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)點希望搜索一個不知道位置的資源時，該節(jié)點向目錄服務(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，然后在兩個節(jié)點之間執(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)點中，當(dāng)查詢節(jié)點收到節(jié)點地址信息列表后，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)，都在這一點上進(jìn)行重點改進(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，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)點都參與服務(wù)，控制流和數(shù)據(jù)流都在對等節(jié)點之間交互，解決了中心化的問題，避免服務(wù)器瓶頸，部分節(jié)點出問題也不會影響整個網(wǎng)絡(luò)的運行，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)點信息(VID)運算為一個哈希值H(KEY，VID)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點進(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)點并不需要維護(hù)整個網(wǎng)絡(luò)的信息，只在節(jié)點中存儲其臨近的后繼節(jié)點信息，因此較少的路由信息可有效地實現(xiàn)到目標(biāo)節(jié)點，同時又取消了洪泛算法，該模型有效地減少了節(jié)點信息的發(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)點的虛擬標(biāo)識與關(guān)鍵字最接近的K個節(jié)點上備份冗余信息，避免了單一節(jié)點失效的問題。
    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，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(Super Node)概念，將用戶節(jié)點按能力(處理、存儲、帶寬等方面性能)分為搜索節(jié)點和普通節(jié)點兩類．搜索節(jié)點與其臨近的若干普通節(jié)點之間構(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)點相連起來，甚至可在各個搜索節(jié)點之間，再次選取性能最優(yōu)的節(jié)點或者另外引入一新的性能最優(yōu)的節(jié)點作為索引節(jié)點，來保存整個網(wǎng)絡(luò)中可以利用的搜索節(jié)點信息，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。

    從上述分析知，這4種結(jié)構(gòu)各具優(yōu)缺點，有的還存在著本身難以克服的缺陷，在目前P2P技術(shù)還未到成熟的階段，這4種結(jié)構(gòu)依然會共存，甚至出現(xiàn)相互借鑒結(jié)合的趨勢。

3 P2P網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)分析
3．1 資源定位
    資源定位是節(jié)點通過一定方式找到資源在網(wǎng)絡(luò)中的存放位置，P2P方式的資源定位主要有以下3種算法。
    (1)集中索引算法，代表系統(tǒng)為Napster在Napster系統(tǒng)中，用戶都與一個中央服務(wù)器相連接，中央服務(wù)器上保存了共享文件的索引，由中央服務(wù)器對收到的用戶請求進(jìn)行匹配查找，直到找到保存了所需文件的目的用戶。然后，由發(fā)起請求的用戶與目的用戶直接進(jìn)行文件交換。這種算法的不足在于依賴一個集中式的結(jié)構(gòu)，將會影響系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。
    (2)洪泛消息算法，代表系統(tǒng)為Gnutella 每一個用戶消息都將被廣播給與該用戶直接相連的若干其他用戶，這些用戶收到消息后，也同樣地將消息廣播給各自連接的用戶，以此類推，直到請求被應(yīng)答，消息的TTL值減少為0，或超過了最大的廣播次數(shù)(通常為5～9)。這種算法的不足在于占用的網(wǎng)絡(luò)帶寬較大，因此也會影響可擴(kuò)展性。
    (3)文件路由算法，代表系統(tǒng)為Freenet算法的特點是采用基于哈希函數(shù)的映射。系統(tǒng)中的每一個用戶都有一個隨機(jī)的ID序列號，系統(tǒng)中的每一個文件也有一個ID序列號，該序列號是根據(jù)文件的內(nèi)容和它的名字，經(jīng)過哈希函數(shù)映射得來的。文件發(fā)布時，每一個用戶都把文件轉(zhuǎn)發(fā)到擁有與文件的ID最相近ID值的用戶，直到最接近文件ID的用戶就是該用戶本身。轉(zhuǎn)發(fā)過程中每經(jīng)過的一個用戶都將保持該文件的副本。索取文件時，每個用戶都將請求消息轉(zhuǎn)發(fā)給一個擁有與所需文件ID最相近的ID用戶，直到文件或文件的一個拷貝被發(fā)現(xiàn)為止。Tapestry，Pastry，Chord，CAN都是采用這種方法的P2P系統(tǒng)。這種算法的優(yōu)勢在于可擴(kuò)展性較好，不足在于可能導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)分裂成若干彼此不相連的子網(wǎng)絡(luò)，形成所謂的孤島，其查詢也要比洪泛消息算法麻煩些。
3．2 多源傳輸
    為了提高一些多用戶同時下載熱點文件的傳輸速率，P2P網(wǎng)絡(luò)普遍采用多源傳輸策略(MFTP協(xié)議)。該協(xié)議定義了一系列傳輸、壓縮和打包的標(biāo)準(zhǔn)，甚至還定義了一套積分的標(biāo)準(zhǔn)，上傳的數(shù)據(jù)量越大，積分越高，下載的速度也越快。MFTP協(xié)議允許用戶之間多點下載文件，多用戶同時下載一個文件時，將該文件分段，每個用戶下載其中的一部分。P2P客戶端軟件在網(wǎng)絡(luò)上搜索下載同一個文件的用戶，然后從這些用戶那里下載該文件不同的塊，用MD4算法檢查每一塊是否受到破壞，以保證傳輸?shù)恼_性，最后將所有的塊組合成原來的文件。MFTP充分利用下載用戶之間的帶寬傳輸數(shù)據(jù)，從而減輕服務(wù)器負(fù)擔(dān)，提高下載速度和系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。多源傳輸機(jī)制的出現(xiàn)使得P2P技術(shù)在信息傳輸方面擁有網(wǎng)絡(luò)層傳輸無法比擬的優(yōu)勢。
3．3 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控與安全技術(shù)
    面對大規(guī)模出現(xiàn)的P2P虛擬網(wǎng)絡(luò)，由于缺乏必要有效的認(rèn)證機(jī)制，安全性這一問題在P2P網(wǎng)絡(luò)中更為嚴(yán)重，這將直接決定P2P能否被大規(guī)模商用。如何有效的監(jiān)測與評估P2P網(wǎng)絡(luò)性能已經(jīng)變得越來越重要。由于缺乏集中式的監(jiān)控功能，當(dāng)前大多P2P系統(tǒng)無法提供網(wǎng)絡(luò)運行狀況的信息，也無法為網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)調(diào)整優(yōu)化提供參考依據(jù)，所以，將網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測作為一個未來的研究重點是很有必要的。
    此外，P2P中的安全問題包括信息的加密、用戶身份的認(rèn)證、惡意節(jié)點的識別和應(yīng)對等，總的來說可以歸納為服務(wù)可用性、文件授權(quán)、匿名和存取控制等方面，但是到目前還沒有一個公認(rèn)的模型和評價體系，可以用來P2P網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全性進(jìn)行定性或者定量的研究，這也將是P2P網(wǎng)絡(luò)安全研究領(lǐng)域的一個重要課題。

4 P2P網(wǎng)絡(luò)的特性與問題
    作為一種新型的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用方式，P2P具有一些傳統(tǒng)C/S模式所不具備的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在信息量的擴(kuò)大以及匿名服務(wù)的自由開放性等。P2P最大的優(yōu)點在于能夠提供可靠、便捷的信息查詢，但也由于P2P網(wǎng)絡(luò)這種缺乏中心監(jiān)管以及匿名服務(wù)的特性，P2P也存在著許多自身所無法克服的不足。
    絕大多數(shù)的P2P服務(wù)都將不可避免地遇到知識產(chǎn)權(quán)問題，同時，惡意代碼的傳播將更快、更隱蔽，更難以控制等。
    此外，P2P在技術(shù)層面也有較多的問題難以解決。一般每個P2P網(wǎng)絡(luò)都是眾多參與者按照共同興趣組建起來的一個虛擬組織，對等節(jié)點之間存在著一種假定的相互信任關(guān)系，其中的P2P服務(wù)更是緊密依賴于節(jié)點之間彼此信任的協(xié)作模型。但是，隨著P2P網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，其中預(yù)先假設(shè)的信任機(jī)制實際上就會非常脆弱，這就直接導(dǎo)致了全局性信任的缺乏，影響了整個網(wǎng)絡(luò)的可靠性與穩(wěn)定性。
    此外，安全問題、內(nèi)容過濾、信息審查、帶寬問題等都是隨著P2P網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大必需要考慮的問題。

5 結(jié)語
    P2P并不是一個新概念，早在1969年ARPANET出現(xiàn)的時候，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的模式就是P2P。如今，P2P又回到了人們視線。盡管P2P技術(shù)現(xiàn)在還不成熟，但為我們提供了前所未有的自由和便利。隨著P2P研究的進(jìn)一步深入，P2P技術(shù)將為信息社會帶來更多的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。