對等網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與發(fā)展研究

卿桐

摘要：客戶/服務(wù)器模式是因特網(wǎng)的基本模式，是傳統(tǒng)因特網(wǎng)得以快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的主要?jiǎng)恿?。近年來隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的快速發(fā)展，因特網(wǎng)迅速普及，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)中PC機(jī)性能也顯著提高，客戶/服務(wù)器模式的局限性已經(jīng)越來越明顯，而以服務(wù)器的瓶頸問題最為突出。作為分布式計(jì)算技術(shù)的實(shí)現(xiàn)形式之一的對等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，因其自組織特點(diǎn)，不存在客戶/服務(wù)器模式的服務(wù)器瓶頸問題，能滿足網(wǎng)絡(luò)用戶之間的直接交互需求，實(shí)現(xiàn)一個(gè)自由良好的互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境。對等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有望解決傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)面臨的困惑，有著廣泛的應(yīng)用前景，同時(shí)也面臨著諸多挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞：因特網(wǎng)；C/S模式；對等網(wǎng)絡(luò)；分布式技術(shù)

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）22-0009-02

1 傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展瓶頸

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展把我們帶入了一個(gè)信息爆炸時(shí)代，如今，互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為了我們工作、生活中的重要組成部分。客戶/服務(wù)器（C/S）模式是傳統(tǒng)因特網(wǎng)的基本模式，它是一種基于中心控制機(jī)制的網(wǎng)絡(luò)模型，如圖1所示。在C/S網(wǎng)絡(luò)模式中，高性能服務(wù)器是網(wǎng)絡(luò)的核心。服務(wù)器需要及時(shí)響應(yīng)客戶端的各類請求，同時(shí)還要承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)通信與網(wǎng)絡(luò)安全等諸多重任。在過去的許多年里，C/S模式對互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展起了很大的推動(dòng)作用，大量的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議諸如HTTP、FTP、WWW等都是基于C/S模式構(gòu)建的。然而近年來隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的迅速普及，因特網(wǎng)規(guī)模急速放大，同時(shí)作為客戶端的PC機(jī)及其他設(shè)備性能也顯著提高，服務(wù)器的負(fù)擔(dān)越來越重以至于無法承受，甚至?xí)霈F(xiàn)服務(wù)器過于繁忙而無法保持網(wǎng)絡(luò)正常通信的情況。同時(shí)，客戶端性能大幅提高，客戶端有大量的閑置資源，因此也需要某種機(jī)制來將這些閑置的客戶端資源加以充分的利用。所以，傳統(tǒng)C/S模式已經(jīng)不再適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展現(xiàn)狀甚至已經(jīng)阻礙網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步發(fā)展，尋求技術(shù)突破成為網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。

2 對等網(wǎng)絡(luò)及其優(yōu)勢

分布式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是有望解決傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)瓶頸提高網(wǎng)絡(luò)效用的的方法之一。作為分布式技術(shù)實(shí)現(xiàn)形式之一的對等網(wǎng)絡(luò)（P2P）技術(shù)，因其自組織特點(diǎn)，不存在C/S模式的服務(wù)器瓶頸問題，網(wǎng)絡(luò)用戶之間的直接交互需求也能得到滿足，因此可實(shí)現(xiàn)一個(gè)自由良好的互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境，是現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)的重要候選技術(shù)之一。如圖2所示。

早在20世紀(jì)70年代，對等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已開始使用于局域網(wǎng)內(nèi)的文件共享應(yīng)用，但因當(dāng)時(shí)硬件軟件水平不高，PC機(jī)的整體性能低下，對等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展被制約。到了90年代中后期，隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展和PC機(jī)性能的提高，對等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)再次受到人們的重視并快速發(fā)展。目前，對等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用廣泛，已經(jīng)涉及到協(xié)同工作、網(wǎng)絡(luò)游戲、即時(shí)通訊、文件共享、對等計(jì)算、搜索引擎等各個(gè)領(lǐng)域。研究表明，Internet通信總量中對等網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的通信流量所占比重越來越大，對等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其應(yīng)用已經(jīng)受到網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域的普遍關(guān)注。

對等網(wǎng)絡(luò)是建立在傳統(tǒng)Internet基礎(chǔ)上的一種分布式覆蓋網(wǎng)絡(luò)（Overlay Network），充分利用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的各種可能的端系統(tǒng)進(jìn)行大規(guī)模的協(xié)作工作與資源共享，因其優(yōu)越的應(yīng)用性能而受到業(yè)界和學(xué)術(shù)界的普遍關(guān)注。21世紀(jì)初，對等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被財(cái)富雜志列為影響Internet未來的四大技術(shù)之一，并被列為下一代網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)之一。在業(yè)界，由Sony、Intel、HP等公司發(fā)起組織了對等網(wǎng)絡(luò)工作組P2PWG，主要研究對等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的底層標(biāo)準(zhǔn)化；微軟公司也成立了Pastry工作組。學(xué)術(shù)界也高度重視對等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究與開發(fā)，ICSI的CAN、伯克利的Tapestry、麻省理工學(xué)院的Chord等都是對等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方面的著名科研項(xiàng)目。

3 對等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的主要應(yīng)用

對等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)越性能使其獲得廣泛關(guān)注并在各領(lǐng)域迅速推廣應(yīng)用，目前，對等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)覆蓋了商業(yè)、軍事、通訊以及個(gè)人應(yīng)用等諸多領(lǐng)域，主要應(yīng)用有：

（1）文件共享

文件共享是對等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)最初的主要應(yīng)用之一。20世紀(jì)末，在文件共享需求的推動(dòng)下Napster首次通過對等網(wǎng)絡(luò)模式建立了一個(gè)自由的文件共享體系，實(shí)現(xiàn)了在互聯(lián)網(wǎng)上對MP3文件的自由共享，其優(yōu)越性開始引起人們的廣泛關(guān)注。對等網(wǎng)絡(luò)文件共享系統(tǒng)大致可分為三種形式：第一種是以Napster為代表的集中式系統(tǒng)，也稱“中心文件目錄/分布式文件系統(tǒng)”；第二種是完全的對等系統(tǒng)，該類系統(tǒng)不需要服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接近于絕對的自由。但是由于沒有中間服務(wù)器，該類系統(tǒng)很難實(shí)現(xiàn)身份認(rèn)證、流量管理、安全管理、計(jì)費(fèi)等管理功能。該類系統(tǒng)的典型應(yīng)用有Gnutella與Freenet。第三種系統(tǒng)則綜合了兩者的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)置了中間服務(wù)器，同時(shí)采用分布式文件目錄。

（2）多媒體傳輸

多媒體傳輸對網(wǎng)絡(luò)帶寬與穩(wěn)定性要求較高，C/S模式中的服務(wù)器存在性能和出口帶寬的限制，因此傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)無法滿足多媒體傳輸系統(tǒng)的可擴(kuò)展性需求。而采用對等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，用戶節(jié)點(diǎn)之間可進(jìn)行直接的數(shù)據(jù)交換，因此傳輸所需要的大量帶寬被分散到不同網(wǎng)絡(luò)鏈路中，很好地滿足了多媒體傳輸系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求?；趯Φ染W(wǎng)絡(luò)技術(shù)的流媒體分發(fā)系統(tǒng)的實(shí)施部署不需要改變Internet網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，并具有CDN技術(shù)的低延時(shí)、IP組播的可擴(kuò)展等特點(diǎn)，具有巨大的發(fā)展前景。目前典型的流媒體分發(fā)系統(tǒng)有ppstream、ppLive等。

（3）分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)是以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的可用性、持久性、安全性為目標(biāo)，并且通常致力于海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等相關(guān)領(lǐng)域。分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)包含了文件共享的功能，但其目的與文件共享不同。在文件共享系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的傳輸率是非常重要的性能指標(biāo)，而分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)是以數(shù)據(jù)的安全存儲(chǔ)為最終目的。在分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)中，每個(gè)數(shù)據(jù)對象通常都帶有自身的鑒別與認(rèn)證信息，系統(tǒng)用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)存取時(shí)，都遵循事先設(shè)定的規(guī)則和權(quán)限來進(jìn)行。同時(shí)，為了達(dá)到存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的可用性、持久性與安全性，分片、復(fù)制以及混存等方法在分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)通常被使用。目前，有代表性的分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)有CFS 、OceanStore等，這些分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)都是面向全球用戶的。