对等网络应用与发展研究

卿桐

摘要：客户/服务器模式是因特网的基本模式，是传统因特网得以快速发展和广泛应用的主要动力。近年来随着网络通信技术的快速发展，因特网迅速普及，同时网络中PC机性能也显著提高，客户/服务器模式的局限性已经越来越明显，而以服务器的瓶颈问题最为突出。作为分布式计算技术的实现形式之一的对等网络技术，因其自组织特点，不存在客户/服务器模式的服务器瓶颈问题，能满足网络用户之间的直接交互需求，实现一个自由良好的互联网环境。对等网络技术有望解决传统互联网面临的困惑，有着广泛的应用前景，同时也面临着诸多挑战。

关键词：因特网；C/S模式；对等网络；分布式技术

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）22-0009-02

1 传统互联网的发展瓶颈

网络技术的高速发展把我们带入了一个信息爆炸时代，如今，互联网络已经成为了我们工作、生活中的重要组成部分。客户/服务器（C/S）模式是传统因特网的基本模式，它是一种基于中心控制机制的网络模型，如图1所示。在C/S网络模式中，高性能服务器是网络的核心。服务器需要及时响应客户端的各类请求，同时还要承担网络通信与网络安全等诸多重任。在过去的许多年里，C/S模式对互联网络的快速发展起了很大的推动作用，大量的网络协议诸如HTTP、FTP、WWW等都是基于C/S模式构建的。然而近年来随着网络应用的迅速普及，因特网规模急速放大，同时作为客户端的PC机及其他设备性能也显著提高，服务器的负担越来越重以至于无法承受，甚至会出现服务器过于繁忙而无法保持网络正常通信的情况。同时，客户端性能大幅提高，客户端有大量的闲置资源，因此也需要某种机制来将这些闲置的客户端资源加以充分的利用。所以，传统C/S模式已经不再适应网络的发展现状甚至已经阻碍网络的进一步发展，寻求技术突破成为网络发展的当务之急。

2 对等网络及其优势

分布式网络技术是有望解决传统网络瓶颈提高网络效用的的方法之一。作为分布式技术实现形式之一的对等网络（P2P）技术，因其自组织特点，不存在C/S模式的服务器瓶颈问题，网络用户之间的直接交互需求也能得到满足，因此可实现一个自由良好的互联网环境，是现代互联网的重要候选技术之一。如图2所示。

早在20世纪70年代，对等网络技术已开始使用于局域网内的文件共享应用，但因当时硬件软件水平不高，PC机的整体性能低下，对等网络技术的发展被制约。到了90年代中后期，随着网络通信技术的发展和PC机性能的提高，对等网络技术再次受到人们的重视并快速发展。目前，对等网络技术应用广泛，已经涉及到协同工作、网络游戏、即时通讯、文件共享、对等计算、搜索引擎等各个领域。研究表明，Internet通信总量中对等网络应用的通信流量所占比重越来越大，对等网络技术及其应用已经受到网络通信领域的普遍关注。

对等网络是建立在传统Internet基础上的一种分布式覆盖网络（Overlay Network），充分利用网络系统中的各种可能的端系统进行大规模的协作工作与资源共享，因其优越的应用性能而受到业界和学术界的普遍关注。21世纪初，对等网络技术被财富杂志列为影响Internet未来的四大技术之一，并被列为下一代网络体系结构的四项关键技术之一。在业界，由Sony、Intel、HP等公司发起组织了对等网络工作组P2PWG，主要研究对等网络技术的底层标准化；微软公司也成立了Pastry工作组。学术界也高度重视对等网络技术的研究与开发，ICSI的CAN、伯克利的Tapestry、麻省理工学院的Chord等都是对等网络技术方面的著名科研项目。

3 对等网络技术的主要应用

对等网络技术的优越性能使其获得广泛关注并在各领域迅速推广应用，目前，对等网络技术已经覆盖了商业、军事、通讯以及个人应用等诸多领域，主要应用有：

（1）文件共享

文件共享是对等网络技术最初的主要应用之一。20世纪末，在文件共享需求的推动下Napster首次通过对等网络模式建立了一个自由的文件共享体系，实现了在互联网上对MP3文件的自由共享，其优越性开始引起人们的广泛关注。对等网络文件共享系统大致可分为三种形式：第一种是以Napster为代表的集中式系统，也称“中心文件目录/分布式文件系统”；第二种是完全的对等系统，该类系统不需要服务器，网络节点接近于绝对的自由。但是由于没有中间服务器，该类系统很难实现身份认证、流量管理、安全管理、计费等管理功能。该类系统的典型应用有Gnutella与Freenet。第三种系统则综合了两者的优点，设置了中间服务器，同时采用分布式文件目录。

（2）多媒体传输

多媒体传输对网络带宽与稳定性要求较高，C/S模式中的服务器存在性能和出口带宽的限制，因此传统网络无法满足多媒体传输系统的可扩展性需求。而采用对等网络技术，用户节点之间可进行直接的数据交换，因此传输所需要的大量带宽被分散到不同网络链路中，很好地满足了多媒体传输系统对网络带宽的需求。基于对等网络技术的流媒体分发系统的实施部署不需要改变Internet网络层协议，并具有CDN技术的低延时、IP组播的可扩展等特点，具有巨大的发展前景。目前典型的流媒体分发系统有ppstream、ppLive等。

（3）分布式数据存储

分布式数据存储技术是以存储数据的可用性、持久性、安全性为目标，并且通常致力于海量数据存储等相关领域。分布式数据存储技术包含了文件共享的功能，但其目的与文件共享不同。在文件共享系统中，数据的传输率是非常重要的性能指标，而分布式数据存储系统是以数据的安全存储为最终目的。在分布式数据存储系统中，每个数据对象通常都带有自身的鉴别与认证信息，系统用户进行数据存取时，都遵循事先设定的规则和权限来进行。同时，为了达到存储数据的可用性、持久性与安全性，分片、复制以及混存等方法在分布式数据存储系统通常被使用。目前，有代表性的分布式存储系统有CFS 、OceanStore等，这些分布式存储系统都是面向全球用户的。