P2P网络中资源发现方法的比较研究

发布时间：2022-03-14 15:02:09 浏览数：次

(1.北京交通大学，北京 100044；2.首都医科大学，北京 101300)
摘要：资源发现是P2P网络中的一个关键问题，文章着重分析了三种资源发现方法及各自的特点与局限性。
关键词：P2P网络；资源发现；信息资源；传递交换模式
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1007—6921(2009)20—0084—01

P2P网络，也称为对等网络(Peer-to-Peer Networks)，既是一种信息资源传递交换的模式，也是一种网络结构的思想。它与客户端/服务器(Client/Server)结构(WWW所采用的结构方式 )的一个本质区别是：在整个P2P网络中，信息资源是在对等实体之间进行对称的双向传输和交换，每一个节点(peer，对等实体)同时具有资源消费者、资源提供者等两方面的功能，拥有对等的权利和义务。

在P2P网络中，资源通常不采用集中式存放，而是主要分布在各个P2P用户节点上。这样，如何有效地发现共享资源就成为P2P网络中的一个关键问题。
1 对资源发现方法的讨论

目前，P2P应用一般基于关键词来发现所需的资源，根据实现方式的不同，主要包括基于集中目录、基于洪泛（Flooding）以及基于分布式哈希表（Distributed Hash Tables, DHT）三大类。
1.1 基于集中目录的资源发现方法

如Napster，网络中存在一个中心节点，中心节点保存着网络中所有其他节点的资源索引信息，需要查找资源的节点发送请求给中心节点，由中心节点根据自己保存的其他节点信息将请求转发给合适节点。

这种资源发现方法具有以下特点：①易于管理，资源的发现依赖于中心节点，查询效率高；②只需接受返回结果，对等节点负载低；③系统过多依赖中心节点，容易造成单点故障，可靠性和安全性较低；④对中心节点的性能和网络带宽要求高，因而可扩展性差。
1.2 洪泛(Flooding)法

如Gnutella错误！未找到引用源。网络，洪泛搜索通过广播的方式来进行资源查找。基本思想是节点把收到的消息向该消息来源外的所有输出线路发送，每个收到消息的节点又继续以这种方式向外扩散消息，以此类推，直到找到所需要资源或者达到预先设定的条件为止。

这种消息扩散算法将会在网络上产生大量消息冗余，这些冗余消息形成消息环路，在网络上循环传递，最终由于消耗大量网络带宽，而导致网络拥塞。要防止消息的无限扩散，解决办法是：在每条消息头中加入一个站点计数器，每经过一个站点计数器减1，当减为0时就丢弃该消息，但这样一来，就可能导致网络中的一些节点没有收到消息，从而降低消息扩散的可靠性。所以使用洪泛算法进行消息扩散时，会因为网络规模的扩大而降低算法的扩散性能。

洪泛算法具有较好的可靠性和可扩展性，也可以获得较好的扩散时延。有很多条路径传播，能够保证消息能到达所有节点。同时，在扩散过程中也可以找到一条最短路径，从而获得较少的传播时延。但是洪泛算法的优点是以大量的消息冗余为代价的，因此其缺陷也十分明显，大量冗余的消息会消耗网络带宽，严重时会引起网络拥塞。
1.3 基于分布式哈希表DHT的资源发现方法

为了解决资源发现中系统规模与效率之间的矛盾，基于分布式哈希表的系统被作为一种新的网络形式提出，典型的DHT系统有Chord，CAN和Pastry等。

DHT被视为哈希表数据结构的一种分布式的版本，试图实现资源按标识或键值(key)的有效存取：给定一个资源键值，能够快速地找到拥有该资源或资源指针的结点地址，这一地址相当于哈希表中与键值对应的值，类似于哈希表中(key，value)对的操作。DHT的目标是以分布式的方式实现资源或资源指针按键值在P2P网络结点中的插入、查找和删除。DHT系统对上层应用提供的三种基本操作为：put(key，value)，get(key)和delete(key，value)，其中key 为资源的键值，value则对应资源或资x的指针，DHT系统负责将value根据key存储到网络中的对应结点，并负责根据key从与之对应的结点找到所需的value。

因此，DHT系统中资源发现的核心问题是将资源或其指针根据键值映射到P2P网络中的结点，并且对于给定的资源键值，快速、高效的将插入、查找或删除消息路由到与之对应的结点。 

为了解决这一问题，DHT系统采取了以下的实现手段：①在结点间维护逻辑上具有某种特定结构的拓扑空间，如平面网格和环，这与Gnutella网络中结点间随机、无结构的结点拓扑相对应；②各个结点根据自身的标识（随机产生，如通过对IP地址进行哈希转换），被映射到这一拓扑空间中的某个位置。如，在环状拓扑空间中，标识相邻的结点成为邻结点；③资源也按键值(如通过对文件名进行哈希转换得到)映射到这一拓扑空间中，而结点则负责管理映射到其在拓扑空间中所处位置领域内的资源或指向该资源的指针，成为与资源键值对应的结点；④利用结点间结构化的拓扑关系，实现结点间高效的查找与路由。
2 结束语

从上述讨论可以看出：基于集中式目录的P2P系统面临伸缩性的问题，基于洪泛的P2P系统搜索效率低，且由于洪泛占用大量网络带宽，同样也会有可伸缩性方面的问题。分布式哈希表 (DHT)在节点失效、遭受攻击和突发性高负载方面表现出很好的健壮性；具有良好的可扩展性，能以较低系统开销获得较大的系统规模；可以自我配置、不需要手工干预即可把新加入节点合并到系统中；能提供简单灵活的接口，可为多个P2P应用同时使用。

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