IPFS世界的物流系统：libp2p

今天小编为大家介绍一下IPFS的另一个重要组件：libp2p，它负责把IPFS的文件块（详见本公众号之前的文章：IPFS数据之旅（二）：名正才能传顺）从一个节点搬运到另一个节点，让上层应用不必关心复杂的网络细节，只需要像收发快递一样，填好收件人（目的节点ID）就可以了。

 

组成

 

按照libp2p官方文档，它主要包括如下几个模块：

• 节点路由：负责找到到达某个节点的可用路径，类似于我们开车时候用的导航软件

• 连接管理：负责管理节点之间连接的创建、维护、销毁，它相当于libp2p的大脑

• 分布式记录存储：负责记录节点相关的各种信息，便于连接管理和内容寻址

• 节点发现：负责找到网络里面的可用节点

只有找到了足够多的节点，才能获得对整个IPFS网络的认识。故libp2p会在初始化之后不停地通过各种方式“结识”更多的节点，包括利用Bootstrap list、mDNS、DHT等。libp2p会把这些获取到的信息存储在分布式记录存储模块中，供以后查询之用。当上层应用需要连接某个节点时，节点路由模块会找到几种不同的路径供连接管理模块尝试（由于P2P网络本身的特性，节点之间的连接状况始终在动态变化，故不是所有路径都是可以成功连接的）。连接成功之后，libp2p会回调上层应用来处理产生的数据，类似于快递员喊你来取快递。

 

下面我们具体分析一下连接的建立过程，主要包括3个步骤，包括地址解析、传输层适配、协议能力协商。

地址解析

 

为了适应复杂的网络环境，libp2p支持多种不同的底层协议，包括TCP、QUIC、WebSocket、WebRTC等，甚至IPFS社区专门立了一个项目来标准化节点的地址——multiaddr。目前libp2p主要支持以下几种地址格式：

 

• /ip4/123.11.22.33/tcp/4001/ipfs/QmNodeID: 这种格式跟传统的TCP网络里是一样的，直接可以解析出对应的IPv4地址和端口号；

• /ipfs/QmNodeID: 这种只有节点ID的地址，需要节点路由模块找到节点对应的IP地址，然后再进行连接；

• /dns4/ipfs.ipfsbit.com/tcp/443/wss/p2p-webrtc-star: 这种地址需要调用multiaddr-dns组件，把域名解析成IP地址，然后再进行连接；

• /p2p-circuit/p2p/QmNodeID: 这种地址是relay地址，需要首先连接一个中间节点，才能连接到目的节点；

通过地址解析，libp2p能获知如何才能连接到目的节点，下一步就是尝试建立连接。

 

传输层适配

 

地址里面的

/tcp、/quic、/ws、/p2p分别对应不同的传输层实现。libp2p定义了统一的传输层接口标准:

libp2p会选择地址对应的transport，调用Dial函数尝试连接目的节点。

协议能力协商

 

连接建立之后，libp2p会首先进行协议能力协商，确定对端支持哪些功能。负责协商功能的是identify协议，它是内置在libp2p的基础协议，能够交换节点的公钥、本地监听地址、对端观察地址等。

 

协商后，连接两端的节点会找到共同支持的协议，并且初始化它们。初始化时会注册每种协议的handler（回调函数），当有协议数据到达时，相应的handler就会被调用。由于多种协议会复用同样的底层连接，所以连接会被拆分成多个“流（Stream）”。libp2p整体的网络层级关系如下：