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第二章 应用层
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2.5纯P2P架构
1、P2P的优点
- 没有（或极少）一直运行的服务器
- 任意端系统都可以直接通信
- 利用peer的服务能力
- Peer节点间歇上网，每次IP地址都有可能变化
例子:文件分发 (BitTorrent)、流媒体(KanKan)、VoIP (Skype)
2、文件分发: C/S vs P2P
问题: 从一台服务器分发文件（大小F）到N个peer需要多少时间？
Peer节点上下载能力是有限的资源
1）C/S模式的文件分发时间
- 服务器传输： 都是由服务器发送给peer，服务器必须顺序传输（上载）N个文件拷贝:
发送一个copy: F/us
发送N个copy： NF/us
（us是服务器的带宽） - 客户端: 每个客户端必须下载一个文件拷贝
dmin = 客户端最小的下载速率
下载带宽最小的客户端下载的时间：F/dmin
2）P2P模式的文件分发时间
-
服务器传输：最少需要上载一份拷贝
发送一个拷贝的时间：F/us -
客户端: 每个客户端必须下载一个拷贝
最小下载带宽客户单耗时：: F/dmin -
客户端: 所有客户端总体下载量NF
最大上载带宽是：us+ Sui
除了服务器可以上载，其他所有的peer节点都可以上载
3）总结
3、P2P的管理
非结构化P2P
DHTC（结构化）P2P
1）非结构化P2P
两个peer 之间有逻辑上的邻居关系，这两个peer是随机的，无序的
- 集中式目录
- 完全分布式Gnutella
- 混合体KaZaA
2）DHTC（结构化）P2P
两个peer 之间有逻辑上的邻居关系，这两个peer是有序的
peer之间可以构成环、树等结构
DHT：Distributed Hash Table
哈希表
DHT方案
环形DHT 以及覆盖网络
Peer波动
4、集中式目录：
P2P文件共享：
所有的对等方都是服务器= 可扩展性好
两大问题：
- 如何定位所需资源
- 如何处理对等方的加入与离开
可能的方案：集中、分散、半分散
集中式目录：
（最初的“Napster”设计）
-
当对等方连接时，它告知中心服务器： IP地址 、内容
-
集中式目录中存在的问题
单点故障（目录服务器只有一个）
性能瓶颈
侵犯版权
文件传输是分散的，而定位内容则是高度集中的
5、完全分布式Gnutella（查询洪泛）
1）特点
- 全分布式（没有中心服务器）
- 开放文件共享协议
- 许多Gnutella客户端实现了Gnutella协议（类似HTTP有许多的浏览器）
2）覆盖网络：图
如果X和Y之间有一个TCP连接，则二者之间存在一条边
所有活动的对等方和边就是覆盖网络
边并不是物理链路
给定一个对等方，通常所连接的节点少于10个
3）Gnutella协议
- 在已有的TCP连接上发送查询报文
- 对等方转发查询报文
- 以反方向返回查询命中报文
可扩展性：限制范围的洪泛查询
TTL限制查询中转次数
6、混合体KaZaA（利用不匀称性）
过程
- 每个对等方要么是一个组长，要么隶属于一个组长
对等方与其组长之间有TCP连接
组长对之间有TCP连接 - 组长跟踪其所有的孩子的内容
- 组长与其他组长联系（组长和组长层面是分布式）
转发查询到其他组长
获得其他组长的数据拷贝
细节
- 每个文件有一个散列标识码（哈希值）和一个描述符
- 客户端向其组长发送关键字查询
- 组长用匹配进行响应：
对每个匹配：元数据、散列标识码和IP地址 - 如果组长将查询转发给其他组长，其他组长也以匹配进行响应
- 客户端选择要下载的文件
向拥有文件的对等方发送一个带散列标识码的HTTP请求（发送的是哈希值）
Kazaa小技巧
- 请求排队
限制并行上载的数量
确保每个被传输的文件从上载节点接收一定量的带宽 - 激励优先权
鼓励用户上载文件
加强系统的扩展性 - 并行下载
从多个对等方下载同一个文件的不同部分
HTTP的字节范围首部
更快地检索一个文件
7、P2P文件分发：BitToorent
文件被分为一个个块256KB
网络中的这些peers发送接收文件块，相互服务
- Torrent（洪流）: 节点的组，之间交换文件块
- tracker:跟踪torrent中参与节点
Peer加入torrent的过程
（1）一开始没有块，但是将会通过其他节点处累积文件块
（2）向跟踪服务器（BT服务器）注册，获得peer节点列表，和部分peer节点构成邻居关系 (“连接”)
即——>BT客户端向跟踪服务器发出请求
跟踪服务器给BT客户端分配几个peer节点
- 当peer下载时，该peer可以同时向其他节点提供上载服务 ，Peer可能会变换用于交换块的peer节点
- 扰动churn: peer节点可能会上线或者下线
- 一旦一个peer拥有整个文件，它会（自私的）离开或者保留（利他主义）在torrent中
BitTorrent: 请求，发送文件块
请求块：
- 在任何给定时间，不同peer节点拥有一个文件块的子集
- 周期性的，Alice节点向邻居询问他们拥有哪些块的信息
- Alice向peer节点请求它希望的块，稀缺的块
发送块：一报还一报tit-for-tat
- Alice向4个peer发送块，这些块向它自己提供最大带宽的服务
其他peer被Alice阻塞 (将不会从Alice处获得服务)
每10秒重新评估一次：前4位 - 每个30秒：随机选择其他peer 节点，向这个节点发送块
“优化疏通” 这个节点
新选择的节点可以加入这个top 4