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 F/u_s F/us
    • 发送N个copy: N F / u s NF/u_s NF/us
  • 客户端:每个客户端必须下载一个文件拷贝
    • d m i n = d_{min} = dmin=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 m i n F/d_{min} F/dmin
  • 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 D_{c/s} Dc/s ≥ \geq ≥ max{NF/ u s u_s us,F/ d m i n d_{min} dmin}

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 u_s us
  • 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 m i n d_{min} dmin
  • 客户端:所有客户端总体下载量NF:
    • 最大上载带宽是: u s u_s us + ∑ \sum ∑ u i u_i ui
    • 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 p 2 p D_{p2p} Dp2p ≥ \geq ≥ max{F/ u s u_s us,NF/( u s u_s us+ ∑ u i \sum u_i ∑ui)}
  • 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
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