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摘要包括比特币、以太坊等在内的去中心化的区块链平台其底层网络都是采用的P2P技术实现每个节点都是对等的。而本文则先通过介绍P2P技术的特点和发展历史让大家对P2P这个技术的来龙去脉有一个初步的认识和了解。然后在下一篇文章中我会详细介绍第三代P2P技术DHT—Kademlia算法的实现原理。
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1.p2p的定义 P2P是peer-to-peer的简称又称为点对点技术是没有中心服务器、依靠用户群节点进行信息交换的对等式网络。区别于传统的C/S中央服务器结构P2P网络中每一个用户节点即是客户端又是服务端能同时作为服务器给其他节点提供服务。 有中心服务器的中央网络系统左和无中心服务器的对等式网络右
2.p2p的特点 在传统的C/S模式网络系统中客户端之间的交互需要依赖中心化的服务器进行。当网络规模变得庞大时这些中心服务器的负担就会越来越重很容易成为网络瓶颈。而且一旦服务器崩溃就会造成整个网络瘫痪单点故障的风险。而P2P网络由于没有中心服务器不存在单点性能上的瓶颈每个节点在充当客户端的同时也可以作为服务端给其他相邻节点提供服务极大地提高了资源的利用率。 总结来说P2P网络的特点如下
1可扩展性。在P2P网络中用户可以随时加入、离开网络。而且随着用户节点的加入系统整体的服务能力也在相应的提高。例如p2p下载中加入的用户越多则P2P网络中提供的资源就越多下载速度就越来越快。
2健壮性。由于P2P不存在中心化服务器天生就具备耐攻击和高容错的特点。即使网络中某个节点被攻击或下线也不影响整个系统的正常运行。因为P2P网络中每个节点都可以充当服务端的角色。
3高性价比。采用P2P结构的网络可以有效地利用互联网中大量分散的普通用户节点。充分利用这些普通节点中闲散的CPU、带宽、存储资源从而达到高性能计算和海量存储的目的。例如迅雷旗下的星域CDN产品就是充分利用每一个普通用户机器的闲散网络资源从而提供一个高性价比的服务。类似的还有360共享云、国外的sia网盘等。
4隐私保护。在P2P网络中由于信息的传输分散在各个节点之间而无需经过中心服务器。这样就减少用户隐私信息被窃听和泄露的风险。
5负载均衡。由于P2P网络中资源分散存储在多个节点上而每个节点又都可以充当服务器的角色。当某个节点需要获取资源时只需要向相邻节点发送请求即可很好地实现了整个网络的负载均衡。
3.p2p的主要功能 P2P网络的主要功能可以分为如下3种
数据发布和传输
数据存储和检索分布式数据处理
1数据发布和传输有3中方式分别是一对一如即时通讯、一对多如群组通信和消息广播和多对多如内容分发应用BT、PPS等
2数据存储和检索分为基于结构化的P2P网络方法和基于非结构化的P2P网络方法。结构化的P2P网络也就是基于分布式哈希表DHT的P2P网络这个也是目前应用最广泛的它的网络拓扑结构是确定的。而非结构化的P2P网络的资源存储通常与网络拓扑结构无关例如Gnutella。
3目前大多数分布式数据处理技术采用的是master/slave的架构。而基于P2P网络也能够进行分布式的数据处理。
4.p2p的发展历史 P2P技术的发展可以分为如下三个阶段
1第一阶段集中式对等网络 这种网络采用的是中心化的拓扑结构由于文件的索引信息都是存储在中央服务器上每个子节点都需要连接中央服务器才可以找到资源。它最大的优点是维护简单、索引速度快。但是由于整个网络严重依赖于中央服务器容易造成性能瓶颈和单点故障的问题。
典型代表是napster。 2第二阶段非结构化的分布式网络 这种网络采用Flooding搜索算法每次搜索都把要查询的消息广播给网络上的所有节点。当一个节点要下载某个文件的时候这个节点会以文件名或者关键字生成一个查询并把查询发送给所有跟他相连的节点。如果这些节点存在文件则跟这个节点建立连接如果不存在则继续向相邻的节点转发这个查询直到找到文件位置过程如下图所示。 可以发现当网络规模变大以后这种搜索方式会引发”广播风暴”严重消耗网络带宽和节点的系统资源。虽然避免了集中式对等网络的“单点故障”问题但是效率却很低下。 典型代表Gnutella早期版本。 3第三阶段结构化的分布式网络 目前采用最广泛的就是结构化的分布式网络也就是基于DHT分布式哈希表的网络。DHT为了达到Napster的效率和正确性以及Gnutella的分散性使用了较为结构化的基于键值对的路由方法如下图所示。 目前实现了DHT协议的有Kademlia和Chord算法其中Kad算法由于简单易用而被广泛使用其中比特币和以太坊网络中的P2P网络采用的就是Kad算法。这个也是我们下一篇文章要重点将的内容这里我们就不展开讲解留到下一篇文章。
5.p2p的应用 1文件内容共享和下载。 利用P2P技术可以使计算机之间不通过服务器直接进行内容共享和数据分发使得互联网上任意两台机器间共享数据成为可能。例如Napster、Gnutella、eDonkey、eMule、Maze、BT以及现在PPS、腾讯视频客户端等采用的P2P流媒体技术使得播放速度更加流畅。
2计算能力和存储共享。 基于P2P网络的分布式结构构造出分布式的存储系统实现存储共享提供高效率、高性价比、负载均衡的文件存取功能例如国外的Sia、Storj等分布式云存储平台不依赖第三方的大型集中存储空间避免了数据泄露、保证了安全性。同时由于任何人的主机都可以提供存储服务降低了门槛大幅降低了存储的成本。如下采用分布式存储的Storj价格是每个月$0.015而亚马逊提供的AWS价格是$0.023。 同时也可以共享CPU处理能力。例如360的共享云计划和星域CDN等充分利用每个人机器的闲散计算资源来提供计算服务。 3基于P2P的即时通讯。 例如目前的Skype通话软件就是从连接建立和数据传输都采用P2P实现保证了良好的通话质量。
4基于P2P方式的协同处理与服务共享平台。 常见的协同处理有视频会议、共享白板、协同协作等而基于P2P技术的同样也可以实现上述功能不同的是这种实现方式不需要中心服务器参与协同工作的计算机之间可以直接建立点对点的连接。例如被微软收购的Groove协同软件平台。
