賀文華 劉浩 賀勁松

摘 ?要：本文介紹了P2P網絡的定義、特點，以及主要應用如文件共享、多媒體傳輸、分布式數(shù)據存儲、分布式計算、協(xié)同工作、實時通信和搜索引擎等，并與傳統(tǒng)網絡在節(jié)點對等、資源分散、管理自治、拓撲結構、中心依賴、實時、可擴展、資源利用等方面進行了比較，P2P網絡在分布式計算、協(xié)同工作、多媒體等方面強大的優(yōu)勢肯定是今后迅速發(fā)展的強大動力。然后，從P2P系統(tǒng)安全的角度，分析了P2P網絡面臨的挑戰(zhàn)，闡述了構建安全對等網絡是必然趨勢，必將會擁有廣闊的前景。

關鍵詞：P2P網絡;傳統(tǒng)網絡;系統(tǒng)安全;分布式;協(xié)同工作

中圖分類號：TP393 ? ? 文獻標識碼：A

Abstract：This article introduces the definition and characteristics of P2P network as well as the major application in file sharing，multimedia transmission，distributed data storage，distributed computing，collaborative work，real-time communication，and search engines.It is also compared with traditional network in terms of node equivalence，resource decentralization，management autonomy，topology，center dependence，real-timeness，extensibility and resource utilization.The remarkable advantages of P2P network in distributed computing，collaborative work，multimedia and other aspects are definitely powerful driving forces for the rapid development in the future.Then from the viewpoint of P2P system security，this paper analyzes the challenges faced by P2P network，and expounds why the construction of security peer-to-peer network is an inevitable trend with a promising prospect.

Keywords：P2P network;traditional network;system security;distributed;collaborative work

1 ? 引言（Introduction）

P2P網絡（Peer-to-Peer Network，簡稱P2P）也稱為對等網絡，P2P網絡技術以應用軟件為主要代表形式，是由網絡基礎硬件建立連接后的一種信息共享技術?；诰钟蚓W絡的文件資源共享需求，P2P網絡技術從1973年開始得到應用了，然而，由于當時PC機的性能低等原因，沒有得到應用的推廣。直到21世紀初，PC機的處理能力得到了極大的提升，并且PC機之間全雙工信息流得以實現(xiàn)，P2P網絡技術再一次得到了復興，擁有了市場和應用。目前，P2P網絡技術在互聯(lián)網上已迅速崛起，并在協(xié)同工作、文件共享、搜索引擎、多媒體、分布式計算等多種應用領域中呈現(xiàn)出極大的優(yōu)勢，它被財富雜志列入因特網今后發(fā)展的四項科技中[1]。

2 ? 對等網P2P（P2P network）

時至今日，P2P的定義尚沒有統(tǒng)一，業(yè)界和學術界理解有區(qū)別，實質上是不矛盾。業(yè)界和學術界對P2P有多種定義和詮釋如下：

定義1：P2P是一種通信模型，每個參與者以相同、對等的方式加入，并且一次通信會話是每個參與者都可以發(fā)起的。常見的通信模型有C/S模型和Master/Slave模型。在P2P應用中，每個通信節(jié)點不僅是資源、服務和內容的提供者，同時又是資源、服務和內容的獲取者，對等通信得以實現(xiàn)[2]。

定義2：P2P是對等的、自治管理的實體組建而成的系統(tǒng)，實現(xiàn)網絡中分布式閑散資源的共享，避免中間節(jié)點介入，消除了中心化、集中化服務[2]。

定義3：P2P是一種網絡邊界的一切能用的、閑散的、分布式共享資源（如分布式存儲、協(xié)同工作、分布式計算、實時通信、多媒體傳輸?shù)龋┑母鞣N應用。在難以預知地址網絡中，訪問可用的閑散資源，就是對可用的、分散的資源實現(xiàn)連接訪問，并且不能利用域名服務器來進行訪問，可見，節(jié)點的自主權極大[3]。

定義4：P2P是一個分布式系統(tǒng)，系統(tǒng)中每個節(jié)點都提供功能服務，不僅向P2P網絡提供資源、服務和內容，而且從P2P網絡獲取資源、服務和內容。如磁盤空間、文件、中央處理器處理時間等本地資源能讓參與的各個節(jié)點共享，并形成可共享的公有的公共資源，而同時參與節(jié)點之間可以直接聯(lián)系，無須經過中間實體來做聯(lián)系橋梁[4]。

業(yè)界和學術界對P2P的多種定義和詮釋，雖然表述的形式不盡相同，事實上，自由、平等、互聯(lián)就是P2P技術的特點。

自由是指在P2P網絡中各個節(jié)點是完全獨立的、自治的，網絡中對等節(jié)點的行為由其本身自由決策。如與哪些節(jié)點進行通信聯(lián)系、與哪些節(jié)點交換信息等行為均不受限于其他網絡節(jié)點，并且完全是自己自由決定的。

平等意味著在一個系統(tǒng)中的所有節(jié)點在功能、服務、地位上是完全對等的、平等的。體現(xiàn)了公平、公正的原則，一個節(jié)點不能控制其他節(jié)點，也不能限制其他節(jié)點，網絡中所有節(jié)點都沒有特權;然而，由于P2P網的可用資源分布于各個節(jié)點上，盡管各個節(jié)點提供的功能、服務不一樣，并且各有特色，但每個節(jié)點既是功能服務的提供者，又是功能服務的享受者。

互聯(lián)就是構建動態(tài)覆蓋網。動態(tài)是指由于各個節(jié)點入網和退網是動態(tài)的、自由的，即網絡拓撲結構是動態(tài)的。覆蓋網意味著任意兩個節(jié)點都可直接通信，實質上是在物理網絡上建立一條IP路徑，也就是一個邏輯連接，即在應用層組建覆蓋網。

P2P技術更具體的特點有：

（1）非中心化：P2P網絡是一個分布式系統(tǒng)，它的可用資源和功能服務分布在網絡的各個節(jié)點，各個節(jié)點之間能夠直接聯(lián)系通信、傳輸信息和進行功能服務，并且各有特色，每個節(jié)點既是服務的提供者，又享受服務，無須經過中間實體來做聯(lián)系橋梁，不再需要中間節(jié)點和服務器的介入，消除了中心化、集中化的服務，集中環(huán)節(jié)在網絡中不再存在，進而消除了可能產生的瓶頸，從而P2P網絡在可擴展性、隱私保護、健壯性和負載均衡等方面體現(xiàn)了強大的優(yōu)勢特色。

（2）可擴展性：P2P網絡是一個自組織方式的系統(tǒng)，隨著網絡用戶數(shù)量的不斷遞增，應用范圍也越來越廣泛，網絡需求和服務也隨著不斷擴大，從而P2P網絡系統(tǒng)中的整體資源與功能服務的能力得到了擴充、提高和壯大，并且始終能夠滿足不斷遞增的用戶的各種需求。

（3）及時性：由于沒有中間環(huán)節(jié)和服務器的參與和介入，用戶節(jié)點之間可以提供實時、方便、快捷的各類服務與資源。

（4）健壯性：P2P網絡是等同的、自治管理的實體組建而成的系統(tǒng)，以自組織的方式建立和允許節(jié)點自由地進出是P2P網絡的自由組網方式，并且當部分節(jié)點連接通信失效時，P2P網絡通常能自動、動態(tài)調整網絡拓撲結構，保證節(jié)點之間的連通性，促進節(jié)點之間通信的暢通性。網絡中部分節(jié)點連接通信失效時，由于P2P網的可用資源、功能服務分布在各個節(jié)點上，因此，它對其他節(jié)點的影響是很小的。

（5）高性價比：P2P是一個分布式系統(tǒng)，參與的各個節(jié)點不僅提供資源、服務和內容，而且獲取資源、服務和內容。如磁盤空間、中央處理器處理時間等本地資源能讓各個節(jié)點共享，大量普通節(jié)點閑置的存儲空間、計算能力等更有效地得到利用，實現(xiàn)P2P網絡的分布式存儲、分布式計算、協(xié)同工作，從而達到超大容量存儲、高性能計算、協(xié)同工作的效果，以降低成本投入來增強存儲能力、計算能力，體現(xiàn)高性價比的特點。

（6）均衡負載：在P2P網絡中，各個節(jié)點實質上分布著資源和功能服務，每個節(jié)點不僅提供資源、功能服務和內容，又享受各種服務。為了負載均衡，負載平均分配到節(jié)點的分配算法是大多數(shù)P2P系統(tǒng)采用的算法，目的是達到整個網絡均衡負載。

（7）隱私保護：P2P網絡中的每個節(jié)點既提供服務又享受服務，每個節(jié)點之間能夠直接通信、傳輸信息和提供功能服務，不需要也不存在集中環(huán)節(jié)和服務器的參與和介入，用戶個人的隱私信息被網絡竊聽、竊取、盜用和泄密的可能性就極小。

（8）自由和信息量大：P2P是一個等同、自由、自治和自組的網，網絡中對等節(jié)點的參與行為、交互行為由其本身自由決策。同時，網中的用戶都是信息提供者，隨著網絡規(guī)模不斷日益擴大，網絡技術飛速發(fā)展，入網用戶量的不斷擴大，信息共享的數(shù)量也不斷增加，范圍也不斷擴大。

3 ?傳統(tǒng)網絡與P2P網絡（Traditional network andP2P network）

目前，C/S模式是傳統(tǒng)網的主模式。在因特網中，它是一種采用集中式工作機制的網絡模型。C/S模式要求配置有強處理能力、高性能的服務器，安裝各種軟件，如IIS、FTP等來集中處理各種信息，即時地、實時地響應網絡中各客戶端的請求。服務器是客戶端成員之間聯(lián)系通信和其他功能服務實現(xiàn)的中間件，它不但提供數(shù)據，同時也是信息資源上傳、下載的中轉站，扮演著安全保障角色，是一種集中式、中心化的工作方式。眾所周知的FTP、WWW等都是C/S模式的典型應用，曾經在一段時間內促進了網絡的飛速發(fā)展，然而，隨著計算機的處理與存儲能力、通訊技術和多媒體技術的發(fā)展，用戶需求不斷增強，客戶端的功能服務也大幅度提高，其缺點逐漸呈現(xiàn)，表現(xiàn)出服務器負載繁重、性能下降等嚴重不足，成為網絡向前發(fā)展的嚴重瓶頸。再有，客戶端處理能力的不斷增強，會導致客戶端的可用資源大量閑置，需要有更有效的某種機制來充分利用，以提高網絡性能。

在這樣的背景下，P2P技術如雨后春筍，又重新迅速興起。P2P是一個自治的、分布式的網絡，每個節(jié)點的行為由其本身自由決策，每個節(jié)點有著充分自由的行為，絕對平等的功能，完全互連的連接。同時，每個節(jié)點既是服務的提供者又是服務的享受者，既可以是客戶機，又可以是服務器，還可以是路由器。P2P網絡是一個分布式系統(tǒng)，不存在中間節(jié)點和服務器的參與和介入，徹底地擺脫了傳統(tǒng)模式中對集中式服務器的依賴性。因而，P2P網絡是分散的、自治的，由于每個節(jié)點的主動參與，其他節(jié)點從中受益。基于上述原因，P2P網絡是一種全開放式的、自治的網絡，節(jié)點的行為由其本身自由決策。

綜上所述，C/S模式的節(jié)點關系具有不對等性、資源分布具有集中性、管理機制采用集中管理、拓撲結構屬于靜態(tài)拓撲、中心依賴性強、安全性等特點，而P2P網絡的節(jié)點關系具有對等性、資源分布具有分散性、管理機制采用自治管理、拓撲結構屬于動態(tài)拓撲、無中心依賴、實時性好、可擴展性好、資源利用率高等特點。

4 ? 對等網P2P的主要應用（The main application ofP2P network ）

P2P技術發(fā)展動力是廣泛的應用，從應用中不斷發(fā)展P2P關鍵技術，覆蓋了軍事、教育、商業(yè)、企業(yè)、通訊和個人應用等領域。目前，P2P網絡的主要應用如下：

（1）文件共享：P2P網絡技術最初的應用是文件共享，它的推廣與應用導致了P2P技術的發(fā)展和推廣。在傳統(tǒng)的C/S模式中，文件共享的實現(xiàn)有Server參與，帶來了諸多不便。于是，人們希望通過互聯(lián)網共享音樂文件的廣泛市場需求被Napster抓住了，它創(chuàng)建了全球第一個被廣泛應用的點對點音樂共享服務，極大地影響了人們，實現(xiàn)了文件共享，爆發(fā)了P2P網絡技術革命。在技術上來說的話，第一種類型P2P文件共享系統(tǒng)是“中心文件目錄”結構式的，它采用集中式管理目錄來實現(xiàn)數(shù)據交換，導致存在或產生瓶頸問題;第二種類型P2P文件共享系統(tǒng)是P2P結構式的，有自由特征，由于不存在服務器的介入，就不存在集中環(huán)節(jié)，但網絡安全管理等控制存在困難性，不足是不可避免的;第三種類型P2P文件共享系統(tǒng)是上述兩類的折中——文件目錄是分布式的且存在中間服務器。Napster屬于第一類，Gnutella和Freenet屬于第二類，國內典型應用的Workslink屬于第三類[5]。