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P2P 网络结构模型探析 　　摘要:对等 网络 流媒体技术(P2P)可以利用客户端的 计算 机能力和带宽资源,使用户实 现下载的同时播放流媒体节目,并能利用自身的计算机空闲资源为其它用户提供服务。本 文对 P2P 网络架构进行探讨和研究。 　　关键词:P2P;流媒体技术;网络架构 　　一、引言 　　P2P 网络是在 IP 网络基础之上,通过应用软件构筑起来的一个逻辑覆盖网(Logical Overlay Network),并不是独立于现行的 IP 网络之外的什么特殊网络。在实际物理网络中安 装有某种 P2P 软件的节点可以构成一个逻辑覆盖网络,而没有安装这种 P2P 软件的节点则 被排除在外。 　　P2P 网络架构,又称为 P2P 网络模型,是指 P2P 网络中节点的逻辑组织结构,即节点互 联的拓扑结构和节点在与相邻节点保持连接时的行为规范,一般用一个连通的图来表示。 但 P2P 网络的连接图与物理网络的拓扑连接图不同,在覆盖网中相邻的节点可能在实际物 理网络中位于不同的子网中,中间相隔多个路由器,而在覆盖网中不相邻的节点在实际物理 网络中却可能是直接相连的。P2P 网络模型主要分为结构化和非结构化两类,结构化 P2P 系统是指系统中的数据存放的位置和数据的 Key 值有关,而非结构化 P2P 系统中,数据的存 放位置与数据是无关的。 　　二、非结构化 P2P 网络模型 　　非结构化 P2P 网络模型按节点的集中化程度又分: 　　(1)集中式 P2P 网络模型 　　以 Napster 为代表的集中式 P2P 网络架构是最早出现的 P2P 应用模式,由于仍具有中 央服务器,没有完全去除服务器的性质,所以又被称为非纯粹的 P2P 网络。在 Napster 系统 中,资源的检索过程类似于传统的 C/S 模式,即所有节点向中央服务器查询资源,但与传统的 C/S 模式不同的是,资源并非存储在服务器上,而是存储在各个节点中。从服务器的返回结 果中,查询节点根据网络流量和延迟等信息选择合适的节点建立直接连接,进行数据传输,数 据传输不需要经过中央服务器。这种网络架构的资源搜索效率较高,但其主要缺点是中央 服务器是系统的单故障点,如果中央服务器出现故障,则整个系统就会瘫痪,所有节点都没法 查询到所需的资源。 　　(2)纯 P2P 网络模型 　　纯 P2P 网络架构以 Gnutella 为代表,Gnutella 系统完全取消了服务器的概念,是第一个 真正采用无中心结构的 P2P 文件共享系统。 　　拓扑维护:Gnutella 中每个节点维护了一个邻居节点列表,记录了与之相关联的结点的 IP 地址等信息。相邻节点之间彼此交换邻居节点信息来保持拓扑图的连通性,并替换因节 点离线而失效的连接。节点定期向邻居节点发送 PING 消息,收到 PING 消息的节点则回应 一个 PONG 消息,并附带了当前所拥有的邻居信息。收到邻居列表后节点按照一定规则进 行邻居替换,保证自身拥有一定数量的有效邻居。当新的节点加入系统时(它需要知道系统 中至少一个节点的 IP 地址),它向系统已有的节点发送 PING 消息来获得足够的邻居节点,从 而加入系统。信息搜索:Gnutella 使用洪泛式(flooding)的资源查询机制。发起资源查询的节 点向所有邻居节点发送 QUERY 消息,而收到 QUERY 消息的节点除了进行本地查询,即看自 己有没有所查询资源外,还把查询进一步转发给自己的所有邻居节点。这些节点收到这一 消息后,重复进行同样的操作,即进行本地查询和消息广播。为避免无穷递归,每个搜索消息 都有一个 TTL(Time-to-Live) 域,它随着转发的进行而递减,TTL 为 0 时消息不再被转发。另 外节点对近期接收到的消息进行缓存,以避免重复处理同样的消息。搜索操作结束后,发起 搜索的节点会收到一些查询结果,记录了满足条件的文件及其存放的节点 IP,节点可从中选 择一些节点来下载所需文件。Gnutella 具有较好的扩展性,也不存在单故障点,但其查询机 制效率较低,而且也不能保证搜索到所需的、确实存在的资源,同时每次查询都要产生大量 的转发消息,容易形成消息泛滥,增加了网络的负担。 　　(3)混合式网络模型 　　KaZaA 是混合式 P2P 模型的典型代表,它在纯 P2P 分布式模型基础上引入了超级节点 的概念,综合了集中式 P2P 快速查找和纯 P2P 去中心化的优势。KaZaA 模型将节点按能力 不同(计算能力、内存大小、连接带宽、在线时间等)区分为普通节点和超级节点两类。当 一个普通节点启动 KaZaA 程序时,它首先与某一超级节点建立 TCP 连接