使用 peer-to-peer 技术: 介绍和发展历史

2001 年 3 月 01 日

对等网络计算 (peer-to-peer, P2P) 成功地将许多有趣的分布计算技术重新拉回到人们视线中。为了更好地理解 P2P 技术，Todd Sundsted 写了包括本文在内的一系列文章。本文主要从 80 年代初流行的早期 P2P 应用程序开始，阐述 P2P 的发展过程，并解释 P2P 计算技术之所以拥有广阔前景的原因。同时，Todd 还给出一个最简单的 P2P 程序代码，从而说明使用 P2P 技术时要解决哪些问题。通过这些内容，您可以使用 Java 语言来编写自己的 P2P 程序，或是利用 P2P 中某些技术来解决您项目中遇到的类似问题。

过去的九个月以来，您必然对 peer-to-peer（P2P，对等网络计算）有所耳闻。在大多数人眼中，P2P仅仅是一种局限于文件共享的应用，或是由互联网介入给计算方法带来的新发展。这种错误的印象很大程度上是由那些极端的P2P 支持者造成的。

事实上，P2P计算是非常重要的。它成功地将许多被忽略的有用技术拉回到大家注视的焦点。掌握如何将P2P 计算应用到更广阔的技术领域是很有帮助的。当然，通过一些实际的P2P 代码来学习也是必须的，所以本文也会给出一些用 Java语言编写的代码例子。

下面将具体阐述 P2P的有关知识。为了避免陷入其他一些不太重要的周边细节讨论，本文将主要集中讨论以下几个方面：

• 在许多流行的 P2P应用中，不可避免地要涉及到合法、隐私安全、控制以及版权等问题。尽管这些方面都是非常有趣的课题，却不应该过分地分散掉我们讨论P2P技术的注意力。因此通常情况下本文不会涉及这些课题，除非某个专门的应用例子必须解决它们。 
  
  
• 技术工程师在设计和开发 P2P应用程序时遇到的问题未必都是新问题。因此在讨论到这些旧问题时，会借鉴计算机科学其他领域中的一些现成技术。

总而言之，我们希望能够将精力集中在技术本身，主要包括内容和资源的管理、信赖和安全、属主和权限、通讯模型、分布式计算、以及搜索和查询等。至于P2P 技术所涉及的社会、政治和合法性等问题则基本上略过不谈。

发展历史

P2P应用最初出现时和现在并不相同。事实上可以认为它是若干不同技术以及流行趋势的产物。下面是两个导致 P2P 技术发展最重要的趋势：

首先是某些新技术与软件工程结合，形成了一种将工作分散的趋势。P2P计算正是这种分散工作趋势的自然结果。

其次，从工程的角度看来，在企业应用集成等因素的驱动下，过去十年渐渐形成一种从集中的单机系统转向分布式系统的趋势。在集中式的应用中进行控制是相对容易的，这一点在一定程度上抑制了分布式潮流的发展。然而随着互联网的发展，以及B2B商务交易方式的日益流行，全面的分布式计算也就成为一种商业需求。

对功能强大的网络计算机的需求以及昂贵的带宽开销，是对这种趋势影响最大的两个因素。为了提高效率，P2P计算由许多互相连接的同位体 (peer) 组成。

这两种趋势导致了 P2P 应用技术研究的迅速发展。

除了技术方面之外的社会因素也是一个重要原因。毫无疑问，人们现在对P2P 计算技术的热切关注起源于 Napster, Scour, Gnutella,以及这些家族的其他成员产品。这些产品提供了所谓的 "killer apps"功能，能够将 P2P技术中的一部分下放到客户端用户的手中。正是这种第一手的体验，使得人们越来越关注P2P 技术的强大功能。

然而必须指出的是，最初的 P2P应用大约产生于20年前，并且其中的许多至今仍然被使用。尽管这些早期应用的核心就是P2P，但由于大多数的使用者并未感觉或接触到，因此通常并不认为它们是P2P 技术。

回页首

早期的尝试

P2P 计算并非一种全新的技术。虽然 P2P这个术语是现在才发明的，但 P2P 本身的基本技术的存在时间却至少和USENET、FidoNet这两种非常成功的分布式对等网络技术一样长，甚至更长些（因此笔者建议读者朋友去尝试这样一个挑战--寻造最早的P2P 应用，尤其是那些现今仍在使用的应用）。关键在于，在最初的 P2P应用出现时，许多使用该技术的人们甚至不会使用计算机。

USENET 产生于 1979年，是一种分布式系统，能够为各个地方提供新闻组（笔者最喜欢的是 rec.arts.int-fiction 和 rec.games.int-fiction ）。USENET最早的雏形由是两名研究生 Tom Truscott 和 Jim Ellis实现的。当时并没有任何类似于互联网上“随选”信息的概念，文件只能通过电话线批量传送，且常常选在长途费用比较低的夜间进行。因此，当时的USENET若采用集中式的控制管理方法将效率低下，自然而然地就提出了一种分散、分布式的管理方法。这种分布的结构一直沿用到今天。

早期 P2P 应用另一个杰出的代表则是 FidoNet。它和 USENET类似，也是一个分散、分布的信息交换系统。Tom Jennings 于 1984年创建了 FidoNet 系统，来让不同 BBS系统中的用户们互相交换信息。这种符合人们需要的技术，迅速成长起来，并一直沿用到今天。

USENET 和 FidoNet都是值得探究的系统，因为它们在多年前就遇到并解决了许多当今 P2P技术所面临的同样问题，同时也还存在着安全性以及其他一些问题。为了开发成功的P2P 计算系统，首先必须了解这些 P2P 技术的发展历史。

回页首

技术前景

前面我们已经浏览了一遍 P2P 的发展历史，下面可以做一些文字游戏。

几乎所有人都会同意 “P2P计算是分布计算的一个子集”这种说法。而且大多数人也都会认为“并非所有的分布式计算都是P2P 计算。"peer-to-peer" 这个名字意味着各个 peer之间的关系是平等的，并且它们之间的联系是直接的。

P2P 网络中含有许多能够互相通讯的 peer，每个 peer都有专门的用途。通常情况下，网络中 peer的数目是非常大的，但用途却只有若干种。这就是 P2P应用之所以能大量并行运行的重要原因。众所周知的 Gnutella网络就是一个最好的例子，它包含了大量本质上相同的 peer。P2P技术中最有趣的地方就在于这些对等 peer之间的联系，其次则是它们自身。

在很大程度上，P2P计算与那些分布计算所面临的问题是重叠的--调整并监控网络中独立节点的动作，并确保鲁棒性、以及节点间的可靠通讯。但并非所有的分布计算都是P2P 计算。比如象 SETI@home 或 distributed.net 中不同的项目，这些分布计算几乎没有考虑网络节点中的对等交互，因此并不能认为是真正意义上的P2P 应用。然而由于分布计算和 P2P面临很多相同的问题，这就值得我们了解一些分布计算方面的内容。对于这类不能算是P2P技术的分布计算，笔者建议用“面向同位体”的应用（ peer-oriented）来命名。

回页首

最简单的 peer以及它存在的问题

使用 Java 语言编写一个最基本的 P2P应用是非常容易的，这里笔者给出一个简单的例子，以供读者参考。给出这个例子的另一目的则在于表明，在网络中传送文件和消息是很方便的。然而若要为P2P 应用建立一个鲁棒性很好的平台则很困难。这个 P2P例子中缺少了许多应有的重要特性。其中，例如安全性等特性也是当今许多流行的P2P应用所缺乏的。另外一些特性（例如消息路由和分布查询等）则在某些应用中得到了实现，例如Gnutella 就能够支持简单的消息路由以及分布查询。

图 1 中显示了一个典型 P2P 应用的系统框图。为了支持文件共享，这个P2P 系统只负责与抽象的资源进行交互，而具体资源则从 Resource 接口中获得。这些具体资源可以是任何可定位的信息，包括文件系统、数据库、词典或是一个电话本。

图 1. P2P应用的主体设计框图 

MessageServer 类是这个 P2P应用的核心。它能够与其他的对等网络获得联系，并将消息转发到合适的地方。

该类的具体代码在文件 p2p.jar 中（可以在 资料部分下载此文件）。读者可以试着在命令行环境下，输入 java -jarp2p.jar ，就能够运行这个简单的 P2P 应用程序。

这个程序会从它所在的目录中寻找名为 p2p.properties 的属性文件。在属性文件中可以定义要下载的资源以及它所知道的同位体信息。您所下载的jar 文件中还含有一个属性文件的样本，可以对它进一步修改。

如图 2 所示，用户可以通过简单的命令行界面与该 P2P程序交互。如果已选择了某个 peer或是正在访问某些远程资源，则该程序会将相关的信息显示出来。

图 2.程序的初始运行界面 

任何时候，用户只要在提示符后面输入一个问号（?），屏幕上就会显示出一系列选项（如图3 所示）。如果用户还没有选择peer，输入问号时，就会显示出该程序的所有已知的peer；否则则显示已选定 peer能够访问到的资源。只要在提示符后面输入某个 peer或资源的名字，就能够选定它们。

图 3. 显示peer 和资源列表 

在图 3 中，用户选择了名为 "guppy" 的 peer，然后显示 guppy能够获得的资源。在选定 peer和资源之后，用户就能够访问并控制该资源（如图4）。如果选定的是一个文件系统资源，那么对该资源对象的访问就意味着从远程peer 将该对象拷贝到本地 peer 中。

图 4.列出可控制的资源对象 

只要输入两个点（..），用户就可以随时取消对某个资源或 peer的选择。

图 5.取消选择 

回页首

结论

真正的 P2P应用程序显然要比本文中这个简单的应用程序复杂得多。它至少还需要扩展以下几个方面的功能：足够的安全性（包括验证以及授权等机制）、可靠的消息路由和传送、内容和资源的管理、分布查询以及命名。在以后的章节中，笔者还会提出一些的具体例子和工作代码，来进一步讨论这些功能的实现。

参考资料

• 您可以参阅本文在 developerWorks 全球站点上的 英文原文. 
  
  
• Peer-to-Peer working group（对等网络研究小组） 。该小组是一个致力于研究 P2P 计算底层标准的联盟。 
  
  
• 在 USENET 历史中可以浏览 USENET 发展的概况。 
  
  
• 在 FidoNet 历史中可以看到 FidoNet 方面的相关信息以及源码。 
  
  
• O'Reilly 的 OpenP2P.com 站点，上面含有大量关于 P2P 计算方面的新闻以及技术。 
  
  
• 下载 p2p.jar 文件（对等网络的简单实现代码）。 
  

关于作者

		Todd Sundsted，从桌面 PC 流行起就开始从事编程工作。起初兴趣主要集中在使用 C++ 语言编写分布式程序，后来意识到 Java 语言在这方面的显著优势，从而转向采用 Java 编写分布式程序。除了编程之外，Todd 还是 PointFire 有限公司的首席工程师以及创办人之一。您可以通过 [email protected] 与 Todd 联系。