以太坊作为一个去中心化的系统，其底层个体相互间的通信显然非常重要，所有数据的同步，各个个体状态的更新，都依赖于整个网络中每个个体相互间的通信机制。以太坊的网络通信基于peer-to-peer(p2p)通信协议，又根据自身传输数据类型(区块，交易，哈希值等)，网络节点业务相关性等需求，在各方面做了特别设计。

由于以太坊中p2p通信相关代码量较大，打算分为上下两篇文章来加以详解：上篇主要介绍管理p2p通信的核心类ProtocolManager内部主要流程，以及通信相关协议族的设计；下篇主要介绍ProtocolManager的两个成员Fetcher和Downloader，这里是上篇。

1. 一般意义上的p2p网络

在开始介绍以太坊的p2p通信机制之前，不妨先来看看一般意义上的p2p网络通信的一些特征，以下部分内容摘自peer-to-peer_wiki

peer-to-peer(p2p)首先是一种网络拓扑类型，与之对比最显著的就是client/server（C/S）架构。从TCP/IP协议族分层的角度来说，p2p网络中实际的数据交换，依然是网络层用IP协议，传输层用TCP协议；而p2p协议--如果可称之为协议的话，应算作应用层再往上，类似于逻辑拓扑层，毕竟著名的应用层协议之一FTP，就属于非常典型的一种C/S架构类型。

上图是C/S架构和p2p架构的一个简单示意图，原图来自wiki。左图中C/S架构被描绘成星型拓扑，这当然仅仅是特例，大家可能在工作中遇到各种各样拓扑形状的C/S架构，而其核心特征是不变的：C/S 网络中的个体地位和功能是不平等的，client个体主要消耗资源，发起请求，server个体主要提供资源并处理请求，这使得C/S架构天然是中心化的。

相比之下，p2p架构中最重要的特点在于：其网络中的个体在地位和功能上是平等的，虽然每个个体可能处理不同的请求，实际提供的资源在具体量化后可能有差异，但它们都能同时既消耗资源又提供资源。如果把整个所处网络中的资源--此处的资源包括但不限于运算能力、存储空间、网络带宽等，视为一个总量，那么p2p网络中的资源分布，是分散于各个个体中的(也许不一定均匀分布)。所以，p2p网络架构天然是去中心化的、分布式的。

注意上图右侧p2p网络中，并非每个个体与网络中其他同类均有通信。这其实也是p2p网络的一个很重要的特点：一个个体只需要与相邻的一部分同类有通信即可，每个个体可与多少相邻个体、哪些个体有通信，是可以加以设计的，

无结构化的和有结构化的p2p网络

根据p2p网络中节点相互之间如何联系，可以将p2p网络简单区分为无结构化的(unstructured)，和结构化的(structured)两大类。

无结构化的

这种p2p网络即最普通的，不对结构作特别设计的实现方案。优点是结构简单易于组建，网络局部区域内个体可任意分布，反正此时网络结构对此也没有限制；特别是在应对大量新个体加入网络和旧个体离开网络(“churn”)时它的表现非常稳定。缺点在于在该网络中查找数据的效率太低，因为没有预知信息，所以往往需要将查询请求发遍整个网络(至少大多数个体)，这会占用很大一部分网络资源，并大大拖慢网络中其他业务运行。

结构化的

这种p2p网络中的个体分布经过精心设计，主要目的是为了提高查询数据的效率，降低查询数据带来的资源消耗。提高查询效率的基本手段是对数据建立索引，结构化p2p网络最普遍的实现方案中使用了分布式哈希表(Distributed Hash Table，DHT)，它会对每项数据(value)分配一个key以组成(key,value)键值对，同时网络中每个个体的分布--这里的分布主要指相互通信关系-根据key键进行关联和扩展。这样，当要查找某项数据时，只要跟据其key键就能不断的缩小查找区域，大大减少资源消耗。

尽管如此，这样的p2p网络缺点也很明显：由于每个个体需要存有数量不少的相邻个体列表，