p2p網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)

1、P2P網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)2008年10月14日星期二08:03來源鏈接來源鏈接：heiyuchuanxiaarchive2006111581271.html拓撲結(jié)構(gòu)是指分布式系統(tǒng)中各個計算單元之間的物理或邏輯的互聯(lián)關系，結(jié)點之間的拓撲結(jié)構(gòu)一直是確定系統(tǒng)類型的重要依據(jù)。目前互聯(lián)網(wǎng)絡中廣泛使用集中式、層次式等拓撲結(jié)構(gòu)。Inter本身是世界上最大的非集中式的互聯(lián)網(wǎng)絡，但是九十年代所建立的一些網(wǎng)絡應用系統(tǒng)卻是完全的集中式的系統(tǒng)，許多Web應用都是運

2、行在集中式的服務器系統(tǒng)上。集中式拓撲結(jié)構(gòu)系統(tǒng)目前面臨著過量存儲負載、DOS（DenialofService，拒絕服務）攻擊，網(wǎng)絡帶寬限制等一些難以解決的問題。PeertoPeer(簡稱P2P)系統(tǒng)主要采用非集中式的拓撲結(jié)構(gòu)，一般來說不存在上述這些難題。根據(jù)結(jié)構(gòu)關系可以將P2P系統(tǒng)細分為四種拓撲形式：?中心化拓撲中心化拓撲（CentralizedTopology）；?全分布式非結(jié)構(gòu)化拓撲全分布式非結(jié)構(gòu)化拓撲（DecentralizedUn

3、structuredTopology）；?全分布式結(jié)構(gòu)化拓撲全分布式結(jié)構(gòu)化拓撲（DecentralizedStructuredTopology，也稱作DHT網(wǎng)絡）；?半分布式拓撲半分布式拓撲（PartiallyDecentralizedTopology）。其中，中心化拓撲中心化拓撲最大的優(yōu)點是維護簡單，資源發(fā)現(xiàn)效率高。由于資源的發(fā)現(xiàn)依賴中心化的目錄系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)算法靈活高效并能夠?qū)崿F(xiàn)復雜查詢。最大的問題與傳統(tǒng)客戶機服務器結(jié)構(gòu)類似，容易造成單

4、點故障，訪問的“熱點”現(xiàn)象和版權(quán)糾紛等相關問題，這是第一代P2P網(wǎng)絡采用的結(jié)構(gòu)模式，經(jīng)典案例就是著名的MP3共享軟件Napster[1].Napster是最早出現(xiàn)的P2P系統(tǒng)之一，并在短期內(nèi)迅速成長起來。它實質(zhì)上并非是純粹的P2P系統(tǒng)，而是通過一個中央索引服務器保存所有Napster用戶上傳的音樂文件索引和存放位置的信息。它的工作原理如圖1所示。當某個用戶需要某個音樂文件時，首先連接到Napster中央索引服務器，在服務器上進行檢索，服

5、務器返回存有該文件的用戶信息，再由請求者直接連到文件的所有者傳輸文件。Napster首先實現(xiàn)了文件查詢與文件傳輸?shù)姆蛛x，有效地節(jié)省了中央服務器的帶寬消耗，減少了系統(tǒng)的文件傳輸延時。圖2Gnutella的拓撲結(jié)構(gòu)和文件檢索方法Gnutella和Napster最大的區(qū)別在于Gnutella是更加純粹的P2P系統(tǒng)，因為它沒有中央索引服務器，每臺機器在Gnutella網(wǎng)絡中是真正的對等關系，既是客戶機同時又是服務器，所以被稱為對等機(Serve

6、nt，ServerClient的組合)。在文件檢索方面，它與Napster也不相同。在Gnutella網(wǎng)絡的發(fā)展初期，它主要采用基于完全隨機圖的Flooding搜索算法。圖2顯示了Flooding的工作流程：當一臺計算機要下載一個文件，它首先以文件名或者關鍵字生成一個查詢，并把這個查詢發(fā)送給與它相連的所有計算機，這些計算機如果存在這個文件，則與查詢的機器建立連接，如果不存在這個文件，則繼續(xù)在自己相鄰的計算機之間轉(zhuǎn)發(fā)這個查詢，直到找到文件

7、為止。為了控制搜索消息不至于永遠這樣傳遞下去，一般通過TTL(TimeToLive)的減值來控制查詢的深度。但是，隨著聯(lián)網(wǎng)節(jié)點的不斷增多，網(wǎng)絡規(guī)模不斷擴大，通過這種Flooding方式定位對等點的方法將造成網(wǎng)絡流量急劇增加，從而導致網(wǎng)絡中部分低帶寬節(jié)點因網(wǎng)絡資源過載而失效。所以在初期的Gnutella網(wǎng)絡中，存在比較嚴重的分區(qū)，斷鏈現(xiàn)象。也就是說，一個查詢訪問只能在網(wǎng)絡的很小一部分進行，因此網(wǎng)絡的可擴展性不好。所以，后來許多研究人員在F

8、looding的基礎上作了許多改進，例如采用Romwk[4]、DynamicQuery[5]等方法。由于非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)絡將重疊網(wǎng)絡認為是一個完全隨機圖，結(jié)點之間的鏈路沒有遵循某些預先定義的拓撲來構(gòu)建。這些系統(tǒng)一般不提供性能保證，但容錯性好，支持復雜的查詢，并受結(jié)點頻繁加入和退出系統(tǒng)的影響小。但是查詢的結(jié)果可能不完全，查詢速度較慢，采用Flooding查詢的系統(tǒng)對網(wǎng)絡帶寬的消耗非常大，并由此帶來可擴展性差等問題。全分布式結(jié)構(gòu)化拓撲全分布式結(jié)構(gòu)