P2P网络现状与发展研究

贺文华 刘浩 贺劲松

摘  要：本文介绍了P2P网络的定义、特点，以及主要应用如文件共享、多媒体传输、分布式数据存储、分布式计算、协同工作、实时通信和搜索引擎等，并与传统网络在节点对等、资源分散、管理自治、拓扑结构、中心依赖、实时、可扩展、资源利用等方面进行了比较，P2P网络在分布式计算、协同工作、多媒体等方面强大的优势肯定是今后迅速发展的强大动力。然后，从P2P系统安全的角度，分析了P2P网络面临的挑战，阐述了构建安全对等网络是必然趋势，必将会拥有广阔的前景。

关键词：P2P网络;传统网络;系统安全;分布式;协同工作

中图分类号：TP393     文献标识码：A

Abstract：This article introduces the definition and characteristics of P2P network as well as the major application in file sharing，multimedia transmission，distributed data storage，distributed computing，collaborative work，real-time communication，and search engines.It is also compared with traditional network in terms of node equivalence，resource decentralization，management autonomy，topology，center dependence，real-timeness，extensibility and resource utilization.The remarkable advantages of P2P network in distributed computing，collaborative work，multimedia and other aspects are definitely powerful driving forces for the rapid development in the future.Then from the viewpoint of P2P system security，this paper analyzes the challenges faced by P2P network，and expounds why the construction of security peer-to-peer network is an inevitable trend with a promising prospect.

Keywords：P2P network;traditional network;system security;distributed;collaborative work

1   引言（Introduction）

P2P网络（Peer-to-Peer Network，简称P2P）也称为对等网络，P2P网络技术以应用软件为主要代表形式，是由网络基础硬件建立连接后的一种信息共享技术。基于局域网络的文件资源共享需求，P2P网络技术从1973年开始得到应用了，然而，由于当时PC机的性能低等原因，没有得到应用的推广。直到21世纪初，PC机的处理能力得到了极大的提升，并且PC机之间全双工信息流得以实现，P2P网络技术再一次得到了复兴，拥有了市场和应用。目前，P2P网络技术在互联网上已迅速崛起，并在协同工作、文件共享、搜索引擎、多媒体、分布式计算等多种应用领域中呈现出极大的优势，它被财富杂志列入因特网今后发展的四项科技中[1]。

2   对等网P2P（P2P network）

時至今日，P2P的定义尚没有统一，业界和学术界理解有区别，实质上是不矛盾。业界和学术界对P2P有多种定义和诠释如下：

定义1：P2P是一种通信模型，每个参与者以相同、对等的方式加入，并且一次通信会话是每个参与者都可以发起的。常见的通信模型有C/S模型和Master/Slave模型。在P2P应用中，每个通信节点不仅是资源、服务和内容的提供者，同时又是资源、服务和内容的获取者，对等通信得以实现[2]。

定义2：P2P是对等的、自治管理的实体组建而成的系统，实现网络中分布式闲散资源的共享，避免中间节点介入，消除了中心化、集中化服务[2]。

定义3：P2P是一种网络边界的一切能用的、闲散的、分布式共享资源（如分布式存储、协同工作、分布式计算、实时通信、多媒体传输等）的各种应用。在难以预知地址网络中，访问可用的闲散资源，就是对可用的、分散的资源实现连接访问，并且不能利用域名服务器来进行访问，可见，节点的自主权极大[3]。

定义4：P2P是一个分布式系统，系统中每个节点都提供功能服务，不仅向P2P网络提供资源、服务和内容，而且从P2P网络获取资源、服务和内容。如磁盘空间、文件、中央处理器处理时间等本地资源能让参与的各个节点共享，并形成可共享的公有的公共资源，而同时参与节点之间可以直接联系，无须经过中间实体来做联系桥梁[4]。

业界和学术界对P2P的多种定义和诠释，虽然表述的形式不尽相同，事实上，自由、平等、互联就是P2P技术的特点。

自由是指在P2P网络中各个节点是完全独立的、自治的，网络中对等节点的行为由其本身自由决策。如与哪些节点进行通信联系、与哪些节点交换信息等行为均不受限于其他网络节点，并且完全是自己自由决定的。

平等意味着在一个系统中的所有节点在功能、服务、地位上是完全对等的、平等的。体现了公平、公正的原则，一个节点不能控制其他节点，也不能限制其他节点，网络中所有节点都没有特权;然而，由于P2P网的可用资源分布于各个节点上，尽管各个节点提供的功能、服务不一样，并且各有特色，但每个节点既是功能服务的提供者，又是功能服务的享受者。

互联就是构建动态覆盖网。动态是指由于各个节点入网和退网是动态的、自由的，即网络拓扑结构是动态的。覆盖网意味着任意两个节点都可直接通信，实质上是在物理网络上建立一条IP路径，也就是一个逻辑连接，即在应用层组建覆盖网。

P2P技术更具体的特点有：

（1）非中心化：P2P网络是一个分布式系统，它的可用资源和功能服务分布在网络的各个节点，各个节点之间能够直接联系通信、传输信息和进行功能服务，并且各有特色，每个节点既是服务的提供者，又享受服务，无须经过中间实体来做联系桥梁，不再需要中间节点和服务器的介入，消除了中心化、集中化的服务，集中环节在网络中不再存在，进而消除了可能产生的瓶颈，从而P2P网络在可扩展性、隐私保护、健壮性和负载均衡等方面体现了强大的优势特色。

（2）可扩展性：P2P网络是一个自组织方式的系统，随着网络用户数量的不断递增，应用范围也越来越广泛，网络需求和服务也随着不断扩大，从而P2P网络系统中的整体资源与功能服务的能力得到了扩充、提高和壮大，并且始终能够满足不断递增的用户的各种需求。

（3）及时性：由于没有中间环节和服务器的参与和介入，用户节点之间可以提供实时、方便、快捷的各类服务与资源。

（4）健壮性：P2P网络是等同的、自治管理的实体组建而成的系统，以自组织的方式建立和允许节点自由地进出是P2P网络的自由组网方式，并且当部分节点连接通信失效时，P2P网络通常能自动、动态调整网络拓扑结构，保证节点之间的连通性，促进节点之间通信的畅通性。网络中部分节点连接通信失效时，由于P2P网的可用资源、功能服务分布在各个节点上，因此，它对其他节点的影响是很小的。

（5）高性价比：P2P是一个分布式系统，参与的各个节点不仅提供资源、服务和内容，而且获取资源、服务和内容。如磁盘空间、中央处理器处理时间等本地资源能让各个节点共享，大量普通节点闲置的存储空间、计算能力等更有效地得到利用，实现P2P网络的分布式存储、分布式计算、协同工作，从而达到超大容量存储、高性能计算、协同工作的效果，以降低成本投入来增强存储能力、计算能力，体现高性价比的特点。

（6）均衡负载：在P2P网络中，各个节点实质上分布着资源和功能服务，每个节点不仅提供资源、功能服务和内容，又享受各种服务。为了负载均衡，负载平均分配到节点的分配算法是大多数P2P系统采用的算法，目的是达到整个网络均衡负载。

（7）隐私保护：P2P网络中的每个节点既提供服务又享受服务，每个节点之间能够直接通信、传输信息和提供功能服务，不需要也不存在集中环节和服务器的参与和介入，用户个人的隐私信息被网络窃听、窃取、盗用和泄密的可能性就极小。

（8）自由和信息量大：P2P是一个等同、自由、自治和自组的网，网络中对等节点的参与行为、交互行为由其本身自由决策。同时，网中的用户都是信息提供者，随着网络规模不断日益扩大，网络技術飞速发展，入网用户量的不断扩大，信息共享的数量也不断增加，范围也不断扩大。

3  传统网络与P2P网络（Traditional network andP2P network）

目前，C/S模式是传统网的主模式。在因特网中，它是一种采用集中式工作机制的网络模型。C/S模式要求配置有强处理能力、高性能的服务器，安装各种软件，如IIS、FTP等来集中处理各种信息，即时地、实时地响应网络中各客户端的请求。服务器是客户端成员之间联系通信和其他功能服务实现的中间件，它不但提供数据，同时也是信息资源上传、下载的中转站，扮演着安全保障角色，是一种集中式、中心化的工作方式。众所周知的FTP、WWW等都是C/S模式的典型应用，曾经在一段时间内促进了网络的飞速发展，然而，随着计算机的处理与存储能力、通讯技术和多媒体技术的发展，用户需求不断增强，客户端的功能服务也大幅度提高，其缺点逐渐呈现，表现出服务器负载繁重、性能下降等严重不足，成为网络向前发展的严重瓶颈。再有，客户端处理能力的不断增强，会导致客户端的可用资源大量闲置，需要有更有效的某种机制来充分利用，以提高网络性能。

在这样的背景下，P2P技术如雨后春笋，又重新迅速兴起。P2P是一个自治的、分布式的网络，每个节点的行为由其本身自由决策，每个节点有着充分自由的行为，绝对平等的功能，完全互连的连接。同时，每个节点既是服务的提供者又是服务的享受者，既可以是客户机，又可以是服务器，还可以是路由器。P2P网络是一个分布式系统，不存在中间节点和服务器的参与和介入，彻底地摆脱了传统模式中对集中式服务器的依赖性。因而，P2P网络是分散的、自治的，由于每个节点的主动参与，其他节点从中受益。基于上述原因，P2P网络是一种全开放式的、自治的网络，节点的行为由其本身自由决策。

综上所述，C/S模式的节点关系具有不对等性、资源分布具有集中性、管理机制采用集中管理、拓扑结构属于静态拓扑、中心依赖性强、安全性等特点，而P2P网络的节点关系具有对等性、资源分布具有分散性、管理机制采用自治管理、拓扑结构属于动态拓扑、无中心依赖、实时性好、可扩展性好、资源利用率高等特点。

4   对等网P2P的主要应用（The main application ofP2P network ）

P2P技术发展动力是广泛的应用，从应用中不断发展P2P关键技术，覆盖了军事、教育、商业、企业、通讯和个人应用等领域。目前，P2P网络的主要应用如下：

（1）文件共享：P2P网络技术最初的应用是文件共享，它的推广与应用导致了P2P技术的发展和推广。在传统的C/S模式中，文件共享的实现有Server参与，带来了诸多不便。于是，人们希望通过互联网共享音乐文件的广泛市场需求被Napster抓住了，它创建了全球第一个被广泛应用的点对点音乐共享服务，极大地影响了人们，实现了文件共享，爆发了P2P网络技术革命。在技术上来说的话，第一种类型P2P文件共享系统是“中心文件目录”结构式的，它采用集中式管理目录来实现数据交换，导致存在或产生瓶颈问题;第二种类型P2P文件共享系统是P2P结构式的，有自由特征，由于不存在服务器的介入，就不存在集中环节，但网络安全管理等控制存在困难性，不足是不可避免的;第三种类型P2P文件共享系统是上述两类的折中——文件目录是分布式的且存在中间服务器。Napster属于第一类，Gnutella和Freenet属于第二类，国内典型应用的Workslink属于第三类[5]。