P2P原理与技术

2020/7/9李之棠HUST1P2P原理与技术Firewall因特网洲际主干洲际主干ISP消费者用户第三方内容Web服务器应用服务器因特网主干地区网络企业网提供商ISP专业提供商本地ISPT1社团用户社团网络数据库Slidesource:消费者用户PeerPeerPeerPeer李之棠华中科技大学计算机学院CERNET华中地区网络中心2020/7/9李之棠HUST2P2P原理与技术1.概述2.分类3.构件与算法4.关键技术特性5.P2P分析与比较6.研究与未来2020/7/9李之棠HUST31.1什么是P2PP2P：Peer-to-Peer–对等(网络，计算)…;端到端…–以非集中方式使用分布式资源来完成关键任务的一类系统和应用资源包括计算能力、数据（存储和内容）、网络带宽和场景（计算机、人和其它资源）关键任务可能是分布式计算、数据/内容共享，通信和协同、或平台服务典型位置：因特网边界或ad-hoc网内2020/7/9李之棠HUST412n-1A:Sarnoff’law:规模是O(n)B:Metcalfe’law:规模是O(n2)Cn3Cnn-1Cn2Cn2C:Reed’law：规模是O(2n)Sarnoff’law：效益规模是O(n)：网络是广播媒介，任1发送者（设备）和多个(n-1)接收者（设备）。Metcalfe’law：效益规模是O(n2)网络是全互连媒介，任何1个设备可与其它n-1个交互，同时存在n(n-1)=n2-n个并发执行的事务Reed’law：效益规模是O(2n)：网络是群组媒介。网络可建立Cn2+Cn3+…Cnn-1+Cnn=2n-n-1个小组网络服务规模三法则2020/7/9李之棠HUST5P2P的效果巨大的扩展力–通过低成本交互来聚合资源，导致整体大于部分之和。低成本的所有权和共享–使用现存的基础设施、削减和分布成本匿名和隐私–允许对等端在其数据和资源上很大的自治控制2020/7/9李之棠HUST6LinuxXPP2P的网络基本构成2020/7/9李之棠HUST70%20%40%60%80%100%Feb.'02Aug.'02Feb.'03Aug.'03Feb.'04July'04OtherDatatransfersUnidentifiedFilesharingP2P今天的影响P2P文件共享产生的流量可能是今天因特网最大的单项流量Source:‘04Source:EurpoeanTierIISPFeb‘04BTHTTPeDonkeyInternet2trafficstatisticsEurpoeantrafficbyProtocol2020/7/9李之棠HUST8不同共享P2P的下载率和使用率Top20PopularP2PFile-SharingApplications050,000,000100,000,000150,000,000200,000,000250,000,000300,000,000350,000,000400,000,000KazaaMorpheusiMeshAudiogalaxyLimeWireBearShareGroksterWinMXBlubsterAresGalaxyXoloX2FindMP3PioletWarezP2PeMuleiTunesShareazaNapsterNeoNapsterTwister#ofDownloads0102030405060708090100TotalDownloadsUserRating2020/7/9李之棠HUST9•Deflectioncapabilities•Responsiveness全系统仿真由许多子系统仿真构成•LiftCapabilities•DragCapabilities•Responsiveness•Thrustperformance•ReverseThrustperformance•Responsiveness•FuelConsumption•Brakingperformance•Steeringcapabilities•Traction•DampeningcapabilitiesCrewCapabilities-accuracy-perception-stamina-re-actiontimes-SOP’s引擎模块机身模块翅膀模块起落架装置模块水平尾翼模块乘员模块分布式P2P仿真2020/7/9李之棠HUST10Folding@home/蛋白质折叠和药物设计虚拟超级计算机peer-to-peertechnology产生空前大量的计算能力使医疗研究者能加速治疗方法的改进和药物的设计加快癌研究的新发现://members.ud.com/vypc/cancer/2020/7/9李之棠HUST111.2P2P的定义Intel工作组：通过在系统之间直接交换来共享计算机资源和服务的一种应用模式A.Weytsel:在因特网周边以非客户地位使用的设备R.l.Granham:通过3个关键条件定义–具有服务器质量的可运行计算机–具有独立于DNS的寻址系统–具有与可变连接合作的能力C.Shirky:–利用因特网边界的存储/CPU/内容/现场等资源的一种应–访问这些非集中资源意味着运行在不稳定连接和不可预知IP地址环境下，P2P节点必须运行在DNS系统外边–具备有效或全部的自治2020/7/9李之棠HUST12Kindberg:独立生存的的系统D.J.Milojicic:给对等组提供或从对等组获得共享–对等端向组给出某些资源，并从组获得某些资源–Napster:把音乐供给组内其他人，并从其他人获得音乐–捐赠计算资源用于外星生命的搜索或战胜癌症，获得帮助其他人的满足另一种应用模式选择：–相对集中式、和C/S模式–纯P2P：没有服务器的概念，所有成员都是对等端并不是全新的概念–早期分布式系统：如UUCP和交换网络–电话通信–计算机网络中的通信、网络游戏中的诸玩家–自助餐，志愿组活动…2020/7/9李之棠HUST131.3P2P与C/SPeerPeerClientServer二者在结构和构成上有很大区别–管理能力、构态能力、功能（查找或发现）、组织(分层与网孔)、元素（DNS）和协议(IP)但又无明显边界–都能运行在不同的（Internet/Intranet）平台上–都能服务传统或新的应用：eBusinesseServuices…2020/7/9李之棠HUST14有管理－－－－－－－－－－－－－－自组织预构----－－－－－－－－－－－－－－－－－－Ad-hoc查找－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－发现分层－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－Mesh静态－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－移动依赖服务器－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－独立生存以IP为中心－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－不以IP为中心基于DNS－－－－－－－－－－－－－－－－－－－客户命名RPC－－－－－－－－－－－－－－－－－－异步C/S模式P2P模式eBusinessWebappseServicesDistr.appsAd-hocNWClustersInternetIntranetWANsGridsP2P与C/S2020/7/9李之棠HUST151.4P2P相关背景一般计算和因特网特殊计算的历史演进：因特网边界计算：如SETI@home和其它分布式计算系统内容共享的社会方面：如Napster音乐和其他文件/内容共享系统计算机、网络通信技术的进步和改进–大型机－桌面PC－便携机－手持设备（手机）–使通信和协同变得更方便P2P软件结构：如JXTA，.NET开发的P2P算法：如Gnutella，FreeNet2020/7/9李之棠HUST161.5P2P之目标：满足应用需要共享/削减成本：Napster共享文件空间，SETI@home聚合未用资源改进可扩展性/可靠性：对缺乏很强中心授权的自治对等端这点尤为重要资源聚合与互操作能力增加自治匿名/隐私：自治的理念和结果。用户不希望任何人或ISP知道其包含在系统中动态性;资源动态进入或离开系统实现Ad-hoc通信和协同，动态的理念和结果2020/7/9李之棠HUST17P2P解决方案JXTA,.NET服务分布式计算协同与通信内容共享仿真市场计算人口分析….基因系列分析蛋白折叠….游戏文件共享….进程管理在线存储….即时消息白板….平台市场/工业应用实例水平技术金融生物…通信企业娱乐2020/7/9李之棠HUST182P2P分类计算机系统混合纯分层扁平P2PC/S分布式系统集中式系统（巨型机/SMP/工作站）所有的计算机系统可分为集中式和分布式两类分布式可进一步划分为C/S和P2P模式C/S模式可划分为–扁平：所有的客户端仅仅和单个服务器（含重复服务器）通信，如传统的中间件–分层：提高可扩展性，某层的服务器又作为更高层的客户端：如DNS服务器和文件系统2020/7/9李之棠HUST19纯P2P系统：如Gnutella和Freenet混合P2P系统：首先从服务器获得元数据或索引信息，如存储某些信息的对等端的标识符，或安全信誉的验证，以后P2P通信直接和对等端进行，典型系统有：–Napster,Groove,Aimster,Magi,Softwax,iMesh以及华中科技大学的5Q…;Anysee–某些有SuperPeers的中间形式：如Kazaa，超级Peers拥有其他Peers没有的信息，它们常常在不能发现时查找这些超级PeersPeersServer23PeersServer1混合P2P的资源寻找过程2020/7/9李之棠HUST202.1P2P系统的分类平台协同文件共享分布式计算P2P系统•SETI@home•Avbaki,•Entropia•Napster•Gnutella•Freenet•Publius•FreeHaven•Magi•Groove•Jabber•JXTA•.NET•.NETMyServices2020/7/9李之棠HUST21P2P多维视图分布式计算－计算文件共享-存储CenterspanCybiko平台.NETJXTAGlobusAvakiPorivoTechnologyEntropia,DataSynapseSETI@home,UnitedDevice通信与协同-带宽JabberAiMsterGnutella,FreenetMojoNationPointeraOnSystemsNapsterFreeHaven,PubliusGrooveMagi2020/7/9李之棠HUST222.2P2P应用分类P2P应用并行化内容和文件管理协同计算密集构件化构件化过滤挖掘文件系统即时消息共享应用游戏2020/7/9李之棠HUST23可并行化P2P应用计算密集型：把一个大的任务分解成许多可在大量独立对等端省并行执行的子任务。–基本思想是：利用连接在因特网上的诸多计算机的空闲周期来解那些需要大量计算的不同问题。–通常是那些使用不同参数的相同计算任务:如外星生命搜索SETI@home，密码破解，风险预测，市场和信誉评估，人口统计分析构件化应用：还没有广泛认着为P2P应用–在许多对等端上运行不同的构件–如Workflow,JavaBean,WebServices2020/7/9李之棠HUST24内容和文件管理集中应用–信息存储–信息查询（来自网络上各种Peers）大众模式：内容交换–2001年：Napster和Gnutella让Peers搜速和下载文件–当前重点是提供可靠性：用户下载文件时的智能选择，重复DB–协同过虑和挖掘开始出