研究的主流之一。所涉及的系統(tǒng)一般都假定節(jié)點(diǎn)的能力相當(dāng)，這對于較小規(guī)模的系統(tǒng)非常有效，但這種假設(shè)并不適合大規(guī)模的Intemet部署。目前，成功應(yīng)用也比較少見。
2．4 混合式P2P模型
混合式P2P網(wǎng)絡(luò)結(jié)合了集中式結(jié)構(gòu)和分布式拓?fù)涞膬?yōu)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)中存在著中間服務(wù)器，文件目錄是分布的。在分布式模式的基礎(chǔ)上引入了超級節(jié)點(diǎn)(Super Node)概念，將用戶節(jié)點(diǎn)按能力(處理、存儲、帶寬等方面性能)分為搜索節(jié)點(diǎn)和普通節(jié)點(diǎn)兩類．搜索節(jié)點(diǎn)與其臨近的若干普通節(jié)點(diǎn)之間構(gòu)成一個自治的簇(Cluster)，簇內(nèi)采用基于集中目錄式的P2P模式，而整個P2P網(wǎng)絡(luò)中存在著眾多這樣的簇，各個不同的簇之間再通過分布式P2P模式將搜索節(jié)點(diǎn)相連起來，甚至可在各個搜索節(jié)點(diǎn)之間，再次選取性能最優(yōu)的節(jié)點(diǎn)或者另外引入一新的性能最優(yōu)的節(jié)點(diǎn)作為索引節(jié)點(diǎn)，來保存整個網(wǎng)絡(luò)中可以利用的搜索節(jié)點(diǎn)信息，并且負(fù)責(zé)維護(hù)整個網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。混合式P2P模型消除了分布式P2P結(jié)構(gòu)中使用Flooding算法帶來的網(wǎng)絡(luò)擁塞、搜索遲緩等不利影響，吸收了集中式拓?fù)涞囊坠芾硇耘c分布式拓?fù)涞目蓴U(kuò)展性，在異構(gòu)的P2P網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下是一種較好的模式選擇。其中最典型的案例就是Fastrack，如圖3所示。