计算机网络——13P2P应用

P2P应用

纯P2P架构

• 没有（或极少）一直运行额服务器
• 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
• 流媒体
• VoIP

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

文件分发时间：C/S模式

• 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：$F/u_s$
  • 发送N个copy：$NF/u_s$
• 客户端：每个客户端必须下载一个文件拷贝
  • $d_{min}=$客户端最小的下载速度
  • 下载带宽最小的客户端下载的时间：$F/d_{min}$
• 采用C/S方法将一个F大小的文件分发给N个客户端耗时： $D_{c/s}$ $\ge$ max{NF/$u_s$,F/$d_{min}$}

文件分发时间：P2P模式

• 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/$u_s$
• 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/$d_{min}$
• 客户端：所有客户端总体下载量NF：
  • 最大上载带宽是：$u_s$ + $\sum$$u_i$
  • 除了服务器可以上载，其他所有的peer节点都可以上载
• 采用P2P方法将一个F大小的文件分发给N个客户端耗时：$D_{p2p}$ $\ge$ max{F/$u_s$,NF/($u_s$+$\sum u_i$)}
• 分子随着N线性变化，每个节点需要下载，整体下载量随着N增大；分母也是如此,随着peer节点的增多，每个peer也带了服务能力

P2P文件共享

例子

• Alice在其笔记本电脑上 运行P2P客户端程序
• 间歇性地连接到 Internet，每次从其 ISP得到新的IP地址
• 请求“双截棍.MP3”
• 应用程序显示其他有“ 双截棍.MP3” 拷贝的对 等方
• Alice选择其中一个对等方， 如Bob.
• 文件从Bob’s PC传送到 Alice的笔记本上：HTTP
• 当Alice下载时，其他用户也 可以从Alice处下载
• Alice的对等方既是一个Web 客户端，也是一个瞬时Web 服务器

所有的对等方都是服务器 = 可扩展性好

P2P：集中式目录

最初的“Napster”设计就是这个架构

• 当对等方连接时，它告知中心服务器：
  • IP地址
  • 内容
• Alice查询 “双截棍 .MP3” ，服务器返回Bob拥有这个文件
• Alice从Bob处请求文件

P2P：集中式目录中存在的问题

• 单点故障
• 性能瓶颈
• 侵犯版权

文件传输是分散的，而定位内容是高度集中的

查询洪泛：Gnutella

• 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

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

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

可拓展性：限制范围的洪泛查询

Gnutella：对等方加入

• 对等方X必须首先发现某些已经覆盖在网络中的其他对等方：使用可用对等方列表
  • 自己维持一张对等方列表（经常开机的对等方的IP）
  • 联系维持列表二Gnutella结点
• X接着试图与该列表上的对等方建立TCP连接，直到与某个对等方Y建立连接
• X向Y发送一个Ping报文，Y转发该Ping报文
• 所有收到Ping报文的对等方以Ping报文格式响应
  • IP地址，共享文件的数量及总字节数
• X收到许多Ping报文然后它能建立其他TCP连接

利用不匀称性：KaZaA

• 每个对等方要么是一个组长，要么隶属与一个组长
  • 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
  • 转发查询到其他组长
  • 获得其他组长的数据拷贝

KaZaA：查询

• 每个文件有一个散列标识码和一个描述符
• 客户端向其组长发送关键字查询
• 组长用匹配进行相应：
  • 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相应
• 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

P2P文件分发：BitTorrent

• 文件被分为一个个块256KB
• 网路中的这些peers发送接收文件块，相互服务

Peer加入torrent：

• 一开始没有块，但是将会通过其他节点处理积累文件块
• 向跟踪服务器注册，获得peer节点列表，和部分peer节点构成邻居关系（“连接”）

• 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节点请求他希望的块，稀缺的块

发送块：一报还一报 tit-for-tat

• Alice向4个peer发送块，这些块向他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
• 每隔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