计算机网络 P2P应用

P2P 应用

P2P 工作方式概述

P2P 工作方式受到广大网民的欢迎。
在 P2P 工作方式下，所有的音频/视频文件都是在普通的互联网用户之间传输。
这种工作方式解决了集中式媒体服务器可能出现的瓶颈问题。
在互联网流量中，P2P 工作方式下的文件分发已占据了最大的份额，比万维网应用所占的比例大得多。

具有集中目录服务器的 P2P 工作方式

Napster 最早使用 P2P 技术，提供免费下载 MP3 音乐。
Napster 将所有音乐文件的索引信息都集中存放在 Napster 目录服务器中。
使用者只要查找目录服务器，就可知道应从何处下载所要的MP3文件。
用户要及时向 Napster 的目录服务器报告自己存有的音乐文件。
Napster 的文件传输是分散的，文件的定位则是集中的。

Napster 的工作过程

集中式目录服务器的缺点

可靠性差。
会成为性能的瓶颈。

具有全分布式结构的 P2P 文件共享程序

Gnutella 是第二代 P2P 文件共享程序，采用全分布方法定位内容的 P2P 文件共享应用程序。
Gnutella 与 Napster 最大的区别是：不使用集中式的目录服务器，而是使用洪泛法在大量 Gnutella 用户之间进行查询。
为了不使查询的通信量过大，Gnutella 设计了一种有限范围的洪泛查询，以减少倾注到互联网的查询流量，但也影响到查询定位的准确性。

eMule 的其他特点

eMule 使用了一些服务器。这些服务器并不是保存音频/视频文件，而是保存用户的有关信息，因而可以告诉用户从哪些地方可以下载到所需的文件。
eMule 使用了专门定义的文件夹，让用户存放可以和其他用户共享的文件。
eMule 的下载文件规则是鼓励用户向其他用户上传文件。用户上传文件越多，其下载文件的优先级就越高（因而下载就越快）。

使用 P2P 的比特洪流 BT

BitTorrent 所有对等方集合称为一个洪流 (torrent)，
下载文件的数据单元为长度固定的文件块 (chunk)。
基础设施结点，叫做追踪器 (tracker)。
A 就和这些对等方建立了 TCP 连接。所有与 A 建立了 TCP 连接的对等方为“相邻对等方”(neighboring peers)。

BT 协议

问题1：哪些文件块是首先需要向其相邻对等方请求的？
A 使用最稀有的优先 (rarest first) 的技术，首先向其相邻对等方请求对应的文件块。
所谓稀有是指：如果A所缺少的文件块在相邻对等方中的副本很少，那就是“很稀有的”。
问题2：在很多向A请求文件块的相邻对等方中，A应当向哪些相邻对等方发送所请求的文件块？
凡当前以最高数据率向 A 传送文件块的某相邻对等方，A 就优先把所请求的文件块传送给该相邻对等方。

P2P 文件分发的分析

一些概念

从互联网传送数据到主机，叫做下载 (download)，
从主机向互联网传送，则称为上传 (upload) 或上载。

P2P 文件分发的分析

有 N 台主机从服务器下载一个大文件，其长度为 F bit。假定主机与互联网连接的链路的上传速率和下载速率分别为 ui 和 di ，单位都是 bit/s。

C/S 方式下分发的最短时间

从服务器端考虑，所有主机分发完毕的最短时间 Tcs 不可能小于 NF/us ；
下载速率最慢的主机的下载速率为 dmin，则 Tcs 不可能小于 F/dmin 。
由此可得出所有主机都下载完文件 F 的最少时间是：
Tcs=max（ NF/us，F/dmin ）

客户–服务器方式下分发的最短时间

从服务器端考虑，所有主机分发完毕的最短时间 Tcs 不可能小于 NF/us ；
下载速率最慢的主机的下载速率为 dmin，则 Tcs 不可能小于 F/dmin 。
由此可得出所有主机都下载完文件 F 的最少时间是：
Tcs=max（ NF/us，F/dmin ）

P2P 方式下分发的最短时间

初始服务器文件分发的最少时间不可能小于 F/us ；
下载文件分发的最少时间不可能小于 F/dmin ；
上载文件分发的最少时间不可能小于 NF/uT ，其中是 uT 是上传速率之和。
所有主机都下载完文件 F 的最少时间的下限是：
Tp2p >= max（ F/us ， F/dmin， NF/uT ）

时间比较

设所有的对等方的上传速率都是 u，并且 F/u = 1 小时。
设服务器的上传速率 us = 10u。
当 N = 30 时，

P2P方式：最少时间的下限是 0.75 小时 < 1 小时（不管 N 多大）。
客户−服务器方式：最少时间是 3 小时。

在 P2P 对等方中搜索对象

Napster在一个集中式目录服务器中构建的查找数据库虽然很简单，但性能上却有瓶颈。
Gnutella是一种采用全分布方法定位内容的P2P文件共享应用程序，它解决了集中式目录服务器所造成的瓶颈问题。然而Gnutella是在非结构化的覆盖网络中采用查询洪泛的方法来进行查找的，因此查找的效率较低。
现在广泛使用的索引和查找技术叫做分布式散列表 DHT (Distributed Hash Table)。DHT 也可译为分布式哈希表，它是由大量对等方共同维护的散列表。
广泛使用的 Chord 算法是美国麻省理工大学于2001 年提出的。
分布式散列表 DHT 利用散列函数，把资源名 K 及其存放的结点 IP 地址 N 都分别映射为资源名标识符 KID 和结点标识符 NID。
Chord 把结点按标识符数值从小到大沿顺时针排列成一个环形覆盖网络。

基于 DHT 的 Chord 环

每个资源由 Chord 环上与其标识符值最接近的下一个结点提供服务。
为了加速查找，在 Chord 环上可以增加一些指针表(finger table)，它又称为路由表或查找器表。
对于结点 N4，第 1 列第 i 行计算（N4 + 2i – 1），得出后继结点。

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在 P2P 对等方中搜索对象

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