以太坊p2p之网络及节点发现机制

1.Kademlia

以太坊底层分布式网络即P2P网络，使用了经典的Kademlia网络，简称kad。
Kad的路由表是通过称为K桶的数据构造而成，K桶记录了节点NodeId，distance，endpoint，ip等信息。以太坊K桶按照与target节点距离进行排序，共256个K桶，每个K桶包含16个节点。

2.Kad通信协议

以太坊Kad网络中节点间通信基于UDP，主要由以下几个命令构成，若两个节点间PING-PONG握手通过，则认为相应节点在线。

• ping命令 探测一个节点，判断其是否在线

struct PingNode
{
         h256  version = 0x3;
         Endpoint  from;
         Endpoint  to;
         uint32_t  timestamp;
};

• PONG ping的响应

struct Pong
{
       Endpoint to;
       h256 echo;
       uint32_t timestamp;
};

• FINDNODE 向节点查询某个与目标节点ID距离接近的节点

struct FindNeighbours
{
       NodeId target;                 
       uint32_t timestamp;
};

• NEIGHBORS FIND_NODE命令响应，发送与目标节点ID距离接近的K桶中的节点

struct Neighbours
{
      list nodes: struct Neighbour
      {
             inline Endpoint endpoint;
             NodeId node;
       };
       uint32_t timestamp;
};

3. 邻居节点发现方法

邻居节点是指加入到K桶，并通过PING-PONG握手的节点。

image.png

邻居节点发现流程说明：

• 1. 系统第一次启动随机生成本机节点NodeId，记为LocalId,生成后将固定不变，本地节点记为local-eth。
• 2. 系统读取公共节点信息，ping-pong握手完成后，将其写入K桶。
• 3. 系统每隔7200ms刷新一次K桶。
• 4. 刷新K桶流程如下：

  a. 随机生成目标节点Id，记为TargetId，从1开始记录发现次数和刷新时间。

  b. 计算TargetId与LocalId的距离，记为Dlt

  c. K桶中节点的NodeId记为KadId，计算KadId与TargetId的距离，记为Dkt

  d. 找出K桶中Dlt大于Dkt的节点，记为k桶节点，向k桶节点发送FindNODE命令，FindNODE命令包含TargetId

  e.K桶节点收到FindNODE命令后，同样执行b-d的过程，将从K桶中找到的节点使用Neighbours命令发回给本机节点。

  f. 本机节点收到Neighbours后，将收到的节点写入到K桶中。

  g.若搜索次数不超过8次，刷新时间不超过600ms，则返回到b步骤循环执行

其中d中为什么要这么做呢？因为Kademlia距离是两个节点key的异或运算，d中的算法就是根据异或运算的性质